2020-04-07
202
Манометрические термометры предназначены для дистанционного измерения и регистрации температуры газов, паров и жидкостей. Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давле-ния рабочего (термометрического) вещества в замкнутом объеме (термо-системе) от температуры. Манометрические термометры по принципу действия могут быть разделены на газовые, жидкостные и конден-сационные (парожидкостные) [3].
Манометрические термометры используются для измерения темпе-ратур в интервале от –150 до 600 ºС. Диапазон измерения определяется наполнителем термосистемы. Термометры со специальными наполнителями (расплавленными металлами) пригодны для измерения температур от 100 до 1000 ºС.
Термосистема термометра (рис. 3.15а) состоит из термобаллона 1, капилляра 2 и манометрической пружины 3. Чувствительный элемент термометра (термобаллон 1) погружается в объект измерения, и термометрическое вещество в термобаллоне достигает температуры измеряемой среды. При изменении температуры рабочего вещества в термобаллоне изменяется давление, которое через капиллярную трубку передается на пружинный манометр, являющийся измерительным прибором манометрического термометра.
|
|
|
Термобаллон представляет собой цилиндр, изготовленный из латуни или специальных сталей, стойких к химическому воздействию измеряемой среды. Его геометрические размеры зависят от типа термометров и задач измерения. Диаметр термобаллона находится в пределах 5÷30 мм, а его длина составляет 60÷500 мм. Капилляр, соединяющий термобаллон с манометрической пружиной, представляет собой медную или стальную трубку с внутренним диаметром 0,1÷0,5 мм. В зависимости от эксплуатационных требований длина капиллярной трубки может быть от нескольких сантиметров до 60 м. Медные капилляры имеют стальную защитную оболочку, предохраняющую их от повреждений при монтаже и эксплуатации.
Для улучшения метрологических характеристик манометрических термометров к манометрическим пружинам предъявляют ряд требований. С целью уменьшения температурной погрешности пружина должна иметь по возможности малый объем. Кроме того, пружина должна быть в состоянии раскручиваться на большой угол и свободный ее конец должен обладать значительным тяговым усилием для механического перемещения дополнительных устройств.
Газовые манометрические термометры предназначены для изме-рения температуры в диапазоне от –150 до +600 °С. Термометрическим веществом здесь служат гелий или азот. Принцип работы этих термометров основан на использовании закона Гей-Люссака:
|
|
|
, (3.16)
где P 0и Pt – давление газа при температурах 0 и t соответственно, °С;
b – термический коэффициент давления газа, равный 1/273,15 или 0,00366 К-1.
Теоретически линейная связь между Рt и t в соответствии с (3.16) строго не сохраняется для реальных систем. Это связано с тем, что объем термобаллона зависит от температуры, а объем манометрической пружины – от давления, а также с массообменом между термобаллоном и капиллярной трубкой. В то же время, поскольку эти изменения незначительны, практически можно считать, что шкалы газовых манометрических термометров равномерны. Последовательно подставляя в (3.16) вместо Pt и t соответственно Рн и tн, а также Рк и tк, после несложных преобразований получим выражение для величины рабочего давления газового манометрического термометра:
, (3.17)
где Рн и Pк – давления в термосистеме, соответствующие начальному tн и конечному tк значениям температуры по шкале прибора.
Начальное давление заполнения системы Рн для заданного диапазона измерения температур может быть рассчитано из (3.17) при известном рабочем давлении манометрической пружины. Чем больше Рн, тем больше D Р и тем меньше влияние барометрического давления на показания прибора. Объем термобаллона Vт в газовых манометрических термометрах не зависит ни от рабочего давления, ни от пределов измерения темпера-туры.
Если при измерении с помощью газового манометрического термометра температура, окружающая капилляр и манометрическую пружину, отличается от температуры при градуировке, то возникает дополнительная погрешность. Для уменьшения этой погрешности стремятся уменьшить отношение 
(где Vn и Vк – внутренние объемы пружины и капилляра), увеличивая объем 
термобаллона. Поэтому для газовых манометрических термометров характерны большие размеры термобаллонов и значительная инерционность.
Погрешность от температуры окружающей среды часто компенси-руют путем установки биметаллической пластины 4 (см. рис. 3.15а). При измерениях с повышенной точностью и при использовании длинных капилляров применяют дифференциальную систему, состоящую из двух манометрических термометров – основного и компенсирующего (без термобаллона), капилляр которого примыкает к капилляру основного термометра. Таким образом, на указатель прибора действует разность перемещений двух манометрических пружин, что практически исключает температурную погрешность окружающей среды.
