روتامتر

روتامتر که به آن دبی‌ سنج سطح متغیر نیز گفته می‌ شود، یک ابزار اندازه‌ گیری ساده، قدیمی و پرکاربرد است که برای سنجش دبی حجمی (نرخ جریان) سیالات مایع و گازی در یک لوله بسته استفاده می‌ شود.

ساختار و نحوه عملکرد روتامتر

1. لوله اندازه‌ گیری مخروطی: یک لوله شفاف (معمولاً شیشه‌ ای) یا فلزی است که به صورت عمودی نصب می‌ شود. قطر داخلی این لوله به سمت بالا به تدریج افزایش می‌ یابد (مخروطی شکل است).
2. شناور: یک جسم سنگین‌ تر از سیال (معمولاً از جنس فلز یا پلاستیک) است که می‌ تواند آزادانه در داخل لوله مخروطی بالا و پایین حرکت کند.
3. درجه‌ بندی: مقیاسی است که روی لوله شیشه‌ ای یا در کنار لوله فلزی نصب شده و موقعیت شناور را به نرخ جریان (دبی) تبدیل می‌ کند.

اصل عملکرد

عملکرد روتامتر بر اساس تعادل نیروها است:

1. جریان سیال: سیال مورد اندازه‌ گیری از پایین وارد لوله مخروطی می‌ شود و به سمت بالا حرکت می‌ کند.
2. بالا رفتن شناور: با ورود سیال، نیرویی به نام نیروی کشش (Drag Force) و نیز نیروی ارشمیدس (نیروی شناوری) به شناور وارد می‌ شود و آن را به سمت بالا حرکت می‌ دهد.
3. افزایش سطح مقطع: هرچه شناور بالاتر می‌ رود، به دلیل مخروطی بودن لوله، سطح مقطع حلقوی (فضای بین شناور و دیواره لوله) که سیال از آن عبور می‌ کند، بیشتر می‌ شود.
4. کاهش سرعت و تعادل: با افزایش سطح مقطع، سرعت سیال در اطراف شناور و در نتیجه نیروی کشش سیال بر روی شناور کاهش می‌ یابد، تا زمانی که به نقطه‌ ای برسد که در آن نیروی کشش + نیروی ارشمیدس دقیقاً با وزن شناور (نیروی گرانش) برابر شود. در این نقطه، شناور در یک موقعیت ثابت به حالت تعادل می‌ رسد.
5. اندازه‌ گیری دبی: ارتفاع ثابت شناور در داخل لوله، مستقیماً معرف دبی حجمی سیال است. به این صورت که هرچه دبی جریان بیشتر باشد، شناور بالاتر می‌ ایستد و عدد بزرگتری را روی مقیاس مدرج نشان می‌ دهد.

کاربردهای روتامتر

روتامترها به دلیل سادگی، قیمت مناسب و عدم نیاز به برق خارجی، در بسیاری از صنایع و آزمایشگاه‌ ها مورد استفاده قرار می‌ گیرند:

1. صنایع شیمیایی و پتروشیمی: برای اندازه‌ گیری و کنترل دبی مایعات و گازها، از جمله دوز مواد افزودنی و واکنش‌ دهنده‌ ها.
2. صنایع نفت و گاز: اندازه‌ گیری جریان در خطوط لوله و پالایشگاه‌ ها.
3. تصفیه آب و فاضلاب: سنجش دبی جریان در تصفیه‌ خانه‌ ها و سیستم‌ های پمپاژ آب.
4. آزمایشگاه‌ ها و مراکز تحقیقاتی: کنترل دقیق جریان گازها (مانند اکسیژن، نیتروژن، آرگون) و مایعات در فرآیندهای آزمایشی.
5. سیستم‌ های تهویه مطبوع (HVAC): اندازه‌ گیری جریان هوا یا مایعات خنک‌ کننده.
6. صنایع دارویی و غذایی: کاربرد در فرآیندهای تولید که نیاز به اندازه‌ گیری جریان دقیق دارند.
7. تجهیزات پزشکی: مانند دستگاه‌ های اندازه‌ گیری جریان اکسیژن.

مزایای اصلی

• سادگی: ساختار ساده و مکانیکی دارد (بدون قطعه متحرک پیچیده).
• عدم نیاز به برق خارجی: برای اندازه‌ گیری نیازی به منبع تغذیه ندارد (اندازه‌ گیری با نیروی گرانش).
• هزینه پایین: نسبت به بسیاری از دبی‌ سنج‌ های دیگر ارزان‌ تر است.
• افت فشار ثابت و کم: افت فشار نسبتاً کمی ایجاد می‌ کند.
• مناسب برای سیالات خورنده: در جنس‌ های شیشه‌ ای و پلاستیکی، برای سیالات خورنده کاربرد دارد.
• خواندن مستقیم: در نوع شیشه‌ ای، خواندن دبی مستقیماً از روی مقیاس انجام می‌ شود.