12

Тема 8

8. Монтаж приладів для вимірювання і регулювання температури.

8.1. Технічна документація і загальні технічні вимоги до монтажу.

Монтаж приладів для вимірювання температури, як правило, виконують за типовими кресленнями. Типові креслення, в залежності від призначення і способу монтажу приладів для вимірювання температури згруповані по трьох технологічних признаках: встановлення на технологічних трубопроводах і обладнання, встановлення на стіні, встановлення на щитах і пультах.

При монтажі приладів для вимірювання температури слід мати на увазі, що точність вимірювання температури залежить не тільки від класу приладу, але і від місця, де встановлюється чутливий елемент давача. Для конкретного технологічного апарату або трубопроводу чутливий елемент необхідно встановлювати таким чином, щоб фіксувалась найбільш характерна температура процесу. Як правило, місце встановлення давача температури встановлює технічна документація. Спосіб і особливості монтажу, крім типових монтажних креслень, регламентують також вимоги інструкцій по експлуатації заводів-виготовлювачів.

Необхідно дотримуватись також й інших вимог:

а). прилади не допускається встановлювати в приміщеннях з незакінченими будівельними і оздоблювальними роботами, а також до закінчення робіт по монтажу технологічного обладнання і трубопроводів;

б). прилади не повинні встановлюватись в місцях з підвищеною вологістю , що піддаються вібрації і ударним навантаженням, а також дії агресивних середовищ і сильних магнітних полів. Ці вимоги не відносяться до приладів, якщо їх встановлення у вище перелічених умовах, передбачена заводами-виготовлювачами;

в). прилади, що поступають в монтаж, повинні проходити зовнішній огляд і перед монтажну перевірку, котра визначає їх придатність для монтажу;

г). глибина занурення термометрів розширення, термобалонів, термометричних термометрів, термоперетворювачів у вимірювальне середовище повинна бути вибрана таким чином, щоб забезпечити найбільший контакт з вимірювальним середовищем і в місцях, де потік вимірюваного середовища не порушується відкриттям запірної і регулюючої арматури, підсмоктуванням зовнішнього повітря через нещільності;

д). на прилади не повинні впливати сторонні джерела тепла в результаті радіації і випромінювання;

е). при монтажі приладів для вимірювання потоків запилених середовищ (пилепроводи, пиловугільні млини) для запобігання швидкого механічного зносу в місцях їх встановлення необхідно передбачувати спеціальні відбійні дошки.

Джерела додаткових помилок при контактних методах виміру

Похибки виміру температури, викликані неправильним приєднанням вимірювального пристрою, найчастіше викликаються впливом променистого теплообміну або відводом тепла теплопровідністю конструктивних елементів уздовж термометра. Похибки, пов'язані із впливом променистого теплообміну, можуть досягати десятків і сотень градусів.

Звичайно вважають, що температура чутливого елемента термометра, зануреного у вимірюване середовище, досягає через якийсь час температури вимірюваного середовища. У багатьох випадках таке припущення близьке до істини. Однак у випадку розташування термометра в зоні інтенсивного теплообміну такого припущення робити не можна.

Термометр, розташований у потоці газу, що обмиває холоднішу трубчасту поверхню нагрівання (рис. 8.1), буде мати температуру θ близьку до температури газового потоку θв і більше високу, чим температура поверхні нагрівання θпн. У результаті цього між термометром і поверхово нагрівання встановиться променистий теплообмін. Тепло, передане при цьому від термометра до поверхні нагрівання, буде компенсуватись теплом, що надходить від газового потоку, що можливо при температурах θ< θв.

Внаслідок променистого теплообміну похибка виміру температури газового потоку може виявитися неприпустимо великою. Похибки різко зростають зі збільшенням значень вимірюваної температури, що (вище 300- 400°С). Методи наближеного визначення таких похибок описані в [5].

У всіх випадках чутливі елементи термометрів повинні бути встановлені так, щоб з місця їхнього встановлення відносно холодні поверхні не були видні. Для цього іноді передбачають міри захисту від впливу променистого теплообміну: екранування, захисні дашки й т.п..

При вимірах температури в трубопроводах з гарною тепловою ізоляцією похибки за рахунок променистого теплообміну практично відсутні. У цьому випадку значення різниці температури внутрішньої поверхні труб і температури потоку звичайно на багато менше значення основної похибки застосовуваних засобів виміру.

Похибки через теплопровідність звичайно значно менші похибок внаслідок променистого теплообміну. Проте вони можуть викликати помилки, що перевищують основну похибку термометра.

