книги из ГПНТБ / Адабашьян А.К. Монтаж систем контроля и автоматики учебник для техникумов

ки, вентиля, обратного клапана) на правильность показаний приборов значительно меньше, чем, например, при измерении расхода, то не обязательно строго выдерживать расстояния от дроссельного сопротивления до места установки термометра. Но во всех случаях это расстояние должно быть не менее двух­ трех диаметров трубопровода.

Третьим условием правильного восприятия температуры из­ меряемой среды является установка термометров (термопар) в местах, где исключен их дополнительный нагрев от посторон­ них источников тепла. Если такая установка невозможна, то необходимо обеспечить надежную защиту термометра (термо­ пары) от воздействия посторонних источников тепла: устано­ вить защитный экран или нанести теплоизоляцию. Не следует устанавливать термометры (термопары) в углублениях в стенах, в колодцах и других местах, где затруднена циркуляция воздуха. Такая установка значительно повышает инерционность измери­ тельного устройства.

Как уже говорилось, при выборе места установки термомет­ ров, термопар и термобаллонов необходимо учитывать условия их эксплуатации. Ртутно-технические и контактные термометры следует устанавливать в достаточно освещенных местах, доступ­ ных постоянному наблюдению и исключающих возможность слу­ чайного механического повреждения приборов. Термометры не­ обходимо устанавливать на высоте 1,5—1,8 м от пола, а если такая установка невозможна, делать ступеньки, лесенки, пло­ щадки и другие конструкции, обеспечивающие удобное наблю­ дение за показаниями термометра. Не следует устанавливать термометры в непосредственной близости от пола, в узких про­ ходах и других труднодоступных местах, так как это затрудня­ ет контроль за их показаниями и значительно увеличивает возможность случайного механического повреждения приборов

Термопары, термометры сопротивления и термобаллоны ма­ нометрических термометров можно устанавливать в местах, не­ доступных для постоянного наблюдения, так, чтобы их можно было периодически осматривать, проверять и ремонтировать.

Не допускается установка термометров, термопар и других устройств для измерения температуры в местах с повышенной влажностью, подверженных сильной вибрации, воздействию агрессивных паров и газов.

Все виды термометров и термопар устанавливают на трубо­ проводах и аппаратах с помощью разнообразных защитных арматур и специальных устройств (бобышек, оправ, карманов).

К термометрам сопротивления, термопарам и ртутно-кон­ тактным термометрам провода подводят в защитных гибких шлангах. Если термометры сопротивления и термопары (а так­ же защитные трубопроводы) в процессе эксплуатации не под­ вергаются вибрации, допускается подвод защитного трубопро­

218

вода непосредственно к головкам термопар и термометров со­ противления.

Вторичные приборы для измерения температуры монтиру­ ют главным образом на щитах (редко — на специальных метал­ лических конструкциях) в соответствии с монтажно-эксплуатаци­ онной инструкцией и проектно-технической документацией.

При монтаже приборов на специальных металлических кон­ струкциях и индивидуальных щитках следует объединять их в группы, а не разбрасывать на большие расстояния один от другого, так как это затрудняет условия их эксплуатации. Об этом необходимо помнить в тех случаях, когда точное место­ положение приборов не обозначено в проектной документации.

Как правило, место установки приборов должно соответство­ вать указаниям проекта и монтажно-эксплуатационной инструк­ ции. Но иногда монтажник самостоятельно выбирает место и способ установки приборов. В этом случае необходимо соблю­ дать следующие требования. Место установки прибора должно быть доступным для постоянного наблюдения и удобным для монтажа, демонтажа и эксплуатации прибора (ремонта, повер­ ки прибора, замены картограмм, элементов, деталей, заправки чернил и т. д.). Нельзя устанавливать приборы в местах, где не закончены строительные работы и не завершен монтаж техно­ логического оборудования, а также в местах с повышенной влажностью или наличием агрессивных паров и газов. Не ре­ комендуется устанавливать приборы в зоне действия сильного теплового излучения и в местах с температурой ниже 5 и вы­ ше 50° С. Следует избегать установки приборов в местах, под­ верженных сильной вибрации; при необходимости установки прибора в таком месте для защиты от вибрации прибор следует установить на амортизаторах. Следует также избегать установ­ ки приборов в местах с сильными магнитными полями.

После монтажа вторичных приборов для измерения темпера­ туры на щите нельзя в непосредственной близости от него про­ изводить работы, связанные с сильной вибрацией или ударами. Вторичные приборы, мосты и потенциометры по окончании мон­ тажа должны быть надежно заземлены.

