|
|
Навигация:  Приборы для измерения температуры
Приборы для измерения температуры Общие сведения. Для измерения температуры в лабораториях строительных материалов применяют главным образом жидкостные термометры, реже манометрические, термоэлектрические и термометры сопротивления. В СИ принята температурная шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля температур. Точка плавления льда по шкале Кельвина равна 273,15 К, точка кипения воды — 373,15 К. Так же как в шкале Цельсия, эти температуры отличаются на 100°, поэтому фактически единица шкалы Цельсия равна единице шкалы Кельвина. Пересчитывают температуры из одной шкалы в другую по формуле t °C= T К-273,15. При испытании строительных материалов применяют обычно шкалу Цельсия. Жидкостные термометры. Термометры, действие которых основано на тепловом расширении жидкости (ртути, спирта, пен-тана и др.), служат для измерения температур в интервале от -200 до +750 °С. Жидкостные термометры представляют собой стеклянный резервуар с припаянным к нему стеклянным капилляром. Жидкость полностью заполняет резервуар и часть капилляра. При изменении температуры объем жидкости меняется, вследствие чего ее уровень в капилляре поднимается или опускается на величину, пропорциональную изменению температуры. Благодаря малому диаметру капилляра даже небольшое изменение объема жидкости заметно меняет ее уровень в капилляре. В качестве термометрического вещества, заполняющего термометр, для измерения температур выше 30 °С чаще всего применяют ртуть, которая находится в жидком состоянии в большом интервале температур (от -39 до +357 °С). Для измерения температур ниже -30 °С обычно используют подкрашенный спирт. По конструкции жидкостные термометры бывают трех типов: палочные, с вложенной шкалой и с прикладной наружной шкалой. Палочные термометры (рис. 2.8, а) — это массивные капиллярные трубки, на внешней поверхности которых нанесена шкала.
Рис. 2.8. Жидкостные термометры:
Рис. 2.9. Технические стеклянные ртутные термометры: У термометров с вложенной шкалой (рис. 2.8, б) внутри стеклянной оболочки заключена капиллярная трубка, а позади нее — шкальная пластина из непрозрачного стекла белого цвета. Шкальная пластина в нижней части опирается на сужение оболочки, а в верхней — припаяна к внутренней стороне оболочки. Пластина может быть закреплена и другим способом. Капиллярная трубка крепится к шкальной пластине тонкой проволокой из нержавеющего металла. Термометры с прикладной наружной шкалой (рис. 2.8, в) представляют собой массивную пластину из пластмассы, дерева или металла, с нанесенной на нее шкалой, к которой прикреплен капилляр с резервуаром. Чтобы предохранить жидкостные термометры от разрушения при случайном перегреве, в верхнем конце капилляра предусмотрено расширение (запасной резервуар) или выступающая за пределы градуированной шкалы часть капилляра, допускающая перегрев не менее чем на 20 СС. Отметки шкалы нанесены в виде штрихов, перпендикулярных оси капилляра. Цена деления шкалы термометра от 10 до 0,01 °С. Для удобства пользования и обеспечения высокой точности измерения термометры изготовляют с укороченной шкалой. Наиболее точные термометры имеют на шкале точку О °С независимо от нанесенного на ней температурного интервала. Общий недостаток жидкостных термометров — значительная тепловая инерция и не всегда удобные для работы габариты. По назначению жидкостные термометры бывают различных видов. В строительных лабораториях чаще всего применяют стеклянные лабораторные и технические ртутные термометры и жидкостные (нертутные) термометры. Стеклянные ртутные лабораторные термометры, применяемые для измерения температур в интервале от -30 до +500 °С, бывают палочные и с вложенной шкалой. Промышленность выпускает 30 видов лабораторных термометров с интервалом температур 100 и 50 °С и ценой деления шкалы от 2 до 0,1 °С. Стеклянные ртутные термометры для точных измерений рассчитаны на узкие пределы измерений. Изготовляют их обычно палочными. В зависимости от точности измерений термометры выпускают четырех групп: 1, И, III, IV с ценой деления шкалы соответственно 0,01; 0,02; 0,05; 0,1 °С. Стеклянные технические термометры предназначены для измерения температур в интервале от -90 до 600 °С. По форме эти термометры (рис. 2.9) могут быть прямые (П) и угловые (У). В термометры вложена шкальная пластина, закрепляемая сверху пробкой. Промышленность выпускает 12 видов технических термометров, отличающихся пределами измерения. Термометры используют для измерения температуры в сушильных