Манометрические термометры

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления термометрического вещества в герметически замкнутом объеме от температуры. Термосистема маномет­рического термометра рисунок 1.87 состоит из термобаллона 1, капилляра 2 и манометрической пружины, один ко­нец которой соединен с капилляром, а другой, запаянный конец пружины соединен со стрелкой измерительного прибора 3.

Рисунок 1.87 - Манометрический термометр

Манометрические термометры в за­висимости от вида рабочего (термомет­рического) вещества, заполняющего термосистему, подразделяются на га­зовые, жидкостные и конденсацион­ные. Манометрические термометры изготавливаются для измерения тем­ператур от минус 200 до плюс 600°С, конкрет­ные диапазоны измерения определяют­ся заполнителем термосистемы. Тер­мометры со специальным заполните­лем применяются для измерения температур от 100 до 1000°С (ГОСТ 8624-80).

Термобаллон термометра погружа­ется в измеряемую среду, и рабочее вещество, находящееся в термобалло­не, принимает температуру измеряе­мой среды. При этом в термосистеме устанавливается давление, определяе­мое температурой измеряемой среды. При повышении температуры давление повышается, при уменьшении темпе­ратуры понижается. Изменение давле­ния рабочего вещества через гибкий капилляр передается на измерительный прибор, являющийся частью ма­нометрического термометра. Измери­тельный прибор является пружинным манометром, рассчитанным на те диа­пазоны измерения давления, которые имеют место в термосистемах мано­метрических термометров.

Газовые манометрические термометры.

Газовые манометрические термомет­ры предназначены для измерения тем­пературы от минус 200 до плюс 600 °С. В ка­честве рабочего вещества в газовых термометрах применяется азот. Зави­симость давления газа от температу­ры при постоянном объеме описывает­ся линейным уравнением

p_t=p₀(1+β t),

где p_t и р_о — давление газа при тем­пературах 0 и °С;

β - температурный коэффициент расширения газа, β =1/273, или 0, 00366 К^-1.

Изменение температуры окружаю­щего воздуха будет влиять на расширение рабочего вещества в капилляре и манометрической пружине, что бу­дет вызывать изменение давления в термосистеме и соответствующее изме­нение показаний термометра. Для уменьшения этого влияния стремятся уменьшить отношение внутреннего объема пружины и капилляра к объе­му термобаллона. Для этого увеличи­вают длину термобаллона или его диаметр. Длина термобаллона газово­го манометрического термометра не должна превышать 400 мм, а диаметр термобаллона выбирается из ряда 5, 8, 10, 12, 16, 20, 25 и 30 мм (ГОСТ 8624-80). Длина капилляра может сос­тавлять от 0, 6 до 60 м. Для уменьше­ния температурной погрешности в не­которых измерительных приборах внутри устанавливают термокомпенса­торы. Специально изготовленные газо­вые манометрические термометры мо­гут применяться и для измерения тем­ператур более низких, чем 0°С. На­пример, водородный газовый термометр может применяться до минус 250 °С, а ге­лиевый — до минус 267 °С.

Жидкостные манометрические термометры.

Жидкостные манометрические тер­мометры предназначены для измере­ния температуры от минус 150 до плюс 300°С. В качестве рабочего вещества, запол­няющего термосистему, применяют ртуть, пропиловый спирт, метаксилол и другие жидкости. Рабочее вещество жидкостных манометрических термо­метров практически несжимаемо. По­этому изменение объема рабочей жид­кости в термобаллоне при изменении температуры на величину, соответст­вующую диапазону измерения, вызовет такое увеличение давления в тер­мосистеме, при котором манометри­ческая пружина изменит свой внутрен­ний объем на величину изменения объ­ема жидкости. Давление, при котором это будет иметь место, зависит от жесткости пружины и для различных манометрических пружин может быть различным.

В жидкостных манометрических тер­мометрах погрешность, вызванная из­менением барометрического давления, как правило, отсутствует, так как дав­ление в системе значительно. Погрешность, вызываемая изменением темпе­ратуры окружающей среды, имеет мес­то и в жидкостных манометрических термометрах. Для ее уменьшения при­меняют те же способы, что и в газо­вых манометрических термометрах: уменьшают относительный объем жид­кости, находящейся при температуре окружающей среды, уменьшая внут­ренний объем термокапилляра и пру­жины, или внутрь измерительного прибора встраивают специальные тер­мокомпенсаторы погрешности.

В жидкостных манометрических термометрах может иметь место гид­ростатическая погрешность, возникаю­щая при различных уровнях располо­жения термобаллона и измерительного прибора. Для снижения возможных гидростатических погрешностей длину капилляра уменьшают до 10 м. До­пускаемые расстояния по высоте меж­ду термобаллоном и измерительным прибором указываются в инструкциях к приборам.

Конденсационные манометрические термометры.

Конденсационные манометрические термометрыпредназначены для изме­рения температур от минус 50 до плюс 300°С. Термобаллон термометра примерно на 3/4 заполнен низкокипящей жидкостью, а остальная часть заполнена насы­щенным паром этой жидкости. Коли­чество жидкости в термобаллоне дол­жно быть таким, чтобы при макси­мальной температуре не вся жидкость переходила в пар. В качестве рабочей жидкости применяются фреон-22, про­пилен, хлористый метил, ацетон и этилбензол. Капилляр и манометри­ческая пружина заполняются, как пра­вило, другой жидкостью. Давление в термосистеме конденсационного ма­нометрического термометра будет рав­но давлению насыщенного пара рабо­чей жидкости, определяемому в свою очередь температурой, при которой находится рабочая жидкость, т. е. тем­пературой измеряемой среды с поме­щенным в нее термобаллоном. Эта зависимость давления насыщения пара от температуры имеет нелинейный вид, она однозначная, когда измеряемая температура не превышает критичес­кую.

Специально изготовленные конден­сационные манометрические термо­метры применяются для измерения сверхнизких температур. Конденсаци­онные термометры, заполненные гелием, используются для измерения температур от 0, 8 К.

Манометрические термометры отли­чаются простотой устройства, возмож­ностью дистанционной передачи показаний и автоматической записи. Одним из важных преимуществ является воз­можность их использования в пожаро- и взрывоопасных помещениях. К недо­статкам относится трудность ремонта при разгерметизации системы, ограниченное расстояние дистанционной передачи показаний и во многих слу­чаях большие размеры термобаллона. Газовые и жидкостные манометричес­кие термометры имеют класс точности 1; 1, 5 и 2, 5, конденсационные — 1, 5; 2, 5 и 4.