§ 65. Установка жидкостных термометров

При монтаже приборов для измерения температуры необхо­

между измеряемой средой, первичным прибором для измерения температуры и внешней средой.

Термометры расширения делятся на три группы: жидкост­ ные (стеклянные); стержневые (дилатометрические), имеющие два стержня из разных металлов, величина удлинения которых

219

при одинаковом измерении температур различна; биметалличе­ ские, имеющие пружину, которая спаяна или сварена из двух пластинок из разных металлов.

Места установки термометров расширения должны обеспечи­ вать их удобное обслуживание.

При установке термометров расширения (рис. 34) активная часть термометра (резервуара) должна располагаться в центре

Шнур асбестоВый[ГОСТ ТПЗ-Ь) (комплектно с опраШ )

Рис. 34. Установка термометра расширения

а — установка термометра ртутного углового с углом 90°; б — то же, с углом 135°: в — установка термо­ метра ртутного прямого

потока измеряемой среды; глубина погружения должна быть наибольшая.

При измерении температуры в трубопроводе малого диамет­ ра термометр следует устанавливать под углом к оси трубопро­ вода, активной частью (резервуаром) навстречу потоку. Термо­ метр на колонне трубопровода устанавливают также активной частью навстречу потоку. В вертикальном трубопроводе уста­ навливают угловой термометр или прямой термометр под углом.

Для защиты от механических повреждений термометры за­ ключают в металлические гильзы (оправы), которые ввертыва­ ются в бобышку, вваренную в трубопровод. Гильзы проходят испытания в соответствии с нормами для арматуры, работаю­ щей под давлением.

Для лучшей теплопередачи от измеряемой среды к резервуа­ ру термометра и уменьшения времени запаздывания показаний (инерции) гильзу заливают машинным маслом при температу­ ре измеряемой среды до 150° С. При температуре выше 150° С

220

ІгИЛьзу заполняют опилками красной меди, а сверху опилок — асбестом.

При монтаже жидкостных термометров особое внимание сле­ дует уделять правильному выбору места установки и способу установки, так как от этого зависит точность измерения темпе­ ратуры. Необходимо обеспечивать наиболее благоприятные усло­ вия притока тепла от измеряемой среды к термочувствительной части прибора, уменьшать отвод тепла от прибора во внешнюю среду посредством точной подготовки и уплотнения соедини­ тельных деталей термометра.

При измерении температуры жидкой среды на точность из­ мерения большое влияние оказывает утечка тепла от термочув­ ствительной части прибора за счет теплопроводности отдель­ ных частей прибора и его арматуры, а при измерении темпера­ туры газообразной и парообразной среды — еще и за счет до­ полнительного обмена лучеиспусканием с поверхностями, окру­ жающими прибор. Кроме того, введенная в измеряемую среду термочувствительная часть прибора в той или иной мере иска­ жает окружающее ее температурное поле вследствие отвода или подвода тепла. В этих условиях измерение не дает правильных результатов, так как показания прибора соответствуют его собственной температуре, отличающейся от действительной температуры среды. Неправильная установка прибора только в результате большой утечки тепла в окружающую среду мо­ жет вызвать погрешность измерения, равную 10—15%.

Применяют два способа установки жидкостных термомет­ ров — в защитных гильзах (оправах) и без них — путем непо­ средственного погружения термометра в измеряемую среду.

Наиболее распространенным способом является установка термометров в гильзе (оправе), которая предохраняет его от поломки и обеспечивает необходимую прочность и плотность соединения в месте расположения прибора (рис. 34). Длина за­ щитной гильзы выбирается в зависимости от глубины погруже­ ния и длины термометра.

Для улучшения теплопередачи от внутренней поверхно­ сти гильзы к термическому баллону термометра кольцевой за­ зор, образующийся в гильзе между термобаллоном и стенками гильзы, при измерении температуры до 150°С заполняется ма­ шинным маслом, а при измерении более высокой температуры— медными опилками. Гильзу заполняют маслом или опилками так, чтобы они покрывали только термобаллон термометра. Чрезмерное заполнение гильзы понижает точность измерения и увеличивает тепловую инерцию прибора.

При измерении температуры в трубопроводе термометр уста­ навливают так, чтобы ось трубы проходила посредине термо­ баллона. Погружение термометра до центра трубы, т. е. в зону наибольших скоростей потока, улучшает условия теплообмена между движущейся средой и прибором (благодаря возрастанию

221

коэффициента теплопередачи) и уменьшает влияние теплопотерь стенок трубы на результат измерения.

