Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 158
Скачиваний: 0
полном погружении, т. е. при погружении в измеряемую среду до
отсчитываемой отметки.
Т е р м о м е т р ы т е х н и ч е с к и е с в л о ж е н н о й ш к а л ь н о й п л а с т и н к о й (рис. 7) градуируются при полном погружении всей нижней (хвостовой) части в измеряемую среду.
Рис. G. Термометры ртутные |
Рис. 7. Термометр ртут |
|||
стеклянные |
лабораторные: |
ный стеклянный техни |
||
а — палочный; |
б — с вложен |
ческий |
с |
вложенной |
ной шкальной пластинкой |
шкальной |
пластинкой |
Т е р м о м е т р ы к о н т а к т н ы е отличаются впаянными в капил ляр на определенной высоте контактами из никеля или платины. Один контакт впаивается в нижней части термометра, а другой (или два других) — против отметки шкалы, соответствующей максимально допустимой температуре измеряемой среды. Контакты замыкаются электрической цепью, в которую включены источник
41
электрического питания и сигнал (звонок или лампа). Эта схема может быть усложнена введением в цепь реле того или иного типа. Сигнал о достижении предельной температуры подается в тот момент, когда столбик ртути достигнет верхнего контакта и цепь замкнется.
Обслуживание ртутных стеклянных термометров в период эксплуатации сводится к периодической очистке от оседающей пыли, к обеспечению их сохранности и наблюдению за правиль ностью эксплуатации. Кроме того, каждый термометр в установ ленные сроки поверяют на месте установки или в лаборатории.
Термометры лабораторного типа необходимо погружать в изме ряемую среду до отсчитываемой отметки. Если же полного погру жения обеспечить не удается, то к показаниям термометра следует прибавлять поправку на выступающий столбик по уравнению
|
Д ^=0,00016« |
—12), |
|
(8) |
где |
At — поправка на выступающий столбик; |
стекле; |
||
|
0,00016 — видимый коэффициент |
расширения ртути в |
||
|
п — длина выступающего столбика, |
выраженная |
в гра |
|
|
дусах шкалы термометра; |
|
|
|
|
h — температура, показываемая термометром; |
|
||
|
ti — температура выступающей части |
термометра. |
Температура выступающего столбика определяется вспомога тельным термометром, который на время прикрепляют к оправе рабочего термометра. Погрешность измерения в результате осаж дения ртути в выступающем столбике может достигать 2—3% от измеряемой температуры, поэтому введением поправки на высту пающий столбик не следует пренебрегать. Допустимая погреш ность показаний ртутных стеклянных термометров, в зависимости от интервала измеряемых температур и цены наименьшего деле ния, составляет ± 1ч-1,5%. Значительное отставание (инерция или запаздывание) показаний, а также отсутствие записи и передачи показаний ограничивает применение ртутных стеклянных термомет ров и заставляет заменять их более совершенными приборами.
Кроме ртутных, для диапазона температур от —80 до +100° С применяют термометры, заполненные толуолом, в диапазоне от —80 до +80° С — заполненные этиловым спиртом и другие жидкрстные термометры расширения.
Биметаллические и дилатометрические термометры. Действие биметаллических и дилатометрических термометров основано на использовании различия коэффициентов теплового расширения
металлических сплавов |
или иных твердых веществ. |
В б и м е т а л л и ч е |
с к и х т е р м о м е т р а х чувствительным |
элементом являются двухслойные пластинка или спираль. Коэф фициенты теплового расширения их слоев значительно различа
ются: слой из медноникелевого |
сплава— латуни (70% Си + 30% |
Zn) имеет коэффициент 0,000019 |
К-1, а слой из железоникелевого |
сплава — инвара (64% Fe + 36% |
N i)— коэффициент 0,000001 К-1. |
Один конец пластинки или спирали закреплен неподвижно, а вто
42
рой соединен передаточным механизмом с указателем и может пе ремещаться при деформации чувствительного элемента, что позво ляет судить о размере температуры. Деформация пластинки или спирали происходит вследствие неодинакового расширения слоев при их нагревании или охлаждении. Класс точности биметалличе
ских термометров 2,5.
