Ротаметр: принцип работы и применение

Введение

Устройство для измерения расхода жидкости, устройство измерения расхода.

Ротаметр – это устройство для измерения объемного расхода жидкости в закрытой трубе.

История

Первый переменный площадомер с вращающимся поплавком был изобретен Карлом Куепперсом (1874–1933) в Аахене в 1908 году. Это описано в немецком патенте 215225. Феликс Мейер основал компанию "Deutsche Rotawerke GmbH" в Аахене, осознавая фундаментальную важность этого изобретения. Они усовершенствовали это изобретение, разработав новые формы поплавка и стеклянной трубки. Куепперс изобрел специальную форму внутренней поверхности стеклянной трубки, которая обеспечила симметричную шкалу расхода. Торговая марка Rotameter была зарегистрирована британской компанией GEC Elliot automation, Rotameter Co. Во многих других странах торговая марка Rotameter зарегистрирована компанией Rota Yokogawa GmbH & Co. KG в Германии, которая в настоящее время принадлежит Yokogawa Electric Corp.

Описание

Ротаметр состоит из конической трубки, обычно изготовленной из стекла, внутри которой находится "поплавок" – фигурный вес из анодированного алюминия или керамики. Поплавок поднимается вверх под действием силы сопротивления потока и опускается вниз под действием силы тяжести. Сила сопротивления для данной жидкости и поперечного сечения поплавка зависит только от квадрата скорости потока (см. уравнение сопротивления). Увеличение объемной скорости потока через заданную площадь приводит к увеличению скорости потока и силы сопротивления, в результате чего поплавок поднимается вверх. Однако, поскольку внутренняя часть ротаметра имеет коническую форму (расширяется), площадь вокруг поплавка, через которую протекает среда, увеличивается, а скорость потока и сила сопротивления уменьшаются до достижения механического равновесия с весом поплавка. Поплавки изготавливаются различных форм, наиболее распространенными являются сферы и эллипсоиды. Поплавок может иметь диагональные канавки и быть частично окрашенным, чтобы вращаться вокруг своей оси при протекании жидкости. Это позволяет определить, не заклинило ли его, так как вращение происходит только в свободном состоянии. Показания обычно снимаются по верхнему краю самой широкой части поплавка – по центру для эллипсоида или по верху для цилиндра. Некоторые производители используют другие стандарты. Поскольку принцип работы ротаметра основан на силе тяжести, он должен быть установлен вертикально. Значительное отклонение от вертикального положения может привести к существенной погрешности. Из-за непосредственного указания расхода, разрешение ротаметра относительно низкое по сравнению с другими принципами измерения. Неопределенность показаний возрастает в нижней части шкалы. Колебания поплавка и параллакс могут дополнительно увеличить неопределенность измерения. Поскольку поплавок необходимо рассматривать сквозь текущую среду, некоторые жидкости могут затруднять чтение показаний. Для электронного измерения положения поплавка может потребоваться преобразователь. Ротаметры сложно адаптировать для машинного считывания, хотя существуют магнитные поплавки, приводящие в действие индикатор за пределами трубки. Ротаметры обычно не изготавливаются в размерах более 6 дюймов (150 мм), но для очень больших труб иногда используются байпасные конструкции.

A rotameter consists of a tapered tube, typically made of glass with a 'float' (a shaped weight, made either of anodized aluminum or a ceramic), inside that is pushed up by the drag force of the flow and pulled down by gravity. The drag force for a given fluid and float cross section is a function of flow speed squared only, see drag equation. A higher volumetric flow rate through a given area increases flow speed and drag force, so the float will be pushed upwards. However, as the inside of the rotameter is cone shaped (widens), the area around the float through which the medium flows increases, the flow speed and drag force decrease until there is mechanical equilibrium with the float's weight. Floats are made in many different shapes, with spheres and ellipsoids being the most common. The float may be diagonally grooved and partially colored so that it rotates axially as the fluid passes. This shows if the float is stuck since it will only rotate if it is free. Readings are usually taken at the top of the widest part of the float; the center for an ellipsoid, or the top for a cylinder. Some manufacturers use a different standard. Because operation of a rotameter depends on the force of gravity for operation, a rotameter must be oriented vertically. Significant error can result if the orientation deviates significantly from the vertical. Due to the direct flow indication the resolution is relatively poor compared to other measurement principles. Readout uncertainty gets worse near the bottom of the scale. Oscillations of the float and parallax may further increase the uncertainty of the measurement. Since the float must be read through the flowing medium, some fluids may obscure the reading. A transducer may be required for electronically measuring the position of the float. Rotameters are not easily adapted for reading by machine; although magnetic floats that drive a follower outside the tube are available. Rotameters are not generally manufactured in sizes greater than 6 inches/150 mm, but bypass designs are sometimes used on very large pipes.