3.4 Манометрические термометры.

Действие манометрических термометров основано на свойстве изменения давления вещества в замкнутом объёме под действием температуры. Замкнутая измерительная система манометрического термометра (рис. 3.1) состоит из чувствительного элемента, воспринимающего температуру измеряемой среды – металлического термобаллона 1, рабочего манометра 2 для измерения давления в системе, длинного соединительного металлического капилляра 3. При изменении температуры измеряемой среды давление в системе изменяется, в результате чего изменяющееся давление заставляет перемещаться стрелку по шкале манометра, отградуированного в градусах Цельсия.

Манометрические термометры подразделяются на 3 основные разновидности:

• Жидкостные, в которых вся измерительная система (термобаллон, манометр и соединительный капилляр) заполнены жидкостью;

• Конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично – её насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр – насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной передаточной жидкостью;

• Газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом.

Для замкнутой системы

(p₁ V₁ )/T_{1 =}(p₂ V₂ )/T₂

Так как

V₁ =V₂ =V=const

Получим

(p₁ V )/T_{1 =}(p₂ V )/T₂

Откуда

T₂ = T₁(p₂/ p₁)

Или

T₂ = (T₁/ p₁) p₂

Система заправляется жидкостью или газом при температуре T₁ до давления p₁ тогда T₁/ p₁=α=const

Давление в системе пропорционально температуре термобаллона Т₂ и это давление р₂ измеряют с помощью манометра.

Объем термобаллона должен составлять не мене 90% объема системы.

Манометрические термометры газонаполненные (ТПГ) в качестве рабочей среды используют жидкий азот, а наполненные жидкостью (ТПЖ) – ксилол.

Достоинства: шкала прибора практически равномерна.

Недостатки: сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона.

3.7 Электрические термометры.

Принцип действия этого типа термометров основан на зависимости термо-ЭДС (ТЭДС) цепи от изменения температуры.

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл Б в большем количестве, чем обратно. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл Б отрицательно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б возникает разность потенциалов. Таким образом, термо ЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. Е_АВ(t,t₀).

ТЭДС E_AB(t t₀) является функцией от температуры горячего спая t при условии постоянства температуры холодного спая t₀.

Термопары градуируются при определенной постоянной температуре t₀ (обычно t₀ = 0 C или 20 C). При измерениях температура t₀ может отличаться от градуировочного значения. В этом случае вводится соответствующая поправка в результат измерения:

E_AB(t t₀) = E_AB(t t₀^’) + E_AB(t₀^’t₀).

Поправка E_AB(t₀^’t₀) равна ТЭДС, которую развивает данная термопара при температуре горячего спая t₀^’ и градуировочном значении температуры холодных спаев. Поправка берется положительной, если t₀^’ > t₀ и отрицательной, если t₀^’ < t_0.

Для исключения влияния отклонений температуры свободного спая термопары на показания вторичного прибора (милливольтметра) в замкнутый контур вводится неуравновешенный (компенса­ционный) мост. СРС

Величина поправки может быть взята из градуировочной таблицы.

Градуировки термопар: ХА - хромель-алюмелевые; ХК - хромель-копелевые; ПП - платинородий-платиновые и т.д.

Требования к термопарам:

1) воспроизводимость,

2) высокая чувствительность,

3) надежность,

4) стабильность,

5) достаточный температурный диапазон.

Методы и средства для измерения ТЭДС:

1) Метод непосредственной оценки ( с помощью милливольтметра); СРС

2) Компенсационный метод (с помощью потенциометров). СРС

Термоэлектрический термометр представляет собой 2 термоэлектрода 3 (тонкие проволоки диаметром 0,5 или 1,2 мм) из разных сплавов, одни концы 1 которых сварены между собой, а к другим свободным концам 4 подводятся соединительные провода. Для защиты от механических повреждений и воздействия окружающей среды термоэлектроды, армированные изоляцией, помещают в защитный корпус. Термометр погружают в измеряемую среду на глубину L. Контакт 1 называют рабочим (горячим) спаем термоэлектрического термометра (он в среде), а контакты 4 – свободным (холодным) спаем (он находится в помещении цеха, лаборатории).