Ротаметр для газов и жидкости-принцип действия,устройство,применение,виды

Ротаметр для газов и жидкости-принцип действия,устройство

Для определения расхода жидкости или газа за заданный промежуток времени применяются ротаметры.

Название происходит от английского rotate– вращаться, связанного с тем, что индикатор прибора находится в постоянном вращении. Брэнд  rotameter был зарегистрирован в Англии.

Впервые принцип работы прибора (специальная форма корпуса и поплавка) был описан немецким изобретателем Карлом Куперсом в 1908 году. К. Куперс затем запатентовал ротаметрический измеритель переменного расхода жидкости или газа.

В простейшем случае ротаметр представляет собой стеклянный, расширяющийся сверху цилиндр, внутри которого находится индикатор – поплавок, в виде шарика из устойчивой к агрессивным средам пластмассы или металла (Рис. 1). Ротаметр устанавливается всегда вертикально.

Проходящий снизу вверх поток жидкости или газа поднимает поплавок на некоторую величину. В виду того что сечение оболочки неодинаково возникает момент, когда сила тяжести, действующая на поплавок, уравновесит давление потока.Чем больше расход измеряемого вещества, тем более высокое положение займет поплавок. На стенки цилиндра нанесены деления, которые показывают расход проходящей жидкости или газа. При устойчивой высоте поплавка возможно получение величины расхода. В простейших ротаметрах показания снимаются визуально. Стоит отметить, что при визуальном считывании имеет значение и прозрачность проходящей жидкости. Герметичность ротаметра не позволяет непосредственно измерить положение поплавка электрическим путем. Для преобразования высоты поплавка в электрические величины применяют магнитные или оптические датчики положения.

Рис.1

Корпусом для ротаметров, используемых для небольших давлений служит стекло или пластик, при давлении от 6,4 Мпа до 70 применяются ротаметры с корпусом из металла.

Устройство ротаметра для визуального считывания информации, показано на Рис. 2.

Внутри стеклянного или пластикового (в качестве материала могут использоваться полисульфон, трогамид или ПВХ) цилиндра 1 находится металлический поплавок 2. Для закрепления ротаметра к трубам служат штуцеры из латуни 3. Шкала делений на цилиндр нанесена в единицах расхода объема за время (например, в литрах в минуту).

Поплавок выполнен в виде цилиндра с обтекаемой формой. Верхняя часть поплавка содержит косые вырезы. Благодаря им набегающий поток заставляет вращаться и занимать устойчивое положение поплавок по принципу гироскопа, тем самым избегая трения о боковые стенки цилиндра. Показания считываются по верхнему срезу индикатора.

Рис. 2

Металлические ротаметры (Рис. 3) включают в себя металлическую трубу с переменным сечением 1, внутри которой располагается поплавок 2 с закрепленным на нем постоянным магнитом 3. Под воздействием постоянного давления (например, протекающей жидкости) поплавок занимает определенное положение, определяемое равными величинами силы тяжести с одной стороны и силы Архимеда и давления – с другой стороны. Также ферромагнитная шайба из стали закреплена на стрелке указателя расхода. Под воздействием магнита поплавка возникает отклонение стрелки. Шкала размечена под определенную жидкость или газ. Такие ротаметры в автоматизированных системах снабжены преобразователем угла поворота в напряжение или в цифровую форму.

Рис. 3

Принцип работы ротаметра с оптическим датчиком положения поплавка показан на Рис.4. Корпус ротаметра 1 с переменным сечением изготовлен из стекла или прозрачного пластика, выдерживающего давление потока. Поплавок 2 должен быть изготовлен из плотного вещества (например, металла), исключающего возможность всплытия в измеряемом веществе. При воздействии сильного магнитного поля поплавок изготавливают из немагнитных материалов (керамики или пластмассы).

Рис. 4

С одной стороны ротаметра размещается источник света 3, лучи которого проходят через рассеиватель 4. Внешнее освещение не должно быть соизмеримо с  яркостью источника света ротаметра во избежание ошибок считывания положения.
Собирающая линза   5 располагается с противоположной стороны ротаметра. Изображение линзы фокусируется на вращающемся зеркале 6.  Вращение линзы создается синхронным мотором с известным числом оборотов в минуту. Отраженное изображение поступает на фотодетектор 8 через ограничивающую планку  7. На электронный переключающий триггер  9 поступает сигнал открытия от мотора, когда он начинает вращение зеркала. Фотодетектор через усилитель-компаратор 10 сбрасывает триггер, когда оптическая система обнаружит темный поплавок на светящемся экране. Триггер 9 разрешает поступление тактовых импульсов, открывая логический ключ 11. Счетчик 12 подсчитывает количество импульсов, поступивших до момента сброса схемы фотодетектором. Количество импульсов, пропорциональное высоте подъема поплавка, отображается индикатором 13.
Очевидными преимуществами ротаметров является простота всей конструкции, несложная технология изготовления. Для процесса измерения не требуется внешнего источника энергии. Оболочка ротаметра позволяет безопасно получать показания объемного расхода агрессивных и высокотемпературных веществ. Высота подъема поплавка практически линейно зависит от измеряемого объема, что упрощает дальнейшее преобразование измерений.
К недостаткам ротаметрических расходомеров можно отнести обязательно вертикальное расположение прибора(так как с процессом измерения связана сила тяжести поплавка), влияние на точность показаний величины вязкости жидкости (впрочем,некоторые фирмы изготавливают ротаметры, откалиброванные по расходу конкретного вещества заказчика) и в случае визуального считывания информации – возможность ошибки. На точность показания прибора может влиять вибрация, поэтому рекомендуется применять ротаметры в неподвижных системах. Температура также сильно влияет на объем газов, что приводит к увеличению погрешности прибора.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.