шкафах, термостатах, холодильных камерах и других установках. Для этого термометр погружают узкой нижней частью на требуемую глубину, а верхняя часть находится снаружи. Стеклянные жидкостные (нертутные) термометры служат для измерения температур в интервале от -200 до +200 °С. В качестве термометрической жидкости в них используют органические вещества: этиловый спирт, пропан, керосин и т. п. Жидкостные термометры выпускают палочные, с вложенной и прикладной шкалами. Правила пользования жидкостными термометрами. Термометры хранят в футлярах, избегая резких толчков и изменений температуры. Обязательные условия правильной работы жидкостных термометров — непрерывность и равномерность движения термометрической жидкости в капилляре. Она не должна оставлять следов на стенках капилляров и ее столбик не должен рваться. Для измерения температуры выбирают термометр с соответствующими пределами измерений. Например, температуру от 10 до 40 °С можно определить термометром с пределами измерений от 0 до 50 °С. При измерении температуры в тепловых приборах (сушильных шкафах, термостатах) верхний предел шкалы термометра должен превышать температуру, которая может быть создана в приборе. В противном случае расширяющаяся ртуть может разорвать капилляр, и термометр придет в негодность. Отсчет по шкале термометра снимают в тот момент, когда прекращается перемещение столбика жидкости относительно шкалы. Термометр при считывании показаний нельзя извлекать из среды, в которой измеряется температура, так как его показания при этом изменяются. Для наблюдения за температурой воздуха в помещении термометр помещают на внутренней стене или перегородке помещения так, чтобы на него не действовали прямые солнечные лучи, нагревательные или охлаждающие приборы. При измерении температуры воздуха термометр всегда должен быть сухим. Влажный термометр за счет испарения с его поверхности воды охлаждается и показывает меньшую температуру. Термоэлектрические термометры. Такие термометры включают в себя термоэлектрический преобразователь (термопару), преобразующий тепловую энергию в электрическую, и электроизмерительный прибор (милливольтметр, потенциометр).
Рис. 2.10. Схема термоэлектрического термометра: Термоэлектрический преобразователь состоит из двух последовательно соединенных (спаянных) между собой разнородных электропроводящих элементов (металлов или полупроводников). Если спаи термоэлектрического преобразователя (рис. 2.10) имеют разные температуры (Г, Ф 7*2), то в цепи термоэлемента возникает термоэлектродвижущая сила (ЭДС), значение которой зависит от разности температур горячего и холодного спаев. Поэтому при постоянной температуре одного спая ЭДС может служить показателем температуры другого спая. ЭДС термоэлектрических преобразователей невелика и составляет несколько милливольт. Линейная (или близкая к ней) зависимость ЭДС от разности температур спаев позволяет выполнять шкалу электроизмерительного прибора, применяемого в комплекте с ним, не в милливольтах, а непосредственно в градусах. Точность измерения температуры термоэлектрическим термометром зависит от постоянства температуры холодного спая во время измерений. Поэтому холодный спай помещают в тающий лед, имеющий стабильную температуру О °С. При измерении температуры термоэлектрическими термометрами, широко применяемыми в промышленности, можно вести автоматическую запись температуры с помощью электронного самописца (потенциометра); кроме того, ЭДС термоэлектрического преобразователя можно использовать для автоматического регулирования температуры. В лабораториях термоэлектрические термометры применяют для измерения и регулирования температуры в печах, в пропарочных и холодильных камерах. Для термоэлектрических термометров применяют термоэлектрические преобразователи (термопары) из различных металлов с определенными градуировочными характеристиками. Для изоляции проводников термопары применяют фарфоровые трубки (соломку) или бусы, которые должны сохранять свои изоляционные свойства при высоких температурах. Промышленные термопары защищены от вредного воздействия внешней среды керамическими или металлическими (при температурах ниже 1000 °С) чехлами. Термометры сопротивления. Действия этих приборов основаны на изменении электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводников при изменении температуры. Чаще всего применяют платиновые термометры, позволяющие измерять температуру в пределах от -260 до +1060 °С; для более узкого интервала температур (от -50 до +180°С) используют медные термометры сопротивления.
