Термометры основанные на расширении твердых тел

На рисунке 4 показан трубчатый дилатометрический (биметал­лический) термометр. Он состоит из трубки 1, изготовленной из металла с большим коэффициентом линейного расширения (латуни, меди, алюминия, стали), и стержня 2, изготовленного из материала с малым коэффициентом линейного расширения (кварца, инвара). Стержень 2 опирается на пробку 3, ввинченную в конец трубки 1. Последняя ввернута в головку 4, в которой помещается рычажный передаточный механизм 5—8. Термометр с помощью ниппеля 12 ввинчивается в бобышку, укрепленную на стенке или крышке сосуда, температуру внутри которого надо измерить; при этом трубка должна быть целиком погружена в измеряемую среду. При повышении температуры трубка 1 удлиняется значи­тельно больше, чем стержень 2, вследствие чего толкатель 13, опирающийся на стержень 2, перемещается вниз. Это перемеще­ние системой рычагов 5—8 передается стрелке 10, которая указы­вает на шкале температуру в градусах.

Другой вид биметаллического термометра схематически пока­зан на рисунке 5. Он состоит из дугообразной изогнутой пластинки,

1 — трубка термометра; 2— внутренний стержень; 3 — пробка; 4—головка; 5—ры­чаг; 6—ось рычага; 7—пру­жина; 8 — промежуточный передаточный рычаг; 9— ось стрелки; 10 — стрелка; 11 — шкала; 12 — ниппель; 13 — толкатель

Рисунок 4 - Трубчатый биме­таллический термометр.

1 и 2 — пластины; 3 — тяга; 4 — зуб­чатый сектор; 5 — зубчатое колесо;

6 — стрелка.

Рисунок 5 - Схема биметаллического термометра с дугообразной пластиной.

изготовленной из двух пластин 1 и 2 из различных металлов (на­пример, меди и инвара) с различ­ными коэффициентами линейного расширения, приваренных одна к другой по всей длине. Обычно внутренняя пластина 2 изготовляется из металла с большим коэффициентом линейного расширения. При повышении температуры пластинка разгибается. Деформация пластинки с помощью тяги 3, зубчатого сектора 4 и зубча­того колеса 5 передается стрелке 6.

Верхний предел измерения при использовании биметалличе­ской пластинки ограничивается пределом упругости материала. В качестве чувствительного элемента применяют также плоские и винтовые спирали. Пределы измерения биметаллическими тер­мометрами от —150 до +700° С, погрешность 1—1,5%./9/

Манометрические термометры

Манометрические термометры предназначаются для измерения тем­пературы жидких и газообразных сред в стационарных условиях в интер­вале от - 150 до 600 °С.

Принцип действия манометрических термометров основан на изме­нении давления заполнителя термосистемы от температуры измеряемой среды. В зависимости от применяемого заполнителя термосистемы ма­нометрические термометры делятся на газовые, жидкостные и конден­сационные. Замкнутая система манометрического термометра, показан­ная на рисунке 6, состоит из термобаллона 2, соединительного капилляра 1 и манометрической пружины 6.

Изменение температуры контролируемой среды воспринимается заполнителем термосистемы через термобаллон 2 и преобразуется в из­менение давления, под действием которого манометрическая трубчатая пружина 6 с помощью тяги 8, сектора 3 и трибки 7 перемещает стрелку 4 относительно шкалы 5. Это перемещение через соответствующие устрой­ства передается на сигнальное устройство; у термометров с пневматичес­ким выходным сигналом — на пневматический преобразователь; у тер­мометров с электрическим выходным сигналом - на механоэлектрический преобразователь.

В термометрах с сигнальным устройством (рисунок 7) изменение изме­ряемой температуры воспринимается термобаллоном 1 и передается на манометрическую пружину 2, которая несколько распрямляясь, через сектор 3 и трибку 4 приводит в движение стрелку 5 относительно шка­лы 7, Вместе с показывающей стрелкой перемещается ведущий поводок 11 с двумя подвижными поводками 9 и 10.

