3.4 Манометрические термометры.
Действие манометрических термометров основано на свойстве изменения давления вещества в замкнутом объёме под действием температуры. Замкнутая измерительная система манометрического термометра (рис. 3.1) состоит из чувствительного элемента, воспринимающего температуру измеряемой среды – металлического термобаллона 1, рабочего манометра 2 для измерения давления в системе, длинного соединительного металлического капилляра 3. При изменении температуры измеряемой среды давление в системе изменяется, в результате чего изменяющееся давление заставляет перемещаться стрелку по шкале манометра, отградуированного в градусах Цельсия.
Манометрические термометры подразделяются на 3 основные разновидности:
-
Жидкостные, в которых вся измерительная система (термобаллон, манометр и соединительный капилляр) заполнены жидкостью;
-
Конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично – её насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр – насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной передаточной жидкостью;
-
Газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом.
Для замкнутой системы
(p1 V1 )/T1 =(p2 V2 )/T2
Так как
V1 =V2 =V=const
Получим
(p1 V )/T1 =(p2 V )/T2
Откуда
T2 = T1(p2/ p1)
Или
T2 = (T1/ p1) p2
Система заправляется жидкостью или газом при температуре T1 до давления p1 тогда T1/ p1=α=const
Давление в системе пропорционально температуре термобаллона Т2 и это давление р2 измеряют с помощью манометра.
Объем термобаллона должен составлять не мене 90% объема системы.
Манометрические термометры газонаполненные (ТПГ) в качестве рабочей среды используют жидкий азот, а наполненные жидкостью (ТПЖ) – ксилол.
Достоинства: шкала прибора практически равномерна.
Недостатки: сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона.
3.7 Электрические термометры.
Принцип действия этого типа термометров основан на зависимости термо-ЭДС (ТЭДС) цепи от изменения температуры.
Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл Б в большем количестве, чем обратно. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл Б отрицательно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б возникает разность потенциалов. Таким образом, термо ЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. ЕАВ(t,t0).
ТЭДС EAB(t t0) является функцией от температуры горячего спая t при условии постоянства температуры холодного спая t0.
Термопары градуируются при определенной постоянной температуре t0 (обычно t0 = 0 C или 20 C). При измерениях температура t0 может отличаться от градуировочного значения. В этом случае вводится соответствующая поправка в результат измерения:
EAB(t t0) = EAB(t t0’) + EAB(t0’t0).
Поправка EAB(t0’t0) равна ТЭДС, которую развивает данная термопара при температуре горячего спая t0’ и градуировочном значении температуры холодных спаев. Поправка берется положительной, если t0’ > t0 и отрицательной, если t0’ < t0.
Для исключения влияния отклонений температуры свободного спая термопары на показания вторичного прибора (милливольтметра) в замкнутый контур вводится неуравновешенный (компенсационный) мост. СРС
Величина поправки может быть взята из градуировочной таблицы.
Градуировки термопар: ХА - хромель-алюмелевые; ХК - хромель-копелевые; ПП - платинородий-платиновые и т.д.
Требования к термопарам:
1) воспроизводимость,
2) высокая чувствительность,
3) надежность,
4) стабильность,
5) достаточный температурный диапазон.
Методы и средства для измерения ТЭДС:
1) Метод непосредственной оценки ( с помощью милливольтметра); СРС
2) Компенсационный метод (с помощью потенциометров). СРС
Термоэлектрический термометр представляет собой 2 термоэлектрода 3 (тонкие проволоки диаметром 0,5 или 1,2 мм) из разных сплавов, одни концы 1 которых сварены между собой, а к другим свободным концам 4 подводятся соединительные провода. Для защиты от механических повреждений и воздействия окружающей среды термоэлектроды, армированные изоляцией, помещают в защитный корпус. Термометр погружают в измеряемую среду на глубину L. Контакт 1 называют рабочим (горячим) спаем термоэлектрического термометра (он в среде), а контакты 4 – свободным (холодным) спаем (он находится в помещении цеха, лаборатории).