Ротаметр – прибор, позволяющий оперативно измерять расход газа или жидкости. В отличие от расходомеров, применяющихся в подобных целях, показания ротаметров определяют текущий, а не суммарный расход используемой среды, что важно для поддержания работоспособности и эффективности агрегатов, работающих с участием этой среды.

Классификация и принцип работы ротаметров

Рассматриваемые приборы различаются по следующим параметрам:

1. По плотности измеряемой среды. Существуют ротаметры для газов, пара и жидкостей.
2. По принципу пересчёта показателей первичного индикатора в единицы расхода. Выпускаются ротаметры с электромагнитной, механической, ультразвуковой, тепловой и лазерной системами пересчёта.
3. По материалу корпуса – стеклянные, пластиковые и стальные, причём первые используются преимущественно для лабораторных исследований.
4. По наличию или отсутствию блока, который усиливает первичный сигнал.

Принцип функционирования всех ротаметров одинаков. В вертикальной конической трубке, расширяющейся кверху, располагается поплавок, который и служит первичным индикатором расхода измеряемой среды. Снизу по трубопроводу перемещается поток жидкости или газа, который, в зависимости от давления, поднимает поплавок на определённую высоту. При уравновешивании силы такого давления силой гравитации, поплавок останавливается. Положение поплавка и есть мера расхода рабочей среды.

Для количественной оценки приборы снабжаются шкалой, градуировка которой производится на заводе-изготовителе, в зависимости от плотности среды. Поэтому универсальных ротаметров не существует; более того, для каждого типа приборов существуют определённые ограничения в применении. Он связаны с температурой окружающего воздуха, его влажностью и допустимыми пределами атмосферного давления. Например, ротаметры для воды градуируются водой, а для газов – воздухом при так называемых нормальных условиях (температура 21ºС, давление – 760 мм. рт. ст.). Ротаметры импортного производства обычно проходят градуировку в соответствии с пожеланиями заказчика, поэтому в дополнительных поверках не нуждаются.

Важной характеристикой любого ротаметра является диапазон его измерений, который определяется массой поплавка, его формой, а также соотношениями геометрических размеров конической трубки.

Ведущими мировыми производителями ротаметров являются немецкая фирма Krohne и голландская компания Bronkhorst BV. Из отечественных производителей стоит отметить НПО «Спектр» (изготавливающее ротаметры типов РМ, РМА, РПО и т. п.), а также ГК «ЭМИС», которая производит линейку ротаметров ЭМИС-Мета.

Ротаметры для газов

Такие приборы обязательны для применения в постах газовой сварки или резки, в которых применяются углекислотные редукторы (а для аргона – аргоновые редукторы).

При давлении газа более 6 МПа корпус газового ротаметра – металлический: это обязательно, ввиду опасности утечек. В корпусе газового ротаметра электромагнитного типа располагаются:

• поплавок;
• магнит;
• шайба из ферромагнитного материала (для исключения возможных искажений в показаниях);
• стрелочный измеритель;
• указатель-преобразователь.

Способ вывода информации зависит от назначения ротаметра. Если прибор является частью автоматизированной системы, то показания выводятся на цифровой индикатор или экран. Для технологических процессов сварки достаточно определять расход по отсчётной шкале, которая может иметь прямолинейную, угловую или дуговую форму. Шкала закрывается прозрачным ударопрочным пластиком или стеклом.

Выбор материала поплавка определяется условиями использования ротаметра. Например, в условиях действия сильных электромагнитных полей поплавок изготавливается из низкопористой высокопрочной керамики, в иных случаях допустимо применять газовые ротаметры с поплавками, изготовленными из нержавеющей стали.

Преимущественное применение газовых ротаметров с электромагнитным усилением сигнала обусловлено минимальными потерями давления, отсутствием трущихся элементов, отсутствием инерционности получаемых показаний, компактностью и хорошей точностью измерения расхода газа.

Ротаметры для воды

Материал корпуса таких приборов выбирается по тем же критериям, что и для газовых ротаметров, однако далее конструкция претерпевает изменения, которые связаны с различиями в плотностях воды и газа. Чаще всего расход воды устанавливают, используя датчики оптического или теплового типа.

Оптический ротаметр для воды действует так. Прозрачный корпус с поплавком размещается перед источником света. Его лучи проходят через рассеиватель, и собираются фокусирующей линзой, которая располагается с противоположной стороны прибора. Яркость источника освещения устанавливается таким образом, чтобы интенсивность внешнего света не влияла на точность показаний прибора. Отражённый линзой свет поступает на фотоумножитель, усиливается и передаётся на триггер, которые начинает формировать импульсы определённой частоты. Интенсивность и амплитуда частотных колебаний преобразуются в единицы расхода воды.

Подобным образом действует и лазерный ротаметр, но вместо оптических параметров света используются квантовые. Такие ротаметры более компактны, а потому успешно применяются в целях измерения текущих значений расхода воды в трубопроводах малых поперечных сечений.

При высокой степени загрязнения воды оптические и лазерные ротаметры неэффективны. В таких случаях устанавливают приборы ультразвукового или механического типа.

Выбор ротаметра и особенности его применения

Исходными данными для выбора служат:

1. Плотность и вязкость измеряемой среды.
2. Желаемый диапазон измерений.
3. Точность и инерционность получаемых результатов.
4. Ограничения по условиям использования прибора (требуемый объём, температура, влажность окружающего воздуха и пр.).
5. Сложности при настройке.

Последний пункт успешно решается использованием ротаметров фирмы Krohne: в этом случае производитель одновременно с самим прибором поставляет также и программное обеспечение. Оно учитывает размеры шкалы, текущие изменения физико-механических параметров измеряемых сред, а также конкретные условия использования ротаметра.

Точность показаний ротаметров оценивается двумя показателями – линейной погрешностью определения величины фактического расхода рабочей среды и устанавливаемой границей линейности показаний (допустимыми пределами измерения).

Ротаметры нельзя устанавливать горизонтально или наклонно, а также использовать для определения расхода неоднородных рабочих сред.