Расходомеры с преобразованием в силу или перемещение

Расходомеры с преобразованием в силу или перемещение содер­жат помещенное в поток тело, воспринимающее динамическое дав­ление потока или перемещающееся под действием этого давления. Примером приборов второго типа являются ротаметры, состоя­щие из конической трубки, и поплавка, высота подъема которого определяется скоростью потока и может быть измерена, например, с помощью дифференциального индуктивного преобразователя, роль сердечника которого выполняет поплавок. Ротаметры исполь­зуются в основном для измерения малых расходов жидкости и газа (10^-7 — 10^-6 м³/с), их динамический диапазон составляет D = 5 ÷ 10. Ротаметры являются инерционными и мало точными приборами (γ = 2 ÷ 3%), однако благодаря простоте конструкции и эксплуа­тации они пригодны для широкого применения.

Ротаметр (рис. 5.2) является самым распространенным при­бором постоянного перепада давления.

Он состоит из длинной вертикально расположенной и расширяющейся вверх конусной трубки 1, внутри которой свободно плавает поплавок 2, изготавливаемый в зависимости от пределов измерения из различных материалов (стали, эбонита, дюралюминия, фторопласта). Цен­трирование положения поплавка внутри потока достигается при­менением специальной винтовой насечки 3 на ободе поплавка. Под действием движущегося потока поплавок перемещается в вертикальном направлении и одновременно вращается вокруг своей оси, что и обеспечивает его центрирование в середине по­тока.

Положение поплавка внутри корпуса однозначно связано с расходом и может быть определено непосредственно по шкале 4, нанесенной на корпусе (стеклянный ротаметр), или передается с помощью пневматического или электрического преобразова­теля на вторичный измерительный прибор.

Поток, протекающий снизу вверх в конусной трубке, обтекая поплавок, поднимает его до тех пор, пока площадь кольцевого сечения F между поплавком и внутренней поверхностью трубки не достигнет такого значения, когда действующая на поплавок сила тяжести G_п = gρ_п V_п (V_п —объем поплавка, м³; ρ_п — плотность материала поплавка, кг/м³) не уравновесится силами, действующими снизу на поплавок, а именно силой Архимеда Р_Арх и подъёмной аэродинамической силой Р_п Подъемная сила создается за счет разности действующих на поплавок снизу и сверху давлений потока ΔP₁ = P₁' - P₂' и определяется как Р_n = ΔP₁S (S — наибольшая площадь по­перечного сечения поплавка, м²).

С увеличением расхода сила, действующая на попла­вок снизу, возрастает, что вызывает подъем поплавка, а следовательно, увеличение кольцевого зазора между поплавком и стенками корпуса. В результате перепад давления достигает прежней постоянной величины.

На практике ротаметры градуируются экспериментально по воде или воздуху, а соответствующие градуировочные характеристики приводятся в паспорте прибора.

Изменение температуры изменяет плотность среды, ее вязкость, а, следовательно, влияет на результат измерения. Еще большее влияние оказывается, если ротаметр применяется для измерения среды, отличной от применяемой при его градуировке.