Приборы для измерения температуры. Правила измерения.

Измерение температуры основано на физических свойствах тел, связанных определенной зависимостью с температурой. Наиболее широко используются следующие свойства: тепловое расширение тел, газов, паров и жидкостей; электрическое сопротивление проводников; термоэлектродвижущая сила; энергия излучения нагретых тел.

При наладочных работах по вентиляции температура газов и жидкости в пределах от —40 до +60° С измеряется тарированными жидкостными термометрами с ценой деления не более 0,5° С. При температурах свыше 60° С допускается применять термометры с ценой деления 1°С. Температуру воздуха и газов при составлении балансов по теплу и влаге, а также при лабораторных исследованиях измеряют тарированными термометрами с ценой деления не более 0,2° С.

Жидкостные стеклянные термометры. Принцип действия термометров основан на объемном расширении жидкости, заключенной в закрытом стеклянном резервуаре. Резервуар соединяется с капилляром, имеющим малый внутренний диаметр. При нагревании резервуара жидкость увеличивается в объеме и поднимается вверх по капилляру. По высоте столбика жидкости в капилляре можно судить об измеряемой температуре. Чем тоньше капилляр, по сравнению с резервуаром, тем чувствительнее термометр.

Рабочей жидкостью в термометрах служат обычно ртуть и органические жидкости. Ртутно-стеклянные термометры используются для измерения температуры в пределах от —30 до +500°С Термометры с органическими жидкостями называются низкотемпературными, в них применяют этиловый спирт до —130°С; толуол до —90° С; петролейный эфир до —130° С и пентан до —190° С.

Ртутные стеклянные термометры разделяют на палочные и с вложенной стеклянной шкалой. Палочный термометр представляет собой толстостенную капиллярную трубку из термостойкого стекла или кварца, на который нанесены деления шкалы. При наблюдении сквозь толщу стекла капилляр представляется значительно увеличенным и столбик жидкости хорошо виден, несмотря на очень малый действительный размер капилляра. Резервуар со ртутью у палочных термометров имеет наружный диаметр, одинаковый с наружным диаметром капиллярной трубки. Палочные термометры обладают высокой точностью и применяются в основном для лабораторных измерений.

Стеклянные термометры с вложенной шкалой отличаются тем, что капиллярная трубка имеет небольшой наружный диаметр, а деления шкалы нанесены на плоскую пластинку из молочного стекла, расположенную сзади капиллярной трубки. Шкала и капилляр заключены в стеклянную оболочку, припаянную к резервуару.

Термометр с ртутным заполнением может быть снабжен электрическими контактами, которые замыкаются ртутными столбиками. Такие термометры называются контактными или термосигнализаторами. Один из контактов впаян в нижней точке капилляра и всегда соприкасается с ртутью. Этот контакт обычно выполнен из платины, так как платина имеет такой же температурный коэффициент, что и термометрическое стекло.

Другие контакты впаивают в капилляр на определенных отметках шкалы или контакт изготавливают подвижным. В качестве подвижного рабочего контакта термосигнализатора применяют тонкую вольфрамовую проволоку и располагают ее внутри капилляра. Контакт перемещается с помощью передвигающейся по винту овальной гайки, заключенной в овальную трубку. Винт вращается подковообразным постоянным магнитом, который установлен на колпачке в верхней части термометра.

Шкала термометра справедлива, когда глубина его погружения равна высоте столбика измерительной жидкости. При этом жидкость, находящаяся в резервуаре и капилляре, имеет температуру измеряемой среды. Если столбик жидкости выступает над уровнем погружения термометра, то температура выступающей части будет отличаться от температуры измеряемой среды: Следовательно, выступающий столбик дополнительно удлиняется или укорачивается в зависимости от температуры окружающей среды. Поправку к показаниям термометра на температуру выступающего столбика подсчитывают по формуле

Метастатический термометр с меняющимися пределами шкалы предназначен для измерения температуры с повышенной точностью. Измерение производится в интервале, не превышающем 5° С в любом участке шкалы от —20 до +150° С. Чтобы изменить пределы измерения отливают часть ртути из капилляра в сифонообразный вспомогательный резервуар.

Термометр относится к числу стеклянных ртутных термометров со вложенной шкальной пластиной.

Термометр имеет рабочую шкалу 5° Сс ценой деления 0,01° С и вспомогательную шкалу от —20 до +150° С с ценой деления 5° С. На вспомогательной шкале устанавливают нижний предел температуры, от которого производят отсчет по рабочей шкале.

Основная допустимая погрешность термометра ±0,015° С. Температуру измеряют, погрузив термометр в измеряемую среду на постоянную величину до начала делений шкалы.

Стержневой термометр-дилатометр состоит из трубки и стержня, изготовленных из разных материалов. Стержень расположен внутри трубки. Один конец его жестко закреплен ко дну трубки. Трубка и стержень удлиняются при нагревании на различную длину. Изменение соотношения их длины характеризует температуру нагрева.

