Газовые манометрические термометры

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

От температуры зависят линейные размеры, объем и давление среды в замкнутом пространстве, твердость, вязкость и ряд других физических свойств вещества. Производительность газовых потребителей во многом зависит от соблюдения теплового режима.

Жидкостные стеклянные термометры широко применяются для измерения температур от —200 до 500 °С. Они  просты в обращении, имеют достаточно высокую точность измерения, при снятии показаний не требуют дополнительной аппаратуры и посторонних источников питания.

В жидкостных стеклянных термометрах в качестве рабочего вещества обычно применяют ртуть, толуол, этиловый спирт, петролейный эфир, пентан. Чем тоньше капилляр термометра, тем более чувствительный прибор.

Действие манометрических термометров основано на зависимости между температурой и давлением, рабочею вещества, заключенного в замкнутой системе. Рабочее вещество может быть в виде газа, жидкости или жидкости в контакте с насыщенным паром. В соответствии с этим различают манометрические термометры газовые (азот), жидкостные (ртуть), парожидкостные (эфир, спирт, сероуглерод).

Манометрические термометры применяют главным образом для измерения температур от —50 до 500 СС. Они обладают рядом преимуществ: простотой в эксплуатации, передачей показаний на расстояние до 6 м, возможностью быть установленными во взрывоопасных помещениях; они могут быть показывающими, самопишущими, сигнализирующими.

К недостаткам манометрических термометров относятся трудность ремонта, низкая механическая прочность капиллярных трубок, большая инерционность, ограниченная дальность передач и измерений, значительная дополнительная погрешность от влияния внешних условий.

Метод измерения температур при помощи термоэлектрических пирометров основан на существовании зависимости между электродвижущей силой, возникающей в цепи, составленной из двух разнородных термоэлектродов (проводников или полупроводников), и температурами мест их соединения. Этими пирометрами замеряют температуру до 1400°С.

Комплект для измерения температуры включает термопару, компенсационные провода и вторичный прибор (пирометрический милливольтметр, переносной потенциометр, автоматический электронный потенциометр).

Оптические пирометры используют для измерения температур выше 800 °С. Их действие основано на использовании зависимости энергии излучения тел от температуры. Измерение осуществляется бесконтактным способом, преимуществами которого являются: отсутствие непосредственного воздействия контролируемой среды на чувствительный элемент, что приводит к росту длительности эксплуатации и надежности работы; меньшая инерционность, чем у контактных датчиков, благодаря применению фотоэлектрических устройств.

Электрические термометры сопротивления применяются для измерения температуры от —200 до 500 °С. Их принцип действия основан на свойстве металлов изменять сопротивление с изменением температуры. Материалы, из которых изготовляются термометры сопротивления, должны иметь   большое   удельное сопротивление; постоянную зависимость сопротивления металла от температуры; постоянство химических и физических свойств металла при изменении температуры.

Лучше других удовлетворяют этим требованиям платина и медь. Преимущества термометров сопротивления: высокая точность измерения; возможность установки измерительного прибора на значительном расстоянии и автоматической записи температуры.

Термометры расширения. Манометрические термометры

Читайте также:

Личные сомнения свидетельствуют о том, что с вашим планом торговли что–то не то. Быстро выйдите из рынка, если:

· рынок ведёт себя нерационально;

· вы не уверены в позиции;

· вы не знаете, что делать;

· вы не можете спать ночами.

Прежде чем подвергать деньги риску, вы должны быть точно уверены в том, что делаете, и, что вам повезёт.

Термометры расширения. Манометрические термометры

Термометры расширения

Физическое свойство тел изменять свой объем в зависимости от нагрева широко используется для измерения температуры. На этом принципе основано устройство жидкостных стеклянных и дилатометрических термометров. которые появились очень давно и послужили для создания первых температурных шкал.

