Практика 1. Термометры расширения и манометриче..


Практика 1. Измерители температур
Температура и методы её измерения
Температура – характеризует степень нагретого тела. Определяется скоростью движения молекул (чем быстрее, тем выше кинетическая энергия, следовательно, выше температура тела).
Температура измеряется по международной температурной шкале (МТШ-90) по шкалам Кельвина (K) и Цельсия (°C):
t = T - 273,15,
где t – температура в градусах Цельсия;
T – Термодинамическая температура в градусах Кельвина.
В США и Англии широко применяется шкала Фаренгейта, по которой температура таяния льда составляет 32 °F, а температура кипения воды 212 °F. Формулы для пересчёта:
tC= 59×tF-32tF= 95×tC+32Температура измеряется термометрами.
Термометры расширения основаны на тепловом расширении физических тел.
Манометрические термометры – на зависимости давления внутри замкнутого сосуда от температуры.
Термоэлектрические термометры измеряют термоэлектродвижущую силу (ТЭДС) в замкнутом контуре из двух разнородных проводников, когда их спаянные концы находятся при различных температурах.
Термометры сопротивления – основаны на свойстве металлов изменять своё электрическое сопротивление в зависимости от температуры.
Пирометры излучения – основаны на свойстве нагретых тел излучать световые и тепловые лучи с разной длиной волны.
Термометры расширения
На практике применяются биметаллические, стержневые и жидкостные термометры расширения.
Биметаллические термометры являются простейшими измерителями температуры. Точность их сравнительно невысока. Полоска из двух свальцованных друг с другом пластин из металлов, обладающих различными коэффициентами расширения (биметалл), искривляется при изменении температуры в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения. Биметаллические пластины изготавливаются в виде плоских, винтовых или спиральных пружин. Диапазоны показаний лежат между -70 и 600 °С при измерениях с классом точности 1 или 2,5.


Стержневой (дилатометрический) термометр состоит из трубки и стержня, изготовленных из разных материалов. Стержень может быть изготовлен из инвара (сплав железа и никеля) и закреплён на дне латунной трубки. Изменение соотношения их длины характеризует температуру нагрева. Дилатометрические терморегулирующие устройства (ТУДЭ, РТ-300) выпускаются на различные диапазоны температур от -30 до 1000 °С с классом точности 1,5 и 2,5.

Термограф – самопишущий прибор для непрерывной записи изменений температуры среды за какой-либо период.
Жидкостные термометры просты и наиболее распространены. Они одни из наиболее дешёвых и при этом весьма точные. Наиболее точны ртутные термометры (от -35 до 310 °С), поскольку ртуть, в отличие от органических жидкостей не смачивает стекло. Предельная погрешность для технических термометров составляет ±1 °С для термометров со шкалой -35…100 °С, ±2 °С для термометров со шкалой 0…200 °С, ±5 °С для термометров со шкалой 0…300 °С, ±10 °С для термометров со шкалой 0…450 °С (т.е. класс точности от 1 до 2,3). В качестве термометрических жидкостей применяются следующие:

Технические термометры градуируются при погружении только суженной хвостовой части, которая может быть прямой или угловой (90 или 120°). Они могут иметь специальное назначение (медицинские, метеорологические), или особые технические характеристики (вибростойкие, электроконтактные).
Термометры повышенной точности (±0,05 – 0,2 °С) изготавливают с укороченной шкалой (с расширенной частью капилляра (на рисунке справа)).

Жидкостные стеклянные термометры устанавливают в специальные термометровые гильзы, заполненные маслом.

Манометрические термометры основаны на изменении давления газа, жидкости или насыщенного пара в замкнутом объёме в зависимости от температуры. Такие термометры могут использоваться во взрывоопасных и пожароопасных средах и в условиях вибрации, но их точность, особенно при низких температурах, часто недостаточна, погрешность измерений может достигать ±5 °С. На показания жидкостного и конденсационного термометров влияет высота установки термобаллона относительно манометрической пружины, поэтому длина капиллярной трубки у таких приборов не превышает соответственно 10 и 25 м. Для защиты от механических повреждений капиллярная трубка помещается в чулок из проволоки. Термобаллон изготавливают из стали, его погружают непосредственно в среду, температура которой измеряется, без защитной гильзы, если давление в среде не превышает 6,4 МПа.

