§ 2. Термометры манометрические

Принцип действия манометрических термометров основан ни изменении давления вещества (газа, жидкости или пара), заключен­ного в замкнутом объеме при изменении его температуры.

Манометрический термометр представляет собой замкнутую си­стему, состоящую из термобаллона, капилляра, манометра, запол­ненных термометрическим веществом. По роду заполнителя среди манометрических термометров выделяют газовые и жидкостные. Особую группу манометрических термометров составляют приборы, действие которых основано на использовании зависимости давления насыщенных паров жидкости от температуры. Эти термометры назы­вают конденсационными. В качества заполнителей в них применяют жидкости, кипящие при низких температурах (ацетон, бензол, фреон и т. д.). Такие термометры имеют неравномерную шкалу, так как давление насыщенных паров не пропорционально изменению тем­пературы.

Общий вид прибора показан на рис. 6.1. Термобаллон 1 пред­ставляет собой стальной или латунный продолговатый цилиндриче­ский толстостенный сосуд, практически не

деформирующийся при давлении, возни­кающем в нем от нагревании термометри­ческого вещества. Длина капилляра 2, изготовленного из бесшовной стальной или медной трубки внутренним диаметром 0,1— 0,5 мм, может изменяться от нескольких сантиметров до десятков метров в зависи­мости от требуемого расстояния от места измерения до вторичного прибора. Вторич­ным прибором служит манометр с трубча­той одновитковой или многовитковой пру­жиной 6. Перемещение свободного конца пружины с помощью передаточного меха­низма 5 преобразуется в перемещение пе­ра 4 на диаграмме 3.

Г

азовые манометрические термометры заполняют газом, химиче­ски инертным, с малой теплоемкостью, легко получаемым в чистом виде. Таким газом выбирают азот. Термометры, заполненные им, применяют для измерения температур от 0 до +600 °С. Начальное давление в таких термометрах устанавливают в зависимости от пре­делов измерения 0,98—4,7 МПа. Чем выше предел измерения, тем выше начальное давление, и наоборот.

Капилляр и манометрическая пружина окружены средой, темпе­ратура которой отлична от измеряемой, где находится чувствитель­ный элемент—термобаллон. Температура окружающей среды, если она не равна +20 °С, воздействуя на капилляр и манометрическую пружину вторичного прибора, может внести погрешность в показа­ния термометра. В ряде случаев для компенсации погрешностей от колебаний температуры окружающей среды применяют компенсаци­онное устройство, представляющее собой биметаллическую пружину, связанную с указателем прибора и действующую в направлении, противоположном действию манометрической пружины.

Газовый манометрический термометр с пневмопреобразователем (тип ТПГ-189П), предназначенный для дистанционной передачи по­казаний, показан на рис. 6.2. При изменении измеряемой температуры манометрическая пружина 1 с помощью тяги и шестеренки 3 повора­чивает на соответствующий угол указатель 2. Одновременно тяга 4 перемещает заслонку 5 относительно сопла 7. Сжатый воздух про­ходит через дроссель постоянного сечения и поступает к соплу по трубке 6, которая проходит внутри манометрической пружины 11.

С повышением измеряемой температуры заслонка 5 приближа­ется к соплу 7. При этом давление воздуха в камерах Г и В возрастает. Мембраны, ограничивающие камеру В снизу, а камеру Г сверху, прогнутся, вследствие чего клапан 8 закроется, а клапан 10 откроется. Давление в камере Б и на выходе усилителя, а также в трубке 9 обратной связи увеличится. При этом манометрическая пружина 11 под воздействием давления обратной связи будет рас­кручиваться и отводить сопло 7 от за­слонки 5.

При уменьшении измеряемой темпе­ратуры заслонка отойдет от сопла, дав­ление в камерах Г и В уменьшится, кла­пан 8 откроется, а клапан 10 прикроет­ся. Давление на выходе усилителя и в канале обратной связи уменьшится. Пружина 11 будет скручиваться, и соп­ло 7 приблизится к заслонке 5.

Диапазон изменения давления возду­ха на выходе преобразователя составля­ет 20—100 кПа, давление питающего воздуха 140 кПа.

