Поплавковые ротаметры для контроля жидкости серии LZM-G типа «трубка» из акрилового пластика

Считывание показаний ротаметра

При эксплуатации ротаметров очень важно правильно считывать показания приборов. Так как в зависимости от диапазона измерений поплавок прибора имеет разную форму. Форма поплавка разрабатывалась индивидуально для каждого типоразмера с учетом гидравлического сопротивления, расширения корпуса ротаметра, различных сил, действующих на поплавок и т.д.

На рисунке представлены основные типы поплавков

• цилиндрический с коническим низом:
• цилиндрический с коническим низом и юбкой;
• грибовидного типа;
• сферический

Стрелка на рисунке указывает, что это точка поплавка при совмещении с риской корпуса ротаметра даст пользователю текущее показание расхода жидкости или газа.

Вы можете считывать показания согласно представленным ниже рисункам.

Спецификация

Порядок установки

Материалы

Размеры

Считывание показаний

Расчет поправочного коэффициента при измерении жидкостей

Ротаметр. Устройство, принцип действия, виды и типы ротаметров.

Наиболее распространенными представителями расходомеров постоянного перепада являются ротаметры. Ротаметры используются в промышленных и лабораторных условиях для измерения небольших объемных расходов жидкостей (верхние пределы от 0,002 до 70 м3/ч) или газов (верхние пределы от 0,05 до 600 м3/ч) в вертикальных трубопроводах диаметром 3. 150 мм.

Ротаметры обладают рядом достоинств : простота устройства; возможность измерения малых расходов жидкостей и газов в трубопроводах малых диаметров; высокая точность при индивидуальной градуировке прибора; малая потеря давления; практически равномерная шкала; динамический диапазон G в.п /G н.п достигает десяти.

Недостатками ротаметров являются необходимость установки только на вертикальных участках трубопроводов; трудности дистанционной передачи показаний и записи; непригодность для измерения расхода сред с высокими давлением и температурой.

В простейшем виде ротаметр представляет собой вертикальную коническую (расходящуюся вверх) стеклянную трубку 1 (рис. 1), внутри которой располагается поплавок 2. Поплавки могут иметь различную форму. Одна из форм — цилиндрическая с нижней конической частью и верхним бортиком с вырезанными на нем косыми канавками. Контролируемая среда при протекании через эти канавки обеспечивает вращение поплавка, при этом он центрируется по оси трубки и устраняется его трение о стенки.

Рис. 1. Схема ротаметра : 1 — стеклянная трубка; 2 — поплавок

Между бортиком поплавка и стенкой трубки образуется кольцевой зазор f к , при прохождении через который поток сужается, скорость его растет, и возникает разность между давлением р 1 в сечении АА до начала сужения и давлением р 2 в самом узком сечении ВВ кольцевой струи. С подъемом поплавка площадь f к увеличивается. Принцип действия ротаметра основан на уравновешивании при любом расходе силы тяжести поплавка силами, действующими на него со стороны жидкости. При этом вертикальное положение поплавка будет однозначно связано с расходом.

Перепад давления на поплавке оказывается не зависящим от расхода. Поэтому ротаметры относятся к группе расходомеров постоянного перепада.

Положение поплавка зависит не только от расхода, но и от плотности контролируемой среды, т.е. градуировка ротаметра должна производиться с ее учетом. Из-за большого разнообразия контролируемых сред ротаметры подразделяются на две группы: для жидкостей, которые градуируются на воде, и для газов, которые градуируются на воздухе. Если такие ротаметры используются для измерения расхода других сред, то их показания нужно умножать на поправочный множитель к.

Наибольшее влияние на погрешность оказывает изменение структуры потока вследствие турбулентности, погрешность определения плотности среды, отличие действительных размеров трубки и поплавка от расчетных, отличие массы поплавка от расчетной. Эти погрешности имеют достаточно большие значения, причем некоторые из них возрастают к началу шкалы.

