Принцип действия манометрического термометра основан на использовании зависимости между температурой и давлением термометрического вещества (газа, жидкости), заполняющего герметически замкнутую термосистему термометра. Принципиальная схема показывающего манометрического термометра приведена на рис. 3.4.
Термосистема состоит из термобаллона 1, капилляра 2 и манометрической одно- или многовитковой пружины 3. Капилляр соединяет термобаллон с неподвижным концом манометрической пружины. Подвижный конец пружины запаян и через шарнирное соединение 4, поводок 5, сектор 6 связан со стрелкой прибора 7.
При погружении термобаллона в среду, температура которой измеряется, изменяется давление термометрического вещества в замкнутой термосистеме, чувствительный элемент которой (манометрическая пружина) деформируется и ее свободный конец перемещается. Данное изменение положения пружины преобразуется в соответствующее перемещение регистрирующей стрелки относительно шкалы прибора. Поперечное сечение манометрической пружины, выполненной в виде полой металлической (сталь, латунь, бронза) изогнутой трубки, либо овальное (рис. 3.4, б), либо сложной формы с пережатым средним участком и двумя каналами каплевидной формы (рис. 3.4, в), что повышает ее механическую прочность, уменьшает внутренний объем и снижает дополнительную температурную погрешность, связанную с изменением температуры окружающей среды. Цилиндрический термобаллон изготавливают из нержавеющей стали, обеспечивающей возможность контроля температуры химически агрессивной среды. Для защиты от механических повреждений капилляр, выполненный в виде медной или стальной трубки внутренним диаметром 0,35 и наружным 2,5 мм, прокладывают в защитной металлической оболочке. Длина капилляра различна и изменяется в зависимости от вида термометра от 0,6 до 60 м.
|
|
В зависимости от термометрического вещества манометрические термометры делятся на газовые, конденсационные и жидкостные.
В газовых и жидкостных термометрах вся термосистема заполнена тем или иным веществом, в конденсационных термометрах термобаллон заполнен низкокипящей жидкостью и ее насыщенными парами, а в остальной части термосистемы находятся либо насыщенные пары данной жидкости, либо специальная жидкость для передачи давления из термобаллона в манометрическую пружину. Отличие приборов конденсационного типа заключается также в значительной нелинейности зависимости давления насыщенного пара от температуры. Поэтому необходимо применение специальных устройств для получения равномерной шкалы термометра. Характер заполнения определяет размеры термобаллона и длину капилляра: они наибольшие у газовых термометров, наименьшие у жидкостных. Значительные габариты термобаллона газовых термометров ограничивают область их применения.
|
|
На показания манометрических термометров значительное влияние оказывают внешние условия: изменение температуры окружающего воздуха (дополнительная температурная погрешность), различная высота расположения термобаллона и пружины (гидростатическая погрешность) колебания атмосферного давления (барометрическая погрешность).
Дополнительная температурная погрешность, появляющаяся из-за изменения упругости манометрической пружины, характерна для газовых и конденсационных термометров: при повышении температуры воздуха упругость пружины понижается, что приводит, к завышению показаний термометра. Изменение температуры окружающей среды приводит также к изменению температуры термометрической среды в капилляре и пружине и, следовательно, к изменению давления в термосистеме. Этот источник дополнительной температурной погрешности проявляется в газовых и жидкостных манометрических термометрах. Уменьшить данную погрешность можно с помощью специальных компенсаторов (биметаллическая пружина, инварный сердечник), установкой параллельной термосистемы без термобаллона, а также путем применения манометрической пружины специальной формы.
При работе конденсационных и жидкостных термометров необходимо учитывать гидростатическую погрешность введением поправки, которая прибавляется, если пружина находится выше термобаллона, или вычитается, если ниже.
Пример. При измерении температуры газа термобаллон жидкостного ртутного термометра находится на 2 м выше, чем манометрическая пружина. Давление, подводимое к пружине, определяется как давление в термобаллоне плюс давление столба жидкости, величина которого определяется указанным перепадом уровней расположения элементов термометра и вычисляется по формуле:
pг=ΔHρg, (3.6)
Где ΔH— разность уровней расположения термобаллона и манометрической
пружины, ΔH = 2 м;
ρ — плотность ртути, ρ = 13,595 кг/м3;
g—ускорение силы тяжести, м/с2.
pг = 2,0·13,595·9,81 = 0,257 МПа.
На данную величину показания манометрического термометра будут завышены. При чувствительности прибора 0,02 МПа/ºС ошибка измерения составит 12,8°С.
Манометрическая пружина термометра находится под действием давления, которое равно разности давлений в термосистеме и внешнего атмосферного, поэтому изменение последнего оказывает влияние на точность измерения температуры. Приведенная барометрическая погрешность (%) определяется по уравнению
δ=100Δpσ/(pk-pн), (3.7)
где Δpσ —изменение барометрического давления, Па;
pk , pн —давления в термосистеме, соответствующие конечному и начальному значениям шкалы термометра, Па.
Класс точности манометрических термометров 1,0; 1,5; 2,5 и 4,0 при работе в интервале температур окружающего воздуха от 5 до 50 °С и относительной влажности до 80%. Приборы изготавливаются различных модификаций: показывающие, самопишущие (с диаграммами дискового и ленточного типа), с сигнальными и регулирующими устройствами, а также с выходными унифицированными сигналами для включения в систему автоматического контроля и регулирования.
Поверка манометрических приборов производится с помощью образцовых стеклянных жидкостных термометров. Стеклянный термометр и термобаллон погружают в термостат и последовательно выдерживают в течение трех минут в каждой поверяемой точке, повышая температуру с начальной до конечной отметки шкалы. Затем после пятиминутной выдержки операция повторяется вновь, но уже с понижением температуры. Таким образом определяется точность манометрического термометра и его вариации (разность между погрешностями при прямом и обратном ходах.)
|
|
Манометрические термометры применяются для контроля температуры охлаждающей воды, воздуха, жидкого и газообразного топлива, на установках для получения защитного газа, металлургических печах, кислородных станциях и т. п.
Термометр дистанционный показывающий типа ТПК-60/3М.
Термометр ТКП-60/3М рис.3.5 предназначен для непрерывного измерения температуры воды, масла и других неагрессивных жидкостей в условиях повышенной вибрации. Диапазон измерений 25 + 125 С.Класс точности 2,5.
Длина соединительного капилляра 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 12,0 м.
Диаметр корпуса 60мм.
Термометры манометрические типов ТГП-100, ТГП-100Эк, ТКП-100, ТКП-100Эк.
Предназначены для непрерывного измерения температуры жидких и газообразных сред в стационарных промышленных установках и управления внешними электрическими цепями от сигнализирующего устройства рис.3.6.
Диапазон измерений -50…+400С. Класс точности 1, 1,5. Длина соединительного капилляра 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0 м.
Диаметр корпуса 100 мм.
Термометры манометрические конденсационный показывающий сигнализирующий типа ТКП-160Сг-М1.
Предназначен для контроля и сигнализации предельно допустимых температур жидкостей, паров и газов в стационарных промышленных установках рис.3.7.
Диапазон измерений -25+75; 0-120; 100-200; 200-300 С.
Класс точности 1,5; 2,5. Длина соединительного капилляра 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0 м. Диаметр корпуса 160 мм.