2.5. Ротаметры

Расходомеры постоянного перепада давления – ротаметры - применяются для измерения расходов однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов, протекающих по трубопроводам и не подверженных значительным колебаниям. Ротаметры имеют большой диапазон измерения ( ).

Ротаметр (рис. 17) представляет собой длинную коническую трубку, располагаемую вертикально, вдоль которой под действием движущегося снизу вверх потока перемещается поплавок. Поплавок перемещается до тех пор, пока площадь кольцевого отверстия между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки не достигнет такого размера, при котором перепад давления по обе стороны поплавка не станет равным равновесному. При этом действующие на поплавок силы уравновешиваются, а поплавок устанавливается на высоте, соответствующей определенному значению расхода [3, 1].

Рис. 17. Схема ротаметра

На поплавок сверху вниз действуют две силы: сила тяжести и сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка.

Сила тяжести , где объём поплавка, плотность материала поплавка, ускорение свободного падения. Сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка равна , где среднее давление потока на единицу площади верхней поверхности поплавка, площадь наибольшего поперечного сечения поплавка.

Снизу вверх на поплавок действуют сила от давления потока на нижнюю плоскость поплавка и сила трения потоков о поплавок , где коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности, средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка, площадь боковой поверхности поплавка, показатель, зависящий от скорости. При равновесии поплавка справедливо равенство (9):

+ = + . (9)

Формула для расчёта расхода несжимаемой жидкости имеет вид (10):

, (10)

где плотность измеряемой среды, - коэффициент расхода, определяется опытным путём.

Достоинства: относительная простота в конструкции, широкий диапазон измерения расходов ( ; ).

Недостатки: невысокие рабочие давления измеряемых сред для ротаметров со стеклянной трубкой (не более 0,58 МПа), невозможность регистрации показаний для ротаметров с металлической конусной трубкой, невозможность передачи показаний на расстояние, недостаточная чёткость шкал, градуировка ротаметров производится по конкретным средам (вода и воздух), низкая точность [14].

Ротаметр с малым ходом RAMC

Ротаметр с малым ходом используется для измерения расхода жидкостей, пара и газа (рис. 18). Принцип работы ротаметра - создание условия динамического равновесия между весом поплавка и силой сопротивления потоку таким образом, чтобы с изменением величины расхода изменялось положение поплавка [10, 11].

Поплавок перемещается соосно направляющей конической трубке. Позиция поплавка через индуктивную связь передаётся на индикатор. Ротаметр монтируется непосредственно на трубопровод. Прибор устанавливается вертикально, с направлением потока снизу-вверх.

Рис. 18. Ротаметр с малым ходом RAMC

Основные свойства:

- Дополнительное демфирование поплавка для подавления колебаний при измерение газов;

- Различная футировка для агрессивных жидкостей;

- Локальный индикатор без дополнительного источника питания;

- Реле ограничение расхода.

Характеристики стандартного электронного преобразователя с локальным дисплеем:

- Индикация расхода;

- Отображение разных единиц объёма и массового расхода;

- Демфирование выходного сигнала;

- Связь с HART (2-двухпроводной: 4-20 мА);

- Линейность: 0,2 %;

- Гистерезис: 0,1%.

Технические характеристики:

- Параметры измеряемой среды: температура: -180…+370 °С;

давление: < 4 МПа

- Пределы измерений зависят от условий прохода и параметров измеряемой среды:

газ: 0,07…1400 м³/ч (при t +20 °С и P_аб 1,013 бар);

жидкость: 0,025…130 м³/ч (при t +20 °С);

- Класс точности: 1,6 – для материала нержавеющая сталь;

2,5 – для материала фторопласт;

- Выходные сигналы:

аналоговый:4…20 мА + HART-протокол (2-проводная сх. подк.); 0…20/4…20 мА (3- или 4-проводная сх.под.).

дискретный;

сигнализаторы предельных значений.

Маркировка датчика имеет следующую расшифровку:

- RAMC02 - ротаметр DN 25;

- D4 - соединение с процессом: фланцевое PN 40;

- SS - материал смачиваемых деталей: нержавеющая сталь;

- 64S2 - сочетание конуса/поплавка;

- Н - электронный индикатор с HART протоко.;

- 90 - тип корпуса: округлый нержавеющая сталь;

- 424 - источник питания: 24 В постоянного тока, 2-проводной, 4 ÷ 20 мА;

- QR - свидетельство о первичной поверке.