Принцип действия манометрического термометра основан на зависимости давления газа, жидкости или насыщенного пара в замкнутом объеме от температуры. Эти термометры применяются во взрывоопасных производствах и служат для измерения температуры в диапазоне от -200 до 600 .
Конструктивно термометр состоит из термобаллона1, погружаемого в измеряемую среду (возможна его установка в защитной гильзе), манометра 3 и соединяющего их капилляра 2 (рис. 14).
Термобаллон – это металлическая трубка, закрытая с одного конца, и соединенная с капилляром с другого. При нагреве увеличивается давление рабочего вещества, находящегося в баллоне, это давление через капилляр передается манометрической пружине. Пружина с одной сообщается с рабочим веществом, с другой стороны соединена с указывающей стрелкой. Под действием давления пружина распрямляется, вызывая пропорциональное движение стрелки.
Соединительная трубка выполнена из стали или меди, диметром до 0,5м, длиной до 40 м. Пружина может быть одновитковая и многовитковая (рис. 15). Одновитковая выполняется из трубки овального сечения, согнутой по окружности на угол 270. Подвижный конец трубки закрыт наглухо, неподвижный сообщается с измеряемой средой. Под действием давления трубка стремится принять форму круга, в результате распрямляется. Многовитковая пружина выполняется в виде спирали из трубки, сечение которой - сплюснутая окружность. Принцип действия как у одновитковой. У многовитковой пружины перемещение свободного конца пружины и вращающий момент больше.
В зависимости от среды, которая находится в баллоне, манометрические термометры делят на газовые, конденсационные и жидкостные. Выбор типа манометра термометра зависит от диапазона измеряемой температуры и условий измерения.
· Газовый термометр (-200 600. В качестве наполнителя используется газ: гелий (при низких температурах), азот (при средних) или аргон (при высоких). Термометры имеют равномерную шкалу, так как изменение давления газа при постоянном объеме пропорционально изменению температуры этого газа
Изменение температуры окружающего воздуха влияет на расширение рабочего вещества в капилляре и пружине и вызывает изменение давления в системе, т.е. влияет на показания прибора. Чтобы уменьшить это влияние, внутренний объем термобаллона в несколько раз должен превышать общий внутренний объем пружины и капилляра. Очень часто для уменьшения влияния температурных колебаний воздуха применяют газовые термометры с температурной компенсацией. Между подвижным концом пружины и стрелкой вставляется пластина (компенсатор), которая изгибается при изменении температуры окружающего воздуха, и перемещение стрелки не происходит. Рассмотрим схему и общий вид прибора ( рис. 16).
Класс точности манометрических газовых термометров 1 или 1,5. Они бывают показывающими или самопишущими.
· Конденсационный термометр. Термобаллон на ¾ заполнен жидкостью с низкой температурой кипения, а остальная часть заполнена паром этой жидкости. Капилляр и пружина также заполнены жидкостью. Количество жидкости выбирают таким, чтобы при максимальной температуре вся жидкость не переходила в пар. В качестве жидкости используют фреон (при низких температурах), хлористый метил, хлористый этил, ацетон, толуол, спирт (в порядке увеличения пределов измерения). Давление в системе зависит только от давления жидкости в термобаллоне, т.е. от измеряемой температуры, поэтому температура окружающего воздуха влияния не оказывает. Зависимость давления от температуры не линейная, поэтому шкала конденсационного термометра неравномерная.
Класс точности 1 или 1.5 На показаниях отражаются гидростатическая погрешность – возникает из-за разности высот расположения термобаллона и прибора, для ее уменьшения длина капилляра должна быть не более 25 м. Барометрическое давление влияет только на начальном этапе измерения, когда давление в системе невелико. Изменение температуры окружающего воздуха не влияет на показания.
· Жидкостный термометр. Заполняется полиметилсилоксановыми жидкостями (ПМС), которые практически не сжимаемы. Изменение давления при нагревании этих жидкостей прямопропорционально температуре. Температурная погрешность выше, чем у газовых, поэтому длина капилляра не более 10м. Эти термометры не нашли широкого распространения.
Манометрические термометры имеют следующие погрешности:
Основную – вследствие несовершенства работы пружины и передаточного механизма
Дополнительные – барометрическую (связана с изменением атмосферного давления), температурную (связана с колебаниями температуры газовых и жидкостных термометров) и гидростатическую (связанную с разностью высоты установки баллона и пружины у жидкостных и конденсационных термометров).
Достоинствами манометрических термометров являются: сравнительная простота конструкции и применения, возможность дистанционного измерения температуры и возможность автоматической записи показаний. К недостаткам манометрических термометров относятся: относительно невысокая точность измерения, небольшое расстояние дистанционной передачи показаний, трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы и большая тепловая инерция вследствие значительных размеров термобаллона.
Манометрические термометры не нашли широкого применения на тепловых электрических станциях. В промышленной теплоэнергетике они встречаются чаще, особенно в случаях, когда по условиям взрыво- или пожаробезопасности нельзя использовать электрические методы дистанционного измерения температуры, могут работать в условиях вибрации.
Поверка показаний манометрических термометров производится на месте или в лаборатории. В лаборатории – в термостатах, на месте – в сосудах с нагретой и холодной жидкостью (маслом или водой). Поверка производится минимум в трех отметках (начало, середина и конец шкалы) при помощи ртутного термометра (до 300) или термометра сопротивления (300-600).
При установке в трубопроводах термобаллон помещается в середину потока. У конденсационных термометров – вертикально или слегка наклонно. Если измерение производится в среде большого давления, термобаллон устанавливают в защитной гильзе с наполнителем.
Корпус прибора устанавливают в месте, где нет вибрации, для защиты от температуры используют термозащиту корпуса. Капилляр при прокладке защищается от механического воздействия. Прокладка ведется без резких перегибов, крепление при помощи скоб или крючков.