Термометры расширения, манометрические термометры

Тема 1.3 Измерение температуры

1 Классификация средств измерения температуры

2 Термометры расширения, манометрические термометры

3 Термоэлектрические преобразователи

4 Термопреобразователи сопротивления

5 Приборы, работающие с термометрами сопротивления и термоэлектрическими преобразователями

Классификация средств измерения температуры

Температура – физическая величина, количественно характеризующая меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества.

В системе СИ основной единицей является Кельвин, который является единицей измерения в так называемой абсолютной термодинамической шкале.

В зависимости от принципа действия приборы для измерения температуры делятся на следующие группы (рис.1):

1) термометры расширения, основанные на изменении объема жидкости или линейных размеров твердых тел при изменении температуры.

2) манометрические термометры, основанные на изменении давления вещества при постоянном объеме при изменении темпе­ратуры.

3) термоэлектрические термометры, основанные на изменении термоэлектродвижущей силы термопары от температуры.

4) термометры сопротивления, основанные на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при изменении их температуры.

5) пирометры, излучения из которых наибольшее распространение получили:

а) оптические, основанные на измерении интенсивности монохроматического излучения нагретого тела;

б) цветовые (пирометры спектрального отношения), основаны на измерении распределения энергии в спектре теплового излучения тела;

в) радиационные основанные на измерении мощности излучения нагретого тела.

Рисунок 1 – Классификация средств измерения температуры

Промышленные датчики, основанные на перечисленных методах, позволяют охватить диапазон температур от – 200 °С до 6000 °С (рис. 2).

Рисунок 2 – Методы и диапазоны измерения температуры

Термометры расширения, манометрические термометры

Измерение температуры жидкостными стеклянными термо­метрами основано на различии коэффициентов объемного расши­рения жидкости и материала оболочки термометра.

Наиболее распространены ртутные стеклянные термометры.

Несмотря на большое разнообразие конструкций, все жидкост­ные стеклянные термометры относятся к одному из двух основ­ных типов: палочные (рис. 2,а) и со вложенной шкалой (рис. 2,б).

Палочные термометры имеют толстостенный капилляр наруж­ным диаметром 6—8 мм, нижний конец которого образует резер­вуар для жидкости. Шкала у них наносится непосредственно на внешней поверхности капилляра. У термометров со вложенной шкалой капилляр тонкостенный, с расширенным резервуаром для ртути. Шкала наносится на пла­стинку из молочного стекла, которая вместе с капилляром заклю­чается в стеклянную оболочку, прикрепленную к резервуару термометра. Технические термометры изготовляются только со вложенной шкалой. В отличие от лабораторных их резервуар большего объема и капилляр большего диаметра, поэтому градусные деле­ния у них крупные, а столбик ртути более заметен. Разновидностью ртутных термометров являются контактные термометры, используемые в основном для сигнализации о нару­шении заданного температурного режима. На рисунке 2,в показан одноконтактный термометр с контактами из платиновой проволоки, впаянными в нижней части капилляра и на уровне отметки, соответствующей значению температуры, о котором нужно сигнализировать или кото­рое необходимо поддерживать постоянным. К этим контактам припаяны проводники из медной проволоки. В момент, когда оба контакта соединяются столбиком ртути, электрическая цепь замыкается. Контактные термометры бывают с двумя и более контактами и с переменным положе­нием верхнего контакта. На рисунке 2,г показан такой термометр, у которого рабочим контактом служит тонкая вольфрамовая проволока, находящиеся внутри капилляра.

а) б) в) г)

Рисунок 2 – Жидкостные термометры

а) – палочный термометр; б) – термометр со вложенной шкалой; в) – одноконтактный ртутный термометр; в) – контактный термометр (термосигнализатор) с магнитной перестановкой контакта

Схема манометрического термометра показана на рисунке 3.

Рисунок 3 –Манометрический термометр с трубчатой пружиной

1 – термобаллон; 2 – капиллярная трубка; 3 – трубчатая пружина; 4 – держатель; 5 – поводок; 6 – зубчатый сектор

Прибор состоит из термобаллона 1, капиллярной трубки 2 и ма­нометрической части 3—6. Вся система прибора (термобаллон, капилляр, манометри­ческая пружина) заполняется рабочим веществом. Термобаллон помещают в зону измерения темпера­туры. При нагревании термобаллона давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Уве­личение давления воспринимается манометрической трубкой (пружиной), которая воздействует через передаточ­ный механизм на стрелку или перо прибора. Термобаллон обычно изготов­ляют из нержавеющей стали, а капил­ляр — из медной или стальной трубки с внутренним диаметром 0,15—0,5 мм. В зависимости от назначения прибора длина капиллярной трубки может быть различна (до 60 м). Для защиты от механических повреждений капилляр помещают в защитную оболочку из стального плетеного рукава. Иногда капилляра может не быть и термобаллон непосредственно соеди­няется с манометрической частью. Манометрические термометры широ­ко применяют в химических производ­ствах. Они просты по устройству, надежны в работе и при отсутст­вии электропривода диаграммной бу­маги — взрыво- и пожаробезопасны. С помощью этих приборов можно измерять температуру в диапазоне от —120 до +600° С.