8. Температура, одиниці її виміру. Термометри рідинні (ртутні і спиртові), манометричні і термоелектричні; правила їх застосування.

Вимірювання температури може здійснюватися різними методами. Кожен метод має свої особливості, які визначаються як принципом дії приладу, так і засобами вимірювання, що використовуються, та схемами підключення приладів. Крім того, при вимірюванні температури необхідно враховувати взаємодію між термоперетворювачем та навколишнім середовищем.

Температурою називають величину, що характеризує тепловий стан тіла. Згідно молекулярно-кінетичної теорії температура є умовною статистичною величиною, яка прямо пропорційна середній кінетичній енергії молекул тіла (поступального руху , де – постійна Больцмана).

Виміряти безпосередньо температуру як, наприклад, лінійні розміри, неможливо. Тому температуру визначають побічно за зміною фізичних властивостей різних тіл, які одержали назву термометричних. Наприклад, об'ємне розширення, зміна електричного опору, термо-ЕРС і т.п.

Для визначення рівня теплового стану, що змінюється, необхідно мати температурну шкалу, для побудови якої використовують дві реперні точки і . Як правило, це температури фазової рівноваги, яким привласнюють довільні значення і припускають, що термометрична властивість речовини, яка використовується в термометрі , лінійно змінюється з температурою :

,

де – коефіцієнт пропорційності; .

На цьому принципі засновані шкали Фаренгейта ( ), Реомюра ( ) і Цельсія ( ).

У шкалі Фаренгейта за початкову точку береться температура суміші снігу з нашатирем або куховарською сіллю. Температура замерзання води становить . У шкалах Реомюра і Цельсія за нуль береться температура замерзання води, а температура кипіння – і т.п.

Перерахунок температур необхідно проводити за співвідношенням

.

Проте з розвитком вимірювальної техніки було виявлено, що показання термометрів розходяться, особливо при високих і дуже низьких температурах.

Більш точними є газові температурні шкали, наприклад, воднева.

У середині минулого століття Кельвін запропонував термодинамічну температурну шкалу, засновану на другому законі термодинаміки, яка не залежить від властивостей термометричної речовини:

.

Один градус за термодинамічною шкалою (K) відпповідає такому підвищенню температури, яке еквівалентне 1/100 частині роботи за циклом Карно між точками плавлення льоду і кипіння води за нормального атмосферного тиску. Співвідношення між Кельвіном і градусом Цельсія:

.

У виробничій практиці зараз застосовується міжнародна практична температурна шкала, яку було введено у 1968 році або скорочено МПТШ-68. Вона встановлена для інтервалу температур від 13,81 до 6300 K. МПТШ-68 базується на еталонних приладах і 11 реперних точках, яким привласнені точні значення температур. Вони відтворюються з високою точністю за допомогою фазових рівноважних ряду чистих речовин.

Термометр – це прилад, який використовується для вимірювання температури шляхом перетворення її в показання або в сигнал, що є відомою функцією температури.

Частина термометра, яка перетворює теплову енергію в інший вид енергії, називається чутливим елементом.

Відомі прилади для контролю температури можна розділити на дві великі групи: контактні і безконтактні.

Види та межі застосування контактних термометрів

Термометрична властивість	Прилад	Межі тривалого використання,
		нижня	верхня
Теплове розширення	Рідинні скляні термометри. Ділатометричні і біметалічні термометри.	-200 -60	750 1000
Зміна тиску	Манометричні термометри.	-150	600
Зміна електричного опору	Електричні термометри опору. Напівпровідникові тензорезистори.	-200 -270	650 300
Термоелектричний ефект (термо-ЕРС)	Стандартні термоелектричні термометри. Спеціальні.	-200 -270	2500 3000

Термокомплектом називають вимірювальну установку, яка складається з термометра, що не має власної шкали, і вторинного приладу, який перетворює вихідний сигнал термометра в чисельну величину.

Скляні рідинні термометри мають високу точність, низьку вартість і прості в експлуатації.

