Принцип действия ротаметра

Жидкость движется вверх по трубе 1, вынуждает  поплавок 3 подняться на определенную высоту и образовать кольцевой зазор между ним и стенками трубы так, чтобы силы, действующие на поплавок, уравновесились. Следовательно, положение поплавка ротаметра соответствует определенной величине расхода, которую можно определить по шкале 2. В основном, на поплавок действуют три силы:

• постоянная сила гравитации G;

• выталкивающая сила А (постоянна, если плотность жидкости тоже постоянная величина, согласно закону Архимеда);

• сила S, динамический напор потока, воздействующий на поплавок.

Сумма этих трех мил уравновешивается весом поплавка.

Поплавки ротаметра выполняют разных форм. Они  бывают  в виде:  конуса, цилиндра, сферы, катушки, диска  и др.

На рисунке показана стандартная форма поплавка. Можно выделить три его основные  части:  дисковый верх, цилиндр и конусная  нижняя часть. Недостаток такого поплавка – сильная зависимость градуировочной характеристики  от вязкости вещества. Для того  чтобы уменьшить эту зависимость цилиндрическую часть делают диаметром 0,6-0,7 от диаметра верхнего диска, а  так же уменьшают высоту последнего. На сегодняшний день, чаще применяют поплавки катушечной формы (рис. 2 в), так как у них градуировочная шкала более равномерна и менее  зависима  от вязкости вещества.  Еще сильнее влияние вязкости устраняется, если форма поплавка дисковая или тарельчатая. Но, обычно, вес таких поплавков очень мал. Чтобы убрать этот недостаток можно увеличить цилиндрическую часть поплавка или подвесить дополнительный груз к стержню.

Ротаметры оснащают направляющими стержнями (штоками, кольцами),  что бы предотвратить перекос поплавка и трение о стенку ротаметрической трубки. Применение направляющих любого типа усложняют конструкцию. При малых расходах в ротаметрах иногда используют шариковые поплавки.

Если в измеряемом веществе находятся механические примеси, кормовую часть поплавка делают с уклоном 10-15°.

Поплавки ротаметров делают из титана, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали, фторопласта, пластмасс и т.д.

Измерительная коническая трубка изготовляется из химически устойчивых и термостойких веществ (боросиликатное стекло).

Иногда применяется ротаметры с металлической конусной трубкой. В этом случае поплавок связан с хвостиком-указателем или передает данные дистанционно.  Ротаметры с дистанционной передачей встречаются редко, такую передачу удобнее применять в поплавковых расходомерах постоянного перепада.

Устройство ротаметра

(1- верхний патрубок, 2- нижний патрубок, 3- болтовые стержни, 4-накидные гайки, 5-сальный уплотнитель, 6- стеклянная трубка, 7 – поплавок, 8- верхний упор, 9-нижний упор)

Коническая стеклянная трубка, с помощью сальников и накидных гаек,  укреплена в  патрубках, соединенных друг с другом болтовыми стержнями. Чтобы ограничить ход поплавка на основания  конической трубки  устанавливают   специальные упоры.

При повышенных давлениях иногда используют  ротаметры в металлическом кожухе. Их поплавок снабжен хвостиком-указателем, который движется в кармане, имеющем прорезь, закрытую толстостенным стеклом. Иногда стеклянную трубку маленького ротаметра помещают внутрь цилиндрической трубки  с толстыми стенками из органического стекла, а пространство между трубками соединяют с измеряемой средой. Тогда можно измерять расход при высоких давлениях (до 6 МПа).

Ротаметры со стеклянными трубками могут измерять  расходы воды от 3 см3/ч и воздуха – от 120 см3/ч, а металлические ротаметры с дистанционной передачей расхода воды от  30 см3/ч и воздуха – от  1,8 л/ч. Предельные давления 35 МПа, предельные температуры 450 °С.

Для измерения малых расходов можно применять ротаметр с конической трубкой расширяющейся вниз, а не вверх. Поток поступает сверху и давит на поплавок, плотность материя которого меньше плотности жидкости. Сила Архимеда уравновешивает давление  потока и вес поплавка.