Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Термометры манометрические






Манометрические термометры основаны на зависимости величины давления, обусловленной расширением (сжатием) вещества при постоянном объеме, от изменения температуры.

В зависимости от применяемого вещества они подразделяются на жидкостные, газовые и конденсационные.

В конструкциях перечисленных приборов практически нет существенных различий.

Манометрический термометр состоит из: термобаллона; капиллярной трубки длиной до 60 м, находящейся в защитном металлорукаве и манометрической части, расположенной в корпусе. Система заполняется рабочим веществом. При нагревании термобаллона в замкнутом объеме возрастает давление:

 

; ; ;

; .

 

Эти изменения давления воспринимаются чувствительным элементом – манометрической трубкой, которая через тягу и сектор воздействует на стрелку прибора. Термобаллон имеет, как правило, хвостовик и изготавливается из нержавеющей стали (X10H12T). Капилляр изготавливается из медной или стальной трубки диаметром 0, 15-0, 5 мм. Эти приборы могут быть использованы в диапазоне температур – 120¸ 600 °С. Класс точности 0, 5-2, 5 (в зависимости от длины капиллярной трубки).

Благодаря простоте изготовления, достаточно высокой для производства точности, эти приборы нашли широкое применение в пищевой промышленности. На их базе разработаны специальные термореле.

В газовых манометрических термометрах в качестве рабочей среды используют азот – инертный материал, свойства которого близки к идеальному газу. Начальное давление в системе 1-5 МПа (в диапазоне 0¸ 600 °С).

Зависимость давления от температуры выражается формулой

, (2.2.1)

где и – давления газа при температурах и соответственно;

– термический коэффициент расширения газа.

Из уравнения (2.5) находим:

.

Начальное давление в системе газонаполненного термометра:

.

 

Из формулы (2.5) можно сделать заключение, что шкала прибора, основанного на этом методе, линейная. Колебания атмосферного давления практически не сказываются на показаниях прибора благодаря наличию высокого давления в системе.

Однако система подвержена влиянию колебаний температуры окружающей среды.

Погрешность, обусловленная влиянием температуры окружающей среды определяется по формуле:

,

где – объем манометрической трубки;

– объем баллона;

– температура окружающей среды.

 

Погрешность от нагревания капиллярной трубки:

,

– объем капиллярной трубки;

– температура среды, окружающей капиллярную трубку.

.

Обычно объем термобаллона составляет 90 % от общего объема манометрической системы. Но при значительном объёме термобаллона влияние изменения температуры окружающей среды практически не сказывается на результатах измерений.

Одним из недостатков газовых манометрических термометров является возможная незаметная утечка газа.

Передаточная функция газового манометрического термометра может быть представлена в виде:

,

где постоянная времени: с; с.

 

К преимуществам газовых манометрических термометров можно отнести простоту заполнения термосистемы, малую температурную погрешность и наибольшую дистанционность передачи показаний.

Рабочей жидкостью жидкостных манометрических термометров является ртуть (с диапазоном -30¸ 600 °С) или ксилол (с диапазоном -40¸ 200 °С).

Изменение давления в системе при нагревании приводит к перемещению конца манометрической трубки.

Состояние жидкости в системе характеризуют термические коэффициенты:

объемного расширения:

; (2.2.2)

давления:

; (2.2.3)

сжимаемости:

. (2.2.4)

 

 

Интегрируя эти выражения, получим:

 

(2.2.5)

 

Всe термические коэффициенты связаны между собой. Эту зависимость можно представить в виде:

 

или . (2.2.6)

 

Дифференцируя последнее выражение, получим:

. (2.2.7)

Разделив левую и правую части на , будем иметь:

 

. (2.2.8)

При и с учётом выражения для термических коэффициентов, получим:

, (2.2.9)

 

отсюда

. (2.2.10)

Подставляя в (2.2.5), будем иметь:

или . (2.2.11)

 

Проанализировав уравнение (2.2.11) можно сделать вывод о линейности шкалы.

Для предохранения жидкости от закипания в системе обеспечивается начальное давление МПа.

