Оборудование, применяемое при испытаниях на воздействие пониженной температуры внешней среды

Понижение температуры изделий в основном происходит под воздействием внешних факторов, которым изделия могут подвергаться в процессах эксплуатации, хранения и транспортирования.

Для проведения испытаний на воздействие пониженной температуры применяют испытательные камеры холода (КХ) или комбинированные камеры: тепла и холода (КТХ); тепла, холода и пониженного атмосферного давления (КТХБ); тепла, холода и влаги (КТХВ) и т. д.

Конструктивно камеры холода бывают двух видов: шкафные и сундучковые. Особенностью сундучковых камер является расположение двери в верхней части камеры (как бы в потолке), что облегчает ее загрузку изделиями больших габаритных размеров и масс.

Комбинированные камеры позволяют осуществлять испытания изделий на раздельное и одновременное воздействие ряда воспроизводимых факторов (холода и пониженного атмосферного давления), а также на воздействие постепенного изменения температуры (циклическое воздействие температур). Основные параметры, характеризующие испытательные камеры холода или комбинированные камеры тепла — холода.

Требования к пределам воспроизводимых температур (диапазону изменения температур) в основном определяются стандартами на испытания различных изделий. Наиболее часто камеры холода характеризуются диапазоном температур + 25...-65° С.

Получение пониженной температуры в камере достигается искусственным охлаждением находящегося в ней воздуха с помощью двух способов: непосредственного и косвенного. Оба способа могут быть основаны на использовании одного из следующих физических процессов: испарения или кипения, плавления или таяния и сублимации. Все указанные процессы протекают с поглощением тепла из окружающей среды. Кроме того, искусственное охлаждение может быть основано на таких физических явлениях, как термоэлектрический эффект (эффект Пельтье) и на адиабатическом (без теплообмена с внешней средой) расширении газа.

Охлаждение при испарении или кипении за счет поглощения внешней теплоты характеризуется тем, что воспринимаемая извне теплота расходуется на преодоление сил молекулярного сцепления летучих жидкостей и их расширение. Данный способ осуществляется с помощью холодильных машин.

Охлаждение при таянии реализуется с помощью естественного льда за счет затрат теплоты извне на его таяние, сопровождающееся изменением связей между молекулами вещества и ослаблением сил молекулярного сцепления.

Охлаждение в процессе сублимации, т. е. непосредственного перехода тела тердого состояния в газообразное, имеет место при охлаждении так называемым сухим льдом, причем теплота расходуется на преодоление сил сцепления молекул вещества и внешнего давления, препятствующего этому процессу.

Охлаждение за счет адиабатического расширения сопровождается работой, совершаемой расширяющимся телом за счет уменьшения его внутренней энергии, приводящей к понижению температуры. Например, адиабатическое Сширение воздуха от 0,4 до 0,1 МПа сопровождается понижением тем-ршуры от +20 до —75° С.

Охлаждение за счет использования эффекта Пельтье заключается в том, что пропускание постоянного электрического тока через цепь, состоящую из разродных проводников (полупроводников), приводит к возникновению разности температур в месте их соединения, т. е. к более высокой температуре одного спая по отношению к другому (холодному) спаю. Количество энергии, переносимое от холодного спая к теплому, пропорционально силе тока в цепи термоэлемента. Разность температур, получаемая с помощью термоэлементов, зависит от материалов ветвей. Достоинством данного способа является непосредственное использование электрической энергии для переноса тепловой энергии с низкого температурного уровня на более высокий (теплая ветвь) без промежуточных устройств.

Наибольшее применение получил способ машинного охлаждения, основанных на процессах испарения и кипения. Известно, что согласно второму началу термодинамики, для охлаждения теплота должна быть перенесена из охлаждаемой среды в теплую путем затрат извне механической или тепловой энергии. Осуществляют так называемые холодильные (термодинамические) циклы, процессе которых теплота переносится с помощью рабочего тела (вещества) рис. 28). В процессе 1 — а — 2 рабочее вещество расширяется и нагревается, затрачивая теплоту окружающей среды и вызывая ее охлаждение, а в процессе 2 – b – 1 рабочее вещество сжимается и выделяющаяся при этом теплота отво­дится в окружающую среду (воздух). Осуществление цикла требует внешней механической работы, изображаемой в v-,p - диаграмме площадью, ограниченной линиями / — а — 2 — b — 1. Если за время (цикла рабочее вещество воспринимает от охлаждаемой среды теплоту в количестве q₀, а на его сжатие затрачивается l рабо­ты, то в соответствии с законом сохране­на энергии от него должна отводиться кислота в количестве

q=q₀+l.

