4. Манометрические термометры
Принцип действия основан на зависимости давления газа, парожидкостной смеси или объема жидкости в замкнутой системе от измеряемой температуры, в зависимости от заполнения термосистемы. Представим устройство манометрического термометра (рис. 4.1) [7].
Рис. 4.1 – Устройство манометрического термометра [4].
На данном рисунке: 1-термобаллон; 2-капилляр; 3-трубчатая пружина; 4-держатель; 5-поводок; 6-сектор [4].
При изменении температуры в объекте изменяется температура рабочего вещества в термобаллоне, вследствие этого изменяется давление, которое через капилляр передается на пружинный манометр, являющийся измерительным прибором манометрического термометра [7].
В зависимости от заполнения, приборы разделяются на 3 вида:
Газовые;
Жидкостные;
Парожидкостные (конденсационные) [7].
Газовые манометрические термометры. Их пределы ограничены от -200 до +600 °С. Длина капилляра не больше 60 метров. Заполняется обычно азотом или гелием [7].
Существует однозначная и равномерная зависимость между измеряемой температурой и давлением в термосистеме. Разность температур ведет и к разности давлений, тоесть:
P1 * B(t2 - t1) = P2 – P1, где
P1,P2 – начальное и конечное давление в термосистеме. B – коэффициент расширения газа. t1 ,t2 – начальная и конечная температура [7].
Термометр обладает температурной погрешностью (зависимостью показаний от температуры окружающей среды за счет того, что термобаллон и капилляр находятся в разных температурах) [7].
Для снижения этой погрешности объем термобаллона делают много больше, чем объем капилляра и полой пружины в измерительной части вместе взятых [7].
Приборы обладают барометрической погрешностью, тоесть зависимостью показаний от колебания атмосферного давления. Эту погрешность снижают за счет заполнения термосистемы под некоторым избыточным давлением P1 [7].
Жидкостные манометрические термометры. Обладают пределами измерения от -150 до +300 °С. Длина капилляра не более 10 метров. Заполняют пропиловым спиртом, ртутью, ксенолом. Зависимость давления от температуры – линейная [7].
Термометры обладают температурной погрешностью. Для её снижения используют те же методы, что и в газовых, а также применяют термобиметаллический компенсатор [7].
Барометрической погрешностью не обладают. Имеет место гидростатическая погрешность, возникающая при разных уровнях установки термобаллона и измерительного прибора. Для снижения погрешности ограничивают длину капилляра и выполняют требования по монтажу прибора [7].
Конденсационные термометры. Обладают пределами измерения от -50 до +300 °С. Длина капилляра не более 25 метров. Термобаллон на ¾ своего объема заполняется низкокипящей жидкостью. Остальная часть заполняется парами этой жидкости [7].
Капилляр и манометрическая пружина в измерительной части заполняется другой высококипящей жидкостью [7].
Давление в термобаллоне определяется давлением насыщенного пара, которое в свою очередь зависит от температуры в объекте. Давление передается в термосистему [7].
Зависимость давления от температуры однозначная, но не линейная. Это ведет к неравномерности шкалы [7].
Барометрическая погрешность будет иметь место на начальном участке шкалы, когда давление в термосистеме невелико. Имеет место гидростатическая погрешность. Температурной погрешностью не обладает [7].
Термобаллон конденсационных термометров устанавливается строго в вертикальном положении. Термобаллоны двух других в любом положении [7].
Если среда находится под избыточным давлением, то для термобаллона предусматривается защитный чехол. Необходимо предусматривать защиту капилляра от механических повреждений. При измерений температуры в трубопроводе, термобаллон следует устанавливать в центре потока [7].
Приведем таблицу веществ, применяемых для заполнения термометров (таблица 4.1).
Таблица 4.1 – Вещества, применяемые для заполнения манометрических термометров [5].
Манометрические термометры бывают указывающими и самопишущими на специальной диаграммной ленте или на диаграммном диске, причем самопишущий прибор может приводиться в движение или часовым механизмом, или электромотором. При измерении температуры манометрическим термометром термометрический баллон вводят в испытуемую среду, прибор или аппарат. Если манометрический термометр не снабжен диаграммной лентой или диском, т. е. если он указывающий, его показания отсчитывают на шкале по положению стрелки[5].