3 Автоматический контроль температуры приборы измерения температуры
Измерение температуры в технологических процессах имеет первостепенное значение.
Для измерения температуры используется явление изменения физических параметров тел при их нагревании (изменение объема тел, его линейных размеров или электрических параметров).
Приборы, основанные на этом принципе, подразделяются на:
– термометры расширения;
– манометрические термометры;
– электрические термометры сопротивления, основанные на свойствах материалов изменять свое электрическое сопротивление при нагревании;
– термоэлектрические термометры (термопары) – приборы, в которых используется принцип термоэлектрического эффекта;
– пирометры излучения.
3.1 Термометры расширения
Термометры расширения делятся на жидкостно-стеклянные и механические. Принцип действия обоих термометров основан на изменении линейных размеров или объемов тел под воздействием температуры.
Жидкостно-стеклянные термометры – представляют собой устройство, в котором расширяющаяся под воздействием тепла жидкость поднимается по капиллярному столбику. По величине подъема жидкости судят о температуре среды, в которую погружен термометр.
На точность показаний стеклянно-жидкостных термометров влияет их установка. При установке необходимо создавать наилучший приток тепла к термобаллону от измеряемой среды и отвод тепла во внешнюю среду от остальной части термометра.
Недостатком стеклянных термометров является их хрупкость, невоз- можность дистанционной передачи и автоматической записи показаний.
Механические термометры подразделяются на два типа: биметаллические и дилатометрические. Принцип действия обоих видов механических термометров основан на относительном удлинении под влиянием температуры двух твердых тел, имеющих разные температурные коэффициенты линейного расширения. Зависимость длины твердого тела от его температуры выражается уравнением:
|
(3.1) |
где – длина тела при температуре 0о.
– средний температурный коэффициент линейного расширения тела, град-1.
Дилатометрический термометр – рисунок 60, представляет собой закрытую с одного конца трубку 1, изготовленную из материала с высоким коэффициентом линейного расширения (медь, алюминий, латунь), в которую вставлен стержень 2, прижимаемый к ее дну рычагом 3, скрепленным с пружиной 4. Стержень изготовлен из материала с меньшим коэффициентом расширения (кварц, сплав инвара).
Рисунок 60 – Дилатометрический термометр
Для измерения температуры трубку термометра полностью погружают в контролируемую среду. При изменении температуры соответственно изменяется длина трубки, а стержень практически сохраняет свои размеры. Это приводит к перемещению относительно трубки конца стержня, связанного посредством рычага 3 со стрелкой прибора.
Достоинством дилатометрических термометров является простота конструкции и надежность работы, а недостатком – большие размеры и инерционность.
Дилатометрические датчики температуры используются в качестве чувствительных элементов регулирующих устройств.
Биметаллический термометр представляет собой пружину, состоящую из двух спаянных по всей длине плоскости металлических пластин 1 и 2, имеющих разные температурные коэффициенты линейного расширения – рисунок 61.
Рисунок 61 – Биметаллический термометр
Пластина 1 изготовлена из материала с большим коэффициентом линейного расширения, а пластина 2 – с незначительным.
Биметаллическая пружина при изменении температуры среды изгибается в сторону материала с меньшим температурным коэффициентом расширения. Степень изгиба пружины пропорциональна величине изменения температуры, которая указывается на шкале 6 прибора при помощи стрелки 5, соединенной рычагом 4 и тягой 3 с биметаллической пружиной.
Достоинства биметаллических термометров – простота конструкции и относительно небольшие размеры, а основной недостаток – малая точность, обусловленная изменением упругих свойств пружины из-за “усталости”.
Механические термометры не получили распространения как самостоятельные измерительные приборы, а используются в качестве чувствительных элементов в устройствах дискретного регулирования и сигнализации температуры.