3.2. Загальні відомості про витратоміри постійного перепаду тиску

Первинні вимірювальні перетворювачі постійного перепаду тиску відносяться до дросельних перетворювачів, тобто, перетворювачів, які дещо перекривають основний потік рідини або газу в трубопроводі.

У вимірювальних перетворювачах витрати постійного перепаду тиску (ротаметрах, їх ще називають приладами обтікання) в середині конічної трубки, що розширюється догори, знаходиться поплавок, який має особливу форму: знизу – конус, угорі – невеликий обідок зі скісними пазами, і який знаходиться під дією динамічного тиску потоку вимірюваного середовища. Конічна трубка такого первинного вимірювального перетворювача розташовується в місці вимірювання витрати завжди вертикально. У місці розташування поплавка поперечний переріз трубки зменшується на значення площі поперечного перерізу поплавка (в найбільшому по діаметрі його місці).

Згідно з законом Бернуллі для стаціонарного руху речовини в разі зменшення поперечного перерізу трубки, швидкість рідини чи газу в цьому місці зростає, а тиск зменшується. Тому тиск над поплавком стає меншим, ніж тиск під ним, тобто, виникає різниця тисків ( ) в речовині в місцях до звуження та відразу після звуження.

На відміну від перетворювачів змінного перепаду тиску, в яких звужувальний пристрій (діафрагма), що перекриває потік речовини, жорстко зафіксована в одному місці, в ротаметрах звужувальний пристрій (поплавок) вільно переміщується по потоку речовини вверх або вниз.

Якщо витрата зростає, то збільшується ( із-за збільшення тиску напору рідини знизу) і поплавок починає підніматись вгору, при чому розширюється кільцеподібна щілина між ним та стінками трубки, внаслідок чого зменшується дросельний ефект від присутності поплавка, тобто, зменшується швидкість рідини в щілині, що приводить до зростання тиску над поплавком та відновлення перепаду тиску до початкового значення, яке залежить від ваги (сили тяжіння ) поплавка. Піднімання поплавка припиняється. При зменшенні витрати має місце протилежний ефект. Таким чином, кожному значенню витрати відповідає певна висота підйому поплавка.

Скісні пази на поплавку приводять до його обертання під час проходження рідини трубкою, щоб він не торкався її стінок і знаходився в центрі потоку.

Основу ротаметра складає трубка, як правило скляна, з внутрішньою конічною поверхнею, в середині якої розміщують поплавок. Переміщення поплавка відбувається до тих пір, поки сила від перепаду тиску на поплавок, що приходиться на одиницю площини його поперечного перерізу, не зрівняється з вагою поплавка.

Положення поплавка залежить не тільки від витрати, а ще і від густини контрольованого середовища. З огляду на це ротаметри розділяються на дві групи: для рідин які градуюють на воді, і для газів, які градуюються на повітрі.

На зовнішній поверхні корпусу ротаметра, що являє собою скляну конічну трубку, нанесена шкала. Покажчиком приладу є верхня горизонтальна площина поплавка. Матеріал поплавка — сталь, алюміній, бронза, ебоніт, пластмаси — не повинен піддаватися корозії в контрольованому середовищі і повинен мати добру здатність виділятися в потоці. Відхилення густини, тиску та температури вимірюваної за витратою рідини приводить до додаткових похибок вимірювання.

Скляні ротаметри розраховані на вимірювання витрати рідин в ме­жах 0,04... 16 м /год, або газів від 0,063 до 40 м³/год у вертикальних трубо­проводах діаметром 4... 100 мм при тиску середовища до 0,6 МПа (6 кгс/см²).

Для вимірювання витрати середовищ, які перебувають під тиском до 6,4 МПа, використовуються ротаметри з металевими конічними корпусами. Звичайно такі прилади оснащуються передавальними вимірювальними пе­ретворювачами з електричним або пневматичним уніфікованим сигналом, який надходить по лініях дистанційної передачі на вторинний показувальний прилад.