โรตามิเตอร์ (rotameter) เป็นอุปกรณ์ใช้วัดการไหล (flow measurement) ที่สามารถใช้วัดการไหลได้ทั้งของเหลวและก๊าซ โครงสร้างโดยทั่วไปของโรตามิเตอร์ประกอบด้วยท่อแก้วใสลักษณะเป็นรูปทรงกรวยวางตัวอยู่ในแนวตั้ง ภายในมีลูกลอย (float) ที่สามารถเลื่อนขึ้นเลื่อนลงได้อย่างอิสระตามค่าอัตราการไหลของของไหล (รูปที่ 1) โดยทั่วไปลูกลอยทำจากทองเหลือง สแตนเลส หรือพลาสติกชนิดพิเศษ ลูกลอยที่อยู่ภายในโรตามิเตอร์มีหลายรูปทรง (รูปที่ 2) มีจุดอ่านค่าแสดงไว้บนลูกลอย ออกแบบตามคุณสมบัติของไหลที่ต้องการวัดการไหลและย่านการวัด (range) อัตราการไหล เช่น ลูกลอยแบบทรงกลมเหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลในย่านความเร็วต่ำ สำหรับรูปทรงอื่น ๆ มีความเหมาะสมกับการใช้งานแต่ละงานที่แตกต่างกันไป โดยส่วนใหญ่ใช้ลูกลอยที่มีขอบเพื่อสร้างลักษณะการไหลแบบปั่นป่วน (turbulent flow)
โดยทั่วไปท่อทรงกรวยทำจากแก้วใสเพื่อให้สามารถสังเกตเห็นการเคลื่อนที่ของลูกลอยได้อย่างชัดเจน ซึ่งความทนทานของโรตามิเตอร์ชนิดท่อแก้วขึ้นอยู่กับสภาวะการใช้งาน โดยความทนทานของท่อแก้วจะลดลงหรือเกิดการแตกได้ง่ายภายใต้สภาวะการใช้งานความดัน (pressure) สูง หรืออุณหภูมิ (temperature) สูง ดังนั้น ในการใช้งานบางกรณีที่ไม่สามารถใช้ท่อแก้วได้อาจออกแบบพิเศษใช้ท่อโลหะ หรือในจุดใช้งานที่ไม่สามารถอ่านค่าโดยตรงจากลูกลอยได้อาจใช้โรตามิเตอร์ร่วมกับเครื่องมือวัดระดับ (level measurement) หรือระยะการเคลื่อนที่ (displacement measurement) ของลูกลอย โดยทำการสอบเทียบ (calibration) ค่าระยะการเคลื่อนที่ที่วัดได้กับค่าอัตราการไหลที่เกิดขึ้น
รูปที่ 1 ลักษณะโครงสร้างของโรตามิเตอร์และทิศทางการไหลของของไหล
(ที่มา: นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)
รูปที่ 2 ตัวอย่างลักษณะลูกลอยแบบต่าง ๆ
(ที่มา: นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)
รูปที่ 3 โรตามิเตอร์รูปแบบต่างๆ
(ที่มา: http://www.in.all.biz/rotameters)
การวัดการไหลด้วยโรตามิเตอร์ต้องควบคุมค่าความดันตกคร่อมระหว่างพื้นที่ด้านล่าง (1) และด้านบนเหนือลูกลอย (P1 – P2) ให้คงที่ ซึ่งทำได้โดยการออกแบบท่อโรตามิเตอร์ให้มีขนาดพื้นที่หน้าตัดเปลี่ยนแปลงตามค่าอัตราการไหล หรือ ส่งผลให้ท่อดังกล่าวออกแบบมีลักษณะเป็นรูปกรวยหงายขึ้น นั่นคือ เมื่ออัตราการไหลเพิ่มสูงขึ้นพื้นที่หน้าตัดของท่อมีค่าเพิ่มสูงขึ้น
โรตามิเตอร์ต้องติดตั้งโรตามิเตอร์ในแนวตั้ง ให้ของไหลที่ต้องการวัดไหลเข้าไปภายในอุปกรณ์วัดทางด้านล่างผ่านลูกลอยขึ้นไป โดยลูกลอยจะลอยนิ่งอยู่กับที่เมื่อแรงดันที่ของไหลยกให้ลูกลอยลอยขึ้นสมดุลกับน้ำหนักของลูกลอยที่ตำแหน่งนี้เป็นจุดที่ใช้สำหรับอ่านค่าอัตราการไหล โดยเครื่องมือวัดชนิดนี้สามารถวัด การไหลได้เพียงทิศทางเดียวเท่านั้น เมื่อลูกลอยเปลี่ยนตำแหน่งสูงขึ้น พื้นที่หน้าตัดที่ของไหลสามารถไหลผ่านได้จะมีค่าเพิ่มมากขึ้น เพื่อเป็นการรักษาความดันตกคร่อมให้คงที่ ในบางครั้งจึงเรียกอุปกรณ์วัดชนิดนี้ว่า “variable area flow meter” หรือ “constant pressure drop flow meter”
โรตามิเตอร์เหมาะสำหรับวัดอัตราการไหลของไหลที่มีความเร็วต่ำที่แผ่นออริฟิส (orifice plate) ท่อเวนจูรี (venturi tube) และนอซเซิล (nozzle) ไม่สามารถใช้วัดได้ ย่านการวัด (range) ของโรตามิเตอร์โดยทั่วไปมีค่าประมาณ 10:1 (อัตราส่วนของอัตราการไหลสูงสุดต่ออัตราการไหลต่ำสุด) และสำหรับลูกลอยที่มีลักษณะเป็นขอบคม (Sharp edge) ย่านการใช้งานอาจมากถึง 100:1
หลักการทำงานของโรตามิเตอร์
(ที่มา: http://www.youtube.com/watch?v=DVLBDm9c8ak)
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานโรตามิเตอร์ในกระบวนการแปรรูปอาหาร ได้แก่ การวัดอัตราการไหลของของเหลวหรืออัตราการป้อนวัตถุดิบเข้าเครื่องแปรรูปอาหาร เช่น เครื่องระเหยแบบฟิล์มไหลลง (falling film evaporator) เครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอย (spray drier) เป็นต้น และใช้ควบคุมปริมาณในกระบวนการเตรียมวัตถุดิบ (raw material preparation) หรือกระบวนบรรจุ (packing) เป็นต้น
ที่มา: การวัดและเครื่องมือวัด ประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร (นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)
: http://www.youtube.com/watch?v=DVLBDm9c8ak
: http://www.in.all.biz/rotameters-bgg1071221