книги из ГПНТБ / Добровольский А.П. Теплотехнические испытания судовых холодильных установок

Угол поворота подвижной системы ср зависит только от соотно­ шения сопротивлений параллельных цепей. Если сопротивление соединительных проводов поддерживается постоянным и равным

РР

Влогометрах, как и вообще в омметрах, отсутствуют пружины, создающие упругий противодействующий момент. Поэтому стрелка

подвижной системы логометра устанавливается на определенное положение в момент, когда через рамки проходит ток. При выклю­ чении тока стрелка логометра чаще всего остается там, где она находилась в момент отсчета; при этом нельзя определить, работает в данный момент при­ бор или нет. Для устранения этого недостатка логометры снаб­ жают специальным механизмом — электромагнитным возвратителем (для автоматического возвращения

бора, однако колебания напря­ жения не должны превышать ±20% , так как при пониженном напряжении значительно возрастет погрешность от трения, а при повышенном чувствительный эле­ мент . термометра будет нагре­ ваться током.

Для увеличения чувствитель­ ности прибора логометры включают

для уменьшения температурного коэффициента прибора и измене­ ния предела его показаний. В цепь термометра сопротивления включено подгоночное сопротивление Ry для подгонки значения сопротивления проводов до их градуировочного значения. При подгонке термометр сопротивления шунтируется, а вместо него включается эталонное сопротивление R3. Изменением сопротивле­ ния Ry добиваются установки стрелки прибора на контрольную черту. После подгонки катушки R3шунтируется и включается сопро­ тивление чувствительного элемента термометра Rt.

Погрешность логометров типа Л ВТ составляет 1,5% от интервала шкалы при температуре окружающей среды +20° С. При других

78

Если при практических измерениях температура холодного спая будет отличаться от 0° С, то в измерения необходимо внести поправку. При испытаниях холодильных установок всегда имеется возможность обеспечить температуру холодного спая равной 0° С погружением в сосуд Дюара, заполненный кусочками тающего льда. В этом слу­ чае лед следует изготовлять из дистиллированной воды.

Температуру сред, химически нейтральных к материалам спаев, можно измерять путем ввода горячего спая в среду, температуру

ИГ

которой определяют. Температуру поверхностей трубопроводов, корпусов аппаратов и других частей установки измеряют с помощью специальных поверхностных термопар.

По точности измерений различают термопары технические и ла­ бораторные. Последние обычно служат для контрольных измерений температуры и градуировки других термопар.

Включение электроизмерительных приборов осуществляется либо разрывом спая термоэлемента (рис. 41), либо разрывом одного из термоэлектродов (рис. 42), причем в обоих случаях в цепь вводят третий соединительный проводник. Необходимым условием неиз­ менности т. э. д. с. в этом случае служит равенство температур концов третьего проводника в местах присоединения его к термо­ элементу.

Очевидно, что осуществлять всю проводку из материалов элек­ тродов термопары нецелесообразно, особенно при изготовлении термопар из благородных металлов; поэтому на участке между го­ рячим спаем и термостатом, в котором расположен холодный спай, прокладывают компенсационный провод, материал которого выби­ рают из тех соображений, чтобы в местах его соединения с электро­ дами термопар не возникали паразитные э. д. с. Проводка от холод­ ного спая до измерительных приборов может быть выполнена из обычных медных изолированных проводов.

Электродвижущую силу, развиваемую термопарами, можно изме­ рять с помощью чувствительных милливольтметров (гальванометров)

80

или потенциометров. Принцип действия милливольтметра основан на взаимодействии между магнитным полем, создаваемым рамкой прибора, по которой протекает электрический ток, и магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом (рис. 43). Угол поворота рамки прибора и жестко связанной с ней стрелки при установив­ шемся положении подвижной системы определяется величинами вращающего и противодействующего моментов и зависит от силы

Рис. 43. Схема устройства милливольтметрѣ.

1 — постоянный магнит; 2 — поюлсные наконечники; 3 — немагнитные вставки; 4 — сердечник; 5 — рамла; 6 — кернер, опирающийся на подпятник; 7 — корректор нуля; 8 — стрелка; 9 — верхняя спираль­ ная пружина.

