Расходомеры постоянного перепада давления

 

 

Q

 

Рис.4.16. Принципиаль-

ная схема ротаметра

Наиболее распространёнными приборами этой группы являются расходомеры со свобод- но перемещающимся в корпусе поплавком (ро- таметры). Принципиальная схема ротаметра по- казана на рис.4.16. Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает по- плавок вверх до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стен- ками конусной трубки не достигнет такой вели- чины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются, и он останавливается

на той или иной высоте, в зависимости от вели-

чины расхода. При неизменном расходе поплавок неподвижен.

В работающем ротаметре поплавок полностью погружен в измеряе-

мую среду. Вес погруженного поплавка G1 определяется уравнением:

G1 = Vn g ( ρ п - ρ с), (4.13)

где Vn - 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) Fo, (4.14)

где P1, и P2 - давления среды перед поплавком и за ним; Fo - наибольшее поперечное сечение поплавка.

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

Vng( ρ п - ρ с) = (P1 - P2) Fo (4.15)

или

P1 - P2 = Vng( ρ п - ρ с) / Fo. (4.16)

Из полученного уравнения видно, что независимо от положения по-

плавка 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:

Q = α SK

2 gVп (ρ n − ρ c)

ρ F. (4.17)

c o

 

где α - коэффициент расхода, учитывающий особенности потока;

 

SK -

площадь кольцевого зазора между трубкой и боковой поверхностью по-

плавка.

Так как величины под корнем в уравнении (4.17) практически посто-

янны, то их можно заменить коэффициентом К, тогда

Q = α S K K,

т.е. эта зависимость линейна, поэтому шкала ротаметра равномерная.

 

Ротаметры выполняют со стек- лянной или металлической трубкой. На рис.4.17 показан ротаметр со стеклян- ной конической трубкой 1, закреплен- ной в двух металлических головках 2 и

3, снабженных сальниками и фланцами для включения в вертикальный участок трубопровода.

Головки стянуты одна с другой несколькими тягами 4, образующими вместе с поперечными 5 защитную ре- шетку вокруг стеклянной трубки. Внут- ри трубки свободно перемещается по- плавок 6, имеющий форму волчка. В нижней головке находится седло, на ко- торое опускается поплавок при пре- кращении потока. Верхняя головка

снабжена ограничителем хода поплав-

Рис.4.17. Стеклянный рота-

метр:

1 - полая коническая трубка;

2, 3 - металлические головки;

4 - тяги; 5- поперечины;

6 - поплавок; 7 - шкала

ка. Седло и ограничитель хода не по- зволяют поплавку выйти за пределы стеклянной трубки. Шкала 7 прибора вытравлена на самой стеклянной труб- ке, отсчет ведут по верхней горизон- тальной плоскости поплавка. 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 повы-

шается. 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.4.18 приведена принципиальная схема ротаметра с электриче- ской дифференциально-трансформаторной системой передачи показаний на расстояние.

Измерительная часть прибора изготовлена в виде металлического цилиндра 1, в который помещена диафрагма 2. Внутри диафрагмы пере- мешается конусный поплавок 3, жестко соединенный со штоком 4, на верхнем конце штока укреплен сердечник 5 дифференциально - трансфор- маторного преобразователя. Сердечник находится внутри разделительной трубки 6, на которую надета катушка преобразователя. Бесшкальные рота- метры работают в комплекте с вторичными дифференциально - трансфор- маторными приборами.

 

 

Рис.4.18. Ротаметр с электрической диф- ференциально-трансформаторной систе- мой передачи показаний:

1 – цилиндр; 2 – диафрагма; 3 – поплавок;

4 – шток; 5 - сердечник; 6 – разделительная трубка

 

Ротаметры изготавливают на рабочее давление 6,2 МПа. Основная погрешность комплекта (преобразователя и вторичного прибора) составля- ет 3% от верхнего предела измерения.