Рис. 28 - Обратный термодинамический цикл в v, p -диаграмме

Комплекс технических устройств, осуществляющий холодильный цикл, называют холодильной машиной. В качестве рабочего тела используются различные вещества, которые по своему физическому состоянию могут быть в виде газа или пара. В связи с этим различают газовые и паровые холодильные машины. В газовых холодильных машинах в качестве рабочего вещества применяют только воздух, который во время всего холодильного цикла не изменяет своего агрегатного состояния. В испытательных камерах газовые холодильные машины практически не применяются из-за больших размеров, низкого механического КПД, малой теплоемкости воздуха и ряда других недостатков.

В паровых холодильных машинах в процессе холодильного цикла рабочее вещество переходит из парообразного состояния в жидкое' или наоборот. В принципе паровые холодильные машины основаны на переносе теплоты из холодной среды в теплую за счет затраты энергии. В них восприятие теплоты из охлаждаемого помещения происходит в результате кипения рабочего вещества, а отвод теплоты — за счет его конденсации. Для охлаждения окружающей среды с помощью паровой холодильной машины используют систему металлических труб или змеевиков, называемую испарителем. В ис­парителе рабочее вещество в процессе кипения переходит в парообразное состояние при низких температуре и давлении.

Последующей операцией холодильных машин является отсасывание рабочего вещества, находящегося в парообразном состоянии, из испарителя. Оно может реализовываться двумя путями: применением компрессоров и абсорбционных машин с поглотителями. В испытательных камерах находят применение паровые компрессионные холодильные машины, в которых одним из главных элементов является компрессор, служащий для отсасывания паров рабочего вещества из испарителя, сжатия и нагнетания его в систему охлаждения.

Для характеристики холодильных компрессионных машин пользуются понятием холодопроизводительности (удельной массовой и объемной).

Холодопроизводительностъю называют количество теплоты Q₀, которое холодильная машина отнимает за единицу времени от охлаждаемой среды. Она измеряется в ваттах.

Удельной массовой холодопроизводительностъю q ₀ называется количество теплоты в джоулях, отнимаемое от охлаждаемой среды массой рабочего тела в 1 кг при осуществлении холодильного цикла.

Удельная объемная холодопроизводителъность q_v рабочего тела показывает, сколько теплоты отводится от охлаждаемой среды объемом паров рабочего тела в 1 м³, образующихся в процессе кипения.

Энергетическую оценку холодильного цикла можно дать с помощью холодильного коэффициента ε, представляющего собой отношение q₀ к энергии l, затрачиваемой на адиабатическое сжатие 1 кг рабочего тела:

ε=q₀ / l

Охлаждение достигается за счет применения рабочего вещества, называемого холодильным агентом (хладагентом) и удовлетворяющего рассмотренным ниже требованиям.

1. Хладагент должен иметь достаточно низкую температуру кипения (процесс бурного парообразования при нормальном атмосферном давлении), чтобы при работе холодильной машины не было разрежения в испарителе. Температура кипения и конденсации жидкости является функцией давления, причем чем ниже давление, тем ниже температура кипения. В камерах находят применение хладагенты, легко превращающиеся в жидкость при высоком давлении и при температуре окружающей среды. Однако их испарение происходит при низком давлении и при температуре ниже окружающей среды. Испарение всегда сопровождается отводом теплоты. Происходящее при испарении увеличение объема хладагента и кинетической энергии молекул при переходе из жидкого состояния в парообразное приводит к изменению внутренней энергии вещества.

2. Хладагент не должен иметь высокого давления при температуре конденсации, которое требует повышения прочности холодильной машины, что увеличивает ее массу и стоимость.

