Манометрические термометры

МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления термометрического вещества, помещенного в некий замкнутый объем, от температуры.

В соответствие с агрегатным состоянием термометрического вещества различают газовые, жидкостные и конденсационные (паровые) термометры. Конструктивные схемы перечисленных термометров представлены на рис.1

Рис.1. а- жидкостный, б- паровой, д- газовый.

1. Жидкостные термометры.

В жидкостных манометрических термометрах металлический баллон соединен капиллярной металлической трубкой с упругим чувствительным элементом (трубкой Бурдона). Вся система заполнена жидкостью..При вариациях температуры, объем, занимаемый жидкостью, изменяется соответственно разности теплового расширения жидкости и баллона. Это воспринимает чувствительный к изменению объема упругий элемент. Таким образом форма чувствительного элемента изменяется, что и является выходным сигналом. В манометрических термометрах отсутствует погрешность, связанная с гистерезисом, так как в отличие от манометров они являются замкнутыми, заполненными жидкостью системами.

Изменение внутреннего давления жидкости обусловленное повышением температуры жидкости на величину Dt определяется выражением:

,

где DR – изменение давления жидкости; g – объемный коэффициент расширения жидкости; a – линейный коэффициент расширения материала баллона; V_F – объем баллона; С – постоянная, определяемая конструкцией термометра; c – сжимаемость.

Деформация упругого элемента преобразуется в перемещение указателя (угловое или линейное) с помощью передаточного механизма. Манометрические термометры имеют практически линейную шкалу. В качестве чувствительного элемента применяют трубчатые пружины Бурдона, сильфоны. При одной и той же манометрической пружине объем должен изменяться обратно пропорционально диапазону температур. Чтобы уменьшить погрешность, вызываемую изменениями температуры пружины и капиллярного трубопровода, их объем должен быть мал по сравнению с объемом термобаллона.

Предел допустимой погрешности жидкостных манометрических термометров составляет 0,5°С в диапазоне температур от -20 до +30°С и 4°С в диапазоне температур 0 - 400°С.

Термометрические жидкости. Жидкостные термометры, заполненные ртутью, применяют для измерения температур от -35 до 600°С. Термометры, заполненные ртутноталлиевым сплавом, можно применять до температуры -55°С. Термометры с органическими жидкостями, такими как толуол, ксилол, применяют для измерения температур от - 30°С до 350°С. Вследствие высокого коэффициента расширения этих жидкостей объем термобаллона, достаточный для наблюдаемого (с позиций измерения) изменения объема, может быть существенно уменьшен. Общее требование к рабочим жидкостям – они должны быть хорошо очищенными.

2. Конденсационные манометрические термометры.

Конденсационные манометрические термометры отличаются от жидкостных тем, что их баллон только частично заполнен жидкостью, находящейся под давлением собственных паров, т.е. жидкость и ее пар находятся в состоянии насыщения.

Известно, что давление в такой двухфазной системе не зависит от количества вещества и определяется только температурой. Зависимость давления от температуры нелинейная, может быть описана экспонентой (для большинства веществ эта зависимость определена с высокой точностью). В качестве чувствительного элемента в паровых термометрах может быть использован любой датчик давления. Необходимым условием нормальной эксплуатации термометра является наличие в термобаллоне двухфазной среды (жидкость + пар) во всем диапазоне рабочих температур. Конструкция паровых термометров показана на рис.

Требования к термометрическим жидкостям. Термометрические жидкости, в зависимости от предполагаемого диапазона измерения, подбирают таким образом, чтобы начало диапазона измерения лежало выше температуры тройной точки. Сверху диапазон измерения ограничен критической температурой. Очевидно, что термометрические жидкости не должны содержать примесей (в первую очередь это относиться к растворенным газам) и должны быть стабильны.

3. Газовые манометрические термометры.

Газовые манометрические термометры представлены в основном газовыми термометрами постоянного объема, у которых изменение давления передается чувствительному элементу (пружине). Развиваемое ими усилие значительно меньше, чем у жидкостных или паровых термометров, так как давление газа изменяется с температурой незначительно. Они имеют практически линейную шкалу.

Незначительное отклонение от линейности можно отнести за счет неидеальности газа, изменения объема термобаллона и упругой деформации манометрической пружины. Если объем пружины и капилляра мал по сравнению с объемом термобаллона, то влиянием колебаний температуры окружающей среды на показания можно пренебречь. Поэтому объем термобаллона должен быть возможно больше, по меньшей мере раз в 40 больше объема капилляра и манометрической пружины.

Газовые термометры заполняются обычно азотом или гелием под давлением 0,5 – 1,5 МПа. Такими термометрами измеряют температуру от -125°С до 550°С. Возможно измерение и более низких температур (критическая точка для азота равна -147°С, для гелия -268°С). Благодаря малой теплоемкости газа, инерционность газовых термометров меньше, чем у жидкостных и конденсационных манометрических термометров с одинаковым размером термобаллона.

Технические данные манометрических термометров

Обозна-чение	Тип	Интер-вал приме-нения, °С	Класс	Диаметр термобал-лона, мм	Длина термо-баллона, мм	Глубина погружения термо-баллона, мм	Длина капи-ляра, м
ТГП-100М1 ТКП-100М1 ТЖП-100	Газовый Конден-сацион-ный Жид-костный	-50 – +600 -25 – +300 -50 – +300	1 или 1,5 1 или 1,5 1 или 1,5	20 или 30		160 – 500 125 – 400 80 – 400	1,6 – 60 1,6 – 25 1,6 – 10

Дата добавления: 2015-09-29