Преимуществом жидкостных манометрических термометров является их малая инерционность, благодаря более высокой теплопроводности рабочей среды и малогабаритность термобаллона. Практически на точность измерения не влияет изменение атмосферного давления. Однако в большей мере по сравнению с газовыми сказываются колебания температуры окружающей среды. Для исключения ее влияния приборы снабжаются капилляром 1, но без термобаллона. Он подключается к вспомогательной трубке 2, действие которой противоположно основной манометрической трубке 3 (рис. 2.2.1).

 

Рис. 2.2.1
В конденсационных манометрических термометрах термобаллон заполняется на 2/3 жидкостью с пониженной температурой кипения (этилхлорид, ацетон). Предварительно из системы удаляется воздух. При повышении температуры контролируемой среды происходит испарение жидкости. При этом повышается давление в манометрической системе, что приводит к перемещению конца пружины.

 

Термометры этого типа имеют более высокую чувствительность по сравнению с газовыми термометрами и независимость показаний от температуры окружающей среды. Следует также отметить их недостатки: нелинейность шкалы, ограниченность диапазона измерений (0¸ 200 °С) и влияние колебаний атмосферного давления на показания прибора, так как деформация манометрической трубки пропорциональна избыточному давлению насыщенных паров жидкости. Для уменьшения погрешности систему заполняют при давлении .

В качестве чувствительного элемента, помимо одновитковой пружины, могут быть использованы спиральные (6-9 витков) и винтовые пружины.

В случае, если манометрический термометр входит в систему ГСП, его манометрическая часть снабжается преобразователем, соответствующим той или иной ветви.

 

Различные типы манометрических термометров и их технические характеристики приведены в таблице 2.2.1.

 

Таблица 2.2.1

Прибор Тип Класс Длина капилляра, м Диапазон, °С
Газовые Термометр манометрический самопишущий ТГС-711 1, 9 1, 6; 2, 5; 4 -50¸ 600°С
С пневматическим регулирующим устройством ТГ-711Р 1, 5 1, 6; 2, 5; 4; 6; 10; 16; 25; 40 50¸ 600°С
Показывающий, сигнализирующий ТПГ-СК 2, 5 (до 25)  
Датчик ГСП (бесшкальный, с газовой системой) ТДГ-П ТДГ-Э 1, 0 1, 5 2, 5 -50¸ 300
Термометр манометрический показывающий ТПГ4   1, 0   2, 5 -50¸ 300
С выходным унифицированным пневматическим с сигналом ТПГ4-У 1, 5   -50¸ 300
То же, с электрическим ТПГ4-У1 1, 5    
Жидкостные Самопишущий ТЖС-711 1; 1, 5   -50¸ 300
С регулирующим устройством ТЖ-711Р 1, 5   -50¸ 300
Показывающий ТПЖ4-У   1; 1, 5   -50¸ 300
Датчики ГСП ТДЖ-П ТДЖ-Э - - -
Парожидкост ные Термометр манометрический показывающий ТПП4Ш 1, 5; 2, 5   -10¸ 700
Сигнальный ТПП-0К   2, 5; 4 2, 5; 4 16; -25¸ 700 -20¸ 250

 

На базе манометрических термометров изготовляется ряд термореле, в том числе и для применения в пищевой промышленности. Так, датчик реле двухпозиционный аммиачный ТР-2А-06ТМ предназначен для автоматической защиты компрессоров. При повышении температуры разрываются контакты в цепи управления.

Для жарочных кондитерских и духовых шкафов применяются датчики реле температуры TP-4К. Изменение температуры воспринимается термобаллоном, который с помощью капилляра связан с сильфоном, а тот, в свою очередь, с контактным устройством, обеспечивающим включение и выключение энергии питания установки. Имеется задатчик со шкалой для установки требуемого значения температуры в шкафу.

Датчик ТР-5К используется для стабилизации температуры в электронагревательном устройстве. Имеет три пары контактов. Его конструкция аналогична предыдущему регулятору.

Жидкости и газы, используемые в манометрических термометрах, не должны воздействовать на материал термобаллона и капилляр.

При измерении температуры агрессивных сред или продуктов в аппаратах высокого давления термобаллон устанавливается в защитной гильзе, заполненной жидкостью с .

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.