3. Хладагент должен обладать достаточно большой удельной объемной холодопроизводительностъю, что позволит уменьшить объем цилиндра компрессора, а следовательно, и его размеры.

4. Хладагент должен иметь возможно более высокую критическую температуру, при которой он переходит из парообразного состояния в жидкое, с тем чтобы исключить самопроизвольный переход на любом этапе холодильного процесса. В первую очередь эта температура должна быть выше температуры охлаждающей воды или воздуха в конденсаторах холодильных машин. Чем выше критическая температура хладагента, тем меньше образуется пара.

5. Хладагент должен обладать низкой температурой замерзания, исключа­ющей его замерзание в испарителе при определенных температурах кипения.

6. Хладагент должен иметь малую плотность, что уменьшает гидрав­лическое сопротивление в трубопроводах и клапанах при его движении, а также потери давления.

7. Хладагент должен обладать хорошими теплопередающими свойствами, характеризуемыми коэффициентами теплоотдачи и теплопроводности.

Коэффициент теплоотдачи α зависит от гидродинамической картины, режима течения и теплофизических свойств хладагента. Коэффициент теплопроводности λ главным образом определяется свойствами хладагента. Он является коэффициентом пропорциональности в формуле, определяющей тепловой поток q _тп , распространяющийся вдоль некоторого направления zс изменяющейся температурой:

где dt/dz — градиент температуры; S—площадь поверхности, расположенной перпендикулярно к оси z.

Единица измерения λ— Дж ·м^-1 ·с^-1 ·градус^-1. Знак «—» означает, что направление, в котором возрастает температура, и направление, в котором распространяется теплота, противоположны, т. е. теплота распространяется в направлении убывания температуры.

8. Хладагент должен обладать большой скрытой теплотой парообразования и высокой удельной теплоемкостью паров. Известно, что при переходе жидкости в газообразное состояние (при испарении) тело покидают наиболее быстрые молекулы, вследствие чего средняя энергия оставшихся молекул уменьшается и тело охлаждается. В связи с этим желательно, чтобы хладагент обладал большой скрытой теплотой парообразования, т. е. чтобы на парообразование (испарение) затрачивалось больше теплоты, в результате чего тело сильнее охлаждалось. При этом пары должны обладать высокой удельной теплоем­костью, т. е. для повышения их температуры необходимо затратить большое количество теплоты, что также будет способствовать охлаждению.

Кроме того, к хладагентам предъявляется ряд дополнительных требований: они должны быть безвредными для здоровья человека, не быть горючими, взрывоопасными, обладать химической стойкостью и инертностью к смазочным маслам и металлам. Хладагенты также должны хорошо растворяют воду, поскольку если влага окажется нерастворенной, то при отрицательной температуре она может замерзнуть, образовав в системе ледяные пробки, которые могут нарушить циркуляцию хладагента. Помимо этого в присутствии воды многие хладагенты могут оказывать корродирующее действие на металлы. Поставленным требованиям в наибольшей степени отвечают следующие хладагенты: аммиак NН₃ и фреоны.

Фреоны представляют собой группу фтористых и хлористых производных предельных (насыщенных) углеводородов. Большое разнообразие фреонов и их относительно сложные названия привели к внедрению условной системы обозначения. Каждый хладагент в зависимости от его химической формулы имеет свое числовое обозначение, в котором последняя цифра означает число атомов фтора в молекуле данного хладагента; предпоследняя цифра на единицу больше числа атомов водорода в молекуле; третья цифра от конца на единицу меньше числа атомов углерода в молекуле. Для производных метана третья цифра равна нулю, и поэтому они имеют двузначные числовые обозначения. Перед окончательным числовым обозначением хладагента пишут слово «фреон» или только первую букву, например: фреон-12 (дифтордих-лорметан СF₂С1₂); Ф-12, фреон-22, Ф-22 (дифтормонохлорметан НF₂С1) и т. д.

Нормальные температуры кипения хладагентов приведены в табл. 5.