Газовые манометрические термометры применяются для измерения температур в интервале от -200 до 600 °С, нижний предел измерения от -200 до 200 °С, верхний – от 50 до 600 °С, диапазон измерения – от 100 до 700 °С. Класс точности 1 или 1,5. Длина капиллярной трубки до 60 м. Длина термобаллона 125 – 400 мм, диаметр 20 – 30 мм. В качестве наполнителя используется гелий (при низких температурах), азот (при средних температурах) и аргон (при высоких температурах). Начальное давление в термосистеме составляет 1,5 – 3,8 МПа. Шкала термометра практически равномерная. Большие размеры термобаллона являются существенным недостатком данного типа термометров.
Конденсационные манометрические термометры применяются для измерения температур в интервале от -50 до 300 °С, нижний предел измерения от -50 до 100 °С, верхний – от 35 до 300 °С, диапазон измерения – от 50 до 150 °С. Класс точности 1 или 1,5, но он регламентируется обычно только для последних двух третей шкалы. Длина капиллярной трубки до 25 м. Длина термобаллона 78 мм, диаметр 16 мм. Термобаллон на 70 – 75 % заполнен жидкостью с низкой температурой кипения, а остальная часть термобаллона – её насыщенным паром. Капилляр и манометрическая пружина также заполняются жидкостью, если температура измеряемой среды выше, чем температура зоны, где устанавливается манометр. Начальное давление в термосистеме составляет 0,2 – 0,5 МПа и возрастает с повышением температуры в десятки раз. Существенным недостатком данного типа термометров является значительная неравномерность шкалы.
В качестве термометрических жидкостей используют пропилен (для измерения температур от -50 до 60 °С), фреон-22 (от -25 до 80 °С), хлористый метил (от 0 до 125 °С), ацетон (от 100 до 200 °С), этилбензол (от 160 до 300 °С) и др. Причём верхний предел шкалы термометра должен быть всегда ниже критической температуры для данного рабочего конденсата.


Жидкостные манометрические термометры находят небольшое распространение. Они применяются для измерения температур в интервале от -50 до 300 °С, нижний предел измерения от -50 до 100 °С, верхний – от 50 до 300 °С, диапазон измерения – от 50 до 300 °С. Класс точности 1 или 1,5. Длина капиллярной трубки до 10 м. Длина термобаллона 18 – 110 мм, диаметр 10 – 12 мм. В качестве термометрических жидкостей используются ПМС-5 при низких температурах, ПМС-10 – при высоких температурах, а также пропиловый спирт, метаксилол, силиконовые жидкости и т.п.
Манометрические термометры выпускаются показывающими, дополнительно могут оснащаться электроконтактными устройствами.
Лабораторная работа. Определение температуры насыщенного водяного пара в верхнем барабане парового котла по показаниям манометра
Когда вода в верхнем барабане котла разогрета до температуры кипения, по давлению насыщенного пара можно приблизительно определить его температуру. Определить зависимость между давлением и температурой насыщенного пара, нарисовать график, найти приближённую формулу с помощью программы Microsoft Excel.
Избыточное давление, МПа
(при атмосферном
давлении 100 кПа) Температура
насыщенного
пара, °С
0 99,64
0,05 111,38
0,1 120,23
0,15 127,43
0,2 133,53
0,25 138,88
0,3 143,62
0,35 147,92
0,4 151,84
0,45 155,55
0,5 158,92
0,55 162,08
0,6 165,04
0,65 167,83
0,7 170,50
0,75 173,02
0,8 175,43
0,85 177,75
0,9 179,97
0,95 182,10
1,0 184,13
1,05 186,09
1,1 188,02
1,15 189,88
1,2 191,68
1,25 193,43
1,3 195,10
1,35 196,76
1,4 198,35
1,45 199,92
1,5 201,45
1,55 202,92
1,6 204,38


Приложенные файлы

  • docx 8159817
    Размер файла: 656 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий