Файл: Программа Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 115
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
37
Рисунок 7.1 - Классификация средств измерения температуры б) манометрические термометры, принцип действия которых основан на измене- нии давления рабочего (термометрического) вещества в зависимости от температуры; в) термоэлектрические термометры (термопары), принцип действия которых ос- нован на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры; г) термометры сопротивления, принцип действия которых основан на зависи- мости электрического сопротивления чувствительного элемента (проводника или полупроводника) от температуры.
Бесконтактные методы, в основе которых лежит регистрация собственного теп- лового или оптического излучения, можно представить следующими направлениями: а) пирометрия – измерение температуры самосветящихся объектов: пламени, плазмы, астрофизических объектов; б) радиометрия – измерение температуры по собственному тепловому излуче- нию тел. Для невысоких и комнатных температур это излучение находится в инфра- красном диапазоне длин волн; в) тепловидение – радиометрическое измерение температуры с пространст- венным разрешением и с преобразованием температурного поля в телевизионное изображение, иногда с цветовым контрастом. Позволяет измерять градиенты темпе- ратуры, температуру среды в замкнутых объемах, например, температуру жидкостей в резервуарах и трубах.
7.2. Жидкостные термометры
Действие стеклянных жидкостных термометров основано на различии коэф- фициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в кото- рой она находится (термометрического стекла или реже кварца). Стеклянные жид- костные термометры отличаются высокой точностью, простотой устройства и деше- визной, однако они хрупки, непригодны для ремонта, и не могут передавать показа- ния на расстояние (за исключением электроконтактных ртутных термометров).
38
В качестве термометрической жидкости в большинстве случаев используется химически чистая ртуть. Ртуть не смачивает стекло, легко получается в чистом виде, находится в жидком состоянии в широком диапазоне температур. Кроме нее ис- пользуется: толуол, этиловый спирт, керосин, петролейный эфир, пентан.
Конструктивно различают палочные термометры и термометры с вложенной шкалой. У палочных термометров шкала наносится на поверхность толстостенного капилляра. У термометров с вложенной шкалой капилляр и шкальная пластинка с нанесенной шкалой заключены в защитную оболочку, припаянную к резервуару.
Показания стеклянного термометра зависят не только от температуры резер- вуара, но и от температуры столбика жидкости в капилляре, поэтому лабораторные приборы градуируются при полном погружении термометра в измеряемую среду до отсчитываемой температурной отметки.
Выпускаются термометры для измерения температур от -100° до 600° С. Для защиты от механических повреждений термометры помещают в защитную арматуру.
Выпускаются также ртутные электроконтактные термометры (см. рис. 7.2), предназначенные для сигнализации или поддержания определенной температуры (с заданным постоянным контактом или с подвижным контактом).
1 – резервуар со ртутью; 2 – подвижный контакт; 3 – шкала;
4 – вращающаяся головка с магнитами; 5 – винтовая пара
Рисунок 7.2 – Электроконтактный жидкостной термометр
7.3. Дилатометрические термометры
Дилатометрические термометры – средство измерения температуры, исполь- зующее преобразование ее изменения в разность удлинений двух твердых тел, обу- словленную различием их температурных коэффициентов линейного расширения.
Принцип действия дилатометрических датчиков температуры поясняется схемой, приведенной на рис. 7.3.
Рисунок 7.3 - Схема измерения дилатометрическим термометром
39
1 2 3 4 5 6
7.4. Биметаллические термометры
Разновидностью дилатометрических термометров являются датчики темпера- туры с биметаллическими пластинами. Используя тот же принцип работы – тепловое расширение тел при нагревании – в биметаллических датчиках измеряется не удли- нение, а изгиб пластины, состоящей из двух металлов с разными температурными ко- эффициентами расширения. Схема такого датчика, получившего широкое примене- ние в различных системах регулирования температуры, приведена на рис. 7.4.
Рисунок 7.4 - Схема измерения биметаллическим термометром
При изменении температуры такой пластины она изгибается в сторону мате- риала с меньшим коэффициентом линейного расширения (на рисунке – металл 2).
Перемещение ненагруженного конца пластины не зависит от ее ширины. За- висимость перемещения незакрепленного конца биметаллической пластины от тем- пературы справедлива в том интервале температур, в котором оба используемых ме- талла обладают упругой деформацией.
Наибольшее распространение биметаллические термометры получили для ра- боты при комнатной температуре – как для непосредственного ее измерения, так и для автоматического регулирования (в этом случае чувствительный элемент приво- дит в действие систему управления контактами реле). Основная погрешность биме- таллических термометров составляет 1-3% диапазона измерения, градуировочная характеристика близка к линейной. Однако чувствительные элементы термометров не взаимозаменяемы и приборы требуют индивидуальной градуировки.
7.5. Манометрические термометры
Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления рабочего вещества в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры.
