3.4.Манометричні термометри (мт)

Принцип дії манометричних термометрів грунтується на механічному переміщенні пругкого чутливого елемента в замкненній герметичній системі від зміни тиску її наповнювача (або газу, або зміни об’єму рідини, або зміни тиску насиченої пари в залежності від вимірюваної температури). Манометричний термометр МТ (рис.8) складається із: термобалона 1, який

розміщується в об’єкті вимірювання; капілярної трубки 3 довжиною до 60 м і

внутрішнім діаметром 0,1÷0,5 мм з захисним метало рукавом 2 та манометричного приладу, який складається із чутливого елементу в вигляді

трубчатої пружини 4 овального перерізу (одно або багато виткової, остання

може бути спіралевидної чи гелікоїдальної форми, а замість трубчатої пружини може використовуватись і сильфон); передавального механізму, який в свою чергу складається з 6, зубчатого сектору та шестерні (на рис. 8 не показані), на якій закріплена стрілка 5 та шкали. Під впливом температури тиск термометричної речовини в термобалоні 1 збільшується і передається по капіляру 3 монометричній

Рис.8 пружині 4, яка під дією тиску розкручується і її вільний кінець через повідок 6 і кінематичну схему переміщує стрілку 5 по шкалі чи перо самописця.

Термобалон 1 виготовляють із корозієстійкої сталі або латуні довжиною 60÷500 мм і діаметром 5÷30 мм, а капіляр 3 - із стальної чи мідної трубки внутрішнім діаметром в межах 0,15÷0,5 мм. Довжина капіляру штатна: 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40 і 60 м і від неї залежить основна похибка вимірювання. Чим менше довжина капіляра і менший діапазон вимірювання, тим менше основна похибка. Для зменшення додаткової похибкиМТ із-за зміни температури довкілля, співвідношення об’єму термобалону та неробочого об’єму манометричної системи роблять великим. Залежно від термометричної речовини термометри бувають газові, рідинні та парорідинні для різних меж вимірювання. В табл. приведені межі вимірювання температури МТ для різних наповнювачів.

Термометри	Термометрична речовина	Межі температур, С
газові	азот, гелій, водень	-260...+600
рідинні	ртуть ксилол, метиловий спирт силіконова рідина	-40...+600 -40...+180 -150...+300
конденсаційні	хлорметил ацетон бензол	-20...+150 -60...+200 -100...+250

Принцип дії газових манометричних термометрів грунтується на тепловому розширенні газів і для них залежність тиску в термосистемі від температури підпорядкована закону Шарля:

P_t = P₀1 + (t – t₀) , (3)

де P₀ – початковий тиск в термосистемі МПа при температурі заповнення t₀;  = 1/273,151/К - температурний коефіцієнт розширення газу. Р₀ вибирають в межах 1...5 МПа, щоб зменшити вплив атмосферного тиску на манометричну систему.

Газові термометри використовуються також для вимірювання дуже низьких

температур, які відповідають температурам конденсації газу наповнювача.

Наприклад, при заповненні термосистеми азотом, нижня межа вимірювання

температури складає (-195С), а гелієм - (-269С).

Надлишковий об’єм V рідини, який виштовхується із термобалону

рідинних термометрів із зміною його температури:

V = ( - 3)ּ(t – t₀) ּV₀, (4)

де  і  - коефіцієнти об’ємного розширення відповідно термометричної рідини та термобалону, 1/С; t₀ – температура при якій виконано заповнення термосистеми (20С) об’ємом V₀, м³.

Рідинні термочутливі системи розвивають значні зусилля і їхня робота практично не залежить від атмосферного тиску, що дозволяє використовувати їх також в термореле з потужними контактами на розмикання.

Випускаються газові та рідинні термометри типу ТГС та ТЖС –

показувальні і самописні. Із наведених формул (3) та (4) видно, що шкали газових і рідинних термометрів лінійні.

Принцип дії конденсаційних (або парорідинних) манометричних термометрів грунтується на залежності тиску насиченої пари від температури. Клас точності таких приладів – 1,0÷1,5. Конденсація – це перехід речовини із газоподібного стану в рідкий або твердий стан. При постійній заданій температурі конденсація протікає доти, поки не установлюється зрівноважений тиск насичення, який залежить тільки від температури.

В манометричних термометрах використовується характеристичний стан тиску пари, який властивий кожній рідині і який залежить лише від температури, а не від об’єму. Тиск у термосистемі таких термометрів дорівнює тискові насиченої пари робочої рідини за визначеної температури. Така залежність є однозначною, але нелінійною із зростаючою чутливістю і тому шкала конденсаційних манометричних термометрів має значну нелінійність. Особливість їхньої роботи в тому, що в робочому діапазоні температур в манометричній системі наповнювач знаходиться завжди в двох фазах: рідкій та пароподібній. Тиск в такій системі визначається температурою границі розподілу рідина – пара і вони розрізняються з парорідинним та паровим наповненням.

Парорідинне наповнення – кількість рідини в системі складає 5060 

об’єму, причому об’єм термобалону повинен складати не менше 50 всього

об’єму. Це дає те, що границя розподілу, рідина – пара завжди знаходиться в

термобалоні, не залежно від температур окремих частин приладу і положення термобалону. Переваги такого заповнення: 1) незалежність показань приладу від температури навколишнього середовища, так як температурний приріст об’єму рідини, що заповнює капіляр та манометричну пружину (рис.8), виштовхується до термобалону, не змінючи робочого тиску в термосистемі , оскільки цей приріст мізерний порівняно з об’ємом вільного простору термобалону; 2) швидка реакція на зміну температури. Недолік – необмежене зростання тиску в системі з ростом температури.

Парове наповнення – відрізняється тим, що пара вводиться в термосистему при температурі дещо більшій, чим максимальна робоча температура в об’єкті. Так, наприклад, фреонові терморегулюючі вентилі в холодильній техніці працюють до температури +10С, а їхнє заповнення фреоном-13 проводять при

тиску насичення, що відповідає температурі 20÷30С. При зниженні темпера-

тури в холодильній камері в термобалоні конденсується невелика кількість термометричної рідини і манометрична система працює з парорідинним напов- ненням. При зростанні температури вище температури заповнення, наприклад, при розморожуванні холодильної камери, значне зростання тиску в термосистемі обмежується, так як він визначається вже не тиском насиченої пари, а тиском, що притаманний газовим манометричним термометрам. При цьому знижуються вимоги до термосистеми по запасу міцності.