Манометричні термометри

Принцип дії манометричних термометрівгрунтується на механічному переміщенні пругкого чутливого елемента в замкненній герметичній системі від зміни або тиску газу, або зміни об’єму рідини, або зміни тиску насиченої пари в залежності від вимірюваної температури.

Манометричний термометр (рис.4. 11) складається із: термобалона 1, який

розміщується в об’єкті вимірювання; капілярної трубки 2 довжиною до 60 м і

внутрішнім діаметром 0, 1- 0, 5 мм з захисним металорукавом та манометричного приладу, який складається із чутливого елементу в вигляді трубчатої пружини 3 овального перерізу (одно або багато виткової, остання може бути спіралевидної чи гелікоїдальної форми, а замість трубчатої пружини може використовуватись і сильфон); передавального механізму, який в свою чергу складається з біметалевого термокомпенсуючого повідка 8, зубчатого сектору 7, та шестерні 6, на якій закріплена стрілка 1 та шкали 5.

Межі вимірювання температури для різних наповнювачів:

Під впливом температури тиск термометричної речовини в термобалоні 1 збільшується і передається по капіляру 2, монометричній пружині 3, яка під дією тиску розкручується і її вільний кінець через повідок 5 і кінематичну схему переміщує стрілку 4 чи перо самописця.

Термобалон 1 виготовляють із корозієстійкої сталі, а капіляр 2 - із стальної чи мідної трубки внутрішнім діаметром в межах 0, 15- 0, 5 мм..

Залежно від термометричної речовини термометри бувають газові, рідинні

та парорідинні для різних меж вимірювання. Довжина капіляру штатна: 1; 1, 6; 2, 5; 4; 6; 10; 16; 25; і 40(60)м і від неї залежить основна похибка вимірювання. Чим менше довжина капіляра і менший діапазон вимірювання, тим менше основна похибка.

Принцип дії газових манометричних термометрів грунтується на тепловому розширенні газів і для них залежність тиску в термосистемі від температури підпорядкована закону Шарля:

P_t = P₀*[1 + a*(t – t₀)], ( 4.15)

де P₀– початковий тиск в термосистемі при температурі заповнення t₀,

[МПа]; a=1/273, 15[1/К] - температурний коефіцієнт розширення газу.

P₀ вибирають в межах (3...10) МПа, щоб зменшити вплив атмосферного тиску на манометричну систему. Похибка вимірювань залежить також від співвіднощення об’єму термобалону та неробочого об’єму манометричної системи.

Випускаються промисловістю газові манометричні термометри типів:

ТПГ – показувальні; ТПГ-СК – показувальні і сигнальні; ТГС – показувальні і самописні. Класи точності: 1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5.

Газові термометри використовуються також для вимірювання дуже низьких температур, які відповідають температурам конденсації газу наповнювання. Наприклад, при заповненні термосистеми азотом, нижня межа вимірювання

температури складає: -195°С, а гелієм- (-269°С).

Надлишковий об’єм DV рідини, який виштовхується із термобалону рідинних термометрів із зміною його температури:

DV = (b - 3a)*(t – t₀)*V₀, ( 4.16)

де b і a - коефіцієнти об’ємного розширення відповідно термометричної рідини та термобалону, [1/°С]; t₀ – температура при якій виконано заповнення термосистеми (20°С) об’ємом V₀, [м³].

Випускаються рідинні термометри типу ТЖС – показувальні і самописні.

Рідинні термочутливі системи розвивають значні зусилля і їхня робота практично не залежить від атмосферного тиску, що дозволяє використовувати їх також в термореле з потужними контактами на розмикання.

Із наведених формул видно, що шкали газових і рідинних термометрів лінійні.

Принцип дії конденсаційних (або парорідинних) манометричних термометрів грунтується на залежності тиску насиченої пари від температури. Особливість їхньої роботи в тому, що в робочому діапазоні температур в манометричній системі наповнювач знаходиться завжди в двох фазах: рідкій та пароподібній. Тиск в такій системі визначається температурою границі розподілу рідина – пара і вони розрізняються з парорідинним та паровим наповненням.

Парорідинне наповнення – кількість рідини в системі складає 50¸ 60 % об’єму, причому об’єм термобалону повинен складати не менше 50% всього об’єму. Це дає те, що границя розподілу, рідина – пара завжди знаходиться в термобалоні, не залежно від температур окремих частин і положення термобалону.Переваги такого заповнення: 1) можливість роботи, в умовах, коли температура термобалона вища або нижча за температуру інших частин термосистеми; 2) швидка реакція на зміну температури. Недолік – необмежене зростання

тиску в системі з ростом температури.

З паровим наповненням – відрізняються тим, тому що пара вводиться в термосистему при температурі дещо більшій, чим максимальна можливе її зачення в робочих умовах. Наприклад, в холодильних машинах терморегулюючі вентилі із заповненням термосистеми фреоном працюють при максимальній температурі до = +10°С, і відповідно їхнє заповнення проводять при тиску насичення, що відповідає +(20-30)°С. При зниженні температури в термобалоні конденсується невелика кількість рідини. Основна перевага – обмеження тиску в термосистемі при температурах вищих температири заповнення, так як в цьому випадку вони перетворюють у газові термометри, зростання тиску в яких від температури значно менше, що знижує вимоги до термосистеми по запасу міцності.

Особливість термометрів з використанням тиску насиченої пари – суттєва нелінійність тиску від температури, що приводить до нерівномірності шкал. Але вони є найбільш чутливі при відносно малому діапазоні вимірювання до 250°С. На їхні покази впливає зміна атмосферного тиску, але не впливає зміна температури навколишнього середовища. Типи конденсаційних термометрів: ТПП – показувальний, ТПП-СК – показувальний і сигнальний. Клас точності 1 – 1, 5. Конденсаційні (або парорідинні) манометричні термометри найбільше вживають в холодильній автоматиці як температурні регулятори, терморегу-

люючі вентилі.