- •Н.Н. Акифьева Метрология, стандартизация и сертификация Конспект лекций
- •Часть 2. Методы и средства измерений в теплоэнергетике
- •1Измерение температуры. Физические принципы, методы и средства
- •1.1Абсолютная температура. Эталон единицы температуры.
- •1.2Международная практическая температурная шкала
- •(Мптш-68)
- •1.3Классификация технических средств измерения температуры
- •1.4Термометры расширения
- •1.4.1Стеклянные жидкостные термометры
- •1.4.2Манометрические термометры
- •1.4.3Дилатометрические и биметаллические термометры
- •1.5Термометры сопротивления
- •1.5.1Принцип действия и устройство термометров сопротивления
- •1.5.2Термометры сопротивления платиновые
- •1.5.3Термометры сопротивления медные
- •1.5.4Термометры сопротивления никелевые
- •1.6Измерительные схемы металлических термометров сопротивления
- •1.6.1Компенсационная измерительная схема
- •1.6.2Измерение сопротивления термометра мостом
- •1.6.3Измерение сопротивления термометра магнитоэлектрическим логометром
- •1.7Термоэлектрические преобразователи
- •1.7.1Принцип действия термоэлектрических преобразователей
- •1.7.2Стандартные термоэлектрические преобразователи
- •2Измерение расхода жидкостей и газов методом переменного перепада давления
- •2.1Общие сведения
- •2.2Уравнения расхода для несжимаемой жидкости
- •2.3Уравнения расхода для сжимаемой среды
- •2.4Стандартизация сужающих устройств
1.4.2Манометрические термометры
Манометрический термометр - это преобразователь температуры, основанный на зависимости между температурой и давлением вещества в замкнутом объеме. Манометрические термометры в зависимости от рабочего вещества подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). Изготавливаются для измерения тепмератур в пределах от –200 до 6000С. Термометры со специальным заполнением имеют верхний предел до10000С.
Выпускаются технические манометрические термометры показывающие и самопишущие. Привод диаграммной бумаги осуществляется синхронным двигателем или часовым механизмом.
Манометрические термометры широко используются в технических измерениях. Наибольшее распространение они получили там, где требуется непрерывная регистрация показаний, а по правилам пожарной и взрывобезопасности запрещено использование термометров сопротивления и термоэлектрических преобразователей совместно с их вторичными преобразователями, являющимися электрическими приборами. В этих случаях успешно применяются самопишущие манометрические термометры с часовым приводным механизмом диаграммной бумаги.
Устройство манометрических термометров показано на рис. 4.6. На фрагменте а) показано устройство термосистемы, которая состоит из термобаллона 1, погружаемого в измеряемую среду, капилляра 2, манометрической трубчатой пружины 3. Один конец пружины вмонтирован в полый держатель 4, который соединяет полости трубчатой пружины и капилляра. Герметичный конец трубчатой пружины с помощью поводка 5 связан с сектором 6. Сектор соединен зубчатым зацеплением с трибкой 7, на оси которой насажена указательная стрелка 8. Спиральный волосок 9, конец которого закреплен на оси трибки, служит для выбора зазора в передаточном механизме.
Рисунок 4.6. Устройство показывающего манометрического термометра.
На фрагменте б) показан разрез термобаллона конденсационного термометра. Термобаллон частично заполнен конденсатом, над которым находится насыщенный пар термометрической жидкости.
На фрагменте в) показаны профили сечения термометрических трубчатых пружин. Нижний профиль характерен для старых модификаций термометров, новые модификации оснащаются пружинами с пережатым внутренним участком, что обеспечивает такой пружине большую прочность.
Существенным недостатком манометрических термометров является систематическая погрешность, связанная с зависимостью объема пружины от температуры в помещении, где она расположена. Для уменьшения этой погрешности в конструкцию введен термобиметаллический компенсатор 10. Трубчатая пружина с пережатым внутренним участком также способствует уменьшению этой погрешности, так внутренний объем такой пружины и колебания ее размера минимальны.
Капилляр манометрического термометра изготавливается из латуни или стали наружным диаметром 2,5мм и внутренним диаметром 0,35мм и длиной, выбираемой из ряда: 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40 и 60м. Для защиты капилляра от повреждений служит защитный металлический чехол. Термобаллон изготавливают из стали 1Х18Н9Т.
Термометрические вещества и возможные пределы измерения показаны в табл. 4.4.
Таблица 4.4.
тип манометрических термометров |
манометрическое вещество |
возможные пределы |
|
нижний |
верхний |
||
газовые |
азот |
-200 |
600 |
жидкостные |
спирт, силиконовые жидкости |
-150 |
300 |
конденсационные |
ацетон |
100 |
200 |
этилбензол |
160 |
300 |
|
фреон-22 |
-25 |
80 |
|
пропилен |
-50 |
60 |
|
хлористый метил |
0 |
125 |
Для газовых манометрических термометров зависимость выходного параметра от входного (давления от температуры) определяется выражением
, (4.6)
где - давление газа при температуре 00С; - термический коэффициент давления газа, К-1, для идеального газа =1/Т0 = 0,003661 К-1. Зависимость от у газовых термометров несколько отклоняется от линейной, так как имеет место непостоянство объема системы.
Для уменьшения систематической погрешности, вызванной изменением объема капилляра и трубчатой пружины при отклонении температуры окружающего воздуха от 20 0С, уменьшают отношение внутреннего объема пружины и капилляра к внутреннему объему термобаллона. Это достигается увеличением объема термобаллона за счет увеличения его длины. Так при длине капилляра 40м длина термобаллона достигает 500мм, что ограничивает возможности применения такого манометрического термометра.
В жидкостных манометрических термометрах при нагреве термобаллона практически несжимаемая жидкость расширяется и вытесняется в полость манометрической пружины, которая прогибаясь, увеличивает свой внутренний объем, размещая вытесненную из термобаллона жидкость. Объем термобаллонов жидкостных термометров небольшой, согласующийся с внутренним объемом манометрической пружины. Чем больше диапазон термометра, тем меньше объем термобаллона, так при диаметре термобаллона 12мм и диапазоне измерения 40-800С длина термобаллона составляет 110мм, а при том же диаметре и диапазоне измерения 60-310 0С – 18 мм.
В жидкостных манометрических термометрах имеет место гидростатическая погрешность за счет различного уровня расположения термобаллона и измерительного прибора.
В конденсационных манометрических термометрах используется зависимость давления насыщения от температуры. Эта зависимость однозначна лишь до определенной температуры, называемой критической. Критическая температура ограничивает верхний предел измерения, нижний предел измерения связан с начальным давлением в системе и равен температуре насыщения при давлении заполнения.
Отрицательной особенностью конденсационных термометров является значительная неравномерность шкалы, определяемая характером зависимости давления насыщения летучих жидкостей от температуры. Для выравнивания шкал конденсационных термометров применяются специальные выравнивающие устройства.
Положительной особенностью конденсационных термометров является то, что рабочее давление в термосистеме для данного конденсата зависит только от диапазона измерения и изменения давления насыщенного пара этого конденсата от температуры. Другие параметры термометра не оказывают влияние на рабочее давление в термосистеме. Поэтому отклонение температуры окружающего воздуха от 200С оказывает влияние только за счет изменения модуля упругости материала манометрической пружины.