В зависимости от агрегатного состояния рабочего вещества в термосистеме манометрические термометры подразделяют на газовые, жидкостные и конденсаци- онные (парожидкостные). Манометрические термометры могут быть использованы для измерения температур от -150 до 600°С. Диапазон измерения определяется на- полнителем термосистемы. Термометры со специальными наполнителями (расплав- ленными металлами) пригодны для измерения температуры от 100 до 1000 °С.
Термосистема термометра (см. рис. 7.5) состоит из термобаллона 1, ка- пиллярной трубки 3 и манометрической части 2. Вся система прибора (термобаллон, капиллярная трубка, манометрическая пружина) заполнена рабочим веществом.
Термобаллон погружается в объект измерения. При изменении температуры рабоче- го вещества в термобаллоне изменяется давление в замкнутой системе, которое че- рез капиллярную трубку передается на манометрическую часть, представляющую собой манометр с трубчатой пружиной.
40
Рисунок 7.5 – Манометрический термометр
По устройству манометрические термометры всех типов аналогичны. В зави- симости от конструкции измерительной системы они бывают показывающими, са- мопишущими, бесшкальными со встроенными преобразователями для дистанцион- ной передачи показаний.
Манометрические термометры – достаточно простые устройства, позволяю- щие осуществлять автоматическую регистрацию измерений и передачу показаний на расстояние. Выпускаются термометры с унифицированным пневматическим и электрическим сигналами. Достоинство этих термометров – возможность их ис- пользования на взрывоопасных объектах. К недостаткам относят необходимость частой поверки из-за возможной разгерметизации прибора и сложность ремонта, а также довольно большие размеры термобаллона.
7.6. Термоэлектрические термометры.
Измерение температуры термоэлектрическими термометрами (термоэлектри- ческими преобразователями, ТЭП) основано на использовании термоэлектрического эффекта, заключающегося в генерировании термоэлектродвижущей силы (термо-
ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различ- ных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи.
В простейшем случае, если цепь состоит из 2-х разнородных материалов, то она носит название термопары.
Под термоэлектрическим термометромпринято понимать комплект, состоя- щий из термопары, осуществляющей преобразование температуры в электрическое напряжение; линий связи (удлиняющих проводов); вторичного прибора для измере- ния термо-ЭДС. Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух соединен- ных между собой разнородных проводников А и В (см. рис. 7.6). Эти проводники называются термоэлектродами, места соединения термоэлектродов – спаями. Спай с температурой t, погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим (измери- тельным)спаем термопары, второй спай с температурой t
0
носит название свободно- го (соединительного).
Если температуры t
0
и t не равны, то в такой цепи будет протекать электриче- ский ток I
t
. Направление тока зависит от разности температур спаев. При размыка- нии такой цепи на концах может быть измерена термо-ЭДС. Этот эффект обладает и обратным действием, т.е. если через такую цепь пропустить электрический ток, то в зависимости от направления тока один из спаев будет нагреваться, а другой охлаж- даться (эффект Пельтье).
41
Рисунок 7.6 – Схема контура термопары
Возникновение термотоков объясняется следующим. При соединении одина- ково нагретых концов двух проводников из разнородных материалов, из которых в первом количество свободных электронов в единице объема больше, чем во втором, последние будут диффундировать из первого проводника во второй в большем чис- ле, чем обратно. Таким образом, первый проводник станет заряжаться положитель- но, а второй – отрицательно. Образующееся при этом в месте соединения проводни- ков электрическое поле будет противодействовать этой диффузии, в результате чего наступит состояние подвижного равновесия, при котором между свободными кон- цами указанных проводников появится некоторая разность потенциалов (термо-
ЭДС). С увеличением температуры проводников значение этой термо-ЭДС также увеличивается. Кроме того, термо-ЭДС возникает и между концами однородного проводника, имеющими разные температуры. В этом случае до наступления состоя- ния подвижного равновесия положительно заряжается более нагретый конец про- водника как обладающий большей концентрацией свободных электронов по сравне- нию с концом, менее нагретым. Возрастание разности температур между концами проводника приводит к увеличению возникающей в нем термо-ЭДС.
Так два этих фактора – контактная разность потенциалов и диффузия электро- нов – являются слагаемыми результирующей термо-ЭДС цепи, значение которой за- висит от природы термоэлектродов и разности температур спаев ТЭП.
В замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, при равенст- ве температур спаев (t = t
0
) термоток I
t
равен нулю. Таким образом, если спаи имеют одну и ту же температуру (t
0
), то контактные ЭДС в каждом спае равны между со- бой и направлены навстречу друг другу.
7.7. Бесконтактные методы измерения температуры
О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения пара- метров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает.
Тепловые лучи испускаются всеми нагретыми физическими телами, которые при температурах около 500 - 600°С начинают испускать излучение, видимое человече- ским глазом, причем яркость свечения нагретых тел быстро возрастает с повышени- ем температуры.