Недоліками таких термометрів є: погана видимість шкали, неможливість автоматичного запису, передачі показань на відстань та неможливість ремонту.

Термометричні рідини, які використовуються у рідинних термометрах: ртуть та органічні заповнювачі (толуол, етиловий спирт, гас, пентан і т.п.)

Конструктивно вони поділяються на паличні і з вкладеною шкалою, за формою – прямі і кутові (рис. 1.2).

Залежно від призначення діляться на зразкові, лабораторні, технічні, побутові, метеорологічні, медичні, для сільського господарства.

Для задач регулювання і сигналізації розроблені електроконтактні термометри.

Похибки рідинних термометрів

Допустимі похибки вимірювання технічних термометрів не повинні перевищувати однієї поділки шкали. Так, при ціні поділки , ; .

Для інших термометрів може перевищувати ціну поділки. Так, наприклад, лабораторні термометри з ціною поділки мають допустиму похибку вимірювання .

Принцип дії рідинних термометрів заснований на розширенні термометричної рідини, якою заповнений термометр залежно від температури.

Основними елементами конструкції термометра є резервуар з припаяним до нього капіляром і шкала.

Конструктивно розрізняються паличні термометри і з вкладеною шкалою. У паличних термометрів шкала розміщується безпосередньо на поверхні товстостінного капіляра. У термометрів із вкладеною шкалою капіляр і шкальна пластина укладені в захисну оболонку, припаяну до резервуара.

Скляні термометри є одними з найточніших засобів вимірювання температури.

Принцип дії заснований на зміні тиску робочої речовини у замкнутому об'ємі залежно від температури. Основними частинами манометричних термометрів є термобалон (чутливий елемент), капіляр і деформаційний манометричний перетворювач, пов'язаний із стрілкою приладу.

Манометричні термометри залежно від виду робочої речовини, заповнюючої термосистему, поділяються на газові, рідинні і конденсаційні.

Газові манометричні термометри призначені для вимірювання температур від до . Як робоче тіло застосовується азот.

Залежність тиску газу від температури при постійному об'ємі описується лінійним рівнянням:

,

де і – тиск газу при температурах відповідно і ; – температурний коефіцієнт розширення газу, .

Рідинні манометричні термометри призначені для вимірювання температур від до . Як робоче тіло, яке заповнює термосистему, застосовують ртуть, пропиловий спирт, метаксилол та інші рідини. Робоча речовина рідинних термометрів практично не стискається. Рідинні термометри так само як і газові мають лінійну шкалу.

Конденсаційні манометричні термометри призначені для вимірювання температур від до . Термобалон термометра приблизно на ¾ заповнений низькокиплячою рідиною (наприклад, R22, пропилен, ацетон), а решта частини заповнена насиченою парою цієї рідини. Кількість рідини в термобалоні повинна бути такою, щоб при максимальній температурі не вся рідина переходила в пару. Капіляр і манометрична пружина заповнюються, як правило, іншою рідиною. Тиск у термосистемі конденсаційного термометра буде дорівнювати тиску насиченої пари робочої рідини, яка визначається, у свою чергу, температурою, при якій знаходиться робоча рідина, тобто температурою вимірюваного середовища з поміщеним у ній термобалоном. Ця залежність тиску насиченої пари від температури має нелінійний характер.

Відмінність у положенні термобалона і вимірювального приладу щодо рівня землі викликає так звану гідростатичну похибку. Вона має місце у рідинних і конденсаційних манометричних термометрів. Зміна температури навколишнього середовища викликає температурну або капілярну похибку. Вона має місце в газових і рідинних манометричних термометрах. Зміна манометричного тиску практично не впливає на покази. Можливий невеликий вплив на початковій ділянці шкали у конденсаційних манометричних термометрів.

Манометричні термометри відрізняються простотою пристрою, можливістю дистанційної передачі показань і автоматичного запису. Однією з важливих переваг є можливість їх використання в пожежо- та вибухонебезпечних приміщеннях. До недоліків необхідно віднести складність ремонту при розгерметизації системи, обмежену відстань дистанційної передачі і у багатьох випадках великі розміри термобалона. Газові і рідинні манометричні термометри мають клас точності 1; 1,5 і 2,5, а конденсаційні – 1,5; 2,5 і 4.

