Стержневой термометр имеет закрытую с одного конца трубку 1, помещаемую в измеряемую среду и изготовленную из материала с большим коэффициентом линейного расширения. В трубку вставлен стержень 2, прижимаемый к ее пну рычагом 3, скрепленным с пружиной 4. Стержень изготовлен из материала с малым коэффициентом расширения. При изменении температуры трубка изменяет свою длину, что приводит к перемещению в ней стержня, сохраняющего почти постоянные размеры и связанного посредством рычага 3 с указательной стрелкой прибора.
Пластинчатый термометр состоит из двух изогнутых и спаянных между собой по краям металлических полосок, из которых полоска 1 имеет большой коэффициент линейного расширения, а полоска 2 - малый. Полученная пластинка меняет в зависимости от температуры степень своего изгиба, величина которого при помощи тяги 3, рычага 4 и соединенной с ним стрелки указывается по шкале прибора. При увеличении температуры пластинка изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом' линейного расширения. Если внешний конец биметаллической измерительной системы жестко закреплен, то другой конец без промежуточного элемента проворачивает вал указательной стрелки.
Дилатометрические термометры не получили распространения как самостоятельные приборы, а используются главным образом в качестве чувствительных элементов в сигнализаторах температуры. Кроме того, пластинчатые термометры иногда применяются для компенсации влияния переменной температуры окружающего воздуха на показания других приборов, в которые они встраиваются.
Термосистема прибора, заполненная рабочим веществом, состоит из термобаллона 1, погружаемого в измеряемую среду, манометрической трубчатой пружины в корпусе 2, воздействующей посредством тяги 3 на указательную стрелку 4, и капиллярного провода 5, соединяющего пружину с термобаллоном. Эти элементы соединены в единое устройство, которое под давлением заполнено инертным газом.
Термобаллон представляет собой металлическую трубку, закрытую с одного конца, а с другого соединенную с капилляром. Посредством съемного штуцера 6 с резьбой и сальником термобаллон устанавливается в трубопроводах, баках и т. п. Возможна установка его и в защитной гильзе.
При нагреве термобаллона увеличение давления рабочего вещества передается через капилляр трубчатой пружине и вызывает раскручивание последней до тех пор, пока действующее на нее усилие, пропорциональное разности давлений в системе и окружающем воздухе, не уравновесится силой ее упругой деформации. Отклонение пружины передается с помощью стрелочного механизма на стрелку
Соединительный капилляр изготовляется из медной или стальной трубки с внутренним диаметром до 0,5 и толщиной стенки до 2,5 мм. Снаружи он защищен металлической оплеткой. Длина капилляра может достигать 40 м.
В качестве упругого элемента в термометрах применяются одно- и многовитковая трубчатые пружины, изготовленные из медного сплава.
Одновитковая пружина выполняется из трубки овального сечения, согнутой по окружности на угол 270°. Большая ось сечения трубки располагается параллельно оси окружности. Подвижный конец трубки наглухо закрыт, а неподвижный сообщается с измеряемой средой. Под действием внутреннего давления сечение пружины стремится принять форму круга, в результате чего она частично выпрямляется, вызывая при этом перемещение подвижного конца, соединенного с указательной стрелкой передаточным механизмом. Изменение давления в пружине вызывает пропорциональное перемещение стрелки.
Многовитковая пружина, выполняемая в виде плоской спирали, имеет в сечении сплюснутую окружность и содержит 3—4 витка. Принцип действия этой пружины тот же, что и одновитковой, но перемещение подвижного конца и создаваемый вращающий момент у нее значительно больше.
б) Газовые манометрические термометры
Газовые манометрические термометры заполняются азотом. Термометры имеют равномерную шкалу, так как изменение давления газа при постоянном объеме пропорционально изменению его температуры, т. е.
где р1 и p2 - начальное и конечное давления рабочего вещества, МПа;
β - температурный коэффициент давления,
t1 и t2 - начальная п конечная температуры рабочего вещества, °С.
Для газов коэффициент давления β равен коэффициенту объемного расширения α, который имеет практически постоянное значение, равное 3,66•10-3 К-1. Таким образом, для газов равенство (2-10) имеет вид:
В действительности изменение давления газа в системе будет несколько меньшим, чем дает выражение (2-11), вследствие некоторого увеличения объема термобаллона при нагревании.
Барометрическая погрешность газового термометра уменьшается при повышении в термосистеме начального давления р1, поэтому заполнение последней азотом производится при давлении до 3,5 МПа.
На показания газовых термометров оказывают влияние отклонения температуры воздуха, окружающего пружину и соединительный капилляр, от ее значения при градуировке (обычно 20 °С). Для уменьшения температурной погрешности внутренний объем термосистемы выбирают таким, чтобы объем термобаллона в несколько раз превышал общий объем пружины и капилляра.
Газовые мапометрические термометры часто выполняются с температурной компенсацией. Для этого меяеду подвижным концом пружины и указательной стрелкой (или рычагом пара) включается небольшая изогнутая дилатометрическая пластинка (компенсатор), которая при изменениях температуры окружающего воздуха изгибается так, что перемещение конца пружины под действием этой температуры не отражается на показаниях термометра.
Выпускаются показывающие газовые манометрические термометры типа ТПГ и самопишущие тина ТГС, имеющие спиральную трубчатую пружину.
Термометр типа ТПГ имеет круглый корпус диаметром 160 мм, а термометр типа ТГС - прямоугольный с габаритами 280х340x126 мм. Приборы предназначены для выступающего и утопленного монтажа. Самопишущий прибор выпускается одно- и двухточечным. В последнем случае запись показаний производится на общей диаграмме разноцветными чернилами.
На рис. 2-10 даны схема и общий вид одноточечного самопишущего манометрического термометра типа ТГС
Термобаллон 1 посредством капилляра 2 соединен с неподвижным концом спиральной трубчатой пружины 3, закрепленным на кронштейне 4. Подвижный запаянный конец пружины связан компенсатором 5 и тягой 6 с рычагом 7, сидящим на оси 8. На этой же оси закреплены уравновешивающий рычаг 9 с противовесами и рычаг 10 с пером. Прибор снабжен корректором нуля 11. Запись показаний производится на диаграммном диске 12, закрепляемом на оси 13, вращаемой с частотой 1 об/сут синхронным микродвигателем или часовым механизмом.
Газовые термометры типов ТПГ и ТГС изготовляются с длиной капилляра 1,6 - 40 м. Длина термобаллона их зависит от длины капилляра и составляет 125 - 500 мм. Диаметр термобаллона равен 20 и длина погружаемой части 160 - 630 мм. Для установки при рабочем давлении среды до 6,4 МПа термобаллон снабжен штуцером с резьбой и сальником. При более высоком давлении термобаллон устанавливается в защитной гильзе. Соединительный капилляр заключен в гибкую защитную оболочку из оцинкованной проволоки.
Газовые термометры выпускаются с конечным значением шкалы 50 - 600 °С. Класс точности приборов 1 и 1,5.