Наиболее правильной является установка термометра на ко­ лене трубопровода с восходящим потоком, так как при этом условия обтекания конца гильзы наиболее благоприятны (нет завихрений потока, рис. 34).

На горизонтальном трубопроводе диаметром 200 мм термо­ метр устанавливают наклонно к оси трубы (рис. 34), навстречу потоку. При диаметре трубопровода больше 200 мм термометр можно располагать перпендикулярно оси трубы.

На прямом вертикальном участке трубопровода с восходя­ щим потоком термометр всегда устанавливают наклонно, на­ встречу потоку. Устанавливать термометры на вертикальных трубопроводах с нисходящим потоком не рекомендуется.

На величину отвода тепла гильзой влияют средняя разность температур между измеряемой и внешней средой, а также кон­ струкция гильзы. Защитные гильзы для термометров изготов­ ляют из материалов, плохо проводящих тепло (например, из нержавеющей стали). Причем размеры головки (выступающей наружу части), толщина стенок и внутренний диаметр гильзы должны быть по возможности небольшими. Выступающие части защитных гильз тщательно покрывают тепловой изоляцией.

При установке незащищенного ртутного термометра (без гильзы) практически исключается отвод тепла от термобаллона. Однако вследствие влияния, оказываемого на показания неза­ щищенного термометра давлением измеряемой среды (сжатие стенок термобаллона с выдавливанием ртути в капилляр), а также вследствие недостаточной механической прочности тер­ мометра и трудности уплотнения места установки применение этого способа ограничивается областью небольших давлений.

§ 66. Установка манометрических термометров

Манометрические термометры отличаются от жидкостных бо­ лее прочной конструкцией и возможностью передачи результа­ тов измерений на большие расстояния. Манометрические тер­ мометры основаны на использовании зависимости давления жидкости, паров или газов, заполняющих термометр, от темпе­

ратуры.

Установка манометрического термометра показана на рис. 35. Термометр представляет собой замкнутую систему, состоящую из активной (рабочей) части — термобаллона, соединяющей ка­ пиллярной трубки и манометра. Система заполняетя жид­

костью или газом.

Термобаллон является элементом, воспринимающим темпе­ ратуру измеряемой среды, т. е. первичным прибором (приемни­ ком). Устанавливают его в среде, температуру которой нужно измерить. При нагревании термобаллона возрастающее давле­

222

ние жидкости, газа или пара кипящей жидкости через соедини­ тельную капиллярную трубку передается пружине проградуиро­ ванного прибора (манометра).

Жидкостный манометрический термометр градуируется обыч­ но при температуре 20° С. Если в рабочих условиях температу­ ра окружающей среды, в которой находятся капилляр и пружи­ на, будет резко отличаться от градуировочной, то это вызовет дополнительное расширение или сжатие жидкости, находящейся в системе, что приведет к значительной погрешности в измере­ нии. Для снижения погрешности длину и диаметр капилляра уменьшают. Поэтому жидкостные манометрические термомет­ ры, заполненные ртутью, применяют для передачи показаний лишь на небольшие расстоя­

действующей на основную стрелку в обратном направлении. При изменении температуры среды, окружающей капилляры, прира­ щения давления в обоих капиллярах взаимно уничтожаются.

Погрешности в измерениях возникают также и при располо­ жении термобаллона выше или ниже пружины. Тогда на пру­ жину действует дополнительное давление столба жидкости (гид­

скомплектованы вместе и не могут быть отделены один от дру­ гого. Поэтому при транспортировании, установке на место и осо­ бенно при прокладке капилляра необходимо принять меры пре­ досторожности, чтобы не.повредить капилляр, особенно в ме­ стах крепления его к термобаллону и вторичному прибору.

Термобаллон устанавливают в середине потока, полностью погружая его в измеряемую среду. Это приближает показания термобаллона к средней температуре измеряемой среды. Глуби­ на погружения термобаллона регулируется в пределах от 0 до

223

300 мм передвижением по хвостовику специального зажима

(рис. 35).

Если давление и скорость потока измеряемой среды невели­ ки и сама среда неагрессивна (не разрушает термобаллона), то термобаллон можно устанавливать непосредственно в среде, без дополнительных защитных оболочек. Если же термобаллон устанавливают в среде, имеющей высокое давление или боль­ шие скорости, а также в среде, действующей на него разрушаю­ ще, то термобаллон необходимо поместить в специальную за­ щитную гильзу (рис. 35). Для лучшей теплопередачи к термо­ баллону пространство между баллоном и стенкой гильзы за­ полняют так же, как и при установке ртутных термометров.