Недостатками газовых манометриче­ских термометров являются сравнитель­но большая тепловая инерция, обуслов­ленная низким коэффициентом теплооб­мена между стенками термобаллона и наполняющим его газом и незначительной теплопроводностью газа, а также большие размеры термобаллона, что затрудняет установку его на трубопроводах малого диаметра. Кроме того, в процессе эксплуатации газовых термометров возможны случаи нарушения герметичности и утечки газа, что не всегда можно заметить. Послед­нее обстоятельство приводит к необходимости частой поверки этих приборов.

М

анометрические жидкостные термометры заполняют жидкостью под некоторыми начальным давлением. Жидкости, применяемые для термометров, должны обладать возможно большим термическим коэффициентом объемного расширения, высокой теплопроводностью и должны быть химически инертными к материалу термометра. В качестве таких жидкостей выбирают ртуть (диапазон измерений .от —30 до + 600 °С) и ксилол (диапазон измерений от —40 до + 200°С). Во избежание закипания жидкости в термометре созда­ется начальное давление порядка 1,47—1,96 МПа.

Конденсационные манометрические термометры. Термобаллон этих приборов заполнен на 2/3 объема низкокипящей жидкостью. В замкнутой системе термометра всегда существует ди­намическое равновесие одновременно протекающих процессов испа­рения и конденсации. С повышением температуры усиливается испа­рение жидкости и увеличивается упругость пара, а в связи с этим усиливается также процесс конденсации. В результате этого насы­щенный пар достигает некоторого определенного давления, строго отвечающего температуре. Давление пара, изменяясь с температу­рой, передается через среду, заполняющую капилляр, манометриче­ской трубке. К достоинствам конденсационных термометров следует отнести то, что изменение температуры манометрической трубки и капилляра не влияет на давление в системе. Это позволяет распола­гать вторичный прибор от термоприемника на расстояниях, больших (до 75 м), чем в газовом и жидкостном термометрах. К недостат­кам конденсационного термометра следует отнести нелинейность шкалы.

Жидкость, применяемая в этих приборах, должна иметь точку кипения достаточно низкую, чтобы обеспечить необходимое давление в пределах измеряемых температур.

Термобаллон конденсационного термометра заполняют с таким расчетом, чтобы при наиболее низкой температуре в нем осталось некоторое количество пара, а при наиболее высокой—некоторое ко­личество неиспарившейся жидкости.

Номенклатурой выпускаемых манометрических термометров пре­дусмотрены следующие типы.

Термометры манометрические показывающие без дополнительных устройств: газовые ТПГ-180, жидкостные ТПЖ-180 и конденсацион­ные (парожидкостные) ТПП-180.

Термометры манометрические показывающие с устройством для пневматической дистанционной передачи: газовые ТПГ-189П, жидко­стные ТПЖ-189П.

Термометры манометрические показывающие с фотоэлектриче­ским контактным устройством: газовые ТПГ-188, жидкостные ТПЖ-188.

Термометры самопишущие с дисковой диаграммой без дополни­тельных устройств: с приводом диаграммы от часового механиз­ма—газовые ТГС-7104 и жидкостные ТСЖ-7104; с приводом диа­граммы от синхронного двигателя—газовые ТСГ-710 и жидкостные ТСЖ-710; двухзаписные—с двумя термосистемами и записью тем­ператур в двух точках на одной диаграмме — газовые ТСГ-720 (с синхронным двигателем), ТСГ-7204 (с часовым механизмом); жидкостные ТСД-720 (с синхронным двигателем), ТСЖ-7204 (с ча­совым механизмом).

Термометры манометрические самопишущие с дисковой диаграм­мой и устройством для пневматической дистанционной передачи: га­зовые с часовым или электрическим приводом диаграммы ТСГ-710П4 и ТСГ-710П; жидкостные ТСЖ-710П4 и СТЖ-710.

Термометры манометрические самопишущие с дисковой диаграм­мой и фотоэлектрическим контактным устройством — газовые ТСГ-718ПЭ.

В каждом из перечисленных типов приборов предусмотрено не­сколько модификаций по пределу измерения, классу точности, дли­не дистанционного капилляра, длине погружаемой части (термобал­лона и жесткого хвостовика).