Основная погрешность ротаметров обычно равна ±(2. 3) %, при индивидуальной градуировке она может быть уменьшена до±(0,5. 1) %. Обычно нижний предел измеряемого расхода ротаметра составляет 0,1 от верхнего предела. Важным отличием ротаметров от других типов расходомеров является незначительная и почти постоянная в рабочем диапазоне потеря давления. У стандартных расходомеров она не превышает 10 кПа для жидкостных приборов и 5 кПа для газовых.

Ротаметры выпускаются нескольких типов . Стеклянные показывающие ротаметры типа РМ имеют шкалу, нанесенную на наружную поверхность конической стеклянной трубки. Шкалы могут градуироваться в различных единицах: в единицах расхода, в процентах от максимального деления, в миллиметрах, в долях отношений диаметра трубки к диаметру поплавка. Очевидно, что в последних случаях ротаметр снабжается градуировочной характеристикой.

Показания считываются по положению верхней горизонтальной плоскости поплавка. Ротаметры со стеклянной конической трубкой применяются для измерения расхода газов или прозрачных жидкостей, находящихся под давлением не более 0,6 МПа (6 кгс/см 2 ).

Для измерения расхода сред с избыточным давлением до 6,4 МПа (64 кгс/см 2 ) используются ротаметры с металлической конической трубкой. Обычно такие ротаметры снабжаются дифференциально-трансформаторными или пневматическими преобразователями для дистанционной передачи показаний. Основная приведенная погрешность ротаметров с дифференциально-трансформаторным преобразователем в комплекте с вторичным прибором составляет ±2,5 %, с пневматическим выходным сигналом ±(1,5. 2,5) %.

В зависимости от диапазона измерения, плотности и агрессивности среды поплавки изготавливаются из нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов, пластмассы, фторопласта.

Ротаметры с конической стеклянной трубкой типа РМ выпускаются фирмой «Промприбор» (г. Ливны), с дистанционной передачей Арзамасским приборостроительным заводом. Широкая гамма ротаметров производится фирмами Brooks Instrument, Siemens и др.

Ротаметр: подробно простым языком

Ротаметр — расходомер непрямого действия, который используется для измерения или получения показаний расхода потока жидкости, газа или пара. Он не измеряет расход движущейся среды непосредственно, т.е. на основе принципа положительного накопления. Вместо этого он измеряет некоторую физическую величину расхода движущейся среды и преобразует ее в соответствующий параметр расхода потока.

Схема ротаметра

Принцип работы ротаметра

Газообразная или жидкая среда поступает через входное отверстие в донной части ротаметра, движется вверх через колбу, а затем покидает прибор через выходное отверстие в верхней части. Результатом направленного вверх движения среды в конусообразной колбе является перемещение поплавка. Для того, чтобы поплавок перемещался в строго вертикальном направлении: вверх и вниз, монтаж ротаметра должен осуществляться в вертикальном исполнении. Для того, чтобы поплавок не выходил из колбы в верхней и донной ее частях устанавливаются стопорные устройства, такими устройствами могут быть пластмассовые или металлические фиксаторы. В качестве направляющего устройства для поплавка вдоль стенок внутри колбы проходят стеклянные или пластмассовые кромки, или ребра, которые предотвращают отклонение, переворачивание или заклинивание поплавка в колбе.

Обычно у ротаметра имеется шкала для снятия показаний о количестве движущейся среды. Шкала может быть выгравирована на самой колбе или же на какой-нибудь полоске, находящейся рядом с колбой. Шкала откалибрована в единицах измерения расхода потока, в кубических метрах, например. Фактическое показание изменяется в соответствии с изменением положения поплавка относительно шкалы.

Ротаметры со стеклянной или пластмассовой колбой

Обычно используются в системах с низким давлением и невысокими температурными параметрами. Ротаметры со стеклянной колбой также используются для измерения кислотных и щелочных (едких) жидкостей, поскольку стекло устойчиво к таким веществам, не поддается их коррозийному действию. Их основными конструктивными деталями являются: прозрачная, конической формы колба из стекла или пластмассы и поплавок. Для того, чтобы можно было снимать показания с ротаметра, необходимо, чтобы поплавок был виден, поэтому ротаметры со стеклянными или пластмассовыми колбами используются только для измерения параметров достаточно прозрачной среды, движущейся по трубопроводу.

