Прибор для измерения расхода жидкости

Основным прибором, используемым в лаборатории для измерения расхода жидкости, является ротáметр.

Название прибора происходит от лат. rotare – вращать и гр. μετρεω – измеряю.

На рис. П.1 показано обычное устройство ротаметра.

Рис. П.1. Ротаметр стеклянный: 1 и 12 – корпусы; 2 – верхний упор; 3 и 10 – сальниковые уплотнения; 4 и 9 – втулки; 5 – шпилька; 6 – стеклянная трубка; 7 – шкала; 8 – поплавок; 11 – нижний упор

В верхнем 1 и нижнем 12 корпусах, соединенных друг с другом шпильками 5, с помощью втулок 4 и 9, а также сальниковых уплотнений 3 и 10 укреплена стеклянная коническая трубка 6. Трубка укрепляется расширяющимся концом вверх. Конусность трубки невелика и составляет 0,001…0,01, так что визуально она воспринимается как цилиндрическая. Внутри трубки вертикально перемещается поплавок 8. В прежних конструкциях на боковой поверхности поплавка делали косые канавки, вызывавшие его вращение при движении жидкости (отсюда и название устройства), что способствовало центрированию поплавка относительно оси трубки; в дальнейшем выяснилось, что поплавок занимает соосные с трубкой положения и без вращательного движения. Для ограничения хода поплавка служат верхний 2 и нижний 11 упоры.

Коническая трубка и поплавок образуют проточную часть ротаметра.

Непосредственно на стеклянную трубку нанесена шкала 7, имеющая 100 условных делений. Расход жидкости определяют по калибровочным графикам или расчётным уравнениям соответственно отметке шкалы, обозначенной верхним краем поплавка.

Поплавок ротаметра будет находиться в квазистатическом взвешенном состоянии при условии равенства всех сил, действующих на него в потоке жидкости, а именно: силы тяжести (F_g), архимедовой силы (F _A) и силы сопротивления со стороны обтекающего его потока (F _c), то есть когда F_g = F _A + F _c.

Сила тяжести и архимедова сила для данного поплавка постоянны. Сила сопротивления пропорциональна скорости обтекающего потока: , где z – коэффициент пропорциональности, r – плотность жидкости, S _п - площадь поперечного сечения поплавка.

Таким образом, баланс сил обеспечивается определенной скоростью потока v.

Согласно уравнению расхода жидкости в канале круглого поперечного сечения , постоянство скорости при изменениирасхода может быть достигнуто изменением диаметра канала (d). Именно с этой целью трубка ротаметра имеет коническую форму.