Ротаметр

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода газов и жидкостей. Ротаметр содержит цилиндрическую трубку, в которой расположен направляющий стержень с поплавком и ограничителями его хода. Стержень выполнен цилиндрическим и снабжен не менее чем двумя пазами с переменной глубиной, наименьшая глубина которых на входе в ротаметр, а наибольшая - на выходе из ротаметра. Длина каждого из пазов больше хода поплавка. Площадь паза в сечении, перпендикулярном оси ротаметра, соответствующая максимальному расходу, определяется по приводимому математическому выражению. Изобретение обеспечивает упрощение технологического процесса изготовления ротаметров при одновременном повышении точности измерения. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения в широком диапазоне расхода газов и жидкостей.

Известен ротаметр [1], в котором стеклянная трубка ротаметра выполнена цилиндрической и снабжена соосно расположенным коническим стержнем, несущим кольцеобразный поплавок.

Недостатком этого ротаметра является недостаточная точность измерения расхода и чувствительности.

Известен измеритель расходов газов и жидкостей [2], содержащий цилиндрическую трубку, в которой расположен направляющий стержень с поплавком, в нем на поверхности направляющего стержня выполнены винтовые канавки.

Недостаток этого измерителя расхода газов и жидкостей заключается в том, что при существенном уменьшении размеров измерителя снижается точность измерений.

Известен измеритель расхода газа и жидкости [3], содержащий измерительную цилиндрическую трубку, направляющий стержень с винтовыми канавками и кольцевой поплавок, при этом винтовые канавки выполнены в виде многозаходной резьбы с переменным шагом.

Недостаток этого измерителя расхода заключается в снижении точности из-за дополнительного учета скорости вращения поплавка.

Известны расходомеры [4 - 6], состоящие из цилиндрической трубки, неподвижного стержня, изготовленного конусным, и поплавка, выполненного либо в виде втулки, либо в виде кольца.

Недостатком этих расходомеров является достаточно сложная технология изготовления конусных стержней, особенно на большие расходы, так как на стержнях должны быть изготовлены конусные участки с большой точностью и чистотой.

Наиболее близким к предлагаемому является ротаметр [7], содержащий цилиндрическую трубку, в которой расположен направляющий стержень с поплавком, а на поверхности стержня вдоль его образующей выполнены конические пазы.

Недостатком данного ротаметра является изготовление пазов только коническими. Изготовить паз коническим на длине, намного превышающей основание конуса, все же сложнее, чем изготовить пазы ступенчатыми по длине, т.е. состоящими из цилиндров разных диаметров, ступенчатых конусов и т.д. В прототипе область применения прибора относят к индикаторным устройствам, т.е. речь о приемлемой точности измерений, например, при измерении расхода в медицине, химической промышленности не идет, и можно предположить, что глубина пазов задается исходя из практических навыков, т.е методом подбора, а это ведет к появлению лишних операций технологического процесса.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологического процесса и повышение точности измерения расхода.

Цель достигается тем, что в ротаметре, содержащем цилиндрическую трубку, в которой расположен направляющий цилиндрический стержень с поплавком и ограничителями хода поплавка, причем стержень снабжен не менее чем двумя пазами с переменной глубиной, причем наименьшая глубина пазов на входе в ротаметр, а наибольшая - на выходе из ротаметра, длина каждого из пазов больше хода поплавка в ротаметре, при этом площадь паза в сечении, перпендикулярном к оси ротаметра, соответствующая максимальному расходу где f=4-9 - коэффициент, зависящий от диапазона расходов; n≥2 - количество пазов на стержне; F^min_к.з - - площадь минимального кольцевого зазора.

Новым и существенным в предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом является выполнение на стержне пазов, переменных по глубине и больших по длине хода поплавка, с предварительным расчетом их глубины на максимальном расходе.

Изобретение иллюстрируется чертежами; на фиг.1 показан общий вид ротаметра; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 и 5 - выполнение стержня с пазами других конфигураций, нежели в сечении А-А, Б-Б.

Устройство состоит из цилиндрической стеклянной трубки 1, направляющего стержня 2, на котором выполнены пазы 3 с переменной глубиной (фиг.1, 2, 3), кольцевого поплавка 4, ограничителей перемещения движения поплавка 5 и 6, служащих одновременно для прохода среды, металлической защитной трубки 7, например, с пазом, в котором видна нанесенная на прозрачную трубку 1 шкала (не показана), фланцев 8 и 9, скрепляющих конструкцию ротаметра с фланцами трубки 7. Пазы 3 могут иметь в сечении, перпендикулярном к оси, различную конфигурацию (фиг.2, 4, 5), а по длине могут быть выполнены ступенчатыми (не показаны), пазы 3 по длине больше хода поплавка 4. Для вычисления изменения площадей пазов в сечениях, перпендикулярных к оси ротаметра, используем выражение, основывающееся на рекомендациях ГОСТ 13045-81 п.1.8 "Относительный диапазон измерения ротаметров должен быть 10:1, допускается по требованию потребителя 5:1".

где F^max_к.з - - площадь кольцевого зазора на максимальном расходе; F^min_к.з - - площадь кольцевого зазора на минимальном расходе, т.е. расход на отметке шкалы 0; 5-10 - необходимый диапазон измерения расходов где S^max_п - площадь паза на максимальном расходе
n - количество пазов ≥2


Ротаметры, выполненные по этим расчетам и отградуированные на воде и воздухе, дают погрешность в пределах ГОСТ 13045-81.

Устройство работает следующим образом.

Газ или жидкость, которые надо измерить, через ответные фланцы (не показаны) через ограничитель 6 поступает в измерительную трубку 1. Поскольку ход поплавка 4 меньше длины пазов 3, не происходит "залипания" поплавка 4, а он сразу начинает свое движение вверх по трубке 1. По мере движения поплавка 4 вверх скорость среды в кольцевом сечении между поплавком 4 и стержнем 2 за счет увеличения пазов 3 уменьшается. В момент, когда вес поплавка 4 уравновесится силой гидродинамического воздействия потока, подъем поплавка прекращается и расход среды регистрируется по высоте подъема поплавка 4.

Таким образом, при использовании цилиндрической стеклянной трубки и цилиндрического стержня с пазами с переменной глубиной упрощается технологический процесс изготовления ротаметров при увеличении точности измерения расхода.

Литература
1. A.с. СССР 84237, кл. 42 е 23.

2. Патент США 2400097, G 01 F 1/22, 1944 г.

3. А.с. СССР 1719940, G 01 F 1/22.

4. А.с СССР 1719901, G 01 F 1/22.

5. А.с. СССР 1291782, F 06 N 27/00.

6. Заявка РСТ 91/13321, G 01 F 1/22.

7. A.с. CCCP 325496, G 01 F 1/22.

Формула изобретения

Ротаметр, содержащий цилиндрическую трубку, в которой расположен направляющий цилиндрический стержень с поплавком и ограничителями хода поплавка, причем стержень снабжен не менее чем двумя пазами с переменной глубиной, причем наименьшая глубина пазов на входе в ротаметр, а наибольшая - на выходе из ротаметра, отличающийся тем, что длина каждого из пазов больше хода поплавка в ротаметре, при этом площадь паза в сечении, перпендикулярном к оси ротаметра, соответствующая максимальному расходу

где f = 4÷9 - коэффициент, зависящий от диапазона расходов;
n≥2 - количество пазов на стержне;
- площадь минимального кольцевого зазора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5