Ротаметр со стеклянным корпусом

Магнитные ротаметры (с металлическим корпусом)

Успешно используется там, где нельзя применить ротаметры с колбой из стекла или пластмассы. Например, их можно использовать для измерений расхода потока темных жидкостей, в которых невозможно увидеть поплавок, таких как: чернильная паста или красители. Ротаметры с металлическим корпусом используются также в системах с высоким давлением и температурой, поскольку металл прочнее стекла или пластмассы.

Работает он также, как и ротаметр со стеклянной или пластмассовой колбой, за исключением того, что у ротаметра с металлической колбой для получения показаний о высоте поплавка имеется специальный механизм.

Ротаметр с металлическим корпусом

Теоретические основы измерения расхода при помощи ротаметров

Уравнение движения поплавка в ротаметре выводится из условий ею обтекания потоком жидкости или газа. Предполагается, что поток одномерный, начало координат помещается в плоскости теоретического нуля ротаметра, расход жидкости постоянен.

Применительно к ротаметрической паре первого (основного) типа можно утверждать, что на поплавок действуют:

(11.3)

где W — объем поплавка, см 3 ;

, — плотность жидкости и материала поплавка соответственно, г/см 3 ;

m — масса поплавка, г;

Сила гидродинамического напора:

(11.4)

где — средняя скорость потока в кольцевом зазоре, м/с;

— скорость поплавка относительно неподвижной трубки (начала отсчета), м/с;

— коэффициент сопротивления поплавка.

Средняя скорость в кольцевом зазоревычисляется по (11.5):

(11.5)

где — площадь кольцевого зазора, мм 2 ;

При установившемся режиме х = h, а Р-G = 0. Тогда получим формулу (11.6):

(11.6)

Путем преобразований из уравнения (11.6) можно получить формулу (11.7) для вычисления расхода:

(11.7)

Формула расхода для расходомеров с ротаметрической парой второго типа имеет вид (11.8):

, (11.8)

а с ротаметрической парой третьего типа — (11.9):

(11.9)

Теория ротаметров основана и на зависимостях, описывающих движение жидкости или газа в кольцевом зазоре между трубкой и поплавком. Перепад давления до и после поплавка находят из (11.10):

(11.10)

Расход через кольцевой зазор можно определить по формуле (11.11):

(11.11)

где — коэффициент расхода ротаметра;

— площадь сечения кольцевого зазора, мм 2 ;

Подставляя в формулу (11.11) значения перепада давления и площади кольцевого зазора, получим уравнение расхода (11.12):

(11.12)

Из сравнения формул (11.7) и (11.12) следует (11.13):

(11.13)

Таким образом, можно установить связь между приведенными выше двумя теоретическими основами движения жидкости и поплавка в ротаметре. Градуировочные характеристики ротаметров и способы их пересчета. Ротаметры относятся к расходомерам, требующим их обязательной градуировки на образцовой расходомерной установке, так как явления, возникающие в ротаметрах при протекании измеряемой среды, сложны и не могут быть исчерпывающе описаны математическими зависимостями. Кроме того, малейшее отклонение размеров рабочих органов ротаметров от заданных приводит к изменению зависимости подъема поплавка от расхода измеряемой среды.

При изготовлении на заводах ротаметры обычно градуируют на воде или воздухе при стандартных условиях (T = 20 °С, атмосферное давление 760 мм рт. ст.). На практике ротаметрами измеряют расход жидкостей или газов со свойствами, отличающимися от свойств воды или воздуха, а также при иных температурах и давлениях для получения при этом значений расхода с заданной погрешностью необходимо либо повторить градуировку на измеряемой среде, что часто бывает сложно, а иногда и невозможно (например, при измерении расхода токсичных сред), либо провести градуировку на средах-заменителях, имитирующих вязкость и плотность измеряемой среды. Имитирующими жидкостями могут служить водоглицериновые смеси, масла и т. п. Но применение имитирующих жидкостей не всегда возможно, так как подобрать идентичную по плотности и вязкости среду бывает трудно, а отличие в этих параметрах приводит кдополнительной погрешности. Поэтому для получения показаний ротаметров на различных средах часто прибегают к пересчету заводских градуировочных характеристик. Существует несколько методов пересчета градуировочных характеристик. Нормативным документом по пересчету показаний ротаметров являются «Методические указания по пересчету градуировочных характеристик расходомеров постоянного перепада давления» (МУ 44 — 75). Кроме того, имеется ряд работ в этой области.

