8.3.2. Расходомеры постоянного перепада давления

Наиболее распространёнными приборами этой группы являются расходомеры со свободно перемещающимся в корпусе поплавком (ротаметры). Принципиальная схема ротаметра показана на рис.60. Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок вверх до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются, и он останавливается

на той или иной высоте, в зависимости от величины расхода. При неизменном расходе поплавок неподвижен. В верхней части поплавка часто делают косые прорези, которые позволяют поплавку вращаться вокруг вертикальной оси. При вращении поплавок центрируется внутри трубки, не соприкасаясь со стенками, его чувствительность повышается.

Рис. 60. Схема ротаметра: 1 – стеклянная трубка; 2 – поплавок.

В работающем ротаметре поплавок полностью погружен в измеряе-

мую среду. Вес погруженного поплавка G₁ определяется уравнением:

G₁ = V_п g (ρ_п - ρ_с ),

где V_п - объем поплавка; ρ_п и ρ_с - плотности материала поплавка и изме-

ряемой среды соответственно; g - ускорение свободного падения.

Сила G₂, действующая на поплавок со стороны измеряемого потока,

равна G₂ = (P₁ - P₂) F_o, где P₁, и P₂ - давления среды перед поплавком и за ним; F_o - наибольшее поперечное сечение поплавка.

В состоянии равновесия (поплавок неподвижен) G₁ = G₂, т. е.

V_пg(ρ_п - ρ_с) = (P₁ - P₂ ) F_o или P₁ - P₂ = V_пg(ρ_п - ρ_с) / F_o .Из полученного уравнения видно, что независимо от положения поплавка перепад давлений на нем постоянен и не зависит от измеряемого расхода. Это объясняется постоянством скорости измеряемой среды при изменении ее расхода, что обусловлено изменением площади кольцевого зазора между поплавком и трубкой. Уравнение для объемного расхода

можно представить в виде:

где α - коэффициент расхода, учитывающий особенности потока; S_K -

площадь кольцевого зазора между трубкой и боковой поверхностью поплавка.

Так как величины под корнем в уравнении (4.17) практически постоянны, то их можно заменить коэффициентом К, тогда Q=α S_K K, т.е. эта зависимость линейна, поэтому шкала ротаметра равномерная.

Ротаметры выполняют со стеклянной или металлической трубкой. Ротаметры со стеклянной трубкой изготавливают на давление, не превышающее 600 КПа. При более высоком давлении измеряемой среды, а также для измерения расхода пара применяют ротаметры с металлической трубкой.

На рис.61 приведена принципиальная схема ротаметра с электрической дифференциально-трансформаторной системой передачи показаний на расстояние. Измерительная часть прибора изготовлена в виде металлического цилиндра 1, в который помещена диафрагма 2. Внутри диафрагмы перемешается конусный поплавок 3, жестко соединенный со штоком 4, на верхнем конце штока укреплен сердечник 5 дифференциально - трансформаторного преобразователя. Сердечник находится внутри разделительной трубки 6, на которую надета катушка преобразователя. Бесшкальные ротаметры работают в комплекте с вторичными дифференциально - трансформаторными приборами.

Рис. 61. Схема ротаметра с дифференциально-трансформаторной системой дистанционной передачи показаний

Ротаметры изготавливают на рабочее давление 6,2 МПа. Основная

погрешность комплекта (преобразователя и вторичного прибора) составля-

ет 3% от верхнего предела измерения.