Тахометрические расходомеры -крыльчатые и турбинные расходомеры Электромагнитные расходомеры

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:
Сила тяжести:
(11.3)
где W - объем поплавка, см³;
,  - плотность жидкости и материала поплавка соответственно, г/см³;
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, мм²;
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, мм²;
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;