тока, протекающего по рамке; при этом угол поворота q> оказывается пропорциональным силе тока г, протекающего по рамке:

ф = f (О-

Эта зависимость показывает, что прибор работает как миллиам­ перметр, однако в соответствии с законом Ома напряжение при по­ стоянном сопротивлении однозначно определяется величиной силы тока, следовательно, гальванометр при R = const может быть отгра­ дуирован в милливольтах.

Так как Е — f (t), то гальванометр может быть снабжен темпе­ ратурной шкалой, что удобно при теплотехнических измерениях. Кроме т. э. д. с. Е (t, tо), развиваемой термопарой, на силу тока, проходящего через рамку милливольтметра, влияет сопротивление цепи:

контактных сопротивлений. Величина R M также меняется вслед­ ствие того, что часть сопротивления гальванометра составляет сопро­ тивление его медной рамки, в значительной мере зависящее от тем­ пературы прибора. Поэтому при одной и той же величине т. э. д. с. термопары показания гальванометра могут быть различными, что может привести к значительным погрешностям измерений. Для уменьшения погрешности необходимо уменьшить сопротивление вне­ шней цепи R r + R np и увеличить сопротивление милливольтметра Ru. Введение в цепь подгоночных сопротивлений не приводит к уве­ личению погрешности, так как их изготовляют из манганина, сопро­ тивление которого не зависит от температуры.

Для измерения т. э. д. с. термопар рекомендуется пользоваться

вольметра в нем последовательно с рамкой включается манганино­ вое сопротивление.

Обычно при теплотехнических испытаниях, когда измерение производят с помощью нескольких термопар, пользуются одним электроизмерительным прибором. Наиболее широкое применение получили следующие схемы включения термопар: в схеме, изобра­ женной на рис. 44, каждая термопара имеет свой холодный спай,. погруженный в общий термостат; в схеме, показанной на рис. 45,

величин сопротивлений цепи термопар, соответствующих характе­ ристике милливольтметра, введены сопротивления R BH из манганина.

При испытаниях и эксплуатации установок рекомендуется при­ менять самопишущие милливольтметры, предназначенные для записи температур в одной, трех и шести точках. Запись производят так же, как и в логометрах, путем нанесения на движущуюся ленту точек, сливающихся в сплошные линии различного цвета.

В некоторых случаях при испытаниях и эксплуатации необхо­ димо измерять разность температур tx и t 2 среды при ее нагревании или охлаждении, а также разность температур двух различных сред. Для этого удобно использовать так называемую дифференциальную схему включения (рис. 46). Горячий спай такой термопары помещен в более нагретую среду, холодный — в менее нагретую, а электро­ измерительный прибор включен в один из термоэлектродов. Учиты­ вая, что т. э. д. с. термоэлемента является функцией разности температур в местах спаев, изменяющейся не по линейному' закону, для точного измерения разности температур необходимо дополни­ тельно измерять одну из температур другим прибором, что значи­ тельно усложняет пользование дифференциальной схемой.

82

Термостат для холодных спаед

Клеммная

Рис. 45. Схема включения термопар с общим холодным спаем.

£ г

При измерении небольшой разности температур вследствие недо­ статочного значения т. э. д. с. трудно получить необходимую точ­ ность измерения. В этом случйе применяют термобатарею (гипер­ термопару), состоящую из нескольких последовательно включенных термопар; при этом т. э. д. с. увеличивается соответственно числу включенных термопар (рис. 47). Если материал проводников, соеди­ няющих дифференциальные термопары и гипертермопары с изме­ рительным прибором, отличается от материала термоэлементов, в которые они включены, то места их соединений должны иметь одинаковую температуру t'.

Рис. 48. Схема присоединения термопар к потенциометру:

1 — термопары; 2 — медные провода; 3 — переключатель.

Для более точного измерения т. э. д. с. термопар пользуются потенциометрическим методом (рис. 48). Принцип этого метода,' как уже говорилось, заключается в уравновешивании (компенсации) т. э. д. с. переменной разностью потенциалов, которая может быть измерена с очень высокой точностью (±0,01—0,001%). Измерив разность потенциалов в момент, когда она равна т. э. д. с. термопары, определяют искомую т. э. д. с.

§22. УСТАНОВКА ТЕРМОМЕТРОВ

ИОТСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ

При испытаниях судовых холодильных установок применяют жидкостные термометры, термометры сопротивления, термопары и термисторы. От правильного выбора термометров, места и способа их установки во многом зависит точность измерения температуры.