В жидкостных термометрах, построенных на принципе теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре, в качестве рабочих веществ используются ртуть и органические жидкости – этиловый спирт, толуол и др. Наиболее широкое применение получили ртутные термометры, имеющие по сравнению с термометрами, заполненными органическими жидкостями, существенные преимущества: большой диапазон измерения температуры, при котором ртуть остается жидкой, несмачиваемость стекла ртутью, возможность заполнения термометра химически чистой ртутью из-за легкости ее получения и пр. При нормальном атмосферном давлении ртуть находится в жидком состоянии при температурах от – 39 (точка замерзания) до + 357 С (точка кипения) и имеет средний температурный коэффициент объемного расширения 0,18∙10 -3 К -1 .

Термометры с органическими жидкостями в большинстве своем пригодны лишь для измерения низких температур в пределах – 190 – + 100 °С. Основным достоинством их является высокий коэффициент объемного расширения жидкости, равный в среднем 1,13∙10 -3 К -1. т. е. почти в 6 раз больший, чем у ртути.

Жидкостные термометры, изготовляемые из стекла, являются местными показывающими приборами. Они состоят из резервуара с жидкостью, капиллярной трубки, присоединенной к резервуару и закрытой с противоположного конца, шкалы и защитной оболочки. Приращение в капилляре термометра столбика жидкости Δh (мм) при нагреве резервуара от температуры t₁ до t₂ определяется по формуле

Δh = 1,275 ,

где V₁ – объем жидкости в резервуаре при температуре t₁. мм 3 ;

а_ж и а_с – средине температурные коэффициенты объемного расширения жидкости и стекла, К -1 ;

d — внутренний диаметр капилляра, мм.

Ртутные термометры благодаря своей простоте, сравнительно высокой точности измерения, несложности обращения и дешевизне имеют весьма большое распространенyо и применяются для измерения температур в пределах от – 35 до + 650 °С.

Конечный предел измерения, ограничиваемый температурой размягчения стеклянной оболочки термометра, достигается при помощи искусственного повышения точки кипения ртути. С этой целью у термометров для измерения высоких температур пространство капилляра над ртутью, из которого предварительно удален воздух, заполняется инертным газом при давлении свыше 2 МПа. Термометры с верхним пределом шкалы до + 100 °С иногда газом не заполняются, и капилляр их находится под вакуумметрическим давлением.

Чувствительность ртутных термометров зависит от размеров резервуара и капилляра. Чем больше резервуар и меньше внутреннее сечение капилляра, тем заметнее изменение высоты ртутного столбика, т. е. тем более чувствителен термометр и меньше цена деления его шкалы. Однако большой размер резервуара увеличивает инерционность прибора, что снижает качество последнего при измерении переменной температуры.

Основная погрешность ртутных термометров зависит от диапазона показаний и цены деления шкалы, с увеличением которых она возрастает.

Вследствие небольшого отклонения видимого коэффициента расширения ртути в стекле при изменении температуры ртутные термометры имеют почти равномерную шкалу.

Ртутные термометры изготовляются двух видов: с вложенной шкалой и палочные .

Термометр с вложенной шкалой (а) имеет заполненный ртутью резервуар 1, капиллярную трубку 2, циферблат 3 из молочного стекла со шкалой и наружную цилиндрическую оболочку 4, в которой укреплены капилляр и циферблату. Наружная оболочка с одного конца плотно закрыта, а с другого – припаяна к резервуару.

Палочный термометр (б) состоит из резервуара 1, соединенного с толстостенным капилляром 2 наружным диаметром 6 – 8 мм. Шкала термометра нанесена непосредственно на поверхности капилляра в виде насечки по стеклу. Палочные термометры являются более точными по сравнению с термометрами с вложенной шкалой.

По назначению ртутные термометры разделяются на промышленные (технические), лабораторные и образцовые .

Технические ртутные термометры изготовляются с вложенной шкалой и по форме нижней (хвостовой) части с резервуаром бывают прямые типа А (а) и угловые типа Б (б), изогнутые под углом 90° в сторону, противоположную шкале.