Рассмотрим структурную схему (рис. 29) и принцип действия паровой компрессионной холодильной машины. Идеальный цикл холодильной машины был впервые введен французским инженером Сади Карно и получил название цикл Карно. Объяснение работы холодильной машины дается на так называемой энтропийной диаграмме с осями S, Т. Энтропией называется функция S состояния термодинамической системы, характеризующая направление протекания процесса теплообмена между системой и внешней средой. Обратимый цикл Карно (рис. 29) имеет вид прямоугольника и состоит из двух изотерм и двух адиабат. Площадь указанного прямоугольника численно равна количеству теплоты Q, получаемому обратимой изотермической системой за цикл:

Q=T(S₂-S₁),

где S₁—энтропия в начале цикла; S₂— энтропия в конце цикла.

Если система отдает теплоту внешним телам, то ее энтропия уменьшается и, наоборот, если система получает теплоту, то ее энтропия увеличивается. В неизолированной системе в процессе цикла Карно энтропия изменяется, причем имеет место как ее возрастание на одних участках, так и убывание на других. Однако суммарное изменение за цикл должно быть равно нулю.

Основными элементами паровых компрессионных холодильных машин являются: компрессор 3, конденсатор 2, регулирующий вентиль 1 и испаритель 4, соединенные между собой трубопроводами.

Таблица 5 - Нормальные температуры кипения хладагентов

Компрессор отсасывает пары хладагента из испарителя, сжимая их по 1 – 4 (рис 30), что обеспечивает повышение давления от Р₀ до Р, и нагнетает их конденсатор. Конденсатор предназначен для охлаждения и сжижения сжатых в компрессоре паров хладагента. При этом от хладагента отвадится вся теплота, которую он воспринял в компрессоре и других элементаххолодильной машины. Теплота отводится окружающим воздухом или водой специально подводимой к конденсатору (в связи с этим различают конденсаторы с воздушным или водяным охлаждением). Таким образом, сжатые в компрессоре пары конденсируются в конденсаторе при постоянном давлении и температуре Т (изотерма 1 - 2). Количество теплоты, отводимой от хладагента в конденсаторе за единицу времени, называется его тепловой нагрузкой.

Рис. 29 - Структурная схема паровой компрессионной холодильной машины:

1—регулирующий вентиль; 2—конденсатор- 3 — компрессор; 4 — испаритель;.5 — теплоизоляционная оболочка; 6—рабочий объем

Рис. 30 - Цикл паровой компрессионной холодильной машины в S- Т-диаграмме

Жидкий хладагент из конденсатора направляется в испаритель через регулирующий вентиль, обеспечивающий дросселирование (регулировку) давления от уровня конденсации (Р) до уровня кипения (Р₀); при этом температура хладагента понижается от Т_qo до Т₀. Указанный процесс идет при постоянной энтальпии и изображается линией 2 — 3, представляющей собой изоэнтальпию. Попав далее в испаритель, хладагент кипит при постоянном давлении Р₀ и температуре Т₀ (изотерма 3 — 4). В процессе кипения хладагента в испарителе поглощается теплота из окружающей среды, которой могут быть воздух в рабочем объеме камеры с непосредственным охлаждением или хладоноситель, находящийся в хладообменнике камеры с косвенным охлаждением (определение хладоносителя приводится ниже).

Работа испарителя характеризуется коэффициентом теплопередачи. Ин­тенсивная теплопередача в испарителях обеспечивается при больших скоростях циркуляции охлаждаемой среды (воздуха или рассола) и движения хладагента, удаления пузырьков пара с поверхности хладагента при его кипении, а также при высокой чистоте поверхности хладагента и т. д.

Испарители для охлаждения воздуха конструктивно выполняются в виде змеевиков, внутри которых кипит жидкий хладагент, поглощая теплоту их окружающей среды. Испарители для охлаждения воздуха бывают с принудительным и со свободным его движением.

Осуществляя отсасывание паров хладагента из испарителя, тем самым понижают их давление, что способствует понижению температуры кипения и конденсации хладагента. Следовательно, при работе холодильной машины для обеспечения получения заданной температуры окружающей среды необходимо в соответствии с требуемой температурой кипения хладагента поддерживать определенное давление над ним.