Для установки жидкостных термометров на трубопроводах хо­ лодильного агента, рассола и воды должны быть предусмотрены термометровые гильзы, а для установки термометров сопротивления

8 4

и термопар, имеющих защитную арматуру, приварены специальные бобышки, снабженные резьбой.

Термометровые гильзы должны быть тонкостенными и выполнены из металла, обладающего сравнительно малой теплопроводностью, например из стали. Гильзы вводят в трубопровод или аппарат на всю их длину и так, чтобы они по возможности не выступали из трубы. При установке гильз поперек потока желательно, чтобы их концы были опущены ниже оси трубы, а резервуар термометра распола­ гался в центре сечения трубы. Глубина погружения гильз во всех случаях должна быть не менее 85 мм. Если нельзя выполнить эти условия, в трубах малого диаметра могут быть установлены наклон­ ные гильзы, причем угол наклона к оси трубы должен быть не ме­ нее 30°. Если и это невозможно, то в местах установки гильз должны быть вварены участки труб большого диаметра. При установке гильзы по оси потока ее следует вводить в трубопровод в коленах или отводах, причем конец гильзы, в котором помещается резервуар термометра, должен быть расположен против движения потока.

Необходимо, чтобы гильзы не касались противоположной стенки трубопровода и не имели соприкосновения с самим трубопроводом через материалы, хорошо проводящие тепло. Термометровые гильзы должны хорошо омываться средой, температура которой измеряется, поэтому их рекомендуется устанавливать в местах наибольших скоростей потока и ни в коем случае в тупиковых ответвлениях, где или нет движения, или оно замедлено.

Для улучшения теплообмена между термометром и гильзой последнюю заполняют материалом, проводящим тепло, преиму­ щественно жидкостью. Во избежание возникновения в жидкости конвективных токов, увеличивающих теплообмен с внешней средой, она должна заполнять не всю гильзу, а покрывать только резервуар жидкостного термометра. Жидкость в пределах тех температур, каких она может достигнуть под влиянием среды, не должна под­ вергаться загустеванию, испарению или вспышке. В качестве запол­ нителей для гильз при испытаниях холодильных установок обычно используют компрессорное масло и рассол, а иногда употребляют мелкие медные или алюминиевые опилки.

Место установки гильз должно быть удалено от аппаратов, ма­ шин, резервуаров и трубопроводов, температура которых значи­ тельно отличается от температуры измеряемой среды. Температуру всасываемого или нагнетаемого компрессором пара холодильного агента измеряют на трубопроводе не далее 1 м и не ближе трех диаметров трубопровода от коллектора или запорного клапана ком­ прессора. Точно также места измерений температуры газообразного и жидкого холодильного агента, воды и рассола выбирают не далее 1 м от аппарата или водяной рубашки компрессора.

Термометры сопротивления и термопары с оправой располагают в трубопроводах аналогично расположению термометровых гильз жидкостных термометров, а их "чувствительную часть — аналогично расположению резервуаров жидкостных термометров. Для умень­ шения влияния теплообмена с окружающей средой на показания

85

приборов в месте измерения рекомендуется изолировать трубопровод снаружи выше выступающего края,гильзы или бобышки.

При выборе места и способа установки термометровых гильз, термометров сопротивления и термопар, предназначенных для изме­ рения разности температур, необходимо стремиться к тому, чтобы эти приборы находились в одинаковом положении по отношению к трубопроводу и потоку.

При измерении температуры жидкости в резервуарах термометр необходимо устанавливать на некотором удалении от его стенок. Допускается пользование термометром с присоединенным к нему стаканом, который следует вынимать из жидкости, заполняющей бак, только для прочтения показаний.

Жидкостные термометры рекомендуется устанавливать в рези­ новых пробках, гильзы перед установкой должны быть тщательно очищены от загрязнений. Термометры должны иметь паспорт или клеймо поверки с указанием срока действия. Перед установкой на место необходимо убедиться в исправности термометра, для этого его помещают в тающий лед и замеряют показания при 0° С. Если нулевая точка смещена более чем на два деления шкалы, термометр не может быть использован при испытании без поверки.

