7 Назначение, принцип действия, особенности устройства биметаллических термометров

В биметаллических термометрах (датчиках) используется свойство материала, состоящего из двух прочно соединенных слоев разнородных металлов или сплавов, изменять свою длину под воздействием температуры. В датчиках этого типа элементы изготовлены в виде пластинок, стержней и трубок. Один элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом линейного расширения, а второй - из материала с очень малым коэффициентом.

В качестве материала с большим коэффициентом линейного расширения применяют медь, латунь и сталь. Для изготовления другого элемента используется инвар (ферромагнитный сплав железа с 36 % никеля с очень ма­лым коэффициентом линейного расширения) или суперинвар. Коэффициент линейного расширения инвара в 5 раз меньше к меди и в 2 раза меньше стали.

У биметаллического термометра, так же, как и у манометрического есть стрелка и шкала, с которой ведется отсчет показаний. Трубка биметаллического термометра (рисунок 1) служит в качестве контейнера, куда помещается два стержня биметаллического элемента. Биметаллический элемент изготовлен из двух различных металлов, которые сжимаются или расширяются с различной степенью при изменениях температуры. На рисунке 2 показан биметаллический элемент в виде стержня. Металл верхней части при нагревании расширяется больше, чем нижний, поэтому стержень изгибается в направлении, показанном на рисунке 2А. Металл наверху также сильнее сжимается при охлаждении и заставляет стержень изгибаться в противоположном направлении (рисунок 2В).

Рисунок 2 - Биметаллический элемент реагирует на изменения температуры

Часто биметаллические элементы биметаллических термометров имеют форму спирали. Большинство элементов биметаллических термометров должны раскручиваться при нагревании. Но это вовсе не обязательно. Некоторые, при нагревании закручиваются. Независимо от конструкции, направление движения элемента термометра будет известно и стрелка покажет изменение температуры.

Данный тип устройств часто используется как термореле в системах сигнализации и автоматического регулирования, а также в качестве температурных компенсаторов в измерительных устройствах.

8 Принцип действия, особенности устройства манометрических термометров

Ответ

Манометрические термометры предназначаются для измерения тем­пературы жидких и газообразных сред в стационарных условиях в интервале от -150 до 600⁰С. Манометрические термометры часто используют в систе­мах автоматического регулирования температуры, как бесшкальные устройства информации (дат­чики). Эти термометры широко применяются во взрывоопасных производствах.

Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления газа, жидкости или насыщенного пара в замкнутом объеме при изменении температуры. Конструктивно термометр состоит из термобаллона 1, погружаемого в контролируемую среду, манометра 3 для измерения давления и соединяющего их капилляра 2 (рисунок 1). При нагревании термобаллона давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления воспринимается манометрической трубкой (пружиной), которая воздействует через передаточный механизм на стрелку или перо прибора. Термобаллон обычно изготовляют из нержавеющей стали, а капилляр — из медной или стальной трубки с внутренним диаметром 0,15—0,5 мм. В зависимости от назначения прибора длина капиллярной трубки может быть различна (до 60 м). Для защиты от механических повреждений капилляр помещают в защитную оболочку из стального плетеного рукава.

1 — термобаллон; 2 — капилляр; 3 — манометр

Рисунок 1 - Схема манометрического термометра

В манометрических термометрах применяют одновитковые, многовитковые (геликоидальные) с числом витков от 6 до 9 и спиральные манометрические трубки.

Такие термометры используются для измерения температур от -200 до 600 °. В зависимости от заполняющего вещества манометрические термометры делятся на газовые (термометр ТПГ, термометр ТДГ и др.), парожидкостные (термометр ТПП) и жидкостные (термометр ТПЖ, термометр ТДЖ и др.).