Для получения более низкой температуры следует повысить давление паров хладагента, но это приведет к повышению температуры при их конденсации. В связи с этим повышают давление отсасывания из испарителя хладагента до значения, при котором температура конденсации превышает температуру воды или воздуха, воспринимающих теплоту.

Количество теплоты q₀, отбираемое единицей массы хладагента от охлаждаемой среды, пропорционально площади а—b—3—4—а (рис. 30), а работа l, затрачиваемая на осуществление этого цикла, пропорциональна площади 3— 4 — 1—2—3. Таким образом, холодильный коэффициент цикла может быть выражен формулой

По способу охлаждения различают камеры с непосредственным и косвенным охлаждением.

Непосредственное охлаждение может осуществляться путем введения твердого или жидкого хладагента в рабочий объем камеры. В качестве твердого хладагента применяют углекислоту, имеющую температуру (сублимации) точки замерзания —78,5° С. Поглощая теплоту из окружающего пространства, твердая углекислота нагревается и превращается в безвредный, не вызывающий коррозии газ. Указанный способ охлаждения целесообразно применять при редких и кратковременных испытаниях. Недостатками данного способа охлаждения являются: непостоянство температуры в камере вследствие плохой теплопередачи путем конвекции, а также зависимость температуры в камере от количества, габаритных размеров и масс загруженных в нее изделий. Установка в камеру вентилятора несколько уменьшает приведенные Недостатки. Достоинствами данного способа охлаждения являются его про­стота, быстрая установка температуры, бесшумность и т. д.

Из жидких хладагентов наиболее широкое применение получил азот, который может вводиться в камеру вручную и автоматически. В камерах с автоматической регулировкой введения жидкого хладагента (азота) в рабочий объем (рис. 31) в зависимости от установленных на задающем устройстве значений пониженной температуры, а также температуры в камере вырабатывается сигнал, подводимый к пусковому устройству 9. Сигнал с пускового устройства поступает на реле 8, включающее нагреватель азотного испарителя 1 и открывающее соленоидный вентиль 5. Жидкий азот проходит к воздухоохладителю 6, расположенному в рабочем объеме камеры. Подача жидкого азота осуществляется за счет увеличения давления в сосуде Дьюара 2, вызванного его нагревом. Давление в сосуде Дьюара контролируется манометром 4. Для ручного дозирования расхода азота служит ручной вентиль 3. Предохранительный клапан 7 предназначен для сброса давления из сосуда Дьюара при аварийном состоянии.

Для обеспечения однородности температуры воздуха в любой точке рабочего объема камеры и максимального приближения к условиям, существующим в непосредственной близости от контрольных термопреобразователей регулирующих устройств, осуществляют непрерывную циркуляцию воздуха с помощью вентилятора.

Рис. 31 - Камера непосредственного охлаждения с автоматической регулировкой введения жидкого хладагента (азота)

Рис. 32 - Сундучковая камера с непосредственным охлаждением за счет расположения испарителя во внутренней металлической стенке с двухступенчатой холодильной машиной:

1 — сундук с теплоизоляцией; 2 —испаритель; 3 — двойное уплотнение крышки; 4 — крышка; 5 — регулятор температуры; 6 — рабочий объем камеры; 7 — вентиль; 8 — маслосборник; 9 — холодильная установка 1-й ступени глубокого охлаждения; 10 — магнитный вентиль; 11 — промежуточный охладитель; 12 — холодильная установка 2-й ступени; 13 — конден­сатор с воздушным охлаждением

Обеспечение рационального распределения потоков воздуха в рабочем объеме может достигаться с помощью регулируемых жалюзей в камере.

