Манометрические термометры. Манометрический термометр - это преобразователь температуры, основанный на зависимости между температурой и давлением вещества в замкнутом объеме

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.

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.

Поиск по сайту: