4.1.5. Манометрические термометры
Манометрические термометры (рис. 16-18) – это технические термометры, действие которых основано на изменении давления газа в баллоне чувствительного элемента. Их недостатки: 1 - точность меньше, чем у термометров сопротивления; 2 - необходимость полного погружения баллона в измеряемую среду. Манометрические термометры могут оснащаться специальными устройствами, преобразующими сигнал в электрический и позволяющими регулировать температуру.
Манометрические термометры по заполнению бывают газовые, жидкостные и парожидкостные (конденсационные). Они состоят из термобаллона, капиллярной трубки, трубчатой пружины с тягой, зубчатого сектора и стрелки. Система заполняется рабочим веществом.
Рис. 16. Устройство манометрических термометров:
1 - термометрический баллон; 2 - капиллярная трубка; 3 - полая манометрическая пружина; 4 - тяга; 5 - зубчатый сектор; 6 - стрелка; 7 - шкала.
Принцип действия манометрических термометров основан на изменении объема или давления рабочего вещества в замкнутом объеме трубчатой пружины, капилляра и термобаллона, при изменении температуры среды, в которую помещен термобаллон. Если температура увеличивается, давление паров жидкости (газа) увеличивается, свободный конец пружины перемещается и через передаточный механизм поворачивает стрелку. В газовых манометрических термометрах вся система заполнена инертным газом (азотом, гелием). Шкала приборов равномерна. К недостаткам относятся сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона. Применяются для измерения температур в диапазоне от -200 °С до +600 °С. В жидкостных манометрических термометрах в качестве рабочей жидкости применяются метиловый спирт, ксилол, толуол, ртуть и т.д. Жидкостные манометрические термометры имеют равномерную шкалу. Применяются для измерения температур в диапазоне от -150 °С до +300 °С.
Рис. 17. Схемы манометрических термометров.
Рис. 18. Схема устройства и присоединения манометрического термометра.
4.1.6. Пирометры излучения
Пирометр - прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия пирометров основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения в основном в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света (рис. 19-21). Они позволяют быстро и точно определять и контролировать температуру на участках, не доступных или мало доступных для замеров другим методом.
Рис. 19. Принцип бесконтактного измерения температуры.
Рис. 20. Принцип бесконтактного измерения температуры.
Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, ЖКХ и на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства. Пирометры могут быть эффективным средством для безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур.
Рис. 21. Схема и принцип действия пирометра полного излучения.
Пирометры бывают следующих трех видов.
Оптические пирометры позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела путем сравнения его цвета с цветом эталонной нити.
Радиационные пирометры оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.
Цветовые пирометры (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.
Наиболее распространены радиационные пирометры.
По температурному диапазону пирометры бывают низкотемпературные (могут показывать температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра) и высокотемпературные (оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным, и обычно имеют сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения).
Переносные пирометры (рис. 22, 23) удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений и хорошая подвижность, например для оценки температуры труднодоступных участков трубопроводов. Обычно они имеют небольшой дисплей, отображающий графическую или текстово-цифровую информацию.
Рис. 22. Переносные пирометры разных модификаций.
Стационарные пирометры предназначены для более точной оценки температуры объектов. Они используются в основном в крупной промышленности, для непрерывного контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пластиков.
Рис. 23. Переносной пирометр с возможностями тепловизора.
Для визуализации результатов измерений используют два метода.
Текстово-цифровой метод, при котором измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее, на котором также можно видеть и другую дополнительную информацию.
Графический метод позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами.
Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).
Действие радиационного пирометра основано на измерении всей энергии излучения нагретого тела (рис. 19-21). Лучи от нагретого тела объективом фокусируются на зачерненной пластинке и нагревают ее. Температура пластинки при этом оказывается пропорциональной энергии излучения, которая, в свою очередь, зависит от измеряемой температуры. Для измерения температуры пластинки обычно применяют батарею последовательно включенных термопар, термо-ЭДС которой измеряется автоматическим потенциометром.
В комплект пирометра входят телескоп, измерительный прибор и вспомогательное оборудование, предназначенное для защиты телескопа от воздействия среды (копоти, пыли, высокой температуры).