ТЕМА №1: ИЗМЕРИТЕЛИ ТЕМПЕРАТУР
1.1 Термометры расширения
Приборы для измерения температуры, основанные на свойствах тел увеличивать свой объем при нагревании, называют термометрами расширения. К таким приборам относятся биметаллические, стержневые и жидкостные стеклянные термометры.
Биметаллический термометр (рис. 1.1а) имеет чувствительный элемент в виде плоской или спиральной пружины, спаянный из двух пластин с разным температурным коэффициентом расширения. При нагревании пружина изгибается в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом расширения.
Стержневой термометр (дилатометрический) (рис. 1.1б) состоит из трубки и стержня, изготовленных из разных материалов. Например, трубка может быть изготовлена из латуни, а стержень из инвара (сплав железа и никеля, практически не имеющий линейного расширения). Стержень одним концом закреплен на дне трубки, а другим связан с показывающим механизмом. Изменение соотношения их длины характеризует температуру нагрева.
а – биметаллический термометр; б – стержневой (дилатометрический)
термометр
Рисунок 1.1 – Механические термометры расширения
Биметаллические и стержневые термометры применяются главным образом в качестве сигнализаторов и регуляторов температуры.
Принцип действия термометров, основанный на различии коэффициентов теплового расширения металлов широко используется также в термографах – самопишущих приборах, непрерывно регистрирующих изменение температуры среды за какой-либо период.
На рис. 1.2 представлен биметаллический термограф М-16, который может записывать изменение температуры в одном из пределов: от -45 до +35оС, от -35 до +45оС, от -25 до +55оС. Точность прибора ± 1оС.
1 – перо; 2 – барабан; 3 – стрелка; 4 – крышка; 5 – консоль; 6 – регулировочный винт; 7 – колодка; 8 – биметаллическая пластина; 9 – корпус; 10 – передаточный рычажный механизм
Рисунок 1.2 – Биметаллический термограф
Для измерения температур широко применяются жидкостные стеклянные термометры. Действие этих приборов основано на тепловом расширении жидкости, заключенной в стеклянном резервуаре. В качестве рабочей жидкости в данных приборах используется чаще всего ртуть (при измерении температур от -35 до +600оС) или этиловый спирт (при измерении температур от -80 до +80оС). Ртутные контактные термометры применяются в системах сигнализации и автоматического регулирования температуры.
На рис. 1.3 показана установка жидкостных стеклянных термометров в средах, находящихся под избыточным давлением или вакуумом.
1 – термометр; 2 – термометровая гильза
Рисунок 1.3 – Установка жидкостных стеклянных термометров в трубопроводах диаметром до 200 мм: а) по оси трубопровода; б) наклонно к оси горизонтального трубопровода
1.2 Манометрические термометры
Манометрические термометры основаны на использовании зависимости давления жидкостей или газов (помещенных в замкнутый объем) от температуры измеряемой среды. Манометрические термометры подразделяются на жидкостные, паровые и газовые. В жидкостных термометрах в качестве рабочей жидкости используют ртуть, ксилол, метиловый спирт. В паровых термометрах применяют жидкости, кипящие при низких температурах (ацетон, бензол, хлористый метил и др.). В газовых термометрах вся система заполнена инертным газом (азот, гелий), находящимся под давлением выше атмосферного. У жидкостных и газовых термометров шкала равномерная, у паровых - неравномерная.
В измерительном механизме манометрического термометра применяют одновитковые (рис. 1.4) и многовитковые (рис. 1.5) трубчатые пружины.
1 – термобаллон; 2 – капиллярная трубка; 3 – трубчатая пружина; 4 – стрелка манометра
Рисунок 1.4 – Схема манометрического термометра
В процессе измерения манометрическим термометром при повышении температуры измеряемой среды возрастает давление внутри термобаллона 1 (рис. 1.4), которое через капиллярную трубку 2 передается трубчатой пружине 3 манометра. Деформация пружины с помощью передаточного механизма преобразуется в перемещение стрелки 4, указывающей температуру на шкале прибора.
Пределы температур, измеряемых манометрическим термометром, зависят от вида его рабочего вещества. Так, для ртути возможен диапазон температур от -25 до +600оС, хлорметила - от -25 до +75оС, хлорэтила - от 0 до 120оС, азота - от -160 до +600оС.
Влияние температуры окружающей среды на жидкостные манометрические термометры компенсируется специальным механизмом.
1 – винтовая трубчатая пружина; 2 – неподвижная опора ; 3 – биметаллический компенсатор; 4 – кронштейн; 5, 6 и 7 – детали передаточного механизма; 8 – поводок стрелки; 9 – тяга; 10 – мостик стрелки; 11 – ведущая ось; 12 – ось мостика стрелки
Рисунок 1.5 – Измерительный механизм манометрического термометра ТПГ-278
На рис. 1.6 показан манометрический термометр с контактами электрической сигнализации. Капиллярная трубка диаметром 0,2…0,5 мм для защиты от повреждений заключена в чулок из стальной или медной проволоки.
Рисунок 1.6 – Манометрический термометр