Манометрические термометры

Общие сведения и устройство термометров. Действие мано­метрических термометров основано на использовании зависимости между температурой и давлением рабочего (термометрического) вещества в замкнутой герметичной термосистеме. Манометрические термометры являются техническими приборами и в зависимости от рабочего вещества термосистемы они подразделяются на газо­вые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). В зави­симости от рабочего вещества термосистемы их применяют для изме­рения температуры жидких и газообразных сред от - 150 до 600°С. Термометры со специальным заполнителем предназначены для измерения температуры от 100 до 1000°С.

Манометрические термометры изготовляют показывающие и самопишущие. Самопишущие термометры выпускаются с дисковой ленточной диаграммной бумагой. Привод диаграммной бумаги осуществляется синхронным двигателем, а в некоторых модифика­циях термометров часовым механизмом. Манометрические термо­метры выпускаются с односторонней, двусторонней и безнулевой шкалой.

Термометры манометрические изготовляются с дополнительным устройством для сигнализации (или регулирования) температуры. Некоторые типы термо­метров снабжаются передающим пре­образователем с выходным унифици­рованным сигналом постоянного тока 0—5 мА или пневматическим передаю­щим преобразователем с выходным унифицированным пневматическим сиг­налом 0, 2—1 кгс/см2 (0, 02—0, 1 МПа).

Показывающие и самопишу­щие манометрические термомет­ры могут быть использованы для измерения температур во взрыво­опасных помещениях. В этом случае привод диаграммной бу­маги осуществляется часовым механизмом. Если в этих усло­виях необходимо иметь термо­метр с дистанционной передачей показаний на вторичный при­бор, то она должна быть пневма­тической.

Схема устройства показываю­щего манометрического термо­метра представлена на рис. 3.1. Термосистема термометра (рис. 3.1, а) состоит из термобал­лона 1, погружаемого в среду, температура которой измеряет­ся, капилляра 2 и манометриче­ской пружины 3. Один конец пружины впаян в держатель 4, канал которого соединяет внут­реннюю полость манометриче­ской пружины через капилляр с термобаллоном. Второй свобод­ный конец пружины герметизирован и шарнирно с помощью по­водка 5 связан с сектором 6. Этот сектор в свою очередь соеди­нен зубчатым зацеплением с трубкой 7, на оси которой насажена указательная стрелка 8. Для выбора зазора в передаточном ме­ханизме установлен спиральный волосок 9, конец внутреннего витка которого закреплен на оси трубки.

Рис. 3.1 Схема устройства показы­вающего манометрического термометра.

Термосистема термометра заполнена рабочим веществом, на­пример газом (или жидкостью), под некоторым начальным давле­нием. При нагревании термобаллона увеличивается давление газа в замкнутой герметизированной термосистеме, в результате чего пружина деформируется (раскручивается) и ее свободный конец перемещается. Движение свободного конца пружины передаточным механизмом (поводком, сектором и трибкой) преобразуется в пере­мещение указателя относительно шкалы прибора. По положению указателя на шкале термометра производят отсчет температуры.

Следует отметить, что в отличие от газовых и жидкостных термометров у конденсационных (парожидкостных) термометров термобаллон (рис. 3.1, б) частично заполнен конденсатом (при­мерно на 0, 7—0, 75 объема), а в верхней части термобаллона над конденсатом находится насыщенный пар этой жидкости. Кроме того, капилляр у этих термометров вставлен на некоторую глубину внутрь термобаллона. Манометрическая пружина и капилляр тер­мометра заполнены тем же конденсатом, что и термобаллон. Давле­ние в термосистеме конденсационного термометра равно давлению насыщенного пара в термобаллоне. При этом зависимость между давлением насыщенного пара и температурой является вполне определенной, однозначной и известной для конденсата, которым заполнена термосистема термометра. При нагревании термобаллона термометра часть конденсата в его паровом объеме с зеркала испа­ряется; изменяя давление насыщения до значения, соответствую­щего температуре конденсата в термобаллоне. Это в свою очередь вызывает повышение давления в термосистеме термометра, под действием которого пружина раскручивается и ее свободный конец с помощью передаточного механизма перемещает стрелку.

В выпускаемых показываю­щих манометрических термометрах иногда используется манометрическая пружина с иным профилем сечения (рис. 3.1, в). Отличительной особенностью этого профиля по сравнению с ранее применяемыми овальными, плоскоовальными и др. (рис. 3.1, г) является нали­чие среднего пережатого участка, на котором зазор между стен­ками отсутствует. По боковой кромке сечения расположены два канала каплевидной формы, которые повышают механическую прочность пружины.

Следует отметить, что внутренний объем пружин со средним пережатым участком и колебания размера его минимальны, что уменьшает температурную погрешность термометра и обеспечивает стабильность ее значений. Изменяя большую ось сечения этой пру­жины получают оптимальное соотношение между начальным внутрен­ним объемом ее и приращением этого объема при раскручивании пружины на рабочий угол.

Дальнейшее снижение температурной погрешности газовых и жидкостных термометров, обусловленной отклонением темпера­туры пружины от нормальной достигается введением тер­мобиметаллического компенсатора 10 в поводок передаточного механизма (рис. 3.1, а). Капилляр термометров изготовляют из латуни или стали наружным диаметром 2, 5 и внутренним 0, 35 мм. Длина капилляра термометра бывает различной, но она находится обычно в пределах следующего ряда: 1; 1, 6; 2, 5; 4; 6; 10; 16; 25; 40 и 60 м. Капилляр, идущий от корпуса прибора к термобаллону, помещают в защитную металлическую оболочку, предохраняю­щую его от повреждений. Для изготовления термобаллона и его хвостовика в настоящее время применяют сталь марки 1Х18Н9Т. Применение этой стали дало возможность изготовлять термобаллоны термометров на условное давление до 64 кгс/см² (6, 4 МПа) без защитной гильзы и лишь на условное давление среды, температура которой измеряется, от 64 до 250 кгс/см² (6, 4—25 МПа) — с защитной гильзой.

Выпускаются электрокон­тактные показывающие манометрические термометры, выполняемые по схеме рис. 3.1, а и используемые для сигнализации о достижении предельных зна­чений температур.

При применении манометрических конденсационных и жидкост­ных термометров необходимо иметь в виду, что изменение высоты положения термобаллона относительно манометрической пружины может вызвать изменение показаний термометра.