Во избежание ошибок в отсчете при снятии показаний следует соблюдать ряд предосторожностей: не вынимать термометр из гильзы; не производить отсчет непосредственно после установки термометра, когда температура его резервуара еще не достигла измеряемой температуры среды; не приближать к термометру слишком близко источники света; касаться в случае необходимости только его верх­ ней части; при отсчете показаний луч зрения должен быть перпен­ дикулярен шкале.

При измерении температуры наружного воздуха резервуар тер­ мометра следует защищать от влияния солнечной радиации колпач­ ком в виде зонта, изготовленного из фольги.

Измерение разности температур холодильного агента, воды и теплоносителя производят с точностью не менее 0,1° С. Температуру холодильного агента на нагнетательной и всасывающей сторонах компрессора, а также температуру воздуха в охлаждаемых помеще­ ниях, машинном отделении и наружного воздуха измеряют с точ­ ностью не менее 0,5° С. При измерении разности температур необ­ ходимо стремиться подобрать такую пару термометров, чтобы каж­ дый из них имел паспортную погрешность, одинаковую по абсолют­ ной величине и знаку. При проведении испытаний для устранения погрешности и взаимного контроля рекомендуется менять эти термо­ метры местами.

Температуру поверхностей измеряют в некоторых случаях для учета влияния солнечной радиации, теплообмена между внешней поверхностью аппаратов и трубопроводов с окружающей средой и т. д. В связи со спецификой измерения температуры поверхностей к методу установки измерительного прибора предъявляются сле­ дующие требования. Термометр своей термочувствительной частью должен соприкасаться с поверхностью и не подвергаться влиянию

86

среды, граничащей с этой поверхностью. Термометр не должен вызывать изменение температуры поверхности в месте измерения, что может произойти в результате подвода тепла к месту измерения или отвода тепла от него, а также вследствие изменения характера про­ цесса теплообмена между поверхностью и окружающей средой. Перечисленным требованиям удовлетворяют термопары для измере­ ния температуры в какой-либо точке и термометры сопротивления специальной конструкции для измерения средней температуры какого-либо небольшого участка.

При установке поверхностных термопар во избежание отвода или подвода тепла по термоэлектродам последние необходимо про­ кладывать вдоль изотермической поверхности на длине, равной не менее 100 диаметров термоэлектрода.

При большой скорости среды, омывающей поверхность, термо­ пару лучше укреплять впотай, прокладывая термоэлектроды в спе­ циально сделанных желобках. Для измерения средних температур на отдельных участках поверхностей удобнее пользоваться термо­ щупами, представляющими собой термопару, наклеенную на по­ лоску сукна или асбестовой ткани. Широкое применение для изме­ рения температуры поверхностей получили термощупы, снабженные термометрами сопротивления или полупроводниковыми термометрами. Перед измерениями термощупы должны пройти тарировку в лабо­ раторных условиях на поверхностях того же типа, что и предназна­ ченные для исследования в судовой холодильной установке. Это поз­ воляет учесть искажения температурного поля при наличии прибора.

Контроль температуры охлажденного или замороженного груза перед его погрузкой на судно и при выгрузке, а также в процессе его охлаждения или замораживания можно осуществлять жидкост­ ными термометрами. Для этого пользуются термометрами, снабжен­ ными прочными металлическими оправами и гильзами с заостренным концом, позволяющим пробивать отверстие в замороженном грузе. По делениям, нанесенным на гильзе, определяют глубину, на ко­ торой измеряется температура продукта.

Недостатком таких термометров является осреднение температуры на толщине продукта вследствие теплопроводности гильзы. Перед отсчетом термометр следует выдерживать в продукте не менее 10 мин. Большая инерция прибора, особенно в тех случаях, когда измере­ ние необходимо производить достаточно быстро (например, при испытании конвейерных охладителей рыбы) — второй его суще­ ственный недостаток. В этом отношении удобнее пользоваться полу­ проводниковыми термоиглами, обладающими высокой чувствитель­ ностью и малой инерцией. Каждое измерение с помощью термоиглы продолжается от 5 до 10 с. Термоиглу вводят в продукт на необхо­ димую глубину и производят отсчет показаний по вторичному при­ бору. Чтобы не сломать термоиглу при ее введении в замороженный продукт, следует в месте измерения шилом сделать прокол доста­ точной глубины.

С помощью удлиненных термоигл можно производить измерение температуры в различных точках изоляции корпуса судна.

87