Расходомеры постоянного перепада давлений

Принцип действия основан на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения тела, изменяющего площадь проходного сечения преобразователя. К ним относятся гидродинамические, поршневые, поплавковые, ротаметрические расходомеры.

Для сохранения постоянства перепада давления при изменении расхода через сужающее устройство необходимо автоматически изменять площадь его проходного сечения. Такой преобразователь называется ротаметром. Конструктивно ротаметр представляет собой вертикальную конусную трубку с поплавком внутри. Измеряемый поток, проходя через ротаметр снизу вверх, создает перепад давлений до и после поплавка.

На поплавок непрерывно действуют следующие силы:

- сверху вниз:

- статическое давление за поплавком: F_C = P₂S_ПЛ;

- вес поплавка: F_В = Vr_ПЛg;

- снизу вверх:

- сила потока: F_П = P₁S_ПЛ;

- сила трения потока о боковую поверхность

поплавка: F_ТР = КW_Kⁿ S_Б.

S_ПЛ – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка;

Р₁ – полное давление потока;

S_Б – площадь боковой поверхности поплавка;

r_ПЛ – плотность материала поплавка;

К – коэффициент сопротивления, зависящий от шероховатости поплавка;

W_K – средняя скорость потока в кольцевом пространстве;

n – показатель степени, зависящий от W_K.

F_П + F_ТР = F_C + F_B;

F_П – F_C = F_В – F_ТР;

W_K практически не меняется при DР = const. Поэтому этот расходомер обтекания называется расходомером постоянного перепада давлений.

При изменении расхода на входе в расходомер равновесие нарушается и при перемещении поплавка определяется следующее состояние равновесия:

F­ Þ DP ­Þ l _{(перемещение)}­Þ S_{ПРС (площадь проходного сечения)}­Þновое состояние равновесия.

Зависимость l от F нелинейна, но в начальном и среднем участках равномерность делений шкалы искажается в незначительной степени. Отсутствие прямой зависимости между F и Н требует индивидуальной градуировки каждого прибора.

Достоинства:

- линейность шкалы {S_ПРС ~ l};

- нельзя измерить большие расходы;

- измерение агрессивных сред.

Недостатки:

- невозможность использования в загрязненных средах;

- измерение только малых расходов.

Для дистанционной передачи сигнала используются промежуточные преобразователи линейного перемещения в унифицированный электрический или пневматический сигнал.

1. Ротаметр с электрическим выходом включает дифференциально-трансформаторный преобразователь, связанный через плунжер с поплавком.

2. Ротаметр с пневматическим выходом.

Для передачи положения поплавка используется магнитная муфта, которая состоит из двух магнитов. Один сдвоенный, который перемещается вместе с поплавком, а другой укреплен на рычаге преобразователя перемещения в давление и двигается вместе с рычагом за первым магнитом.