К камерам с непосредственным охлаждением относятся и такие, в которых испарители располагаются во внутренних стенках (в рубашке), а также в рабочем объеме. Примером камеры с испарителем, расположенным во внутренней металлической стенке, может служить камера сундучкового типа (рис. 32), позволяющая получить максимальную минусовую температуру (до — 85° С) за относительно короткое время. Реализация указанных условий с помощью одноступенчатой холодильной машины оказывается нецелесооб­разной, так как она должна работать с большой разностью температур конденсации и кипения, а следовательно, с большим отношением давления конденсации Р к давлению кипения Р₀, что экономически невыгодно. При большом отношении Р/Р₀ снижается холодопроизводительность машины и повышаются потребление энергии, температура хладагента и ухудшаются условия эксплуатации компрессора, поэтому когда Р/Р₀≥9, целесообразно применять двух- или многоступенчатое сжатие хладагента. При двух- или многоступенчатом сжатии хладагент сжимается от давления кипения до давления конденсации последовательно по ступеням с промежуточным охлаждением частично сжатых паров. Отношение давления нагнетания к давлению всасывания хладагента в каждой ступени холодильной машины меньше отношения Р/Ро, между которыми осуществляется цикл двух- или многоступенчатой машины.

Рис. 33 - Камера с непосредственным охлаждением или нагревом за счет циркуляции холодного или нагретого воздуха:

1 — рабочий объем; 2 — окно; 3 —дверь; 4 —теплоизоляция; 5 — регулятор темпера­туры; 6 —компрессор; 7—конденсатор; 8 — термометр сопротивления; 9 —нагреватель; 10 —вентилятор; 11 — терморегулирующий вентиль; 12 —магнитный вентиль; 13 — ис­паритель

При двухступенчатом сжатии (рис. 32) пары хладагента из испарителя 2 засасываются в цилиндр холодильной машины 9 1-й ступени, сжимаются в нем по адиабате до промежуточного давления и нагнетаются в промежуточный водяной охладитель 11 и далее направляются во 2-ю ступень, где холодильная машина (компрессор) 12 сжимает их до давления конденсации. После этого пары хладагента, попав в конденсатор 13, конденсируются и в жидком состоянии, пройдя дросселирующий вентиль 7, подводятся к испарителю 2.

Рис. 33 - Соленоидный вентиль:

1 — корпус катушки; 2 — катушка; 3 — направляющая втулка; 4 — якорь; 5—тарелка клапана; 6 —мембрана; 7—главное сопло

В камерах с непосредственным охлаждением или нагревом за счет циркуляции холодного или теплого воздуха (рис. 34) испаритель, нагреватель и вентилятор располагаются так, чтобы при принудительной циркуляции воздух проходил вдоль стен камеры, а затем попадал в пространство за специальной стенкой с отверстиями, где восстанавливал бы свои свойства.

В камерах с косвенным охлаждением испаритель помещают в специальный объем, который называют хладообменником. В нем осуществляется охлаждение промежуточной среды (в общем случае называемой термоносителем, а в частном случае хладоносителем), предназначенной для переноса теплоты от охлаждаемого тела к кипящему в испарителе хладагенту.

В качестве жидких термоносителей в камерах применяют вещества, удовлетворяющие требованиям, аналогичным тем, которые предъявляются к хладагентам: низкая температура замерзания (t₃), малая вязкость, большая теплоемкость и теплопроводность, нетоксичность, взрывобезопасность, ней­тральность к конструкционным материалам и т. д. В качестве термоносителей могут использоваться водные растворы солей (рассолы): хлорида натрия (t₃ <—15º С), хлорида магния (t₃<— 27° С), хлорида кальция (t₃ <— 45° С). В низкотемпературных камерах могут применяться антифризы и фреоны, такие, как водные растворы пропиленгликоля (t₃<- 47° С), этиленгликоля (t₃ <-60°С), фреон-30 (t ₃<-90°С) и фреон-11 (t₃ <-100°С).

Хладообменник представляет собой бак, заполненный жидким хладоносителем, в который помещен испаритель, обеспечивающий охлаждение жидкого хладоносителя. Для термической изоляции бак хладообменника окружен слоем термоизоляции (например, пенопластом). Измерение и регулировка температуры хладоносителя осуществляются с помощью термометров сопротивления и специ­альных термореле. Регулировка температуры и давления хладагента, подводимого к испарителю, осуществляется с помощью терморегулирующего вентиля, а также соленоидных вентилей. Соленоидный вентиль (рис. 33) обеспечивает поддержание постоянства давления в трубопроводах. В зависимости от подаваемой команды (наличия или отсутствия тока в обмотке) соленоидный вентиль оказывается открытым или закрытым. При подаче команды мембрана перемещается вверх, открывается компенсационное отверстие и давление в трубопроводе снижается.