При измерении температуры нижняя часть технических термометров полностью опускается в измеряемую среду, т. е. глубина погружения их является постоянной.

Нижняя часть термометров, в зависимости от условий измерения, имеет длину 60 – 1600 мм (высокоградусных – 120 – 400 мм) – для типа А и 110 – 1050 мм (высокоградусных – 130 – 370 мм) – для типа Б. Диаметр этой части термометров равен 8 – 9 мм. Оболочка термометров, в которой заключен циферблат, выполняется длиной 110, 160 или 220 и диаметром 18 мм. Большой диаметр капилляра у этих приборов делает столбик ртути более заметным, что облегчает отсчет показаний.

Лабораторные ртутные термометры типа TЛ изготовляются палочными или с вложенной шкалой. В зависимости от цены деления шкалы и габаритов они делятся па пять типов, причем каждый термометр определенного типа имеет порядковый номер. Длина термометров 100 – 530 и наружный диаметр 5 – 11 мм. Большинство их выпускается с безнулевой шкалой, начинающейся не с отметки 0 °С, которая наносится внизу на небольшой дополнительной шкале, предназначенной только для поверки прибора, а с более высокой температуры. В промежутке между пулевым делением и началом шкалы капилляр имеет расширение, в которое при измерении входит объем ртути, отвечающий изменению температуры от нуля до начального значения шкалы.

Образцовые ртутные термометры делятся на два разряда. Термометры 1-го разряда бывают только палочными, а 2-го — палочными и с вложенной шкалой. Образцовые термометры выполняются с нормальной или безнулевой шкалой. Посредством термометров 1-го разряда производится поверка термометров 2-го разряда, которые применяются для поверки н градуировки технических и лабораторных термометров.

Недостатками ртутных термометров являются их хрупкость, невозможность дистанционной передачи и автоматической записи показаний, большая инерционность и трудность отсчета из-за нечеткости шкалы и плохой видимости ртути в капилляре. Все это в значительной мере ограничивает их применение, оставляя за ними главным образом область местного контроля и лабораторные измерения.

При точных измерениях температур с помощью ртутных термометров к их показаниям вводятся следующие поправки:

основная Δt;

на температуру выступающего столбика ртути Δt_в ;

на смещение положения нулевой точки Δt_c .

Следовательно, в общем случае определение действительной температуры среды t по показаниям t_т ртутного термометра производится согласно равенству

t = t_т + Δt + Δt_в + Δt_c .

Основная поправка принимается из свидетельства термометра.

К дилатометрическим термометрам относятся стержневой и пластинчатый (биметаллический) термометры, действие которых основано иа относительном удлинении под влиянием температуры двух твердых тел, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения.

Зависимость длины l твердого тела от его температуры t выражается равенством

l = l₀ (1 + αt ),

где l₀ – длина тела при температуре 0 °С;

α – средний температурный коэффициент линейного расширения тела, К -1 .

Стержневой термометр (а) имеет закрытую с одного конца трубку 1, помещаемую в измеряемую среду и изготовленную из материала с большим коэффициентом линейного расширения. В трубку вставлен стержень 2, прижимаемый к ее дну рычагом 3, скрепленным с пружиной 4.

Пластинчатый термометр (б) состоит из двух изогнутых и спаянных между собой по краям металлических полосок, из которых полоска 1 имеет большой коэффициент линейного расширения, а полоска 2 – малый. Полученная пластинка меняет в зависимости от температуры степень своего изгиба, величина которого при помощи тяги 3, рычага 4 и соединенной с ним стрелки указывается по шкале прибора.

Дилатометрические термометры не получили распространения как самостоятельные приборы, а используются главным образом в качестве чувствительных элементов в сигнализаторах температуры. Кроме того, пластинчатые термометры иногда применяются для компенсации влияния переменной температуры окружающего воздуха па показания других приборов, в которые они встраиваются.

Манометрические термометры

Действие манометрических термометров основано на зависимости давления жидкости, газа или пара с жидкостью в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры. Указанные термометры являются промышленными показывающими и самопишущими приборами, предназначенными для измерения температуры в диапазоне до + 600° С. Класс точности их 1 – 2,5.

В зависимости от заключенного в термосистеме рабочего вещества манометрические термометры разделяются на газовые. жидкостные и конденсационные. Выбор рабочего вещества производится исходя из заданного диапазона показаний и условий измерения.

Термосистема прибора, заполненная рабочим веществом, состоит из термобаллона 1, погружаемого в измеряемую среду, манометрической трубчатой пружины 2, воздействующей посредством тяги 3 на указательную стрелку 4, и капилляра 5, соединяющего пружину с термобаллоном.

Термобаллон представляет собой металлическую трубку, закрытую с одного конца, а с другого соединенную с капилляром. Посредством съемного штуцера 6 с резьбой и сальником термобаллон устанавливается в трубопроводах, баках и т. п. Возможна установка его и в защитной гильзе. При нагреве термобаллона увеличение давления рабочего вещества передается через капилляр трубчатой пружине и вызывает раскручивание последней до тех пор, пока действующее на нее усилие, пропорциональное разности давлений в системе и окружающем воздухе, не уравновесится силой ее упругой деформации.

Соединительный капилляр изготовляется из медной или стальной трубки с внутренним диаметром до 0,5 и толщиной стенки до 2,5 мм. Снаружи он защищен металлической оплеткой. Длина капилляра может достигать 40 м.

В качестве упругого элемента в термометрах применяются одно- и многовитковая трубчатые пружины, изготовленные из медного сплава.

Манометрическим термометрам свойствен ряд погрешностей измерения. Кроме основной, вызываемой несовершенством работы пружины и передаточного механизма, эти приборы имеют также дополнительные погрешности: барометрическую, связанную с изменением атмосферного давления, температурную (у газовых и жидкостных термометров), возникающую при колебаниях температуры окружающего воздуха, и гидростатическую (у жидкостных и конденсационных термометров), появляющуюся при установке термобаллона и пружины на разных высотах.

По сравнению с ртутными термометрами существенными преимуществами манометрических термометров являются: автоматическая запись показаний, возможность установки прибора на некотором расстоянии от места измерения благодаря капилляру и большая механическая прочность. К недостаткам их относятся: невысокая точность измерений, большая инерционность вследствие значительных размеров термобаллона, а также трудность ремонта при нарушении плотности термосистемы.

Газовые манометрические термометры заполняются азотом. Термометры имеют равномерную шкалу, так как изменение давления газа при постоянном объеме пропорционально изменению его температуры, т. е.

где p₁ и p₂ – начальное и конечное давления рабочего вещества, МПа;

β – температурный коэффициент давления, К -1 ;

t₂ – t₁ – начальная и конечная температуры рабочего вещества, °С.

Газовые манометрические термометры часто выполняются с температурной компенсацией. Для этого между подвижным концом пружины и указательной стрелкой (или рычагом пара) включается небольшая изогнутая дилатометрическая пластинка (компенсатор), которая при изменениях температуры окружающего воздуха изгибается так, что перемещение конца пружины под действием этой температуры не отражается на показаниях термометра.

Жидкостные манометрические термометры заполняются органическими полиметилсилоксановыми жидкостями. Изменение давления при нагревании этих жидкостей в замкнутой термосистеме находится в прямой зависимости от температуры (как и для газовых).

Конденсационные манометрическне термометры имеют в качестве рабочего вещества низкокипящие органические жидкости (хлористый метил, ацетон и фреон). Действие этих приборов основано на законе Дальтона, дающем однозначную зависимость между давлением и температурой насыщенного пара вплоть до критической температуры вещества.

Термобаллон конденсационных термометров на 2/3 залит рабочей жидкостью, над которой находится образующийся из нее насыщенный пар. Капилляр и пружина термометра заполнены той же жидкостью, что и термобаллон. Для обеспечения постоянного заполнения капилляра жидкостью конец его опускается до дна термобаллона.

Дата добавления: 2014-11-24 ; просмотров: 163 | Нарушение авторских прав

3-2. Термометры манометрические

Общие сведения и устройство термометров. Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости между температурой и давлением рабочего (термометрического) вещества в замкнутой герметичной термосистеме. Манометрические термометры являются техническими приборами и в зависимости от рабочего вещества термосистемы они подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). В зависимости от рабочего вещества термосистемы их применяют для измерения температуры жидких и газообразных сред до Термометры со специальным заполнителем предназначены для измерения температуры от 100 до 1000°С (ГОСТ 8624-71).

Манометрические термометры изготовляют показывающие и самопишущие. Самопишущие термометры выпускаются с дисковой

и Ленточной диаграммной бумагой. Привод диаграммной бумаги осуществляется синхронным двигателем, а в некоторых модификациях термометров часовым механизмом. Манометрические термометры выпускаются с односторонней, двусторонней и безнулевой шкалой.

Термометры манометрические изготовляются с дополнительным устройством для сигнализации (или регулирования) температуры. Некоторые типы термометров снабжаются передающим преобразователем с выходным унифицированным сигналом постоянного тока или пневматическим передающим преобразователем с выходным унифицированным пневматическим сигналом

Рис. 3-2-1. Схема устройства показывающего манометрического термометра.

Показывающие и самопишущие манометрические термометры могут быть использованы для измерения температур во взрывоопасных помещениях. В этом случае привод диаграммной бумаги осуществляется часовым механизмом. Если в этих условиях необходимо иметь термометр с дистанционной передачей показаний на вторичный прибор, то она должна быть пневматической.

Схема устройства показывающего манометрического термометра представлена на рис. 3-2-1. Термосистема термометра (рис. 3-2-1, а) состоит из термобаллона погружаемого в среду, температура которой измеряется, капилляра 2 и манометрической пружины 3. Один конец пружины впаян в держатель 4, канал которого соединяет внутреннюю полость манометрической пружины через капилляр с термобаллоном. Второй свободный конец пружины герметизирован и шарнирно с помощью поводка 5 связан с сектором 6. Этот сектор в свою очередь соединен зубчатым зацеплением с трибкой 7, на оси которой насажена указательная стрелка 8. Для выбора зазора в передаточном механизме установлен спиральный волосок 9, конец внутреннего витка которого закреплен на оси трибки.

Термосистема термометра заполнена рабочим веществом, например газом (или жидкостью), под некоторым начальным давлением. При нагревании термобаллона увеличивается давление газа

в замкнутой герметизированной термосистеме, в результате чего пружина деформируется (раскручивается) и ее свободный конец перемещается. Движение свободного конца пружины передаточным механизмом (поводком, сектором и трибкой) преобразуется в перемещение указателя относительно шкалы прибора. По положению указателя на шкале термометра производят отсчет температуры.

Следует отметить, что в отличие от газовых и жидкостных термометров у конденсационных (парожидкостных) термометров термобаллон (рис. 3-2-1, б) частично заполнен конденсатом (примерно на объема), а в верхней части термобаллона над конденсатом находится насыщенный пар этой жидкости. Кроме того, капилляр у этих термометров вставлен на некоторую глубину внутрь термобаллона. Манометрическая пружина и капилляр термометра заполнены тем же конденсатом, что и термобаллон. Давление в термосисгеме конденсационного термометра равно давлению насыщенного пара в термобаллоне. При этом зависимость между давлением насыщенного пара и температурой является вполне определенной, однозначной и известной для конденсата, которым заполнена термосистема термометра. При нагревании термобаллона термометра часть конденсата в его паровом объеме с зеркала испаряется; изменяя давление насыщения до значения, соответствующего температуре конденсата в термобаллоне. Это в свою очередь вызывает повышение давления в термосистеме термометра, под действием которого пружина раскручивается и ее свободный конец с помощью передаточного механизма перемещает стрелку.

