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Rotameter

Einführung zum Thema Druckmessung mit Rotametern

Auswahl eines Rotameters

  • Wie hoch sind der minimale und maximale vom Durchflussmesser zu erfassende Durchfluss?
  • Wie hoch ist die minimale und maximale Prozesstemperatur?
  • Wie groß ist die Rohrleitung?
  • Ist ein Rotameter mit Direktablesung erforderlich oder ist das Ablesen anhand einer Zuordnungstabelle akzeptabel?
  • Welche Genauigkeitsklasse ist erforderlich?
  • Wird ein integriertes Durchflussregulierventil benötigt?
  • Tritt ein Gegendruck auf?
  • Wie hoch ist der maximale Prozessdruck?
Rotameter sind industrielle Durchflussmesser zur Messung des Volumenstroms von Fluiden und Gasen. Ein Rotameter besteht aus einem Rohr und einem Schwebekörper. Der Schwebekörper reagiert linear auf Änderungen des Volumenstroms. Rotameter besitzen eine standardmäßige Messbereichsbreite von 10:1.

Die Labor-Rotameter von OMEGA® bieten durch entsprechende arithmetische Gleichungen ein Höchstmaß an Flexibilität. Rotameter erfreuen sich mit ihrer linearen Skala, einem relativ großen Messbereich sowie einem geringen Druckverlust nach wie vor größter Beliebtheit. Sie zeichnen sich darüber hinaus durch eine einfache Installation und Wartung aus.

Funktionsprinzip

Die Funktion des Rotameters beruht auf einer Variation der zwischen Schwebekörper und Glasröhre befindlichen Fläche: Ein Fluidstrom hebt den in einem konischen Rohr befindlichen Schwebekörper an, sodass sich die Querschnittsfläche für das Vorbeiströmen des Fluids am Schwebekörper zwischen Schwebekörper und konischem Rohr vergrößert. Je höher der Volumenstrom, umso höher wird der Schwebekörper angehoben.

Die Höhe des Schwebekörpers ist somit direkt proportional zum Volumenstrom. Handelt es sich beim zu messenden Medium um ein Fluid, dann wird der Schwebekörper durch eine Kombination aus der fluidspezifischen Auftriebskraft und der Geschwindigkeitshöhe des Fluids angehoben. Handelt es sich bei dem zu messenden Medium hingegen um ein Gas, dann ist die Auftriebskraft vernachlässigbar und der Schwebekörper reagiert ausschließlich auf die Geschwindigkeitshöhe.

Die Auf- und Ab-Bewegung des im Konusrohr befindlichen Schwebekörpers erfolgt proportional zum Volumenstrom des Mediums sowie proportional zur zwischen Schwebekörper und Rohrwand befindlichen ringförmigen Fläche. Der Schwebekörper nimmt eine stabile Position im Konusrohr ein, wenn die vom fließenden Fluid ausgeübte Aufwärtskraft gleich der abwärts gerichteten Gewichtskraft des Schwebekörpers ist.

Eine Änderung des Volumenstroms wird dieses Gleichgewicht der Kräfte wieder aufheben. Der Schwebekörper wird in dem Fall entweder aufsteigen oder absinken und dabei die ringförmige Fläche verändern, bis der Schwebekörper wieder eine Position einnimmt, in der sich die beteiligten Kräfte im Gleichgewicht befinden. Um das Kräftegleichgewicht zu erfüllen, nimmt der Schwebekörper des Rotameters für jeden konstanten Volumenstromwert eine spezifische Position ein. Da die Schwebekörperposition gravitationsabhängig ist, müssen Rotameter unbedingt vertikal ausgerichtet und montiert sein.

Wählen Sie den idealen Rotameter für Ihre Anwendung

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Glas-Rotameter Glas-Rotameter
Glas-Rotameter mit Direktablesung gehören zu den Grundausführungen. Das präzisionsgeformte Glasrohr besteht aus Borosilikatglas, während der Schwebekörper aus präzisionsgefertigtem Metall, Glas oder Kunststoff bestehen kann. Ein aus Metall gefertigter Schwebekörper besteht aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit üblicherweise aus Edelstahl. Der Schwebekörper besitzt eine scharf abgesetzte Ablesekante, die eine Ablesung des Volumenstroms über die am Konusrohr befestigte Skala ermöglicht.