В д и л а т о м е т р и ч е с к и х т е р м о м е т р а х чувствительным элементом является сама металлическая защитная трубка термо метра, изготовленная из латуни; при нагревании она удлиняется. Внутри трубки находится стержень из инвара. Один конец стержня упирается в дно защитной трубки, а второй — в рычаг передаточ ного механизма. По существу стержень также является частью передаточного механизма. Изменения длины защитной трубки при ее нагревании или охлаждении через передаточный механизм ска зываются на положении указателя температуры или контактов двухпозиционного регулирующего устройства. Классы точности дилатометрических термометров 1,5 и 2,5.
Манометрические термометры. Действие манометрических тер мометров основано на использовании зависимости давления жид кости, насыщенного пара или инертного газа при постоянном объ еме от температуры. Они предназначены для измерения темпера туры в пределах от —150 до + 1000° С.
Замкнутая измерительная система манометрического термо метра (рис. 8 ) состоит из первичного измерительного преобразова теля, воспринимающего температуру измеряемой среды и преобра зующего тепловую энергию в энергию давления, — металлического
термобаллона |
а, соединительного металлического капилляра |
|
(трубки) б и |
измерительного |
первичного прибора-манометра в |
с одновитковой |
(многовитковой) |
трубчатой пружиной и шкалой, |
градуированной в градусах Цельсия.
При нагревании термобаллона увеличивающееся в его полости давление заполнителя передается по капиллярной соединительной трубке в полость манометрической пружины, а упругая деформа ция пружины через передаточный механизм вызывает отклонение стрелки по шкале или пера по диаграмме измерительного прибора.
По виду заполнителя термосистемы манометрические термо метры разделяются на жидкостные с областью измерения от —150 до +300° С, конденсационные с областью измерения от —50 до + 300° С, газовые с областью измерения от —150 до +600° С и со специальным заполнителем с областью измерения от 100 до 1000° С.
В качестве заполнителей ж и д к о с т н ы х манометрических тер мометров применяют ртуть и органические жидкости — метиловый спирт (до 150°С) и ксилол (до 300°С). Жидкостью заполняются полностью термобаллон, соединительный капилляр и полость ма нометрической пружины.
С целью снижения возможной гидростатической погрешности от разности высот расположения термобаллона и первичного при бора, а также для уменьшения запаздывания показаний длина со единительного капилляра составляет не более 10 м.
43
Жидкостные манометрические термометры изготовляются следу ющих классов точности: 1,0; 1,5; 2,5. При отклонении температуры окружающей среды от номинальной, равной 20 ±2° С для термомет ров класса 1,0 и 20±5° С для термометров классов 1,5 и 2,5, воз никает дополнительная погрешность, размер которой тем больше, чем длиннее соединительная капиллярная трубка и больше объем манометрической пружины. Для снижения температурной погреш ности рабочий объем термобаллона стремятся сделать как можно больше по сравнению с внутренним объемом соединительного ка-
Рис. 8. Манометрический термометр:
а — термобаллон; 6 — капиллярная трубка; в — манометр
пилляра и пружины манометра. Это возможно при длине капил ляра до 10 м. В тех случаях, когда желательно иметь более длин ный соединительный капилляр, применяют специальные компенси рующие устройства.
Влияние внешней температуры на показания жидкостных мано метрических термометров компенсируют одним из следующих ме тодов:
методом полной компенсации путем прокладки второй капил лярной трубки той же длины, что и основная, но без термобаллона и введения второй манометрической пружины, аналогичной основ ной пружине, но действующей в противоположном направлении; методом полукомпенсации (на температуру пружины) путем использования биметаллического поводка в передаточном меха
низме;
44
методом полукомпенсации (на температуру капиллярной труб ки) путем прокладки внутри капилляра тонкой проволоки из ин вара, обладающего незначительным коэффициентом термического расширения, вследствие чего при колебаниях температуры капил лярной трубки изменяется объем кольцевого пространства вокруг проволоки и давление в системе выравнивается.
При наличии компенсирующих устройств длина соединитель ного капилляра достигает 25 м. Шкала жидкостных манометриче ских термометров равномерная.
В к о н д е н с а ц и о н н ы х |
манометрических термометрах в ка |
честве заполнителей применяются низкокипящие жидкости. |
|
Шкала, °С: |
Заполнитель: |
До 9 0 .......................................... |
хлористый этил |
„П О ...................................... |
этиловый эфир или хлористый метил |
„ 150 ...................................... |
этиловый спирт |
„ 200 ...................................... |
пропилацетат |
„ 250 ...................................... |
бензол |
Низкокипящая жидкость |
(конденсат) занимает примерно 2/з |
объема термобаллона, остальная часть его заполнена насыщен ными парами этой жидкости.
