27. Контактные средства измерения температуры

Температура-физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Все технологические процессы и свойства в-в зависят от температуры. Доля измерения температуры в некоторых процессах составляет 50% всех измерений. Измеряют температуру косвенным методом, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств, которые поддаются измерению: длина, объём, плотность, термоЭДС, электрическое сопротивление.

Сложность измерения температуры обусловлена :

-широкий диапазон значений (-273 до 2000 С)

-нелинейной зависимостью почти всех термометрических свойств тел

-возможностью изменения фазового состояния средства измерений от Т

1)Термометры расширения.Состоят из резервуара со спиртом, ртутью или другой жидкостью и капилляра. Диапазон измерений зависит от применяемой жидкости. Например, если используется изопентан диапазон -195+35⁰. Если ртуть под давлением – 30+1000⁰.

Термометры имеют цену деления от 0,1 градуса. Применяются для лабораторных измерений, имеют высокую точность, но не позволяют передавать инфу на время. Для построения шкалы выбираются опорные(репейные) точки , которые воспроизводят с высокой точностью. Чаще это точки фазового равновесия чистых веществ. В шкалах Фаренгейта, Реомюра и Цельсия –точка плавления льда и кипения Н2О.

2)Биметаллические.Состоят Из 2 жёстко скреплённых элементов, имеющих различный коэффициент механического расширения. Один конец термометра закрепляют, а степень изгиба другого зависит от температуры. Диапазон от -50 до 600 при погрешности 1-3%. Применяются в качестве температурных реле и в механических приборах для температурной коррекции.

3) Манометрический термометр.Пр-п действия осн.на зав-сти давления рабочего в-ва в замкнутом обьеме от темп-ры. В соответствии с ОС рабочего вещества манометрические термометры могут быть газовыми, жидкостными и конденсационными.

Состоят с термобалона (из латуни или стали), капиллярной трубки и манометрической пружины (манометра). Термобалон размещается в окружения, где измеряется темп-ра. Темп-ра окружения воздействует на физическое состояние вещ-ва внутри баллона, что приводить к изменению давления. Это давление ч-з капиллярную трубку передается на расстояние в 60 мм, диаметр трубки 0,1-0,5 мм и фиксируется манометром, шкала градуирована в градусах Цельсия. Диапазон измерительных температур от -50 С к 600 С. Класс точности примерно 1,5. Могут использоваться в пожаро-, взрывоопасном окружении.

В газовых термометрах система заполняется инертным газом со свойствами близких к свойствам идеальных газов. Заполнены азотом под давлением 1-5 МПа, в зав-сти от темп-ры изменяя давление газа в баллоне. Рабочая Т=-150-+600℃. Пр-п действия осн. на закрне Гей-Люсака для идеальных газов. Реально статическая хар-ка таких термометров близка к линейной. Изменение давление выражено зав-стью где - давление газа при тепмп-ре измерения, - при тепмп-ре 20 С (темп-ра градуировки), - объемный коэффициент расширения газа. Погрешность связанная с колебанием давления отсутствует из-за высокого . Погрешность связанная с отклонением от 20 ^оС (темп-ра градуировки) в которой находится капилляр; погрешность рассчитывается для капилляра и манометрической части где - объем капилляра манометрическойчасти, - объем баллона, -окружающая среда, - 20 С

Недостатки: 1) выс. инерционность связанная с низким коэф. теплопередачи от металла корпуса баллона к газу находящемся в баллоне.

2)низкая теплоемкость газа.

3)значительн.ые размеры баллона (трудно вставить в трубки малого диаметра).

4)Необходимости контроля герметичности системы,

5)Ограниченная длинна связи м-ду баллонам и манометром,

6)Влияние на показание темп-ры окружающей среды.

В жидкостных термометрах вся система заполнена жидкостью. Жидкостные заполнены кселолом, ртутью под давлением 1-2 МПа. , где - объемный коэффициент расширения жидк., - объемный коэффициент сжатия жидк.. - разность температур.Кселол , ртуть . Колебание атмосферного давления не вызывает погрешности из-за высокого и предохраняет жидк. от вскипания. При увелич. температуры часть жидкости будет выдавливаться в капилляр и в манометр, поэтому габариты чувствительного элемента, габариты термобаллона и диапазон измерений должен быть согласован. Термобаллон имеет размеры 10 и 100 мм.

Достоинства: Хорошие динамические свойства.

Недостатки:1) Погрешность связанная с отклонением Токр.среды от 20^оС (темп-ра градуировки),

2)влияние на показание температуры окружающей среды. Для компенсации используют инварный полисенсор, представляющих собой провалку, которая имеет min коэффициент расширения.

3)наличие гидростатической погрешности обусловлено разными уровнями, на которых находится баллон и манометр.

Конденсационный. Термоболон на 2/3 заполнен кипящей жидкостью. Принцип действия основан на зависимости: ,

где L-скрытая теплота испарения,V- удельн. объемы пара и жидк.. Зав-сть давления насыщ.пара от Т однозначна, но нелинейна, поэтому шкалы конденсац.термометров неравномерны.Т.к. давление в термосистеме зависит только от Т, то изменение Токр.среды не влияет на показания прибора,эти термометры наиб. чувствительны, т.к. Р_{насыщ.пара} изменяется с изменением Т.

Нед-ки: нелин-ая стат. хар-тика, гидростат-ая погрешность (компенсируется как в жидк-х), сложность ремонта и большие размеры балона класса точности 1, 1,5, 2,5.

Достоинства: Незав-сть показаний от Т окружающей среды.