Манометрический термометр — прибор для измерения температуры, действие которого основано на измерении давления какого-либо вещества (жидкости или газа) при изменении температуры. Шкала манометра градуируется непосредственно в единицах температуры.

Принцип работы[править | править исходный текст]

Измерительная система состоит из погружаемого элемента, капиллярного провода и трубчатой пружины в корпусе.

Данные элементы соединены в единое устройство, которое под давлением заполнено инертным газом. Изменение температуры влечёт изменение объема или внутреннего давления в погружаемом устройстве. Давление деформирует измерительную пружину, отклонение которой передается с помощью стрелочного механизма на стрелку. Колебания температуры окружающей среды могут не приниматься во внимание, так как для компенсации между стрелочным механизмом и измерительной пружиной встроен биметаллический элемент. В зависимости от применяемого рабочего вещества различают следующие манометрические термометры: - газовые (азот); - конденсационные (метилхлорид, спирт, диэтиловый эфир); - жидкостные (метилксилол, силиконовые жидкости, металлы с низкой точкой плавления); - ртутные со специальными наполнителями.

Манометрические термометры

1 - термобаллон 2- капиллярная трубка 3 - манометрическая часть (корпус) 4 - манометрическая пружина 5 - передаточный механизм 6 - шкала температур 7 - стрелка прибора

 

Вся система прибора заполнена рабочим веществом. Термобаллон помещают в зону измерения температуры. При нагревании термобаллона давление вещества в замкнутом объеме растет. Повышение давления воспринимается манометрической пружиной, которая воздействует на передаточный механизм (5) и на стрелку прибора. По шкале (6) отсчитывают показания температуры.

Термобаллон обычно изготавливают из коррозионностойкой стали; капилляр - из стальной трубки с внутренним диаметром 0,5÷0,5 мм. Длина капиллярной трубки в зависимости от назначения термометра равна 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 25; 40; 60 метров. Иногда капилляр может отсутствовать и термобаллон соединяют напрямую с манометрической частью.

Манометрические пружины могут быть одновитковые и многовитковые. Многовитковые пружины применяют в химических производствах, они просты по устройству и надежны в работе (электробезопасны, взрывобезопасны). Диапазон измерения температур [-150°С; 600°С].

Типы манометрических приборов: - газовые: вся система заполнена газом под давлением (используются неагрессивные газы) - жидкостные: вся система заполнена жидкостью под давлением - конденсационные: термобаллон частично заполнен низкокипящей жидкостью, частично - парами этой жидкости.

В газовых термометрах начальное давление может находиться в пределах 1÷5  МПа. Чем выше температура, тем меньше давление рабочего вещества.

P_t = P₀·(1 + ß·(t-t₀))

ß - температурный коэффициент; ß = 1/273,15.

Газ должен быть химически инертным, обладать незначительной вязкостью, низкой теплоемкостью и быть легкополучаемым.

У термометров с азотом (N), которые работают в диапазоне 0÷600°С, есть следующие минусы: - большая тепловая инерция - большие размеры термобаллона, затрудняющие его установку - необходимость частых проверок работоспособности прибора, вследствие нарушения его герметичности.

В жидкостных манометрических термометрах система заполняется жидкостью под давлением. Рабочая жидкость имеет высокий коэффициент объемного расширения, высокую теплопроводность, низкую теплоемкость, должна быть химически инертной (к примеру, силиконовые жидкости).

Предел измерений жидкостным манометрическим термометром - [-150°С; +300°С].

Манометрические конденсационные термометры состоят из 2/3 низкокипящей жикости в баллоне. Из остальной части баллона воздух удаляют и в замкнутой системе поддерживается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации жидкости. При повышении температуры усиливается испарение жидкости и увеличивается упругость пара, это приводит к повышению конденсации и, соответственно, равновесие наступает при новом значении давления (которое соответствует измеренной температуре). Конденсационные термометры более чувствительны, чем остальные. 

Газозаполненные термометры

 

Газозаполненные (газовые), вся система которых заполнена газом под некоторым начальным давлением. В газовых манометрических термометрах в качестве термомет­рического вещества обычно используют азот. Область применения газовых термометров по ГОСТ 8624—64 лежит в интервале от — 160 до +600°С. Дополнительные погрешности могут появиться при изменении температуры окружающей среды (коэффициент теплового расшире­ния газов много больше, чем у жидкостей, и равен приблизительно 0,00365 град-1). Для уменьшения их приходится увеличивать раз­меры термобаллона и уменьшать сечение капилляра. Чем больше длина капилляра, тем больше по­лучаются размеры термобалло­на. При длине капилляра 60 м термобаллоны газовых термомет­ров, серийно изготовляемых, име­ют наружный диаметр 22 мм, а рабочую длину 435 мм. Такие размеры термобаллона могут создать трудности при установке их в объекты измерения. По ГОСТ 8624—64 допустимая дополнительная приведенная по­грешность газовых термомет­ров при отклонении темпе­ратуры окружающей среды на 10°С не должна превышать 0,5%. Погрешность от изменения температуры для капилляра получается больше, чем для манометра. Погрешность возрастает пропорционально объему, а следова­тельно и длине капилляра. Она может быть уменьшена увеличением объема термобаллона при той же длине капилляра. Обычно оъем термобаллона составляет 90% общего объема термометра При правильно выбранном соотношении объемов термобаллона, капилляра и трубчатой пружины термометры могут работать достаточно точно без температурной компенсации при длине капилляра до 40—60 м. При очень большой длине капилляра необходимый объем, термобаллона становится слишком большим и значительно возрастает тепловая инерция прибора. К специфическим недостаткам газовых манометрических термометров относятся их сравнительно большая тепловая инерция, обусловленная низким коэффициентом теплообмена между стенками термобаллона и наполняющим его газом и малой теплопроводностью газа; большие размеры термобаллона, что затрудняет его установку на трубопроводах небольшого диаметра, и необходимость частой проверки. Последнее вызвано тем, что в эксплуатации газовых термометров возможны нарушение герметичности и утечка газа, что не всегда можно сразу заметить.