Классификация приборов для измерения температуры

В настоящее время применяемые методы измерения температуры делят на контактные и бесконтактные. В контактном методе требуется непосредственный контакт первичного преобразователя с контролируемой средой. Все средства измерения, применяемые при этом методе, называются термометрами. Это термометры расширения (жидкостные стеклянные, манометрические, биметаллические), термометры сопротивления, термоэлектрические термометры, кварцевые преобразователи температуры в частоту. В состав термометра, как правило, входит термопреобразователь, линия связи и измерительный прибор.

Бесконтактный метод позволяет определять температуру на расстоянии от контролируемой среды. Средства измерения, применяемые при бесконтактном методе, называются пирометры. В состав пирометра входит пирометрический преобразователь.

Наиболее распространенные средства измерения приведены в табл.4.

Табл. 4

Прибор для измерения температуры	Диапазон измерений,
Термометры расширения	190-650
Манометрические термометры	160-600
Термометры сопротивления	200-650
ТЭТ	50-1800
Пирометры	300-6000

Термометры расширения – основаны на свойстве тел изменять под действием температуры свой объем.

Термометры манометрические – основаны на изменении давления вещества при изменении температуры

Термометры сопротивления – основаны на изменении эл сопротивления металлических проводников при изменении температуры

ТЭТ – основаны на создании в термопаре термоЭДС, зависящей от температуры.

Пирометры – основаны на зависимости излучения нагретых тел от температуры.

Термометры расширения. Их свойства, принцип действия и область применения

Термометры расширения – основаны на свойстве тел изменять под действием температуры свой объем. На этом свойстве основано действие жидкостных стеклянных и дилатометрических термометров.

Жидкостный термометр – это резервуар, выполненный из стекла, наполненный ртутью или другой термометрической жидкостью. Это местный показывающий прибор с равномерной ценой деления. Принцип действия жидкостных стеклянных термометров основан на тепловом расширении жидкости в стеклянном резервуаре. При нагревании изменяется объем жидкости, соответственно изменяется уровень жидкости в капилляре, по которому производится отсчет температуры. В качестве термометрической жидкости используется ртуть, этиловый спирт, толуол и т.д. Наиболее распространена ртуть.

Преимущество ртути – она не смачивает стекло, легко можно получить химически чистую ртуть, ртутные термометры имеют широкий диапазон измерения, в котором ртуть остается жидкой (-39 - +357°С). Конечный предел может быть повышен до 650 благодаря искусственному повышению точки кипения ртути (пространство над ртутью заполняют инертным газом под давлением 2МПа). Выше происходит размягчение стекла. Стекло применяют специальное с небольшим температурным коэффициентом.

Нертутные термометры применяются в диапазоне только -190-(-100), но при этом коэффициент температурного расширения у них в 6 раз больше, чем у ртути.

Р тутные термометры дешевые, простые, точные, несложные в обращении. Рассмотрим ртутный термометр (рис.9)

Р тутные термометры изготавливаются двух видов:

• термометры с вложенной шкалой, у которых шкала нанесена на пластину, вставленную внутрь оболочки и жестко скреплена с капилляром.

• Термометры палочные – шкала нанесена непосредственно на внешнюю поверхность толстостенного капилляра в виде насечки на стекле. Они более точные.

Обычно прибор имеет запасный объем выше верхней отметки шкалы, чтобы предупредить повреждение при перегреве.

По способу применения термометры рассчитаны либо на полное погружение в измеряемую среду, либо на неполное. Если термометр полного погружения погружается не полностью, то учитывается поправка на выступающий столбик.

По назначению жидкостные термометры делят на:

1.лабораторные – используются для научных исследований, градуируются при полном погружении

2. технические – для промышленных измерений, градуируются при погружении хвостовой части, которая может быть прямой и угловой (рис.10).

3. эталоны – имеют небольшой диапазон измерения, но обязательно имеют 0, погружаются на всю высоту столба.

Чувствительность ртутных термометров зависит от размеров резервуара и капилляра. Чем больше резервуар и меньше внутреннее сечение капилляра, тем более чувствителен термометр и меньше цена деления его шкалы (так как заметнее изменение высоты столба ртути). Но большой резервуар увеличивает инерционность прибора, что сказывается при измерении переменной температуры. С увеличением цены деления и диапазона показаний растет основная погрешность.

Точность показаний жидкостного термометра зависит от способа его установки (рис.11). Для обеспечения точности необходимо обеспечить условия для передачи тепла от измеряемой среды к термометру и уменьшить передачу тепла от термометра к окружающей среде. Применяют два типа установки термометров:

• в защитных оправах (гильзах) (рис. 12)

• без них

При установке в гильзах для улучшения теплопередачи от гильзы к резервуару термометра гильзу заполняют машинным маслом (при температуре до 150 ) или медными опилками ( выше 150). Заполнить гильзу необходимо так, чтобы в среду был погружен только резервуар термометра, иначе инерционность п рибора увеличивается, точность понижается (так как увеличивается отток тепла).

При установке в трубопроводе ось трубы должна проходить посередине резервуара. При такой установке термометр помещается в поток с мах скоростью, улучшается теплообмен. Наиболее правильной является установке вдоль оси трубы на колене с восходящим потоком. В горизонтальном трубопроводе диаметром до 200 мм – наклонно к оси под 45, навстречу потоку. При большом диаметре возможно устанавливать нормально к оси трубы. На прямом вертикальном участке с восходящим потоком наклонно навстречу потоку. На участках с нисходящим потоком не устанавливают.

Гильзы изготавливают из металлов, плохо проводящих тепло (например, нержавеющая сталь). Выступающие части защитной гильзы (над трубопроводом) покрывают теплоизоляцией. Технические ртутные термометры устанавливают в защитных оправах, которые защищают также и выступающую часть термометра.

Установка термометра без гильзы повышает точность измерений, но такая установка возможна только в области небольших давлений (ввиду непрочности термометра).