Es stehen Anschlusselemente unterschiedlicher Materialien und Ausführungen zur Verfügung. Die wichtigsten Komponenten eines Rotameters sind das Konusrohr und der Schwebekörper, auch Schwebekörper-Rohr-Kombination genannt, weil diese Komponenten den Volumenstromwert liefern. Je nach Kundenanforderung und Anwendungszweck stehen zahlreiche Schwebekörper-Rohr-Kombinationen aus Glas und Edelstahl mit unterschiedlichen Gehäuse- und Anschlusstypen zur Verfügung.

Die Skala des Rotameters lässt sich auf eine Direktablesung der Medien Wasser bzw. Luft kalibrieren oder ist als Inkrementalskala für die Ablesung in Prozent bzw. für eine Umrechnung der Ablesewerte nach Umrechnungstabellen erhältlich. Glasrohr-Rotameter mit Sicherheitsabdeckung werden industrieweit für die Messung von Fluid- bzw. Gas-Volumenströmen eingesetzt. Sie bieten eine Messleistung von bis zu 227  l/min und sind mit Endanschlüssen aus Metall bzw. Kunststoff ausgestattet, die den chemischen Eigenschaften des zu messenden Fluids entsprechen.

Zu den Medien, die sich nicht für eine Volumenflussmessung mit Rotametern eignen, da sie das Glasrohr angreifen, gehören über 90°C warmes Wasser, dessen hoher pH-Wert das Glas aufweicht, der dieselbe Wirkung entfaltende Nassdampf, das glasauflösend wirkende Natriumhydroxid sowie die glasätzende Fluorwasserstoffsäure. Zu den primären Anwendungsgrenzen von Allzweck-Rotametern gehören die für das Konusglas gültigen Druck- und Temperaturgrenzwerte.

Die kleinen Messrohre der Dimension DN 8 eignen sich für einen Betriebsdruck von bis zu 3.500 kPa, dagegen sind die großen Messrohre der Dimension DN 50 nur bis 690 kPa einsetzbar. Der Temperaturgrenzwert für Glas-Rotameter beträgt 204°C, auch wenn bei solch hohen Temperaturen der zulässige Betriebsdruck reduziert wird. Die zulässigen Betriebstemperatur- und Betriebsdruckwerte stehen allgemein in einem linearen Verhältnis zueinander.
Metallrohr-Rotameter Metallrohr-Rotameter
Für höhere Druck- und Temperaturwerte, die sich jenseits der für Glasrohr-Rotameter zulässigen Grenzwerte befinden, werden Metallrohr-Rotameter eingesetzt. Metallrohr-Rotameter werden üblicherweise aus Aluminium, Messing oder Edelstahl gefertigt. Ein magnetischer bzw. mechanischer Nachfolger bestimmt die Position des an der Außenseite des Messrohrs befindlichen und ablesbaren Ablesekolbens aus Metall.

Die Kombination aus Ablesekolben und Rückholfeder bestimmt ähnlich wie bei Glas-Rotametern die Erfassung des Volumenstroms, während die Auswahl der Anschlüsse und Konstruktionsmaterialien nach den jeweiligen Anwendungsanforderungen erfolgt. Metallrohr-Rotameter eignen sich für Betriebssituationen, in denen Glasrohr-Rotameter infolge von hohen Betriebsdrücken oder -temperaturen, auftretenden Wasserschlägen oder anderen Kräften beschädigt würden.

Metallrohr-Rotameter mit Ablesekolben und Rückholfeder sind für die Volumenstrommessung der allermeisten Fluide, einschließlich korrosiver Flüssigkeiten und Gase, geeignet. Darüber hinaus eignen sie sich besonders für die Erfassung von Dampfvolumina, wofür Glasrohr-Rotameter ungeeignet sind.
Drucktransmitter für hohe Beanspruchung/industrielle Anwendungen Druckmessumformer für hohe Beanspruchung/industrielle Anwendungen
Drucktransmitter für hohe Beanspruchung/industrielle Anwendungen haben ein robusteres Gehäuse als Universalausführungen. Sie sind für die starke Beanspruchung in rauen industriellen Umgebungen ausgelegt. Wegen der elektrischen Störsignale, die für industrielle Umgebungen typischen sind, besitzen diese Messumformer in der Regel einen 4-20-mA-Ausgang.