В выпускаемых казанским заводом «Теплоконтроль» показывающих манометрических термометрах используется манометрическая пружина с новым профилем сечения (рис. 3-2-1, в). Отличительной особенностью этого профиля по сравнению с ранее применяемыми овальными, плоскоовальными и др. (рис. 3-2-1, г) является наличие среднего пережатого участка, на котором зазор между стенками отсутствует. По боковой кромке сечения расположены два канала каплевидной формы, которые повышают механическую прочность пружины.

Следует отметить, что внутренний объем пружин со средним пережатым участком и колебания размера его минимальны, что уменьшает температурную погрешность термометра и обеспечивает стабильность ее значений. Изменяя большую ось сечения этой пружины получают оптимальное соотношение между начальным внутренним объемом ее и приращением этого объема при раскручивании пружины на рабочий угол.

Дальнейшее снижение температурной погрешности газовых и жидкостных термометров, обусловленной отклонением температуры пружины от нормальной достигается введением термобиметаллического компенсатора 10 в поводок передаточного механизма (рис. 3-2-1, а). Капилляр термометров изготовляют из латуни или стали наружным диаметром 2,5 и внутренним Длина капилляра термометра бывает различной, но она находится

обычно в пределах следующего ряда: 1; 1,6 ; 2,5; 4; 6; 0; ; 5; 40 и 60 м. Капилляр, идущий от корпуса прибора к термобаллону, помещают в защитную металлическую оболочку, предохраняющую его от повреждений. Для изготовления термобаллона и его хвостовика в настоящее время применяют сталь марки Применение этой стали дало возможность изготовлять термобаллоны термометров на условное давление до без защитной гильзы и лишь на условное давление среды, температура которой измеряется, от 64 до с защитной гильзой.

Рис. 3-2-2. Схема устройства корректора начальной отметки шкалы манометрического термометра.

Рис. 3-2-3. Схема устройства самопишущего манометрического термометра.

Выпускаются электроконтактные показывающие манометрические термометры, выполняемые по схеме рис. 3-2-1, а и используемые для сигнализации о достижении предельных значений температур.

Манометрические термометры с безнулевой шкалой снабжаются корректором для регулировки начальной отметки шкалы прибора. Схема корректора термометра, состоящего из винтовой пружины и регулировочного винта, показана на рис. 3-2-2.

Схема устройства самопишущего манометрического термометра показана на рис. 3-2-3. Спиральная манометрическая пружина 1 с пережатым профилем сечения (рис. 3-2-1, в), впаянная одним концом в держатель 2, вторым свободным концом с помощью скобы 3 шарнирно соединена с поводком 4, снабженным термобиметаллическим компенсатором 5. Второй конец поводка шарнирно соединен с рычагом 6, связанным с осью 7 рычага пера. К каналу держателя, соединяющему внутреннюю полость спиральной пружины, припаян капилляр 8, который вторым своим концом герметично соединен через хвостовик с термобаллоном 9, погружаемым в среду, температура которой измеряется.

Привод диаграммного устройства осуществляется с помощью синхронного двигателя 10 или часового механизма. Дисковая

диаграмма в сери но выпускаемых при орах рассчитана на один оборот в сутки.

Самопишущий термометр с двумя термосистемами дает возможность одновременно производить запись на диаграммной бумаге температуры двух сред. Самопишущие термометры такого типа, снабженные приспособлением для увлажнения одного из термобаллонов, могут быть использованы в качестве психрометров для одновременного измерения температуры и влажности газовой среды.

При применении манометрических конденсационных и жидкостных термометров необходимо иметь в виду, что изменение высоты положения термобаллона относительно манометрической пружины может вызвать изменение показаний термометра.