Завершальна частина

Нагадування теми та мети заняття, визначення завдань на самостійну роботу по підготовці до практичних занять по темі. Відповіді на запитання.

ДЕРЖАВНА СЛУЖБА УКРАЇНИ З НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ

НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ ЦЕНТР ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ ТА БЕЗПЕКИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ КІРОВОГРАДСЬКОЇ ОБЛАСТІ

НАВЧАЛЬНИЙ ПУНКТ

Тема: 2. Будова котельних агрегатів і допоміжного устаткування.

Навчальний час – 36 годин.

Навчальна мета: Ознайомити слухачів з будовою основних котельних агрегатів та допоміжного устаткування.

Зміст

Вступ.

1. Аварії і неполадки основного та допоміжного устаткування.

2. Технологічна схема вироблення тепла.

3. Баланс тепла в котельній установці. Рівняння теплового балансу котлоагрегату. Втрата тепла. Тепло відхідних газів. Хімічний і механічний недопал палива. Втрата тепла.

4. Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) котлоагрегату, визначення його за прямим і зворотним балансом. Залежність елементів теплового балансу котельної установки від палива, топки, поверхонь нагрівання, навантаження котла тощо.

5. Випарна здатність і витрати палива.

6. Будова парових котлів типів Б-35-40, Е 1/9, ДКВР 6,5-13, ДЕ-4, БГМ-35М, БКЗ-75-39, а також водогрійних котлів типів КВ-ГМ-30, ПТВМ-ЗОМ, КВ-ТК-30, КВ-ТК-50 тощо.

7. Циркуляція води у парових котлах, контур природної циркуляції. Циркуляційні схеми котлоагрегатів різних конструкцій. Рухомий напір циркуляційного контуру. Корисний напір циркуляції. Кратність циркуляції. Економайзерна частина контуру. Швидкості циркуляції, причини її порушень (застої, перекидання тощо). Відомості про гідродинаміку прямоструминних котлів.

8. Конструкції котельних агрегатів і допоміжного устаткування. Основні елементи котлів: колектори, барабан, камери, каркас тощо. Будова барабанів котлів. Паровий і водний простір барабана. Різні види сепараційних пристроїв, подавання живильної води в барабан. Солоні відсіки. Виносні циклони. Водомірні колонки та інші рівнеміри. Кип’ятильні та екранні труби. Діаметр і крок випарних труб. Способи кріплення труб у колекторах і барабанах. Розширення екранів під час нагрівання. Порядок кріплення екранних панелей.

9. Пароперегрівник, його призначення. Радіаційні і конвектнвні, пароперегрівники, їх основні характеристики у разі змінення навантаження котлів. Комбіновані пароперегрівники. Фактори, що впливають на надійність роботи пароперегрівників і величину кінцевої температури перегрітої пари (розташування різних ступенів пароперегрівників у газоході, нерівномірність газового потоку тощо). Вирівнювання температури перегрівання шириною пароперегрівника. Схеми підведення і відведення пари в пароперегрівниках. Особливості пароперегрівників високого тиску.

10. Регулювання температури перегрітої пари різними способами. Прийоми регулювання температури перегрівання на паровому тракті. Поверхневі пароохолодники, їх недоліки. Впорскувальні пароохолодники. Схема впорскування власного конденсату. Сфера застосування кожного із вищезазначених способів.

11. Водяні економайзери, їх призначення. Будова водяних економайзерів високого і низького тиску, їх конструкції, характеристики. Зона розташування і схема вимикання економайзера. Захист невимкнених економайзерів від перегріву труб під час розпалювання котла. Способи вмикання економайзера в схему рециркуляції котла під час розпалювання.

12. Повітропідігрівники, їх конструкції, призначення та використання у котельній установці, методи захисту. Особливості будови обертових регенеративних повітропідігрівників.

13. Безпека праці.

Завершальна частина.