Конденсационные манометрические термометры

В качестве манометрического вещества в этих термометрах исполь- зуются легкокипящие жидкости (пропан, этиловый эфир, ацетон, толуол, хлористый метил и т.д.). Диапазон измерения -50350°С. Специально из- готовленные термометры применяются для измерения сверхнизких темпе- ратур от 0,8 К.

Термобаллон термометра заполнен конденсатом примерно на 70-75% объема, а над конденсатом находится насыщенный пар этой же жидкости. Капилляр опущен в термобаллон так, что его конец находится в жидкости и в том случае, когда при максимальной температуре в термобаллоне оста- ется часть жидкости.

Принцип работы конденсационных термометров основан на зависи- мости давления Р насыщенного пара низкокипящих жидкостей от темпе- ратуры.

Давление в термосистеме конденсационного термометра равно  давлению насыщенного пара при температуре рабочей жидкости, которая в

свою очередь равна температуре измеряемой среды.

Давление в термосистеме зависит только от измеряемой температуры t, изменение температуры окружающей среды не оказывает влияния на по- казание прибора.

Поскольку термобаллон может быть выполнен малых размеров, то конденсационные термометры менее инерционны, чем другие манометри- ческие термометры. Кроме того, эти термометры более чувствительны, т.к. давление насыщенного пара резко меняется с температурой.

Конденсационным термометрам присущи гидростатическая погреш- ность и погрешность от изменения барометрического давления. Первая компенсируется аналогично жидкостным термометром, а вторая значи- тельна лишь на начальном участке шкалы, когда давление в термосистеме невелико.

 

 

 

Термоэлектрические термометры

 

1.6.1. Основные понятия и определения

Измерение температуры термоэлектрическими термометрами  основано на термоэлектрического эффекта, заключающегося в генерировании термоэлектродвижущейсилы (термо-ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи.

В простейшем случае, если цепь состоит из 2-х разнородных мате- риалов, то она носит название термопары.

Под термоэлектрическим термометром принято понимать ком- плект, состоящий из:

1) термопары, осуществляющей преобразование температуры в элек- трическое напряжение;

2) линий связи (удлиняющих проводов);

3) вторичного прибора для измерения термо-ЭДС.

 

Принцип действия

Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух соединен- ных между собой разнородных проводников А и В (рис.6). Эти провод- ники называются термоэлектродами, места соединения термоэлектродов – спаями. Спай с температурой t, погружаемый в измеряемую среду,

Называется рабочим (измерительным) спаем термопары, второй спай   с температурой t0 носит название свободного (соединительного).

 

 

                    t 0                             

_

A

+

В

I

t

t

Рис. 6 Схема контура термопары

Возникновение термотоков объясняется следующим: при соедине- нии одинаково нагретых концов двух проводников из разнородных мате- риалов, из которых в первом количество свободных электронов в единице объема больше, чем во втором, последние будут диффундировать из пер- вого проводника во второй в большем числе, чем обратно. Таким образом, первый проводник станет заряжаться положительно, а второй – отрица- тельно. Образующееся при этом в месте соединения проводников электри- ческое поле будет противодействовать этой диффузии, в результате чего наступит состояние подвижного равновесия, при котором между свобод- ными концами указанных проводников появится некоторая разность по- тенциалов (термо-ЭДС). С увеличением температуры проводников значе- ние этой термо-ЭДС также увеличивается. Кроме того, термо-ЭДС возни- кает и между концами однородного проводника, имеющими разные темпе- ратуры. В этом случае до наступления состояния подвижного равновесия положительно заряжается более нагретый конец проводника как обладаю- щий большей концентрацией свободных электронов по сравнению с кон- цом, менее нагретым. Возрастание разности температур между концами проводника приводит к увеличению возникающей в нем термо-ЭДС.

Так два этих фактора – контактная разность потенциалов и диффузия электронов – являются слагаемыми результирующей термо-ЭДС цепи, значение которой зависит от природы термоэлектродов и разности темпе- ратур спаев ТЭП.

Конструктивно термоэлектрический преобразователь представляет собой две проволоки из разнородных материалов, нагреваемые концы ко- торых скручиваются, а затем свариваются или спаиваются. Конструктив- ное оформление термопар разнообразно. На рис 7 представлена конст- рукция термопары, которая чаще всего используется для измерения темпе- ратуры в трубопроводах и других аппаратах, находящихся под давлением.