Стержневые термометры применяют главным образом в качестве сигнализаторов и регуляторов температуры, а также в системах пневмоавтоматики. При заданных значениях температуры они замыкают или размыкают электрические контакты, включаемые в электрические цепи.

Биметаллический термометр имеет чувствительный элемент в виде плоской или спиральной пружины, спаянной из двух разнородных пластин. Пластины изготавливают из металлов с разными коэффициентами температурного расширения. При нагревании обе пластины удлиняются и пружина изгибается в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом. По величине изгиба судят о температуре нагрева. Биметаллический термометр применен в термографе.

Термограф М-16А предназначен для непрерывного измерения и регистрации температуры воздуха. Чувствительной частью прибора является изогнутая биметаллическая пластина 9, изменяющая свою кривизну в зависимости от температуры. Один конец пластины закреплен, а другой — системой рычагов связан со стрелкой 4. На конце стрелки, установлено перо 10 в виде ковшичка, в которое заливаются специальные медленно сохнущие чернила. Перо вычерчивает кривую изменения температуры на диаграммной ленте, закрепленной на барабане 2 с помощью лентодержателя 3.

Барабан вращается под действием помещенного в него часового механизма. В зависимости от модификации прибора барабан делает 1 оборот в сутки (суточный термограф) или в неделю (недельный). Часовой механизм заводится ключом.

В зависимости от применяемой шкалы на диаграммной ленте прибором измеряют температуру в следующих диапазонах: от —40 до +30° С; от —30 до +40° С; от —20 до +50° С. Прибор регулируется винтом 8, перемещающим закрепленный конец чувствительной пластины. При этом перо устанавливают на нужное деление выбранной шкалы, соответствующее температуре измеряемого воздуха в данный момент.

В приборе предусмотрен отметчик времени. Он дает возможность, не открывая крышки корпуса прибора, отмечать время наблюдений на диаграммной ленте. При нажатии наотметчик времени перо поднимается и делает вертикальную отсечку.

Чтобы отвести стрелку с пером от барабана часового механизма для прекращения записи и снять барабан при смене диаграммной ленты, поворачивают рычаг 5 до упора в направлении на себя. Опустить перо на поверхность барабана можно поворотом этого рычага до упора в обратном направлении. Основная плата прибора И, на которой смонтированы все узлы и механизмы, прикреплена к основанию корпуса 1. Чувствительная часть термографа защищена от механических повреждений защитными дугами 7 и крышкой 6.

Правила измерения температуры

Для измерения температуры воздуха в рабочей зоне помещения термометры устанавливают по возможности на высоте 1,5 м от пола, вдали от холодных наружных ограждений и оборудования, излучающего тепло, и вне зоны действия приточных струй н солнечных лучей. Резервуары термометров должны свободно омываться воздухом. Измерять температуру воздуха вблизи горячих или холодных поверхностей следует аспирационными психрометрами, резервуары термометров которых защищены от воздействия тепловой радиации.

Температура наружного воздуха измеряется термометрами, которые должны быть защищены от непосредственного воздействия солнечных лучей и атмосферных осадков. Температуру воздуха в воздуховодах рекомендуется измерять термометрами, вводимыми внутрь воздуховодов через специальное отверстие или лючки. При разрежении в воздуховоде необходимо исключить подсос воздуха через отверстия или лючки.

Места измерения температуры воздуха в воздуховодах выбирают с учетом следующих требований:

термометры не должны подвергаться вибрации и тряске;

на показания термометров не должно оказывать влияние лучистое тепло от теплообменников и должно быть исключено попадание капель воды или другой жидкости на термометр при замерах после камер орошения.

Показания термометров следует снимать не ранее чем через 5 мин после их установки, причем не следует дотрагиваться до резервуара термометра руками, дышать на него, освещать спичками. При необходимости наблюдения за температурой воздуха в помещении в течение суток или более длительного времени следует использовать самопишущие приборы — термографы, электронные самопишущие многоточечные и одноточечные с термометрами сопротивления.

Температура поверхностей измеряется термощупами или поверхностными термопарами.

Полупроводниковые термометры типа ЭТП-IA, ЭТП-2А и ЭТП-М предназначенные для измерения температуры в производственных и лабораторных условиях, разработаны и изготавливаются экспериментальной базой Уральского ПромстройНИИпроекта

Приборы ЭТП-IA и ЭТП-2А работают с датчиками трех типов

Датчик I служит для измерения температуры поверхностей металлических строительных конструкций и ограждений, нагревателей отопительно-вентиляционных систем, трубопроводов котельных и холодильных установок, корпусов и деталей электромашин и другого технологического оборудования. Терморезистор 1 датчика плотно обмотан неизолированной медной проволокой 2, припаян к контактному колпачку 3 и помещен в колодку 4, которая поджимается пружиной 5, что обеспечивает надежный тепловой контакт с измеряемой поверхностью.

Датчик II предназначен для измерения температуры неагрессивных жидкостей, растворов, сыпучих материалов, влажных газовых сред. Датчик состоит из герметичной трубки 6, внутри которой помещен терморезистор 1.

Датчик III применяется для измерения температуры неагрессивных газовых и воздушных сред нормальной влажности. Датчик состоит из перфорированной трубки 7 с терморезистором 1, расположенным внутри.

В приборе ЭТП-М применен один датчик с тремя сменными насадками, позволяющими производить все вышеуказанные измерения.

Все элементы и узлы приборов смонтированы на жесткой панели и помещены в защитный корпус с крышкой, в которой размещены датчики. В специально предусмотренной кассете в корпусе прибора устанавливается батарея питания.

На лицевой панели приборов расположены стрелочный индикатор, переключатель поддиапазонов, переключатель рода работы, переменный резистор установки рабочего напряжения, выключатель питающего напряжения, разъем для включения датчиков (в приборах ЭТП-1А и ЭТП-2А).

Порядок работы с приборами. Вначале подключают датчик и располагают прибор горизонтально. Механическим корректором стрелочного индикатора устанавливают стрелку на нулевую отметку шкалы. Переключатель поддиапазонов ставят на требуемый поддиапазон измерения. Переключатель рода работы включают в положение «контроль» и подключают питание прибора. Ручкой «регулирование напряжения» устанавливают стрелку индикатора на максимальное деление шкалы (настройку производят после каждого переключения поддиапазонов и при измерении периодически контролируют). После этого переключатель рода работы устанавливают в положение «измерение». По шкале прибора снимают показание при установившемся значении тока измерителя. В приборах, шкала измерителя которых градуирована в мка, температуру определяют по зависимости прилагаемой к прибору в виде графики. Датчик прибора при измерениях устанавливают заранее или перед включением прибора. Поверхности в местах измерений температуры выбирают ровные, сухие, очищенные от грязи, краски и т. п. с минимальным радиусом закругления (до 40 мм).

Датчик типа I прижимают плотно, без сдвигов, вибраций и ударов и так, чтобы его ручка была перпендикулярна измеряемой поверхности. Для обеспечения надежного теплового контакта датчика с поверхностью перед измерением температуры медный его колпачок смазывают техническим вазелином или маслом.

Датчик типа II погружают в жидкость или сыпучую среду на полную глубину, сохраняя расстояние между низом ручки и уровнем жидкости не менее 5 мм. При окружающих температурах ниже 10° С измерения проводят дистанционно, чтобы сохранить температуру прибора в пределах 10—35° С.

Аспирационныйэлектротермометр конструкции ГПИ Проектпромвентиляция предназначен для дистанционного измерения температуры воздуха в диапазоне от —15 до +125° С. Электротермометр состоит из измерительного прибора и датчика. Датчик соединен с измерительным прибором соединительным шнуром. Чувствительным элементом 1 датчика температуры является медная проволока диаметром 0,05 мм, спирально намотанная на каркас из натянутых нитей. Сопротивление чувствительного элемента при температуре 0° С составляет 100 Ом. Чувствительный элемент закрыт внутренним 2 и наружным 3 цилиндрическими экранами. Экраны изготовлены из листового металла с последующим никелированием и полировкой.

Из окружающей среды воздух просасывается электровентилятором 5 через щели 4 наружного и внутреннего экранов и попадает на датчик, изменяя его температуру и сопротивление. Сопротивление датчика измеряется неуравновешенным мостом постоянного тока.

Прибор имеет три поддиапазона измерения температуры: от —25 до +25° С; от 25 до 75° С и от 75 до 125° С, которые переключаются переключателем п. rij (рис. 11.28). Питание измерительного моста осуществляется от одной батареи КБС-Л-0,5, электродвигатель вентилятора питается от двух батарей того же типа, соединенных параллельно или трех элементов типа «Марс», соединенных последовательно.

Для подготовки электротермометра к работе датчик подсоединяют к измерительному прибору и корректируют питающее напряжение моста, для чего:

переключатель диапазонов Hi устанавливают в положение II поддиапазона, а переключатель П2 — в положение К (коррекция);

переменным резистором R& стрелку измерительного прибора совмещают с красной риской на шкале показывающего прибора. Коррекцию питающего напряжения проводят через 30—35 мин работы прибора.

Для измерения температуры воздуха датчик располагают в точке измерения, затем выключателем Вк! включают электродвигатель вентилятора, переключатель Пгпереводят в положение «И» (измерение). Если стрелка показывающего прибора «зашкаливает» влево, переключатель переводят на более низкий поддиапазон измерения, если вправо — на ботее высокий. Когда стрелка перестанет двигаться, т. е. чувствительный элемент датчика примет температуру окружающего его воздуха, записывают показания прибора в относительных делениях. Затем по тарировочному графику или таблице переводят деления в абсолютное значение температуры.