Особенности ротаметров и их разновидности

Ротаметр представляет собой измерительный прибор, посредством которого определяют расходование жидкостей и газа. Он позволяет установить физическую расходную величин среды, которая перемещается и трансформирует её в параметры расхода потока.

Название ротаметров берёт начало от английского слова «rotate» – то есть «вращаться». Это связано с тем, что индикатор устройства постоянно движется. Торговая марка «rotameter» была зарегистрирована в Великобритании. Впервые механизм работы устройства был описан немецким ученым Карлом Куперсом в 1908 году. Именно он впоследствии запатентовал измеритель переменного расхода газа газообразных или жидкостных сред. В самом простом варианте ротаметр выглядит как цилиндр, расширяющийся сверху. Внутри него располагается поплавок в виде шарика из пластмассы либо металла, стойкого к воздействию агрессивных веществ. Он выполняет роль индикатора. Устройство всегда крепится в вертикальной плоскости.

Принцип действия ротаметра основан на механизме, в соответствии с которым движущийся снизу вверх поток газа, пара или жидкости обязательно приподнимает поплавок на некую величину. Учитывая, что параметры сечения оболочки на разных отрезках неодинаковы, возникает момент, когда воздействующая на поплавок сила тяжести будет уравновешивать общее давление потока. При этом чем больше расходование измеряемой среды, тем выше поднимется поплавок.

В самых простых приборах показания можно снять визуально. Однако при этом важное значение имеет прозрачность проходящей среды. Герметичность конструкции не позволяет установить изменение положения поплавка электрическим методом. Поэтому для преобразования высоты индикатора в электрические величины используют оптические либо магнитные датчики положения.

К числу преимуществ ротаметра можно отнести:

• простоту конструкции прибора и несложную технологию его производства;
• для проведения измерений нет необходимости в каких-либо внешних источниках энергии;
• оболочка ротаметра позволяет получать параметры расхода высокотемпературных и агрессивных средств;
• высота подъёма индикатора находится в линейной зависимости от измеряемых объемов жидкостей и газов — это значительно упрощает дальнейшее проведение вычислений и поверку.

Из недостатков можно выделить такие.

• Обязательное расположение прибора в вертикальной плоскости, поскольку процесс измерения напрямую связан с воздействием силы тяжести поплавка.
• На точность показаний может повлиять вязкость жидкости. Впрочем, некоторые изготовители начали предлагать на рынок специализированные ротаметры, откалиброванные с учётом расхода конкретных веществ, они выполняются под определенного заказчика.
• На точность инструмента также воздействуют вибрационные колебания, поэтому ротаметры желательно ставить в статичных системах.
• При измерении параметров расходования газа погрешность могут вызвать температурные воздействия.

В зависимости от материала изготовления, выделяют стеклянные, пластмассовые и металлические приборы. Они имеют различия в конструкции и механизме действия, соответственно, имеется разница и в областях их применения.

Самая упрощенная модель, которая повсеместно востребована в бытовой сфере. Это один из самых бюджетных и доступных способов замерить расходования жидкостей и газов. Подобный прибор не предназначается для повышенных статистических нагрузок. Точность замеров довольно высока, хотя при частом изменении давления устройство может сломаться. В основе лежит коническая трубка, выполненная из стекла, по ней идёт жидкость или газ. Внутри трубки размещается поплавок. Под действием паров, воды, масел и газов он двигается и отражает параметры расходования. Шкала таких ротаметров может быть откалибрована под непосредственное считывание либо расчет долей диапазона. Некоторые производители выпускают приборы с калибровкой по произвольной измерительной шкале для последующих вычислений с диаграммами или формулами преобразований.

Ротаметры из стекла имеют защитную экранировку. Их пропускная способность достигает 65 GPM. Концевые фитинги изготовлены из пластмассы либо металла с учётом химических особенностей измеряемых жидкостей. Не подходят для сред, которые способны вызвать деформацию стекла. Это вода, нагретая до температуры более 90 градусов, и влажный пар, которые размягчают материал измерительной трубки.

При измерении сред, двигающихся под давлением больше 6,5 МПа, ротаметры из стекла неэффективны. В такой ситуации оптимальным выбором станут металлические приборы. Они актуальны для повышенных температур и давлений. Обычно их изготавливают из нержавейки, алюминия либо латуни. При этом изменение величины поршня определяется за счёт механических либо магнитных отслеживающих элементов, которые снаружи считываются измерительным устройством из металла.

