9Термометры расширения

Термометрами расширения называются средства измерения температуры, действие которых осно­вано на использовании зависимости удельного объема вещества от температуры измеряемой среды, в которую оно помещено. К термометрам расширения относятся жидкостные, дилатометриче­ские, биметаллические и манометрические термометры.

Жидкостные термометры

Измерение температуры жидкостными термометрами расшире­ния основано на различии, коэффи­циентов объемного расширения: материала оболочки термометра и жидкости, заключенной в ней. В качестве рабочего вещества чаще всего используются ртуть или, этиловый спирт, в некоторых случаях — толуол, эфир, пентан и др. Оболочка термометров изготовляется из специальных термо­метри­ческих сортов стекла с малым коэффициентом расширения. При измерении высоких температур применяется кварц.

Жидкостные стеклянные термометры изготовляются в широком, ассортименте: технические, лабо­раторные, медицинские, сельскохо­зяйственное, гидрометеорологические и др. Специально для пище­вой промышленности выпускаются термометры, применяемые в хлебопечении, рефрижерато­рах, зерно- и овощехранилищах и т, п. Пределы измерения стеклянных термометров от-200 до +750^оС>,.

В целях сигнализации и регулирования температуры широко применяются электроконтактные тер­мометры с постоянно впаянными контактами или с одним подвижным контактом, с помощью ко­торого осуществляется настройка термометра.

Дилатометрические термометры

Действие термометров основано на тепловом расширении твердых тел. Принцип действия стерж­невого дилатометрического термометра (рис. VI. 1) основан на использовании разности удлине­ний трубки 1 и стержня 2 при нагреве вследствие различия их коэффициен­тов линейного расширения. Трубка из­готовляется из материала с малым ко­эффициентом линейного расширения (кварц, инвар), а стержень — с большим (латунь, медь, алюминий, сталь). Движение стержня переда­ется стрелке прибора с помощью передачи 3.

Биметаллические термометры

Действие биметаллических термо­метров, так же как я дилатометриче­ских, основано на использо­вании теп­лового расширения твердых тел — ме­таллов.

Биметаллические термометры (рис. VI.2) имеют чувствительными элемент в виде спиральной или плоской пружины, состоящей из двух пластин 1 и 2 из разных металлов, сваренных по всей длине. Внутренняя пластина 2 имеет больший коэффициент линейного рас­ширения, чем внешняя 1, поэтому при нагреве такая пружина рас­кручивается, при этом стрелка 3 перемещается. Ди­латометрическими и биметаллическими термо­мет­рами измеряется температура в пределах от -150 до +700 °С (погрешность 1—2,5%). Они ши­роко применяются в холодильных установках, бытовых холодильниках, кондиционерах и т. п.

11 Манометрические термометры

Принцип действия этих термометров основан на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от темпе­ратуры.

В зависимости от заполнителя (рабочего вещества) эти термометры подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные, имеющие аналогичное устройство. Прибор (рис. VI.3) состоит из термобаллона 1, капиллярной трубки 2, защищенной металлическим рукавом, и манометрической части, заключенной в специальном корпусе. Вся внутренняя полость системы прибора заполняется рабочим веществом. (Более подробно принцип действия манометрической части будет рассмотрен в следующей главе). При нагреве термобаллона увеличивает­ся объем жидкости или повышается давле­ние рабочего вещества внутри замкнутой термосистемы. Эти изменения воспринимаются манометриче­ской трубкой 5, которая через передаточный механизм, состоящий из тяги 7 и сектора 6, воздействует через зубчатое ко­лесо (трибку) 4 на стрелку прибора 3.

Диапазон измерения температур с помощью манометрических термометров от -120°С до +600°С Класс точности 1—2,5 При­боры имеют простое устройство, дешевы и надежны! Использу­ются они практически во всех отраслях пищевой промышленности как для технологического кон­троля, так и для автоматического регули­рования. В некоторых конструкциях приборов вместо маномет­риче­ской трубки в качестве воспринимающего элемента используются сильфоны (см. главу VII) Основным недостатком манометрических термометров является большая тепловая инерцион­ность, достигаю­щая 1,5 мин и более.

Г азовые термометры. В этих приборах герметически замкнутая термосистема заполняется азо­том, аргоном или гелием. Начальное давление газа в термосистеме составляет 1—5 МПа.

Отклонения температуры окружающей среды от 20 °С (нормаль­ной градуированной темпера­туры) вызывают погрешность измере­ния:

Однако при правильно подобранном соотношении объема тер­мобаллона и суммарного объема ка­пилляра и манометрической трубки погрешности могут быть сведены к минимуму. При объеме термо­баллона, в несколько раз превышающем объем капилляра и манометрической трубки, погрешно­сти, от изменения температуры окружающей среды невелики.

Жидкостные термометры. Термосистема в этих приборах запол­няется ртутью или полиметилкси­локсановыми жидкостями, При по­вышении температуры жидкость в термобаллоне расши­ряется и за­ставляет перемещаться конец манометрической трубки. Избыточ­ный объем жидко­сти, вытесняемой из термобаллона (в м³),

Из формулы (VI.7) видно, что шкала жидкостных манометриче­ских термометров линейная. Благо­даря тому что жидкости, запол­няющие термосистему, обладают большой теплопроводностью, инер­ционность этих термометров ниже, чем газовых.

Конденсационные термометры. Термобаллон в этих термометрах обычно заполняется на 2/з объ­ема низкокипящей жидкостью — фрео­ном, метилхлоридом, ацетоном. При повышении температуры уве­личивается давление пара в термосистеме, которое через капилляр передаётся манометрической пружине. Однако изменение давления пара непропорционально изменению температуры, что явля­ется недостатком этого типа приборов, шкала которых нелинейная. Конденсационные приборы наибо­лее чувствительны, однако диапазон измерения их невелик: 0—200° С. На показания приборов влияют изменения атмосферного давления, но не влияют изменения темпе­ратуры окружающей среды.

Манометрические термометры выпускаются самых разнообраз­ных модификаций: показываю­щие, самопишущие, в различных корпусах, снабжаются соответствующими преобразователями (см. главу IV), регулирующими и сигнализирующими устройствами и т. п.