Устройство и тарировка манометрических термометров

Цель и содержание: ознакомиться с принципом действия и устройством манометрического термометра; научиться определять место утечки газа из газового манометрического термометра; научиться производить тарировку прибора перед включением его в работу после ремонта.

Теоретическое обоснование

Величина, характеризующая степень нагретости тела, называется температурой. Измерение температуры основано на теплообмене между телами. Если тела, находящиеся в тепловом контакте, нагреты одинаково, то теплообмен не происходит и температуры этих тел равны.

Измерить температуру аналогично тому, как мы измеряем вес, длину и другие физические величины, невозможно, так как для измерения температуры нет меры. Но отмечено, что с изменением температуры изменяются физические свойства и параметры вещества (тела) – длина, объём, плотность, вязкость, электропроводность и др.

Поэтому измерение температуры возможно косвенным путём, то есть наблюдением за одним из физических свойств, изменяющихся в связи с нагревом или охлаждением тела (вещества).

Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления вещества (жидкости, газов или паров кипящей жидкости), заключённого в замкнутом объёме при изменении его температуры. Известно, что тепловое воздействие на термометрическое вещество должно привести к изменению его объёма:

(1)

где – термический коэффициент объёмного расширения; V_H – начальный объём; – разность температур (диапазон нагрева).

В случае, если объём постоянный (V = const) – тенденция к расширению термометрического вещества приводит к повышению его давления согласно закону сжимаемости, из которого следует, что

(2)

где – изменение давления, необходимое для уменьшения начального объёма V_H на величину ; m – коэффициент сжимаемости термометри-ческого вещества.

Решая совместно (1) и (2), получаем

(3)

Введя в выражение (3) начальное давление, получаем

(4)

или

(4)

где δ – термический коэффициент давления (при постоянном объёме термометрического вещества) в ^оС ^–1.

Из приведённых рассуждений видно, что чем выше термический коэффициент объёмного расширения термометрического вещества, тем выше его термический коэффициент давления, а следовательно, выше чувствительность прибора.

Манометрический термометр представляет собой замкнутую систему, состоящую из термобаллона, капилляра и манометра, заполненных термометрическим веществом. Конструктивно манометрические термометры (газовые, жидкостные и паровые) сходны между собой и различаются в основном лишь термометрическим веществом, заполняющим термобаллон, капилляр и манометрическую трубку.

Общий вид прибора и его устройство показаны на рис. 21 и 22. Термобаллон 1 представляет собой стальной или латунный продолговатый цилиндрический толстостенный сосуд, практически не деформирующийся при давлении, возникающем в нём от нагревания термометрического вещества. Капилляр 2 изготавливается из бесшовной стальной или медной трубки внутренним диаметром 0,1 – 0,5 мм. Длина капилляра 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 3. Если манометрическим термометром измеряют температуру в топочном пространстве печей, то для предохранения термобаллона от разрушения продуктами сгорания его заключают в предохранительный кожух. Капилляр защищён от механических повреждений гибкой трубкой 4.

Рисунок 21 – Термометр ТГ – 410 1 – термобаллон; 2 – капилляр; 3 – трубчатая пружина; 4 – гибкая трубка		Рисунок 22 – Механизм самопишущего термометра типа ТГ а – узел крепления многовитковой пружины и деталей; б – кинематическая схема; в – установка пера на нуль 1 – геликоидальная пружина; 2 – неподвижная скоба; 3 – соединительная скоба; 4 – ось; 5– кронштейн; 6– рычаг; 7– винт; 8 – каретка; 9 – поводок; 10 – тяга; 11 – мостик пера

Газовые манометрические термометры заполняют газом, химически инертным, с малой теплоёмкостью, легко получаемым в чистом виде. Таким газом выбирают азот. Термометры, заполненные азотом, применяются для измерения температур от 0 до +600 ⁰С. Начальное давление в газовых термометрах устанавливают в зависимости от пределов измерения 1 – 5 МПа (10 – 50 кгс/см²).

Температура окружающей среды, если она не равна +20 ⁰С, воздействуя на капилляр и манометрическую пружину вторичного прибора, может внести погрешность в показания манометра. Погрешность от нагревания манометрической трубки можно определить по формуле

(6)

где V_M – объём манометрической пружины; V_T – объём термобаллона; t_M – температура среды, окружающей манометр; t₀ – температура градуировки прибора (+ 20 ⁰С).