Рис. 2.11. Термометр сопротивления:
Рис. 2.12. Схема манометрического термометра: Термометры сопротивления (рис. 2.11) выполнены в виде каркаса из фарфора, кварца или слюды с обмоткой из платиновой, медной или какой-либо другой проволоки диаметром 0,05…0,2 мм, закрытой фарфоровой, стеклянной или металлической оболочкой термометры сопротивления так же, как и термоэлектрические, самостоятельно не применяют — их используют в комплекте со вторичными измерительными устройствами, для подключения к которым термометр снабжен выводными концами. Манометрические термометры. Действие этих термометров основано на изменении давления газа в замкнутом объеме при изменении его температуры. При помещении термометрического баллона манометрического термометра (рис. 2.12) в измеряемую среду давление газа в баллоне меняется. Соответственно оно меняется и в полой манометрической пружине, сообщающейся с баллоном капилляром. При этом пружина закручивается или раскручивается, двигая стрелку вдоль температурной шкалы. — В котельных установках применяют приборы для измерения температуры воды в питательном баке, горячей воды, получаемой в водогрейных котлах, воды до и после водяного экономайзера (при его наличии), топлива (мазута и газа), воздуха до и после воздухоподогревателя (при его наличии), воздуха в помещении котельной, перегретого пара после пароперегревателя (при его наличии), газообразных продуктов сгорания на выходе из котлоагрегата, в тонке, до и после пароперегревателя, до и после водяного экономайзера. Для измерения температур, кроме описанных жидкостных термометров (ртутных, спиртовых), действие которых основано на свойстве рабочих жидкостей термометров увеличивать свой объем при нагревании, в котельных установках применяют манометрические термометры, термоэлектрические пирометры, термометры сопротивления и пирометры излучения. Манометрический термометр состоит из латунного термобаллона, капиллярной трубки и манометра с трубчатой пружиной, шкала которого про-градуирована в °С. Термобаллон заполняют жидкостью (ртутью, спиртом), газом (азотом) или парами жидкости (ацетона, метилхлорида). При погружении термобаллона в измеряемую среду (в бак с питательной водой, в газопровод) применяется температура рабочей жидкости, газа или пара, находящихся в термобаллоне, в связи с чем меняется их давление внутри системы прибора, передаваемое трубчатой пружине 5 манометра и стрелке прибора 4 через передаточный механизм. По положению стрелки на шкале прибора судят о температуре измеряемой среды. Манометрическими термометрами (в зависимости от рода заполнителя) можно измерять температуры от —130 до 550 °С с передачей показаний на сравнительно большие расстояния.