Температура чутливого елемента термометра θ завжди відрізняється від температури зовнішнього середовища θз. За рахунок цього відбувається відвід тепла від чутливого елемента, який в свою чергу компенсується припливом тепла від вимірюваного середовища, що має температуру θв. Величина похибки визначається різницею температур θв-θ. Точно визначити цю похибку важко. Найменший тепловий опір звичайно має захисний чохол термометра. Тому основна частина теплового потоку проходить по чохлі в зовнішнє середовище. Відвід тепла по чохлі для трубки простої форми в першому наближенні може бути оцінений (рис. 8.2) за допомогою рівнянь теплопередачі.

Різниця між температурою вимірюваного середовища θв и кінця трубки θ, зануреної в це середовище, при температурі кінця трубки по зовнішньому середовищу θз визначається рівнянням:

,

де ch - гіперболічний косинус (як відомо, ;l- глибина занурення трубки у вимірюване середовище, м; α- коефіцієнт тепловіддачі від вимірюваного середовища до трубки, Вт/(м²·К); d - зовнішній діаметр трубки, м; λ - коефіцієнт теплопровідності матеріалу трубки, Вт/(м·К); f - площа поперечного переріза стінок трубки, м².

Рис.8.2. Схема, що пояснює методику визначення похибки при вимірюванні температури контактним способом за рахунок тепло відводу вздовж трубки захисної арматури.

Цим же рівнянням можна користуватися при визначенні різниці температур не тільки на кінці трубки, але й на будь-якій її ділянці.

З наведеного вище рівняння видно, що збільшення глибини занурення чутливого елемента приводить до зменшення різниці температур Δθ.

Збільшення коефіцієнта тепловіддачі α також зменшує різницю Δθ. Навпаки, збільшення коефіцієнта теплопровідності λ і збільшення товщини стінки при цьому ж діаметрі збільшує різницю між температурою вимірюваного середовища й кінцем трубки. Бажано, щоб відношення f : d було по можливості невеликим. Це знижує кількість тепла, переданого уздовж трубки, і зменшує похибку виміру.

Коефіцієнт тепловіддачі α при інших рівних умовах залежить від вимірюваного середовища. При вимірі температури повітря з тиском, близьким до атмосферного, α звичайно не перевершує 100 Вт/(м²/К), а при вимірі температури перегрітої пари середнього й високого тиску α=1000÷2000 Вт/(м^2·К).

В табл. 8.1 наведена залежність Δθ від глибини l занурення для α =100 й 1000 Вт/(м²/К)., при однакових значеннях величин θв=400ºС, d=0.022м, λ=30 Вт/(м·К) і .

Таблиця 8.1.

l,м		0,05	0,1	0,2	0,3
	α=100 Вт/(м2/К)	96,5	16,4	0,43	0,015
	α=1000 Вт/(м2/К)	1,1	0,01	0	0

При більших значеннях коефіцієнта тепловіддачі а погрішність за рахунок теплопровідності помітна лише при невеликих глибинах занурення.

Збільшення теплопровідності матеріалу трубки, наприклад, при заміні сталевої трубки на латунну й підвищення у зв'язку з цим коефіцієнта теплопровідності приблизно до 130 Вт/(м·К) приводить до істотного збільшення різниці Δθ. Для коефіцієнта тепловіддачі α=100Вт/(м^2·К) така латунна трубка приводить до дуже великих значень Δθ, а саме:

l,м………………	0,05	0,1	0,2	0,2
…………	215	103	19,1	3,4

Загальною вимогою при установці первинних чутливих елементів для виміру температури є максимально можливе збільшення глибини їх занурення. Особливо велика похибка при вимірі температури термометрами опору, у яких чутливий елемент розташовується на довжині близько 100 мм. На одному кінці чутливого елемента різниця температур Δθ може бути практично мізерною, а на іншому кінці - надмірно великою. Для турбулентних потоків температура у всіх точках перетину ізольованого трубопроводу або каналу практично однакова, тому обмежувати занурення чутливого елементу половиною діаметру трубопроводу, як це звично рекомендується, немає потреби.

При вимірах температури потоку, що рухається з високою швидкістю, кінетична енергія потоку, загальмованого термометром, перетворюється в тепло, і температура - у місці виміру підвищується, у результаті чого може виникнути додаткова похибка. Ці похибки стають відчутними при швидкості потоку більше 100 м/с. У звичайній теплотехнічній практиці вимір температури в потоках, що рухаються при таких швидкостях, зустрічається порівняно рідко.