Для визначення витрати рідини або газу за заданий проміжок часу застосовуються ротаметри.
Назва походить від англійського rotate- обертатися, пов'язаного з тим, що індикатор приладу знаходиться в постійному обертанні. Бренд rotameter був зареєстрований в Англії.
Вперше принцип роботи приладу (спеціальна форма корпусу і поплавка) був описаний німецьким винахідником Карлом Куперс в 1908 році. К. Куперс потім запатентував ротаметричний вимірювач змінного витрати рідини або газу.
У найпростішому випадку ротаметр являє собою скляний, розширюється зверху циліндр, усередині якого знаходиться індикатор - поплавок, у вигляді кульки з стійкою до агресивних середовищ пластмаси або металу (Рис. 1). Ротаметр встановлюється завжди вертикально.
Проходить від низу до верху потік рідини або газу піднімає поплавок на деяку величину. З причини того що перетин оболонки неоднаково виникає момент, коли сила тяжіння, що діє на поплавок, врівноважить тиск потока.Чем більше витрата вимірюваного речовини, тим більш високе положення займають поплавок. На стінки циліндра нанесені поділки, які показують витрата проходить рідини або газу. При стійкої висоті поплавка можливе отримання величини витрати. У найпростіших ротаметром показання знімаються візуально. Варто відзначити, що при візуальному зчитуванні має значення і прозорість проходить рідини. Герметичність ротаметра не дозволяє безпосередньо виміряти положення поплавця електричним шляхом. Для перетворення висоти поплавка в електричні величини застосовують магнітні або оптичні датчики положення.
Корпусом для ротаметрів, використовуваних для невеликих тисків служить скло або пластик, при тиску від 6,4 МПа до 70 застосовуються ротаметри з корпусом з металу.
Пристрій ротаметра для візуального зчитування інформації, показано на Рис. 2.
Усередині скляного або пластикового (в якості матеріалу можуть використовуватися полисульфон, трогамід або ПВХ) циліндра 1 знаходиться металевий поплавок 2. Для закріплення ротаметра до труб служать штуцери з латуні 3. Шкала поділів на циліндр нанесена в одиницях витрати обсягу за час (наприклад, в літрах в хвилину).
Поплавок виконаний у вигляді циліндра з обтічною формою. Верхня частина поплавця містить косі вирізи. Завдяки їм потік, що набігає змушує обертатися і займати стійке положення поплавок за принципом гіроскопа, тим самим уникаючи тертя об бічні стінки циліндра. Показання зчитуються по верхньому зрізу індикатора.
Металеві ротаметри (Рис. 3) включають в себе металеву трубу зі змінним перетином 1, всередині якої розташовується поплавець 2 із закріпленим на ньому постійним магнітом 3. Під впливом постійного тиску (наприклад, протікає рідини) поплавок займає певне положення, яке визначається рівними величинами сили тяжіння з одного боку і сили Архімеда і тиску - з іншого боку. Також феромагнітна шайба зі сталі закріплена на стрілці покажчика витрати. Під впливом магніту поплавця виникає відхилення стрілки. Шкала розмічена під певну рідину або газ. Такі ротаметри в автоматизованих системах забезпечені перетворювачем кута повороту в напругу або в цифрову форму.
Принцип роботи ротаметра з оптичним датчиком положення поплавця показаний на Рис.4. Корпус ротаметра 1 зі змінним перетином виготовлений зі скла або прозорого пластика, що витримує тиск потоку. Поплавок 2 повинен бути виготовлений з щільної речовини (наприклад, металу), що виключає можливість спливання в вимірюваному речовині. При впливі сильного магнітного поля поплавок виготовляють з немагнітних матеріалів (кераміки або пластмаси).
З одного боку ротаметра розміщується джерело світла 3, промені якого проходять через розсіювач 4. Зовнішнє освітлення не повинно бути порівнянна з яскравістю джерела світла ротаметра щоб уникнути помилок зчитування положення.
Збирає лінза 5 розташовується з протилежного боку ротаметра. Зображення лінзи фокусується на обертовому дзеркалі 6. Обертання лінзи створюється синхронним мотором з відомим числом оборотів в хвилину. Відбите зображення надходить на фотодетектор 8 через обмежує планку 7. На електронну переключающий тригер 9 надходить сигнал відкриття від мотора, коли він починає обертання дзеркала. Фотодетектор через підсилювач-компаратор 10 скидає тригер, коли оптична система виявить темний поплавок на світному екрані. Тригер 9 дозволяє надходження тактових імпульсів, відкриваючи логічний ключ 11. Лічильник 12 підраховує кількість імпульсів, що надійшли до моменту скидання схеми фотодетектором. Кількість імпульсів, пропорційне висоті підйому поплавка, відображається індикатором 13.
Очевидними перевагами ротаметрів є простота всієї конструкції, нескладна технологія виготовлення. Для процесу вимірювання не потрібно зовнішнього джерела енергії. Оболонка ротаметра дозволяє безпечно отримувати показання об'ємної витрати агресивних і високотемпературних речовин. Висота підйому поплавка практично лінійно залежить від вимірюваного об'єму, що спрощує подальше перетворення вимірів.
До недоліків ротаметричний витратомірів можна віднести обов'язково вертикальне розташування приладу (так як з процесом вимірювання пов'язана сила тяжіння поплавка), вплив на точність показань величини в'язкості рідини (втім, деякі фірми виготовляють ротаметри, відкалібровані по витраті конкретного речовини замовника) і в разі візуального зчитування інформації - можливість помилки. На точність показання приладу може впливати вібрація, тому рекомендується застосовувати ротаметри в нерухомих системах. Температура також сильно впливає на обсяг газів, що призводить до збільшення похибки приладу.