Ротаметры относятся к приборам постоянного перепада давления, служащим для измерения объемного расхода жидкости или газа (воздуха) Приборы устанав­ливаются в вертикальных трубопроводах с восходящим потоком измеряемой среды. Изменение расхода вызывает в ротаметре соответствующее изменение проходного сечения, в результате чего перепад давления в приборе остается по­стоянным и равным расчетному значению.

Ротаметры имеют равномерную шкалу, что вместе с постоянством потери давления среды является их достоинством.

И зависимости от устройства ротаметры делятся на стеклянные и металлические.

Первые из них являются лабораторными показывающими приборами, а вторые — промышленными бесшкальными прибора­ми с дифференциально-трансформаторным преобразователем, работающими в ком­плекте с вторичными автоматическими приборами типов КСДЗ; КСД2 и др.

Положение поплавка в конусной трубке определяет Собой величину образующегося между ними кольцевого зазора для прохода измеряемой среды. При подъеме по­плавка этот зазор увеличивается, а при опускании -уменьшается.

Протекающая через прибор среда входит снизу в ко­нусную трубку, приподнимает в зависимости от расхода на соответствующую высоту поплавок и, пройдя через кольцевой зазор между поплавком и трубкой, покидает прибор. Таким образом, при любом расходе среды снизу на поплавок действует разность давлений, появляющаяся в результате сужения потока в кольцевом зазоре, которая уравновешивается массой поплавка.

Для состояния равновесия поплавка имеем

G=(p1-p2)F

откуда

p1-p2=G/F=1.274G/d²

где p1 и p 2 — давления среды до н после поплавка, Па;

G — масса поплавка, кг;

 F— площадь поплавка, м²;

d — диаметр поплавка, м.

Из уравнения (4-62) следует, что падение давления в приборе . всегда постоянно, не зависит от расхода и определяется диаметром и массой поплавка, которые задаются конструкцией прибора.

Однако при изменении расхода указанное равновесие системы в первый момент будет нарушено вследствие отклонения разности давлений от постоянного значения. Лишь после перемещения по­плавка (под влиянием разности усилий от перепада давления и массы поплавка) наступит благодаря изменению проходною сече­ния новое состояние равновесия и перепад давления в приборе до­спи пет прежнего значения.

Начальное значение расхода по шкале ротаметра равно 20% номинального. Прибор имеет условную шкалу, гра­дуированную в процентах.

Расход измеряемой среды у стеклянных ротаметров отсчитывается но шкале, нанесенной непосредственно на внешней поверхности трубки. Указателем для отсчета служит верхняя кромка поплавка. Ротаметры градуи­руются по воде или но воздуху при нормальных парамет­рах — температуре 20°С и давлении 101325 Пa. К при­бору прикладывается градуировочная характеристика. При отклонении параметров воды или воздуха от нормальных значений, а также при измерениях расхода других жид­костей и газов к показаниям приборов вводится поправоч­ный множитель, учитывающий разность плотностей веществ

Ротаметры выпускаются диаметром условного прохода 3—150 мм, на рабочее давлению 0,0—32 МПа. Класс точ­ности приборов 1; 1,5; 2,5 и 4. Конечное значение диапа­зона показаний по воде 0,0025—63 м³/ч и но воздуху при нормальном состоянии 0,04—030 м*/ч.

Ротаметр расходомер постоянного перепада. Используются в промышленных и лабораторных условиях для измерения небольших объемных расходов жидкостей или газов в вертикальных трубопроводах диаметром 3...150 мм.

 «+»: 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;

«-»: необходимость установки только на вертикальных участках трубопроводов; трудности дистанционной передачи показаний и записи; непригодность для измерения расхода сред с высокими давлением и температурой.

1 — стеклянная трубка; 2 — поплавок

Принцип действия ротаметра основан на уравновешивании при любом расходе силы тяжести поплавка силами, действующими на него со стороны жидкости. Ротаметры бывают без дистанционной передачи сигнала, а также с пневматической передачей и местной шкалой и с электрической передачей без шкалы. Обязательно необходимо рассчитывать характеристики поплавка для разных по плотности измеряемых сред.

 Поток контролируемого вещества поступает в трубку снизу вверх и увлекает за собой поплавок, перемещая его вверх, на высоту H. При этом увеличивается зазор между ним и стенкой конической трубки, в результате уменьшается скорость жидкости (газа) и возрастает давление над поплавком.

На поплавок действует усилие снизу вверх:
G₁=P₁*S=>P₁=G₁/S и сверху вниз
G₂=P₂*S+q=>P₂=G₂/S-q/S₁
где:
P₁, P₂ - давление вещества на поплавок снизу и сверху;
S - площадка поплавка;
q - вес поплавка.

Когда поплавок находится в состоянии равновесия G₁=G₂, следовательно
P₁-P₂=q/S, так как q/S=const, значит P₁-P₂=const.
Поэтому такие приборы называют расходомерами постоянного перепада давления.