Термометры расширения

Термометры расширения – это приборы основаны на свойстве тел увеличивать свой объем при нагревании. Среди них различают: биметаллические, стержневые (дилатометрические), жидкостные (стеклянные).

9.4.1.1 Принцип действия биметаллического термометра показан на рис. 1.20. Биметаллическая пластина под действием температуры изгибается, что определяется различными коэффициентами теплового расширения двух металлов, из которых изготовлена пластина. Один конец пластины закреплен жестко, а второй соединен со стрелкой показывающего устройства.

Рисунок 9.20

9.4.1.2 Стержневые термометры используют линейное расширение стержня под действием температуры. Устройство такого термометра поясняет рис. 9.21.

Рисунок 9.21

Стержень погружен в тело контролируемого объекта и одним концом жестко закреплен в нем. При изменении температуры свободный конец стержня перемещается и через систему рычагов воздействует на стрелку показывающего устройства.

Дилатометрические термометры чаще применяют в качестве сигнализаторов или регуляторов. Для этого вместо стрелки в них встраивают реостатные датчики или контакты.

Дилатометрические термометры удобно применять для измерения температуры в шкафах и прилавках, где не требуется высокая точность измерения и применение жидкостных термометров нежелательно.

Дилатометрические термометры для измерений используются сравнительно редко. Обычно они изготовляются в виде температурных реле и применяются для электрической сигнализации предельных значений температуры, а также в схемах автоматического регулирования температуры. Дилатометрические термометры выпускают на пределы измерения до 500 ⁰С.

К преимуществам дилатометрических термометров относятся высокая надежность и большие усилия, развиваемые чувствительным элементом. Последнее позволяет встраивать в дилатометры контактные устройства и использовать их в качестве термосигнализаторов и термодатчиков в системах автоматического регулирования и контроля температуры.

Дилатометрический термометр, например типа ТУДЭ, состоит из инварного стержня, латунной трубки и показывающей стрелки. Один конец инварного стержня жестко соединен с дном латунной трубки, а другой свободно перемещается. В зависимости от изменения температуры окружающей среды латунная трубка удлиняется или укорачивается. При этом свободный конец инварного стержня отклоняет стрелку прибора. Шкала прибора градуируется в ⁰С.

9.4.1.3 Жидкостные термометры – приборы для измерения температуры, основанные на тепловом расширении жидкости. Применяется в диапазоне температур от –200 до 750 ⁰С. Жидкостные термометры представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала). Шкала в ⁰С наносится либо на толстостенный капилляр (т.н. палочный жидкостный термометр), либо на пластинку, жёстко соединённую с ним (жидкостный термометр с наружной шкалой). Жидкостный термометр с вложенной шкалой (например, медицинский) имеет внешний стеклянный (кварцевый) чехол. Шкалы имеют цену деления от 10 до 0,01 ⁰С. Термометрическая жидкость заполняет весь резервуар и часть капилляра. В зависимости от диапазона измерений жидкостный термометр заполняют пентаном (для измерения температуры от –200 до 35 ⁰С), этиловым спиртом (от –80 до 70 ⁰С), керосином (от –20 до 300 ⁰С), ртутью (от –35 до 750 ⁰С) и др. Наиболее распространены ртутные жидкостные термометры, т.к. ртуть остаётся жидкой в диапазоне температур от –38 до 356 ⁰С при нормальном давлении и до 750 ⁰С при небольшом повышении давления (для чего капилляр заполняют азотом). Галлиевый жидкостный термометр позволяет измерять температуру в диапазоне от 30 до 1200 ⁰С. Жидкостные термометры изготавливают из определенных сортов стекла и подвергают специальной термической обработке (старению), устраняющей смещение нулевой точки шкалы, связанное с многократным повторением нагрева и охлаждения термометра (поправку на смещение нуля шкалы необходимо вводить при точных измерениях). Точность жидкостного термометра определяется ценой делений его шкалы. Для обеспечения требуемой точности и удобства применения пользуются жидкостные термометры с укороченной шкалой; наиболее точные из них имеют на шкале точку 0 ⁰С независимо от нанесённого на ней температурного интервала. Точность измерений зависит от глубины погружения жидкостного термометра в измеряемую среду. Погружать жидкостный термометр следует до отсчитываемого деления шкалы или до специально нанесённой на шкале черты (хвостовые жидкостные термометры). Если это невозможно, следует вводить температурную поправку на выступающий столбик.

Ртутные контактные термометры имеют дополнительные функциональные возможности и служат для измерения температуры и одновременно для преобразования отклонения температуры от заданного значения в электрическую величину.

Ртутные контактные термометры могут иметь постоянно впаянные или передвижные контакты. Термометр с магнитной перестановкой контактов ТКМП имеет две шкалы: верхняя – для настройки прибора на заданную температуру, нижняя – для измерения температуры.

Применяемые ртутные контактные термометры имеют ряд недостатков, главными из которых являются невысокая точность измерений при нестабильности показаний и термическая инерционность.

Ртутный контактный термометр ТПК является двухпозиционным датчиком температуры. Его применяют как регулятор температуры и как сигнализатор в схемах защиты отдельных узлов холодильных установок.

Ртутные контактные термометры ГЯ-104 с постоянными впаянными контактами имеют от одного до трех рабочих контактов и один нулевой. Рабочие контакты впаяны на высоте, при которой обеспечиваются заданные температуры размыкания и замыкания. Провода от контактов выведены к головке контактного термометра.

В стеклянных ртутных контактных термометрах, которые часто применяются в автоматизированных схемах, в капиллярную трубку впаяны два вольфрамовых проводника, а ртуть, перемещаясь в трубке, соединяет их, замыкает электрическую цепь и дает импульс.

При эксплуатации ртутных контактных термометров особое внимание обращают на состояние ртутного столбика. Так как замыкание электрической цепи в термометре происходит через ртуть, то для сохранения длительной работоспособности контактные термометры включают в схему исполнительных механизмов обязательно через промежуточное реле.