Все современные методики пересчета градуировочных характеристик ротаметров основаны на законах гидродинамического подобия и использования ряда безразмерных параметров, к которым относятся. — параметр, аналогичный числу Рейнольдса, устанавливающий подобие сил жидкостного трения и сил инерции (d — диаметр поплавка в миделевом сечении); — параметр, характерный для расходомеров постоянного перепада и устанавливающий подобие сил трения и сил тяжести; — безразмерная высота, устанавливающая геометрическое и гидравлическое подобие; параметр, аналогичный числу Эйлера и характеризующий подобие сил давления и сил инерции.

Из сопоставления основных формул расхода для ротаметров с поплавками одинаковой плотности, измеряющих среды с различной плотностью, можно получить формулу (11.14) для пересчета расхода:

(11.14)

где , соответственно коэффициенты сопротивления поплавка при градуировке и в реальных условиях измерения;

р — плотность поплавка, г/см 3 ;

р₁ — плотность градуировочной жидкости или газа, г/см 3 ;

Р ₂— плотность измеряемой среды, г/см 3 .

Значения коэффициентов С₁ и С₂ можно определить из специально составленных таблиц или вычислить по формулам (11.15) и (11.16), используя безразмерные параметры.

Для ротаметрической пары первого типа

(11.15)

для второго типа

(11.16)

Использовать аналитические зависимости при пересчете градуировочных характеристик ротаметров сложно, поэтому были предложены графоаналитические методы, упрощающие процесс пересчета. Одним из распространенных методов является метод, основанный на использовании теории размерностей зависимости:

(11.17)

По результатам градуировки геометрически подобных ротаметров (на различных средах) строят номограмму, которая представляет собой семейство кривых .

Пример такой номограммы показан на рисунке 11.8. При ее использовании сначала вычисляют безразмерные величины , , а затем по номограмме находят величину П. Объемный расход рабочей жидкости вычисляют по формуле (11.18):

(11.18)

Недостатком этого метода является то, что в его основу положено постоянство угла конусности, т. е. предполагается высокоточное изготовление трубок ротаметров. На практике это трудно осуществимо, а различие в углах конусности приводит к погрешностям при пересчете.

Рисунок 11.8 — Номограмма для пересчета показаний ротаметров

Рисунок 11.9 – Номограмма для определения коэффициента С_х по

безразмерным величинам П₂ и П_3.

Для определения коэффициентов сопротивления поплавков общепромышленных ротаметров построен график (рисунок 11.9). График дает возможность определить С в зависимости от параметров П2 и П3. Как видно из соотношений (11.14) … (11.16), проводить по ним пересчет достаточно сложно и не всегда доступно в практических условиях. Иногда встречаются случаи, в которых вязкость рабочей и градуировочной жидкостей практически одинакова, а плотность их различна. В этих случаях пересчет можно вести по формуле (11.19):

(11.19)

При измерении расхода газа, когда плотность поплавка р значительно больше плотности газа, можно пользоваться приближенной пересчетной формулой (11.20):

(11.20)

При этом погрешность пересчета составит, %

(11.21)

(11.22)

погрешность при этом составит:

(11.23)

Для использования газовых ротаметров, градуированных на воздухе для измерения других газов применяют способ изменения массы поплавка. Массу нового поплавка вычисляют по формуле (11.24):

(11.24)

где — объем, м 3 .

Рисунок 11.10 — Схема поплавка переменной массы

При использовании той же шкалы ротаметра расход новой среды (газа) вычисляют по соотношению (11.25):

(11.25)

Конструктивно поплавки переменной массы можно изготовить по схеме, представленной на рисунке 11.10.