Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 5

Термобаллон термометра погружается в измеряемую среду, и рабочее вещество, находящееся в термобаллоне, применяет температуру измеряемой среды. При этом в термосистеме устанавливается давление, определяемое температурой измеряемой среды. При повышении температуры давление повышается, при уменьшении температуры понижается. Изменение давления рабочего вещества через гибкий капилляр предается на измерительный прибор, являющийся частью манометрического термометра. Измерительный прибор является пружинным манометром, рассчитанный на те диапазоны измерения давления, которые имеют место в термосистемах манометрических термометров.

Газовые манометрические термометры предназначены для измерения температуры от – 200 до + 600 °С. В качестве рабочего вещества в газовых термометрах применяется азот. Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме описывается линейным уравнением

                                                      ,               (5.4)

где     p₁ и p₀ – давление газа при температурах 0 и °С;

          b – температурный коэффициент расширения газа,  или 0,00366 K^–1.

Уравнение шкалы газового термометрического термометра будет также линейным:

                                                ,         (5.5)

где     p_н и p_к – давление газа при температурах, соответствующих началу t_н и концу t_к шкалы термометра.

В связи с тем, что при изменении температуры за счет теплового расширения изменяется объем термобаллона, а также изменяется с давлением внутренний объем манометрической пружины, объем термосистемы не постоянен. Поэтому реальное уравнение шкалы несколько отличается от линейного (5.5). Однако это отклонение незначительно и можно считать, что шкалы газовых манометрических термометров являются равномерными. Диапазон изменения рабочего давления в термосистеме может быть увеличен путем увеличения начального давления азота в термосистеме. Это позволяет унифицировать манометрические пружины, а также уменьшает барометрическую погрешность манометрического термометра. Пружинные манометры измеряют избыточное давление, и поэтому изменение барометрического давления может вызвать изменение их показаний. Если измеряемое давление будет значительным, то колебания барометрического давления практически не будут влиять на показания прибора.

Изменение температуры окружающего воздуха будет влиять на расширение рабочего вещества в капилляре и манометрической пружине, что вызывает изменение давления в термосистеме и соответствующее изменение показаний термометра. Для уменьшения этого влияния нужно уменьшать отношение внутреннего объема пружины и капилляра к объему термобаллона. Для этого увеличивают длину термобаллона или его диаметр. Длина термобаллона не должна превышать 400 мм, а диаметр его выбирается из ряда 5, 8, 10, 12, 16, 20, 25 и 30 мм в соответствии с ГОСТ. Длина капилляра может быть от 0,6 до 60 м. Для уменьшения температурной погрешности иногда применяют термокомпенсаторы. Специальные газовые манометрические термометры применяются для измерения отрицательных температур, например, водородный газовый термометр может использоваться для измерения до – 250 °C, а гелиевый – до – 267 °C.

Жидкостные манометрические термометры применяются для измерения температуры в диапазоне от – 150 до + 300 °C. В качестве рабочего вещества для заполнения термосистемы используют ртуть, пропиловый спирт, метаксилол и другие жидкости. Эти жидкости практически несжимаемы. Поэтому изменение объема рабочей жидкости в термосистеме приводит к деформации манометрической пружины и соответствующему перемещению указателя температуры. Давление в термосистеме относительно велико, поэтому погрешность от влияния изменения барометрического давления незначительна и практически отсутствует. Погрешность от влияния температуры окружающей среды присутствует, и для ее уменьшения применяют те же меры, что и для газовых термометров.