Для защиты от механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется, электроды ТЭП, армированные изоляци- ей, помещаются в специальную защитную арматуру. У рабочих преобразо- вателей, применяемых для измерения температуры различных сред, арма- тура состоит их защитного чехла 1, неподвижного или передвижного шту- цера 5 с сальниковым уплотнением (на рисунке не показано) и головки 7, прочно присоединенной к защитному чехлу. В головке, снабженной крышкой 8 и штуцером под кабель 9, помещена розетка 6 из изоляционно- го материала с клеммами для присоединения термоэлектродов 2 и

 проводов, соединяющих термопару с измерительным прибором или преобразователем.

 

Рис. 7 Конструкция термопары:

1 – защитный чехол; 2 – термоэлектроды;

3 – изоляционные бусы; 4 – порошок;

5 – штуцер; 6 – розетка с клеммами;

7 – головка; 8 – крышка; 9 – штуцер под кабель

 

 

В качестве изоляции термоэлектродов термометра применяются одно- или двухканальные трубки или бусы 3 из фарфора (при температуре до 1300 °С) и окислов алюминия, магния или бериллия (свыше 1300 °С), надеваемые на термоэлектроды. Свободное пространство между термо- электродами и защитным чехлом заполнено порошком окиси алюминия 4 для улучшения теплопередачи.

Длина монтажной (рабочей) части Lраб, погружаемой в среду, темпе- ратуру которой измеряют, выполняется различной для каждого конкретно- го типа ТЭП.

Рабочий конец термопары можно выполнять путем сварки, пайки или скрутки. Наибольшее распространение получил способ изготовления спая с помощью сварки, а пайку применяют только в специальных случа- ях. Скрутку рабочего конца часто применяют для термоэлектрических термометров вольфрамрениевой и вольфраммолибденовой групп. Сварку электродов ТЭП производят как с предварительной скруткой термоэлек- тродов, так и без скрутки. Еще одним вариантом изготовления спая рабо- чего конца является приварка электродов к дну защитного чехла.

Выпускаются одинарные (с одним чувствительным элементом) и двойные (с двумя чувствительными элементами) термоэлектрические преобразователи различных типов. Двойные термопары применяются для измерения температуры в одном и том же месте одновременно двумя  вторичными приборами, установленными в разных пунктах наблюдения. Они

содержат два одинаковых чувствительных элемента, заключенных в общую арматуру. Термоэлектроды их изолированы друг от друга и  защитного чехла.

В настоящее время во всѐм мире широкое распространение получили термоэлектрические преобразователи, изготавливаемые из термопарного кабеля (рис. 2.13). Он представляет собой гибкую металлическую трубку с расположенными внутри неѐ одной или двумя парами термоэлектродов, расположенными параллельно друг другу. Пространство вокруг термо- электродов заполнено сильно уплотнѐнной мелкодисперсной минеральной изоляцией.

 

 

 

Рис. 2.13. Термопарный кабель с одной или двумя парами термоэлектродов:

1 - оболочка кабеля; 2 - минеральная изоляция (MgO); 3 – термоэлектроды

 

В РФ выпускают термопарный кабель с двумя типами термоэлектро- дов: КТМС-ХА и КТМС-ХК (кабель термопарный с минеральной изоляци- ей в стальной оболочке с хромель-алюмелевыми или хромель-копелевыми термоэлектродами) диаметром от 0,9 до 7,2 мм с изоляцией из электротех- нического периклаза. Оболочка кабеля изготовлена из жаростойкой стали или сплава. Термопарный кабель за счѐт высокой плотности заполнения периклазом выдерживает изгиб на 180° вокруг цилиндра диаметром, рав- ным пятикратному диаметру кабеля.

К достоинствам кабельных термопар можно отнести:

 более высокие термоэлектрическая стабильность и рабочий ресурс по сравнению с проволочными термопреобразователями (в 2-3 раза);

 возможность изгиба, монтажа в труднодоступных местах, в ка- бельных каналах, при этом длина ТП может достигать 60-100 мет- ров. Термопары можно приваривать, припаивать или просто при- жимать к поверхности для измерения еѐ температуры;

 

 малый показатель тепловой инерции, позволяющий применять их для регистрации быстропротекающих процессов;

 универсальность применения для различных условий эксплуата-

ции, хорошая технологичность, малая материалоѐмкость;

 способность выдерживать большие рабочие давления; возможность изготовления на их основе термопреобразователей в защитных чехлах блочно-модульного исполнения, обеспечиваю- щих дополнительную защиту термоэлектродов от воздействия ра- бочей среды и создающих возможность оперативной замены чув- ствительного элемента.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: