6. 2 Манометрические, жидкостные термометры

В качестве термометрического вещества в манометрических, жидкостных термометрах используется ртуть под давлением 10 – 15 МПа при нормальных условиях или толуол, ксилол, пропиловый спирт, силиконовые жидкости при давлении 0,5 – 5,0 МПа. При заполнении термосистемы ртутью диапазон измерений находится в пределах от минус 30 ºC до плюс 600 ºC, а в тех термометрах, где используются органические жидкости (толуол, ксилол, пропиловый спирт, силиконовые жидкости) диапазон измерений от плюс 150 ºC до плюс 300 ºC.

Рисунок 6.2 - Манометрический термометр: 1 - термобаллон; 2 - капилляр; 3 - трубчатая пружина; 4 - держатель; 5 - поводок; 6 – сектор, (4 – 6) – передаточный механизм

Рисунок 6.3 – Типы манометрических термометров.

Ввиду того, что жидкость практически несжимаема, объем термобаллона в манометрических, жидкостных термометрах в отличие от газовых должен быть согласован со свойствами используемой манометрической пружины.

При изменении температуры в диапазоне от начальной t_H до конечной t_K из термобаллона объемом V_T вытесняется жидкость объемом . Изменение можно вычислить по формуле (6.1)

(6.1) где - температурный коэффициент объемного расширения жидкости;

- коэффициент линейного расширения материала термобаллона.

Этот вытесненный объем вследствие охлаждения от t_K до температуры окружающего воздуха t_В дойдет до значения , при котором давление в термосистеме изменится на , а объем манометрической пружины изменится на , причем величина должна быть равна . Вытесненный объем расчитывается по формуле (6.2)

(6.2)

Решая (6.1) и (6.2) совместно, получим (6.3)

, (6.3)

Из выражения (6.3) следует, что объем термобаллона тем меньше, чем больше диапазон измерения термометра и увеличивается с ростом . Что касается рабочего давления , то в отличие от газовых термометров в жидкостных манометрических термометрах не зависит ни от диапазона измерения t_K -t_H, ни от начального давления Рн для определенного наполнителя. Здесь решающее значение имеет , т. е. для пружин различной жесткости в одном и том же диапазоне температур будет иметь место различное рабочее давление. В силу значительного давления в системе, предохраняющего жидкость от закипания, погрешность от изменения барометрического давления в жидкостных манометрических системах отсутствует. В манометрических, жидкостных термометрах, как и в газовых, имеет место погрешность от изменения температуры окружающей среды. Для уменьшения этой погрешности принимаются те же меры, которые принимались для газовых термометров. Кроме того, для компенсации указанной погрешности как для жидкостных, так и для газовых манометрических термометров, используют инварный компенсатор. Действие этого компенсатора основано на том, что в капиллярную трубку помещается проволока из инвара и рабочее вещество оказывается в кольцевом зазоре между проволокой и стенкой капилляра. Диаметр проволоки выбирают таким, чтобы при повышении температуры в капилляре приращение кольцевого зазора было тем же, что и приращение объема жидкости в зазоре.

Манометрическим, жидкостным термометрам свойственна гидростатическая погрешность, вызванная различным расположением манометра относительно термобаллона по высоте. Эта погрешность может быть устранена после монтажа прибора путем смещения указателя прибора на нужное значение по шкале.

Пределы измерений от минус 50 °С до плюс 300 °С.

В конденсационных (парожидкостных) термометрах измеряют давление насыщенного пара над поверхностью низкокипящей жидкости (ацетон, метилхлорид, некоторые хладоны), заполняющей термосистему на 2/3 ее объема. Изменение этого давления непропорционально изменению термометры, поэтому такие приборы имеют неравномерные шкалы. Пределы измерений от минус 25 ºC до плюс 300 °С.

Манометрические термометры надежны в эксплуатации (хотя и отличаются запаздыванием показаний) и используются как показывающие, самопишущие и контактные технические приборы, при большой длине капилляра (до 60 м) могут служить дистанционными термометрами. Погрешность измерений δ - 1,5 % от максимального значения шкалы при нормальном давлении. В случае отклонений от них возникают дополнительные погрешности, которые определяются расчетом или компенсируются.