Манометрические термометры. 
Технические измерения и приборы

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления рабочего вещества, занимающего замкнутый объём, от температуры.

В соответствии с законом Шарля (был открыт французским учёным Ж. Шарлем в 1787 г.) при постоянном объёме газа его давление зависит от температуры.

По виду рабочего вещества эти термометры разделяют на газовые, конденсационные и жидкостные. Рабочее вещество выбирают исходя из заданного диапазона измерений и условий работы.

В соответствии с ГОСТ 16 920–93 манометрические термометры по способу выдачи измерительной информации подразделяют на следующие:

• — показывающие;
• — самопишущие;
• — комбинированные (показывающие и самопишущие).

В зависимости от конструктивного исполнения преобразователи изготовляют в виде:

• — единой конструкции;
• — комплекта, состоящего из отдельных блоков.

Манометрический термометр (рис. 3.4) состоит из термобаллона, соединительной трубки и упругого чувствительного элемента, образующих герметичный объём, наполненный заполнителем.

Термобаллон (термо … и франц. ballon, от игал. pallone — мяч) — элемент термосистемы, воспринимающий температуру измеряемой среды и преобразующий сё в давление заполнителя. Его изготавливают из латуни или специальных сталей, стойких к химическому воздействию измеряемой среды.

Область измерений манометрических термометров в зависимости от заполнителя термосистемы приведена в табл. 3.6.

Область измерений манометрических термометров.

Манометрические термометры выпускают с классами точности 0,4; 0,5; 0,6; 1; 1,5 и 2,5.

Рис. 3.4. Показывающий манометрический термометр: а — общий вид; б — сечение его баллона;

• 1 - термобаллон; 2 — капилляр; 3 — трубчатая пружина;
• 4 — биметаллический компенсатор; 5 — шкала

Длина погружения термобаллонов зависит от заполнителя термосистемы и составляет:

• — для газа от 160 до 2.000 мм;
• — для жидкости от 80 до 400 мм;
• — для конденсата от 100 до 1.000 мм.

Длина соединительного капилляра манометрического термометра зависит от заполнителя термосистемы и составляет:

• — для газа от 0,6 до 60 м;
• — для жидкости от 0,6 до 10 м;
• — для конденсата от 0,6 до 25 м.

Диапазон измерений манометрических термометров приведён в табл. 3.7.

Таблица 3.7.

Диапазон измерений манометрических термометров_.

Показатели тепловой инерции термометров приведены в табл. 3.8.

Таблица 3.8.

Показатели тепловой инерции термометров_.

Газовые манометрические термометры имеют равномерную шкалу, определяемую уравнением.

где р — температурный коэффициент давления, равный температурному коэффициенту расширения газа, °С Газовыс манометрические термометры, заполняемые азотом, выпускают для измерения температур от -200 до 600 °C, классом точности 1 и 1,5, они имеют равномерную шкалу.

На показания газовых манометров влияет температура окружающей среды. Для снижения этого влияния стремятся уменьшить отношение объёма соединительной трубки и упругого чувствительного элемента к объёму термобаллона, поэтому для газовых манометрических термометров характерен большой объём термобаллона (диаметр 20 — 30 мм и длина 250 — 500 мм). Для дальнейшего снижения температурной погрешности вводят в передаточный механизм прибора биметаллический компенсатор.

В конденсационных манометрических термометрах термобаллои заполняют низкокипящей жидкостью (фреон, пропилен, ацетон, этилбензин), которая находится в равновесии с насыщенным паром. При этом температура жидкости нелинейно зависит от давления насыщенных паров. Соединительную трубку и упругий чувствительный элемент заполняют другой жидкостью, например, метаксилолом. Достоинствами этих термометров являются независимость показаний от температуры окружающсй среды, слабое влияние колебаний атмосферного давления на показания. К недостаткам таких термометров относится нелинейность шкалы, особенно у начального участка, зависимость показаний от расположения термобаллона и корпуса прибора, меньшее быстродействие, чем у газовых. Если термобаллон расположен выше корпуса, то показания прибора будут завышены, а если ниже, — занижены. Вследствие этой погрешности длина капилляра не превышает 25 м.

Связь между давлением р и приращением температуры At для манометров, наполненных низкокипящей жидкостью, определяется выражением.

где а — коэффициент теплового расширения жидкости; у5 — коэффициент сжатия жидкости.

Их выпускают для измерения температуры от -50 до 300 °C классом точности 1,5 и 2,5, они имеют неравномерную шкалу.

Жидкостные манометрические термометры заполняют силиконовыми жидкостями, метансилоном, пропиловым спиртом и др. На рис. 3.5 показаны статические характеристики насыщенных паров низкокипящих жидкостей.

Их выпускают для измерения температур от 150 до 300 °C классом точности 1 и 1,5, они имеют равномерную шкалу.

Такие термометры отличаются от газовых и компенсационных тем, что их рабочее вещество несжимаемо, благодаря чему обеспечивается наибольшее среди манометрических термометров быстродействие. Изменение атмосферного давления практически не влияет на показания термометра. Недостатками термометра являются зависимость показаний от температуры окружающей среды, а также существенная гидростатическая погрешность из-за различных уровней расположения термобаллона и вторичного прибора.

Рис. 3.5. Статические характеристики насыщенных паров:

/ - метилхлорид; 2 — этилхлорид; 3 — ацетон Для устранения первого недостатка применяют те же способы, что и в газовых термометрах, а для устранения второго ограничивают длину капилляра до 10 м.

Манометрические термометры отличаются от других видов термометров простотой конструкции, автоматической записью показаний и возможностью их передачи на небольшие расстояния.

Недостатками манометрических термометров является трудность ремонта, относительно большие размеры термобаллонов, невысокая точность измерений, невозможность передачи данных на большие расстояния, низкая надежность (изменение со временем упругих свойств пружины), необходимость частой поверки, что вызвано возможным нарушением герметичности и утечки рабочего вещества, а это в условиях эксплуатации не всегда можно заметить сразу.