При прокладке капилляра необходимо выполнять следую­ щие требования: разворачивать капилляр следует осторожно, не допуская резких перегибов, многократных изгибаний в раз­ ные стороны и ударов, что может привести к закупорке внутрен­ него отверстия или к нарушению герметичности; радиус кри­ визны в местах изгибов должен быть не менее 20 мм; капил­ ляр прокладывают по стене или по конструкциям цеха и крепят скобками аналогично электрическим проводкам; в целях пре­ дохранения от механических повреждений в опасных местах капилляр необходимо прокладывать в трубе или под уголком; не допускается прокладка капилляра вблизи нагревательных устройств или в местах с высокой температурой, так как это приводит к увеличению погрешности измерений.

§ 67. Установка термоэлектрических пирометров

Термоэлектрические пирометры широко применяют в тепло­ силовых установках для измерения температуры дымовых га­ зов, перегретого пара и других веществ. Положительными свой­ ствами этих приборов являются большой предел измерений, вы­ сокая чувствительность, незначительное запаздывание показа­ ний (инерция), отсутствие постоянного источника тока и лег­ кость дистанционной передачи показаний благодаря электриче­ скому принципу измерения.

Принцип действия термоэлектрических пирометров основан на свойстве металлов, сплавов и некоторых неметаллических ма­ териалов создавать термоэлектродвижущую силу (т. э. д. с.) при нагревании места соединения (спая) двух разнородных провод­ ников (или полупроводников), образующих так называемую термопару или первичный прибор пирометра. Вторичным прибо­ ром, измеряющим развиваемую термопарой т. э. д. с., служит чувствительный электроизмерительный прибор. Термоэлектриче­ скими пирометрами измеряют температуру в пределах от 200 до

1300°С.

Термоэлектрические пирометры изготовляют различных клас­ сов точности. Они разделяются на показывающие и самопишу­

224

щие. Самопишущие пирометры предназначены для совместной записи на общей диаграмме нескольких измеряемых температур.

На точность показаний термоэлектрических пирометров зна­ чительное влияние оказывает способ их установки. Особенно большое значение имеет правильная установка термопары. Од­ ним из основных требований, предъявляемых к установке тер­ мопары, является уменьшение до минимума утечки тепла по ее арматуре. Термопару следует возможно глубже погружать в из­ меряемую среду, благодаря чему возрастает ее тепловосприни­ мающая поверхность, и располагать в местах с большой ско­ ростью давления потока, увеличивающей коэффициент теплопе-

редачи.

При установке термопары в трубопроводах рабочий конец ее должен располагаться в середине потока, а при небольших диа­

правильным показаниям и повреждению защитного чехла и го­ ловки термопары).

На рис. 36 показан способ крепления термопары к металли­ ческой стенке. Глубину погружения термопары устанавливают при помощи стопорного винта.

При измерении температуры газового потока могут появить­ ся ошибки, вызванные лучистым теплообменом между термопа­ рой и менее нагретыми поверхностями (стенками и сводами топ­ ки, газоходами котла, поверхностями нагрева котла), находя­ щимися в пространстве, в котором измеряют температуру. Теп­ ловые потери термопары, вызываемые лучеиспусканием, зависят от разности температур между ее защитным чехлом и окружаю­ щими поверхностями. Чем больше эта разность, тем более ин­ тенсивен лучистый теплообмен.

Для уменьшения погрешности от лучеиспускания усиливают теплоизоляцию ограждающих стенок с целью максимального уменьшения разности температур между ними и газом. При рас­ положении термопары в местах со значительной скоростью дви­ жения газа улучшается теплообмен между газом и термопарой, благодаря чему также уменьшаются потери на лучистый тепло­

обмен. Иногда устанавливают термопары с экранами, защи­ щающими их от прямого лучистого теплообмена со стенками.

При измерении температуры поверхностной термопарой ее рабочий конец должен плотно прилегать к поверхности тела. Для уменьшения отвода тепла в окружающую среду от спая термопары по термоэлектродам участок последних длиной 100—150 мм, прилегающий непосредственно к рабочему концу, располагают по возможности в зоне измеряемой температуры.