В процессе осуществления холодильного цикла возникает необходимость не только измерить пониженную температуру, но и непрерывно ее регулировать, что требует одновременного регулирования давления хладагента. Для этого в камерах холода применяют манометрические термометры, принцип действия которых основан на зависимости давления термометрического вещества в герметически замкнутом объеме от температуры. Термосистема термометра включает в себя термобаллон, погружаемый в измеряемую среду. Находящееся в нем рабочее вещество принимает температуру этой среды, и в термосистеме устанавливается зависящее от нее давление. Повышение температуры приводит к увеличению давления, а понижение — к соответствующему его уменьшению. Изменение давления рабочего вещества через гибкий капилляр передается манометрической пружине (сильфону) измерительного прибора (манометра).

В системах регулирования испытательных камер наиболее широко применяются конденсационные манометрические термодатчики, обеспечивающие измерения температур в широких пределах, определяемых используемым термометрическим веществом. Термобаллон термометра примерно на 3/4 объема заполняется жидкостью с низкой температурой кипения, а в остальной части находится насыщенный пар этой жидкости.

Количество жидкости должно быть таким, чтобы при максимальной температуре не вся жидкость переходила в пар. Давление в термосистеме определяется давлением насыщенного пара, зависящим от температуры измеряемой среды. Эта зависимость имеет нелинейный вид,но она однозначна, пока температура не превышает критического значения.

Принцип измерения обеспечивает независимость показаний от температуры окружающей среды. Погрешности в измерениях могут определяться гидростатическим давлением, обусловленным разностью высот расположения те­мобаллона и измерительного прибора, а также барометрическим давлением. В качестве рабочей жидкости используют фреон-22, хлористый метил и др. Конденсационные термометры могут применяться для измерений сверхнизких температур. Так, при использовании в качестве рабочей жидкости гелия возможно измерение температур от 0,8 К.

Рис. 35 - Терморегулирующий вентиль:

1 — седло клапана; 2 —штуцер всасывания хладагента; 3 — нажимной штифт; 4 —датчик температуры; 5 — капиллярная проводка; 6 —сильфон; 7—сетка фильтра; 8 — штуцер нагнетания; 9- конус клапана; 10 — нажимная пружина; 11 —регулирующий штифт; 12 —сальник; 13 — гайка сальника; 14 —глухая гайка

Рис. 36 - Термореле:

1—регулятор заданного значения; 2 —пружина; 3 —штифт; 4 —ограничитель разностного значения; 5 —сильфон; 6 — ка­пиллярная проводка; 7—датчик температуры (термобаллон); 8 — рычаг управления; 9 —переклю­чающий контакт

Для регулировки температуры и давления хладагента в хладообменнике применяется терморегулирующий вентиль (рис. 35), обеспечивающий регулирование нагнетания хладагента в испаритель и зависимости от температуры и давления паров в нем.

При увеличении температуры возрастает давление термометрического вещества в сильфоне 6, и нажимной штифт 3 заставляет переместиться конус клапана 9, в результате чего открывается регулирующий вентиль и в испаритель поступает жидкий хладагент. Одновременно снаружи на сильфон действует давление хладагента, находящегося в месте измерения температуры, и таким образом исключается перегрев камеры. Регулировка заданной температуры перегрева осуществляется с помощью регулировочного штифта 11.

Другим прибором, предназначенным для включения или выключения компрессора с целью обеспечить получение определенной температуры хла­дагента в хладообменнике (а следовательно, и термоносителя), является реле температуры (термореле), действующее по принципу манометрического тер­мометра (рис. 36). Увеличение температуры приводит к увеличению давления в термобаллоне, которое по капиллярной проводке 6передается на сильфон 5. Деформация сильфона оказывает воздействие на переключающий контакт 9 двухпозиционного регулятора компрессора. При понижении температуры имеет место обратное переключение. Установка заданных предельных значений температур осуществляется элементами 1 и 4.

В систему регулирования и защиты работы компрессора входит также реле давления.

Поиск по сайту: