Манометрические термометры.

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:

p_г=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.

p_г = 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=100Δp_σ/(p_k-p_н), (3.7)

где Δp_σ —изменение барометрического давления, Па;

p_k , p_н —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.