4.1.4 Дилатометрические термометры

Принцип действия дилатометрических термометров основан на использовании свойства твердого тела изменять свои линейные размеры при изменении температуры. При небольших температурных диапазонах зависимость длины твердого тела от температуры линейна

(4.3)

где -длина тела при температуре , м;

- длина тела при температуре 0°С, м;

а - средний коэффициент линейного расширения твердого тела от 0°С до .

Таблица 4.1 - Значения средних коэффициентов линейного расширения материалов

В дилатометрических термометрах расширения две трубки из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения одним концом скреплены друг с другом (рисунок 4.1). Свободные концы перемещаются по-разному, что используется для измерения температуры. Внешнюю трубку 1 изготовляют из металла (латуни, меди, стали) с большим коэффициентом линейного расширения, внутреннюю трубку или стержень 2 изготовляют из кварца, фарфора или инвара. Внешняя трубка закреплена в штуцере 4, а внутренняя трубка механически связана с контактным устройством 3 и установочной шкалой 5. При повышении температуры среды, в которую полностью погружается нижняя часть термометра, внешняя трубка удлиняется больше, чем внутренняя. Разница перемещений подвижных концов пропорциональна изменению температуры. Перемещение внутреннего стержня при изменении температуры от до можно рассчитать по формуле:

(4.4)

где , - длина внешней трубки при температурах и м;

, - коэффициент линейного расширения внешней и внутренней трубок, .

Из - за небольшой разницы теплового расширения внешней и внутренней трубок, длины их, что очевидно из формулы, должны быть достаточно большими (300 мм).

Дилатометрические термометры могут развивать большие усилия, поэтому их используют в качестве регулирующих устройств и с электрическими контактами для двухпозиционного регулирования. Из-за длинных металлических трубок, идущих от объекта, измерения наружу, велик отвод тепла, в результате чего возникает большая погрешность при измерении температуры. По этой же причине дилатометрические термометры обладают большой инерционностью, что отрицательно сказывается на регулировании тем температуры. Дилатометрические термометры как указатели температуры обычно не применяют. Их используют в качестве устройств информации (датчиков) в системах автоматического регулирования. Дилатометрические термометры на практике применяют сравнительно редко.

Рисунок 4.1 – Дилатометрические термометры

Дилатометрические термометры служат чувствительными элементами (датчиками) в системах автоматического регулирования температуры. Принцип действия стержневого дилатометрического термометра основан на использования разности удлинении трубки 1 и стержня 2 (рисунок 4.1) при нагревании вследствие различия их коэффициентов линейного расширения.

При измерении дилатометрическим термометром (рисунок 4.2) трубку 1 полностью погружают в контролируемую среду. С изменением температуры длина трубки меняется, а стержень практически сохраняет размеры, в результате конец стержня перемещается относительно трубки. Движение стержня передается стрелке прибора с помощью рычага 3, скрепленного с пружиной 4.

Рисунок 4.2. - Схемы стержневых дилатометрических термометров: 1 - трубка; 2 - стержень; 3 - рычаг со стрелкой; 4 — пружина.

Кроме показывающих, промышленность выпускает бесшкальные биметаллические термометры, использующиеся в основном в качестве электрических преобразователей или температурных реле для позиционного регулирования и сигнализации. Диапазон измерения температуры биметаллическими термометрами от -150 до +700 °С, погрешность 1 - 1,5 %.

4.2 Установка дилатометрического термометра

Дилатометрические термометры используется в качестве датчиков различных температурных устройств. Наибольшее распространение в пищевой Промышленности получили дилатометрические устройства типа ТУДЭ.

Дилатометрические устройства (датчики) типов ТУДЭ – 1 – ТУДЭ – 5 могут быть чувствительным элементом в среде, не вызывающие коррозии стали 12Х18Н9Т, и ТУДЭ – 7 – в среде, не вызывающей коррозии стали 10Х23Н18. При необходимости Чувствительный элемент ТУДЭ можно смонтировать в защитном кожухе, изготовленном из любого материала, стойкого к регулируемой среде. Монтаж датчиков ТУДЭ – 8 – ТУДЭ – 12 во взрывозащищенном исполнении должен производиться в строгом соответствии с действующими Инструкцией по монтажу электрооборудования (взрывоопасных установок (в помещениях и наружных) и Монтажно-эксплуатационной инструкцией на прибор. Перед монтажом устройства ТУДЗ необходимо обратите внимание «на целостность оболочки, наличие средств уплотнения (для кабеля, крышек), знак взрывозащиты, наличие предупредительных надписей, заземляющих и пломбировочных устройств. При монтаже необходимо проверить взрывозащищенность поверхностей деталей, подвергаемых разборке (царапины трещины, вмятины, забоины и другие дефекты не допускаются). Крепящие болты необходимо затягивать равномерно. Детали с резьбовым соединением должны быть завинчены на всю длину резьбы и застопорены. Крышка клеммной панели должна плотно прилегать к корпусу оболочки. Электропитание должно осуществляться кабелями, марки которых указываются в монтажно-эксплуатационной инструкции. Необходимо обратить внимание на то, чтобы максимальный наружный диаметр кабеля был на 1 - 2 мм меньше диаметра проходного отверстия в корпусе вводного устройства и диаметра проходного отверстия в зажимной гайке, а диаметральный зазор между расточкой в корпусе вводного устройства для уплотнительного кольца и наружным диаметром этого кольца отсутствовал. Уплотнение кабеля необходимо выполнять самым тщательным образом, так как от этого зависит взрывонепроницаемость вводного устройства. Применение уплотнительных колец, изготовленных на месте монтажа с отступлениями от рабочих чертежей завода-поставщика, не допускается. Устройство ТУДЭ следует тщательно заземлить с помощью внутреннего и наружного заземляющего зажима. Место присоединения наружного заземляющего проводника необходимо тщательно зачистить и предохранить от коррозии после при­соединения заземляющего проводника. Устройство ТУДЭ монтируется в местах регулирования температуры с помощью резьбового соединения М18Х1.5 мм и соответствующей бобышки, устанавливаемой на трубопроводе или аппарате. Пример схемы установки датчика ТУДЭ показан на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Схема установки дилатометрического датчика температуры ТУДЭ на трубопроводе или металлической панели:

1 - бобышка; 2 - головка датчика; 3 - легкоснимаемый термоизоляционный слой; 4 - термоизоляция; 5 - чувствительная часть термометра (хвостовик).