Измерение температуры манометрическим термометром

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СХЕМ С ДАТЧИКАМИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы – изучение методов измерения температуры (ртутным термометром, манометрическим термометром, термометром сопротивления), а также систем автоматического контроля температуры.

Общие сведения

При измерении технологических параметров основными являются методы непосредственной оценки и сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки заключается в оценке значения физической величины непосредственно по отсчётному устройству средства измерения (рисунке 1.1, а).

ИЦ – измерительная цепь; ИН – индикатор нуля; С – сумматор; М - мера

Рисунок 1.1 – Структурная схема методов измерения

Метод сравнения с мерой основан на сравнении измеряемой величины с мерой. Мера – это такой элемент измерительной цепи, предназначенный для частичного или полного уравновешивания измеряемого параметра. В дифференциальном (разностном) методе разность между величиной меры x_м и измеряемой величиной x преобразуется в показания измерительного прибора (рисунок 1.1, б). При нулевом (компенсационном) методе измеряемая величина полностью уравновешивается величиной переменной меры, что определяется индикатором нуля ИН (рисунок 1.1, в). Показанием прибора здесь является величина переменной меры.

Измерение температуры манометрическим термометром

Манометрические термометры состоят из термобаллона и измерительного прибора давления (манометра), соединенных между собой капилляром, длина которого достигает 60 м. Термобаллон размещается в среде, где измеряется температура. Температура среды воздействует на физическое состояние вещества внутри баллона, что приводит к изменению давления, которое через капиллярную трубку передается на расстояние и фиксируется манометром. В качестве чувствительных веществ используют газы, жидкость и газожидкостную смесь. Диапазон измеряемых температур от – 50°С до 600°С. Они используются для дистанционного (до 60м) измерения температур. Класс точности примерно 1,5. К их положительным качествам относятся: простота конструкции и обслуживания, возможность дистанционного измерения и автоматической записи показаний; к их недостаткам - небольшая точность измерений, значительная инерционность, сравнительно небольшое отклонение дистанционной передачи показаний.

Газовые манометрические термометры основаны на использовании зависимости давления инертного газа (азота), который находится в герметично замкнутой термосистеме, от температуры. Термометры, заполненные азотом, обеспечивают измерение температуры до +600°C. Величина изменения давления зависит от температуры следующим образом:

(1)

где - термический коэффициент расширения, 1/°C;

t - конечная температура, °C;

t₀ - начальная температура, °C;

Р₀ - давление рабочего вещества при температуре t₀ (20°C), Па.

В жидкостных манометрических термометрах вся система заполняется жидкостью под некоторым начальным давлением. Для заполнения обычно применяется ртуть (для температуры -30…+600°C) и ксилол (для температуры - 40…+200°C). Давление жидкости в зависимости от температуры можно представить уравнением

(2)

где - приращение давления в зависимости от температуры, Н/м²;

- коэффициент объёмного расширения жидкости, 1/град;

- коэффициент сжимаемости жидкости, м² / Н;

- приращение температуры, °C.

Из уравнений (1) и (2) видно, что изменение давления жидкости или газа при нагревании является линейной функцией температуры, и поэтому манометрические термометры имеют равномерную шкалу.