Пирометрические милливольтметры и автоматические потен­ циометры устанавливают в доступных и хорошо освещенных местах, не подверженных действию вибрации, высоких темпера­ тур, пыли, влаги и агрессивных газов, вдали от мощных источ­ ников переменных магнитных полей (электрических двигателей, трансформаторов). Для потенциометров температура окружаю­ щего воздуха не должна опускаться ниже 5° С и подниматься выше 35° С во избежание порчи нормального элемента. Милли­ вольтметры и потенциометры монтируют на щитах; корпуса автоматических электронных потенциомеров должны быть за­ землены. В местах, подверженных вибрации, при установке вторичных приборов на щитах применяют амортизаторы.

§ 68. Установка термопар

Измерение температуры с помощью термопары основано на возникновении в ее цепи термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с.) при помещении горячего спая в измеряемую среду. Т. э. д. с., со­ ответствующая разности температур горячего и холодных кон­ цов термопары, фиксируется вторичным прибором, шкала кото­ рого градуирована в °С.

Перед установкой термопары на месте эксплуатации необхо­ димо проверить целостность сваренных термоэлектродов оммет­ ром; подогнать сопротивления линии соединительных проводов согласно монтажно-эксплуатационной инструкции на измери­ тельный прибор, в комплекте с которым работает термопара; соединить термопару с компенсационным проводом. Прокла­ дывать компенсационный провод от термопары к измеритель­ ному прибору следует в местах, свободных от масел, следить за тем, чтобы не было свободно висящих проводов.

Способы монтажа термопар и соединительных линий в основ­ ном зависят от конструкции и назначения термопар, от мест установки вторичных приборов, в комплекте с которыми рабо­ тают термопары, от мест расположения и установки компенса­ ционных коробок типа КТ-54 и соединительных типа СК. Монтаж термопар осуществляют в основном теми же способами, что и монтаж термопар термоэлектрических пирометров (см. § 67). Однако при монтаже термопар следует учитывать следующие до­ полнительные требования. Рабочий конец термопары (горячий спай) должен располагаться в середине измеряемого потока или

226

должен быть плотно прижат к измеряемой поверхности. Конец погружаемой части термопары должен выступать за ось потока на 5—10 мм. При установке термопары для измерения темпера­ туры в рабочем пространстве печей, в топках, газоходах и т. п. часть термопары должна выступать в измеряемую среду на 20— 50 мм. При горизонтальном расположении термопары для пре­ дотвращения деформации необходимо устанавливать дополни­ тельную опору.

При монтаже платиновых термопар нельзя допускать непо­ средственного воздействия языков пламени или холодного пото­ ка воздуха на фарфоровую оболочку, так как при резких коле­ баниях температуры она быстро выходит из строя. При уста­ новке термопар типа ПП, не имеющих штуцера, применяют карборундовые чехлы (с дном или без дна). Последние монти­ руют в кладке печей, а термопары вставляют в чехол. Карбо­ рундовые чехлы с дном рекомендуется применять при резких температурных перепадах.

При монтаже термопар для измерения температур потока запыленных сред (пылепроводки, пылеугольные и мельницы) с целью предотвращения быстрого механического износа термо­ пар в отборных устройствах предусматривают специальные от­ бойные козырьки. Для этого к крепежной бобышке перед термо­ парой по ходу потока приваривают равнобокий уголок 40X40 мм или специально завальцованный сегмент из листовой стали.

При измерении температуры поверхности стен и сводов пе­ чей, топок, газоходов термопару следует помещать в кониче­ ском углублении, сделанном в кладке. Термопара должна со­ прикасаться с измеряемой поверхностью на возможно большей длине.

При измерении температуры сред, протекающих с большей скоростью или под давлением, необходимо обеспечить гермети­ зацию штуцеров, бобышек, защитных труб, каналов (через ко­ торые вводятся термопары) с помощью прокладок, сальнико­ вых набивок и уплотняющих масс. Технические характери­ стики применяемых прокладочных материалов приведены в табл. 9.

При присоединении термопары необходимо строго соблюдать полярность термопары и компенсационного провода. Свобод­ ные концы термопары должны иметь постоянную температуру, так как колебания последней отражаются на показаниях при­ бора. Чтобы отнести свободные концы термопары из головки в зону с постоянной или более низкой температурой, применяют компенсационные провода, которые как бы удлиняют термоэлек­ троды термопары. При присоединении к измерительному устрой­ ству нескольких термопар через переключатели свободные концы компенсационных проводов должны быть сведены в одно место.