Как и в стеклянных устройствах, расход здесь устанавливает пружинно-поршневая комбинация. Материалы для изготовления конструкции и фитингов подбираются с учетом требований определяемых сред. Такие счётчики востребованы в работе служб, где гидравлический удар, воздействие температуры, давления и других сил могут повредить измерительную трубку. Основными преимуществами металлических ротаметров являются прочность, надежность и долгий эксплуатационный ресурс. Прибор отличается точностью вычислений, погрешность невысока. Хотя такое оборудование во многом уступает конструкциям с пневматическими преобразователями.

Пластик, как и стекло является бюджетным вариантом ротаметра. Его используют для сред повышенной ударной вязкости. Такие приборы изготавливают из поликарбоната, концевые фитинги делают из прочной пластмассы либо металла. При этом работа с металлическими концевыми фитингами требует крайней осторожности в процессе монтажа, иначе велик риск сломать резьбу. Пластмассовые ротаметры эффективны для измерений неагрессивных сред.

Также их задействуют в случае прохождения коррозионных жидкостей и деионизированной воды, которые оказывают негативное воздействие на металл. Самый современный тип прибора — это дистанционный ротаметр. При этом поплавок выполняют из алюминия, стали, пластика либо титана — выбор зависит от особенностей коррозионной среды. Погрешность таких приборов не превышает 1,5%, в то время как для стандартных конструкций этот показатель варьируется от 2,5 до 6%. Но и стоят такие механизмы на порядок дороже.

Ротаметры относятся к группе расходометров. Они предназначены для расчета параметров расходования газообразных и жидких смесей. Бывают как бытовыми, для вычисления трат газа и воды, так и заводскими. Измерительные устройства могут ставиться на трубопроводах различного диаметра с давлением в пределах от 0 до 300 бар и больше в зависимости от специализации производственного предприятия.

Ротаметры могут служить для замера расходования воздуха, кислорода, углекислоты и прочих газо- и парообразных сред.

• Лабораторные работы. В ходе проведения научных и исследовательских изысканий зачастую возникает необходимость в контроле за поступлением газо- и парообразных веществ. В этом случае ротаметры актуальны для обеспечения лабораторного эксперимента необходимым объемом испытуемого вещества.
• Производственная инфраструктура. Большинство технологических процессов на заводах и фабриках сопровождается введением газов в процесс преобразования сырья. Их используют для плавления, разбавления суспензий и охлаждения оборудования. Во всех этих случаях принципиальным фактором является соблюдение точных пропорций, поскольку это оказывает непосредственное воздействие на безопасность работ и качество готового продукта. Ротаметр станет простым решением, которое можно смело включать в системы автоматизированного контроля.

Транспортировка нефтепродуктов. Устройства незаменимы при перемещении нефтепродуктов и других маслянистых жидкостей. Их устанавливают на трубопроводах при передаче суспензии на значительные расстояния. Они позволяют удерживать под контролем объём поставок с погрешностью до 1%.

ЖКХ. Самое большое распространение ротаметры получили в бытовых счётчиках. Их устанавливают представители коммунальных служб для осуществления контроля за расходованием воды и газов, чтобы в точности рассчитать параметры объёма израсходованного вещества и начислить соответствующую оплату. Прибор востребован при обустройстве систем отопления, котельных и водопроводов. Их настройки могут калиброваться под системы с конкретными параметрами давления.

В первую очередь ротаметры подбираются с учетом материала изготовления. Изделия со стеклянной либо пластиковой колбой уязвимы и склонны к деформациям. Они актуальны для сред с пониженным давлением — водной, воздушной, кислородной и углекислотной. Однако стекло не поддается коррозии и не изменяет параметров точности измерения, поэтому его применение уместно и в кислотных средах. Стеклянный ротаметр распространён при измерении пропускного объема воды и других прозрачных, незамутненных жидкостей. Подходят для бытовых нужд.

Изделия с металлическим корпусом отличаются высокой прочностью. Именно поэтому их используют в средах с повышенным давлением. Также металл незаменим для густых темных сред, где возможность рассмотреть шкалу деления визуально отсутствует. На этот случай на поплавках встроен специальный механизм, принцип действия которого заменяет собой шкалу деления.

В зависимости от нужд пользователя, можно приобрести ротаметры, шкалы которых калибруются в различных величинах — в единицах расходования, в мерах отношения размера трубки к диаметру индикатора, в процентах от величины деления и даже в миллиметрах.

Стеклянные ротаметры востребованы для расчета объема подачи газов и жидкостей под давлением, не превышающем 0,6 МПа. Для сред с давлением до 6,5 МПа более актуальные металлические приборы. Самые современные модели снабжаются преобразователями пневматического либо дифференциально-трансформаторного типа. Их назначение сводится к передаче данных дистанционно, их погрешность минимальна. В зависимости от агрессивности обследуемой среды, поршни могут изготавливаться из пластика, фторопласта, сплавов алюминия, а также титана и нержавеющей стали.