Соединительный капилляр и трубчатую пружину заполняют дру гой жидкостью, например смесью, состоящей из 75% глицерина, 20% этилового спирта и 5% воды, которая не испаряется и служит только для передачи давления к пружине измерительного прибора. Такое заполнение снижает дополнительную погрешность от влия ния температуры окружающей среды, так как изменение объема передаточной жидкости в капилляре и пружине приводит лишь к изменению соотношения между жидкой и паровой фазами в тер мобаллоне, не меняя в нем давления, зависящего только от тем пературы. В этом случае дополнительная погрешность от влияния температуры окружающей среды определяется изменением переда точного числа в измерительном механизме манометра от расшире ния металлических деталей.
Соединительный капилляр может иметь длину до 16 м. Шкалы конденсационных манометров неравномерные, расширяющиеся к концу, что обусловливается нелинейностью соотношения между температурой кипения и соответствующим давлением.
Манометрические конденсационные термометры изготовляются следующих классов точности: 1,5; 2,5; 4,0. Они действительны для второй и третьей третей шкалы термометра; на первой трети шкалы, где деления сужены, класс точности соответствует следу
ющему за ним низшему классу (т. е. |
1,5 и соответственно 2,5; |
2,5 |
и 4,0; 4,0 и 6,0). |
манометрических термомет |
|
В качестве заполнителя г а з о в ы х |
||
ров используется азот. Термобаллон |
выполняется из латуни, |
ка |
пиллярная соединительная трубка — из цельнотянутой медной трубки, имеющей защитную оболочку — оплетку из стальной оцин кованной проволоки. Вследствие невозможности изготовления
45
длинных металлических капиллярных трубок уже при длине более 5 м соединительный капилляр набирается из отдельных коротких кусков. Куски соединяются манжетами из меди, которые опаива ются. Соединительный капилляр может иметь длину до 50 м; пер вый типоразмер 0,6 м, затем 1 м, 1,6 м, 2,5 м и т! д.
Удлинение капиллярной трубки ведет к необходимости увели чения объема термобаллона, так как для устранения температур ной погрешности от влияния внешней среды должно быть соблю-. дено определенное соотношение между объемом термобаллона и суммой объемов капиллярной трубки и пружины.
При длине соединительного капилляра 60 м термобаллон имеет глубину погружения до 1000 мм, что создает трудности при уста новке в объекты измерения. Кроме того, с увеличением длины ка пилляра возрастает запаздывание в передаче сигнала от термобал лона к манометру.
При прокладке капиллярной трубки нужно соблюдать боль шую осторожность. Недопустимы резкие перегибы, многократные изгибания в разные стороны, удары и т. п. Лишнюю часть капил лярной трубки аккуратно свертывают и укрепляют на задней стенке корпуса первичного прибора.
Основным условием нормальной работы газовых манометриче ских термометров является правильное обслуживание и быстрое выявление и устранение замеченных неисправностей.
В процессе эксплуатации газовых манометрических термомет ров нередко выявляется утечка азота. Устранение этого дефекта представляет трудоемкую операцию. Вследствие наличия этих не достатков манометрические газовые термометры чаще применяют с короткими соединительными капиллярами.
Газовые манометрические термометры изготовляются следую щих классов точности: 1,0; 1,5; 2,5. Шкалы газовых манометриче ских термометров равномерные.
К манометрическим термометрам в общем случае, т. е. вне за висимости от вида заполнителя, предъявляются следующие требо вания:
класс точности приборов с дополнительными устройствами для телеметрических передач, сигнализации и регулирования устанав ливается для показывающей (самопишущей) части приборов;
точность выходных сигналов дополнительного устройства не должна быть менее следующего низшего класса точности прибора; точность срабатывания сигнального устройства (разность между показаниями указателя сигнализации и действительным значе нием температуры в момент появления или исчезновения сигнала) не должна быть менее следующего низшего класса точности при
бора; точность показания (записи) прибора в момент срабатывания
сигнального и регулирующего дискретного устройства не должна быть менее следующего низшего класса точности прибора;
пределы допускаемых основных погрешностей показаний (записи и выходных сигналов) приборов в процентах от диапазона
46