В качестве датчиков электрического сигнала используют два непод­вижных предельных контакта. Один из них 6 выдает сигнал минималь­ного, а другой 13 — максимального значения температуры контролируе­мой среды. Связь показывающей стрелки и подвижных контактов осу­ществляется через спиральные волоски. Установка пределов сигнализа­ции осуществляется с помощью указателей пределов сигнализации 8, 12. Когда температура достигает значения, заданного с помощью сигналь­ных стрелок, соответствующая контактная пара замыкается и выдается электрический сигнал. Внешнюю электрическую цепь подключают к тер­мометру с помощью клеммой колодки 14.

В термометрах с пневматически выходным сигналом (рисунок 8) изме­нение измеряемой температуры воспринимается манометрической пру­жиной 10, которая, несколько распрямляясь, приводит в движение стрелку 9 через трибо-секторный механизм 14. Одновременно это изме­нение с помощью рычажного механизма 3 передается на свободный конец пружины механизма обратной связи 7, на котором укреплена заслонка 6.

Рисунок 6 - Схема манометрического термометра.

Рисунок 7 - Схема термометра с сигнальным устройством.

1 - термобаллон; 2 - капилляр; 3 - рычажный механизм; 4, 18 - манометры; 5 - сопло; б - заслонка; 7 - пружина обратной связи; 8 - циферблат; 9 - стрел­ка; 10 - пружина манометрическая; 11 - пружина; 12 - пневмореле; 13 - тер­мобиметалл; 14 - трибо-секторный механизм; 15. 16 - тяги; 17, 19 - поводки

Рисунок 8 - Схема термометра с пневматическим выходным сигналом.

1 — термобаллон; 2 - капилляр; 3 - стрелка; 4 - шкала; 5 - манометрическая пружина; 6 - тяга; 7 - трибка; 8 - сектор; 9 - рычаг; 10 ~ флажок; 11 - механоэлектрический преобразователь; 12 - контроль 0-100 мВ; 13 - выход 0,5 мА; 14 — пружина корректора нуля; 15 - пружина

Рисунок 9 - Схема термометров с электрическим выходным сигналом.

Изменение зазора между соплом 5 и заслонкой 6 вызывает измене­ние давления питания воздуха в линии сопла, которое с помощью уси­лительного пневмореле 12 изменяет давление выходного сигнала при­бора и в механизме обратной связи. Под действием изменения давления манометрическая пружина 7 механизма обратной связи осуществляет соответствующий поворот, воздействие которого на заслонку 6 обеспе­чивает пропорциональность выходного давления ходу заслонки.

Таким образом, величина зазора между соплом и заслонкой и, сле­довательно, выходное давление прибора, являются мерой измеряемой температуры. Питание пневмодатчика осуществляется воздухом, очи­щенным воздушным фильтром под давлением, сниженным редуктором до (140 ± 14) кПа. Входное давление питания контролируется маномет­ром 4, а выходное давление — манометром 18.

В термометрах с электрическим выходным сигналом (рисунок 9) изме­нение измеряемой температуры воспринимается манометрической пру­жиной 5, которая, несколько выпрямляясь, приводит в движение пока­зывающую стрелку 3 через сектор 8 и трибку 7 и механоэлектрический преобразователь 11. На оси сектора закреплен рычаг 9, к которому кре­пят измерительную пружину 15. Второй конец пружины впаян в рычаг флажка 10 преобразователя 11. Измерительная пружина 15, растяги­ваясь, передает усилие к свободному концу флажка 10 преобразователя. Перемещение флажка изменяет параметры преобразователя, в резуль­тате чего на его выходе появляется сигнал постоянного тока.

Достоинством манометрических термометров являются: возмож­ность дистанционного измерения температуры без использования допол­нительной энергии, сравнительная простота конструкции, возможность автоматической записи показаний, взрывобезопасность, нечувствитель­ность к внешним магнитным полям.

К недостаткам относятся: относительно невысокая точность изме­рения, трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы, низкая механическая прочность капилляра, небольшое расстояние дис­танционной передачи показаний, значительная инерционность.

Класс точности термометров с газовым и жидкостным заполнителя­ми термосистемы может быть 1; 1,5; 2,5.

Класс точности термометров с конденсационным заполнителем термосистемы может быть 1,5; 2,5; 4 и установлен для последних ²/₃ температурной шкалы, для первой трети шкалы класс точности не должен быть ниже последующего низшего класса точности./2/