Приборы для измерения температуры

Температуру воды, топлива, масла, пара и газа измеряют термометрами. Принцип их действия основан на изменении свойств тел при изменении их температуры.

В зависимости от физических свойств тел, используемых в термометрах, последние подразделяют на:

- термометры расширения;

- манометрические термометры сопротивления;

- термоэлектрические термометры.

Термометрами расширения измеряют температуру среды от 200°С до 500°С, манометрическими от 130°С до 550°С, термометрами сопротивления от 200°С до 500°С, термоэлектрическими – от 200°С до 1600°С.

Обычно приборы, измеряющие температуру в пределах до 500÷600°С, называют термометрами, а приборы, пределы измерения температуры которыми выше 600°С – пирометрами.

Термометры расширения. Принцип их действия основан на различии температурных коэффициентов теплового расширения разных тел. Термометры расширения бывают жидкостные, биметаллические и дилатометрические.

На судах речного флота применяют в основном жидкостные и биметаллические термометры расширения. Принцип работы жидкостных термометров основан на свойстве теплового расширения ртути, этилового спирта и других жидкостей, заключенных в стеклянную трубку. Для измерения температуры в судовых условиях в качестве жидкостных используют в основном ртутные термометры.

Рисунок 18 – Жидкостные термометры

Температура кипения жидкости, как известно, повышается с ростом давления, поэтому для увеличения верхнего предела измерения температур пространство над ртутью в стеклянной трубке (капилляре) заполняют азотом под давлением до 2МПа, Верхний конец трубки запаян, а нижний имеет форму расширяющегося резервуара.

Ртутные жидкостные термометры выпускают прямыми и угловыми. В зависимости от предела измерения температуры они имеют номера от первого до одиннадцатого. Наибольший номер соответствует наибольшему пределу измерения. Металлические оправы стеклянных трубок бывают прямыми (рис 18, а) и угловыми (рис. 18, б). Для измерения температуры и сигнализации о достижении ею предельных значений применяют электроконтактные ртутные термометры (рис. 18, в).

В пределах измеряемых температур до 100°С относительная погрешность результатов измерений ртутных термометров не превышает ±2÷4%. Ртутные термометры сравнительно дешевы, просты по устройству, их легко монтировать на объектах измерения. Недостатки таких термометров – небольшая механическая прочность, некоторое неудобство отсчетов по шкале и низкая чувствительность при быстрых изменениях температуры.

Биметаллические термометры (рис. 19) представляют собой пружину, составленную из двух спаянных между собой металлов, например инвара (сплава железа с никелем) и латуни, с разными температурными коэффициентами теплового расширения.

Рисунок 19 – Биметалические термометры

Пружина 2 может быть плоской (рис. 19, а) или спиральной (рис. 19, б). При нагревании разнородные металлы удлиняются неодинаково, что вызывает изгиб плоской или скручивание спиральной пружины и перемещение стрелки по шкале 1. Биметаллические термометры просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Их недостаток заключается в том, что при перегреве измерительный механизм быстро выходит из строя. В судовых условиях биметаллические термометры используют в основном как дистанционные с электрической или механической передачей сигналов.

Манометрические термометры. Принцип их действия основан на зависимости давления термометрического вещества от его температуры. Термометр (рис. 20) состоит из термобаллона 3, манометра 1 и соединяющей их капиллярной трубки 2. Термобаллон заполняют жидкостью (ртутью, ксилолом, метиловым спиртом) или инертным газом (обычно азотом) и помещают в среду, температуру которой измеряют.

Рисунок 20 – Манометрический термометр

При нагревании баллона давление в его внутренней полости повышается и стрелка манометра 1 поворачивается на соответствующий этому давлению угол. Изменение давления жидкости или газа в термобаллоне прямо пропорционально изменению температуры среды, в связи, с чем шкалу манометра градуируют в градусах Цельсия.

В зависимости от типа заполнителя манометрическими термометрами измеряют температуру от 130°С до 550°С. Относительная погрешность результатов измерений таких приборов не превышает ±2%, а точность показаний зависит от температуры среды, в которой находятся капиллярная трубка и манометр. Эти термометры широко применяют на судах в системах контроля параметров работы СЭУ, для регистрации и дистанционной передачи показаний на расстояния до 60м.

Термометры сопротивления. Принцип их действия основан на зависимости электрического сопротивления металла от температуры. Для измерения температуры среды в нее помещают термистор, через который пропускают ток; по изменению сопротивления термистора судят о его температуре, а следовательно, и температуре среды. В качестве термоэлектрического сопротивления прибора (рис. 21) обычно используют тонкий медный или платиновый (для измерения более высоких температур) термистор.

Рисунок 21 – Термометр сопротивления

Термистор наматывают на специальный каркас из изоляционного теплостойкого материала (обычно слюда), помещают в защитный чехол 5 и включают в цепь уравновешенного электрического моста 1—2—3—4. Изменение температуры среды приводит к нарушению равновесия моста, и на зажимах 1 и 3 возникает разность потенциалов, измеряемая вольтметром V, градуированным в градусах Цельсия.

Термометрами сопротивления измеряют температуру среды от 200°С до 500°С, по устройству они сложнее манометрических термометров, требуют дополнительного источника питания, однако обладают высокой чувствительностью и практически обеспечивают дистанционную передачу показаний от объекта измерений в любую точку судна

Термоэлектрические пирометры (термопары). В них используется зависимость термоэлектродвижущей силы от изменения температуры, возникающей при нагревании места спая двух разнородных металлов или сплавов. Они состоят из двух изолированных электродов 4 (рис 22), спаянных на конце.

Рисунок 22 – Термоэлектрический пирометр (термопара)

Свободные концы электродов включены в общую электрическую цепь с милливольтметром 3, шкала которого градуирована в единицах температуры.

В зависимости от измеряемых температур в качестве электродов могут использоваться железоконстантановые, хромель-копелевые (до 600°С) и хромель-алюминиевые (до 900°С), платинородиевые и платиновые (до 1600°С) проволочки.

Проволочки термопар (за исключением места спая) изолированы одна от другой и от наконечника 1.

При нагревании спая сопротивление электродов увеличивается, а при охлаждении – уменьшается, что приводит к изменению электродвижущей силы, соответственно которому изменяется и напряжение тока в цепи милливольтметра.

Термопары применяют на судах главным образом для измерения температуры выпускных газов дизелей и котлов.

Пирометр, используемый для измерения температуры выпускных газов дизелей, обычно состоит из нескольких термопар, установленных на выпускных патрубках цилиндров и подключенных через переключатель 2 к общему милливольтметру.