Рис. 1. Манометрический термометр
Рис. 2. Термоэлектрический пирометр Их преимущества — простота конструкции и невысокая стоимость; недостатки — необходимость сравнительно частой поверки и трудность ремонта при выходе капилляра из строя. Манометрические термометры рекомендуются для измерения в котельной установке температур питательной воды, мазута и газообразного топлива. Термоэлектрический пирометр, применяемый для измерения температур от —100 до 1300 °С (и выше), состоит пз термопары, соедипптель-ных проводов и измерительного прибора (гальванометра или потенциометра). Термопара в свою очередь состоит из двух проволочек, изготовленных из разных металлов (или их сплавов), изолируемых друг от друга фарфоровыми трубочками или бусами. В одном конце эти проволочки спаяны или сварены (так называемый горячий спай термопары), в другом конце — свободны (так называемый холодный спай термопары). Горячий спай помещают в измеряемую среду, а холодный спай при помощи соединительных проводов присоединяют к измерительному прибору. Термопару заключают в стальные, медные, кварцевые или фарфоровые защитные трубки. При отличии температуры горячего спая от температуры холодного спая в замкнутой цепп термоэлектрического пирометра возникает электродвижущая сила, в результате чего стрелка измерительного прпбора 6 отклоняется п тем сильнее, чем больше разность температур обоих спаев. По положению стрелки на шкале измерительного прибора, проградуированной в °С, и судят о температуре измеряемой среды. В качестве термопар применяют медь-копелевые (один электрод медный, другой копелевый, т. е. из сплава меди и никеля) для измерения температур до 350 °С; железо-хромель-копелевые (хромель — сплав . никеля, хрома и железа) для измерения температур до 600 °С, хромель-алюмелевые (алюмель — сплав никеля, кремния, алюминия, железа и марганца) для измерения температур от 900 до 1000 °С; платино-платинородиевые (один электрод платиновый, другой — из сплава 90% платины и 10% родия) для измерения температур до 1300 °С. Термоэлектрические пирометры широко применяют в котельных установках с передачей их показаний на любые расстояния и с присоединением к одному электроизмерительному прибору нескольких термопар. Электрический термометр сопротивления представляет собой платиновую или медную проволоку диаметром 50—80 мкм, намотанную на каркас и заключенную в защитную арматуру. В состав измерительной установки, кроме термометра сопротивления, входят источник постоянного тока, соединительные провода, измерительный прибор. При измерении температуры какой-либо среды изменяется температура помещенного в ней термометра сопротивления, а в связи с этим изменяется его электрическое сопротивление. Измерительный прибор определяет сопротивление термометра, а следовательно, п его температуру.
Рис. 2. Схема установки ртутных термометров: На рис. 2 и 3 показаны схемы установок ртутных термометров в трубопроводе и термопары в кирпичной кладке и на колене трубопровода. При измерении температуры газообразных продуктов сгорания в газоходе котла или в жаровой трубе жаротруб-ного котла может произойти значительная ошибка вследствие теплообмена термопары со стенками.
Рис. 3. Установка термопары: В этих случаях применяют отсасывающие термопары. Водяным эжектором отсасываются из газохода газообразные продукты сгорания, которые поступают в трубку небольшого диаметра, расположенную в трубке большего диаметра. В потоке газов, протекающих с большой скоростью по трубке, установлена термопара. Прежде чем попасть в эжектор, газообразные продукты сгорания охлаждаются в водяном холодильнике. Для измерения высоких температур (свыше 800 °С), например, температуры газов в топке котлоагрегата, применяют пирометры излучения (оптические, фотоэлектрические и радиационные).
Рис. 4. Схема установки отсасывающей термопары
Рис. 5. Оптический пирометр типа ОП с исчезающей нитью
Рис. 6. Регулирование яркости нити накаливания в оптическом пирометре: Измерение температуры оптическим пирометром основано на сравнении яркости изображения исследуемого тела в лучах определенной длины волны с яркостью нити лампы накаливания, накал которой регулируется реостатом вручную» Оптический пирометр является переносным прибором: им периодически можно измерять температуру в пределах 700-2000 °С. Оптический пирометр типа ОП с исчезающей нптыо состоит из телескопа, переносного гальванометра (миллиамперметра), аккумулятора на 2 В и соединительных проводов. Телескоп оптического пирометра представляет собой металлическую зрительную трубу, внутри которой помещаются объектив с линзой и окуляр с линзой. В фокусе линзы объектива смонтирована фотометрическая лампа накаливания с угольной или вольфрамовой нитью, имеющей форму дуги. В окулярной части телескопа установлен красный светофильтр, а перед лампой накаливания—серый (нейтральный) светофильтр, включаемый при изменении температур выше 1400 °С с целыо ослабления яркости свечения нагретого тела п предохранения нити лампы от перекаливания. Лампа накаливания питается от аккумулятора через реостат, служащий для регулирования накала нити и включаемый последовательно в цепь лампы. Реостат при включении оптического пирометра вращают до тех пор, пока не исчезнет средняя часть нити. Это указывает на одинаковую яркость свечения нити и измеряемого раскаленного тела; в этот момент измеряют миллиамперметром, шкалы которого градуированы в °С, силу тока, необходимую для соответствующего накала нити: одна шкала имеет пределы температур 700—1400 °С, другая (для серого светофильтра) 1200—2000 °С. Измерение температуры оптическим пирометром проводят в следующем порядке. Конструкция переносного оптического пирометра ОГШИР-09 для измерения температуры в пределах 800-2000° С выгодно отличается от других моделей оптических пирометров тем, что телескоп его (зрительная труба) с двумя линзами (объективом и окуляром) и показывающий прибор представляют одно целое, что очень удобно в эксплуатационных условиях. Преимуществами оптических пирометров являются сравнительно высокая точность измерений, компактность прибора и простота эксплуатации. Недостатки — потребность в источнике питания (например, в батарее), невозможность измерения температур без участия человека-наблюдателя и невозможность получения автоматической записи показаний. Кроме того, показания оптического пирометра значительно зависят от чувствительности глаза наблюдателя. Фотоэлектрическими пирометрами можно, измерять температуру раскаленных тел объективным (т. е. независимо от свойств глаза наблюдателя) и безынерционным (в течение с после включения прибора получают его полные показания) методами. Кроме того, фотоэлектрический пирометр можно использовать для автоматической записи и регулирования температуры быстро-протекающих температурных процессов. В качестве чувствительного элемента в приборе используется фотоэлемент, на который падает световой поток от измеряемого тела. Возникающий в фотоэлементе фототок пропорционален падающему световому потоку, характеризующему температуру измеряемого тела. Для увеличения фототока в пирометре применяется электронно-усилительное устройство, передающее фототокп к быстродействующему фотоэлектрическому пирометру. На рис. 6 изображена схема радиационного пирометра. Поток, излучаемый раскаленным телом, лучепреломляющей линзой объектива концентрируется в фокусе линзы, где помещается горячий спай одной или нескольких последовательно соединенных термопар. К спаю этих термопар припаяны тонкие пластинки из зачерненной платиновой фольги для лучшего поглощения падающих на них лучей. Термопары находятся в стеклянной колбе, наполненной нейтральным газом (обычно аргоном) провода термопар выводятся через цоколь лампы к гальванометру. Для первоначальной наводки телескопа па фокус окуляр делается подвижным; при правильной наводке наблюдаемое изображение должно находиться в центре видимого фона и перекрывать горячий спай термопары. Между окуляром и термопарами помещается цветной или дымчатый фильтр, предохраняющий глаза наблюдателя от раздражения при измерении высоких температур. Радиационные пирометры используются как переносные и стационарные приборы для измерения температур в пределах 700—1800 °С, причем при измерении температур выше 1400 °С во избежание порчи зачерненной поверхности платины вводится диафрагма, подрезающая поток лучей и снижающая таким образом температуру платиновой пластинки. Преимущества радиационного пирометра — измерение высоких температур без вмешательства наблюдателя и возможность присоединения пирометра к любому щитовому прибору (регистрирующему, самопишущему, контактному и регулирующему). Похожие статьи: Навигация: Статьи по теме:
Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум |
|
|
|
|
Информационный сайт о строительных материалах и технологиях. Контакты: Никита Королёв - © 2008-2014 |
© Все права защищены.
Копирование материалов невозможно. |
|