close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3800 murin g. a teplotehnicheskie izmereniya

код для вставкиСкачать
W
Й*:'Я
в
1 Ш
ш
Is
Щ ПШ
№Я
1'№»>
•Я V
ш
ш
г
■
|И
|j
м
Г *V •іг\&*
JJB
.’*
Цп^ЯкЛBD1U;1-■ш
*
Н
[
к
н
■1**V;T1 г :*Шщ.{§ S J
м
тх
Vт
Vw^Pi.
ШМШМЁИДУЕ к
І
І
И
Н
Г
I
і 1
V
І
д
Г
ю
^
ІНЖ
й
А
к х я а п в ішИИйи
и
№ ‘J Ш щ Щ М в й П ,
ш й '[А€ Я1Н И
ИЯИ а « в явн 1
»2зР#Ш
1чш
'і
Д рІ л I
яҺД
аЯ
Л
|Я
■
ЛВЖ
Щ |Ш М |Д 1Ю
а/
• .* '
■
В£
м
на
вам
§иЙ
йй
Г. А. МУРИН
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ
ИЗМЕРЕНИЯ
ПЯТОЕ ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ
И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено Министерством
энергетики и электрификации СССР
в качестве учебника
для учащихся энергетических
и энер го строительных техникумов
МОСКВА «ЭНЕРГИЯ» 197Ө
ББК 31.32
М 91
УДК 621.311.22.002.56 (075.3)
Мурин Г. А.
М 91
Теплотехнические измерения! Учебник для тех­
никумов. — 5-е изд., перераб, и доп. — M.j Энергия,
1979. — 424 с., ил. ,
|
' ;Ji
В пер.: 1 р. 10 к.
В книге приведены сведения о теплотехнических измерениях
и рассмотрены принципы действия, устройство, назначение, спо­
собы установки и поверки измерительных приборов, применяемых
в теплоэнергетике. Четвертое издание книги вышло в 1968 г. На­
стоящее пятое издание переработано и обновлено с учетом измене­
ний ГОСТ и ТУ на приборы.
____
Книга является учебником по курсу «Теплотехнические измерения» для учащихся теплотехнических специальностей энергети­
ческих и энергостроительных техникумов и может служ ить учеб­
ным пособием и для учащихся других родственных учебных заве­
дений, а такж е справочным руководством по измерительным при­
борам для работников энергетической промышленности.
30302-068 ІЛ
_
М
12-79. 2303010000
051 (01)-79
ББК 31.32
6П2.2
Издательство «Энергия», 1979 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЯТОМУ ИЗДАНИЮ
Рост энергетической и других основных отраслей
промышленности СССР* неразрывно связанный с научнотехническим прогрессом, сопровож дается интенсивным
развитием и совершенствованием систем автоматического
контроля и управления технологическими процессами.
Непрерывно увеличивается производство разнообразны х
измерительных приборов и средств автоматизации, повы­
шаются точность, надежность и долговечность их работы.
К 1980 г. выпуск приборов и средств автоматизации
возрастет по сравнению с 1975 г. в 1 ,6 — 1,7 раза.
Основные направления развития народного хозяйства
СССР на 1976— 1980 годы предусматривают программу
работ по дальнейш ему подъему в десятой пятилетке всех
отраслей промышленности и в том числе значительному
росту энергетики и электрификации страны. З а указанный
период суммарная установленная мощность электростан­
ций (тепловых, атомных и гидравлических) увеличится
примерно в 1,3 раза и составит окголо 290 млн. кВт. Наме­
чается строительство крупных тепловых электростанций
мощностью по 4 —6 млн. кВт с установкой на них энерге­
тических блоков единичной мощностью 500 и 800 тыс. кВт
на сверхвысокие параметры пара.
Д л я обеспечения на тепловых электростанциях пра­
вильного использования и обслуж ивания обширного парка
измерительных приборов, в том числе теплотехнических,
а также для внедрения в производственную и лаборатор­
ную практику более совершенных методов измерений и
измерительных приборов необходимы квалифицированные
кадры соответствующ их инж енерно-технических работ­
ников.
Со времени выхода в свет четвертого издания настоящ е­
го учебника (1968 г.) в отечественной теплоэнергетике и
теплоэнергетическом приборостроении произош ли сущ ест­
венные изменения. Это потребовало в новом, пятом изда­
нии значительной переработки содерж ания книги.
1*
3
Настоящий учебник написан в соответствии с учебной
программой курса «Теплотехнические измерения» для
учащихся теплотехнических специальностей энергетичес­
ких и энергостроительных техникумов. Целью книги
является изложение основных сведении по теории и мето­
дам измерений, принципам действия, устройству, назна­
чению и правилам выбора, установки и поверки тепло­
технических измерительных приборов, получивших рас­
пространение в энергетической промышленности.
В новом издании учебника принята в основном Между­
народная система (СИ) единиц физических величин.
Автор выражает большую благодарность инж. М. Т. Юркевичу за ряд ценных замечаний по книге при ее редакти­
ровании, а также инженерам Б. Г. Тиминскому, В. Е. Сал­
тыкову, JI. В. Сизову и А. Г. Ажикину за оказанную ими
дружескую помощь при подготовке настоящего издания.
Замечания по книге следует направлять по адресу:
113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, изд-во «Энер­
гия».
Авт ор
В В Е Д Е Н И Е
Измерение физических величин является одним из
способов познания окружающ его нас мира и основным
средством контроля различных технологических процес­
сов. Роль и значение измерений как объективного фактора
изучения природы в свое время отметил великий русский
ученый Д . И. М енделеев, который считал их основой
научных исследований. Действительно, значение метро­
логии 1 в развитии науки и техники исключительно велико,
и в настоящее время без измерений не может обойтись
почти ни одна область знаний. Н аучно-технический прог­
ресс в стране также неразрывно связан с развитием и со­
вершенствованием метрологии.
Измерение физических величин имеет давнюю историю. Еще
в средние века производились измерения времени, геометриче­
ских размеров и массы тел. В XVII столетии появились термометры
для измерения температуры, манометры для измерения давления,
барометры для определения атмосферного давления и пр. В XVIII и
XIX вв. стали применяться динамометры для измерения силы, ка­
лориметры для измерения количества тепла и многие другие при­
боры, а также начали создаваться приборы для измерения электри­
ческих величин.
В развитии измерительной техники в России большое значение
имеют многочисленные труды русских ученых, изобретателей и
инженеров XVIII и XIX вв. Многие оригинальные конструкции из­
мерительных приборов различного назначения были созданы
основоположником русской науки М. В. Ломоносовым (1711 —
1765 гг.). Некоторые из них являются прототипами приборов, при­
меняемых и в настоящее время. Заслугой М. В. Ломоносова является
также создание температурной шкалы, основанной на тепловом
расширении жидкости. Кроме того, им впервые была показана
возможность измерения электрических величин и в 1752 г. сов­
местно с академиком Г. В. Рпхманом создан первый электроизме­
рительный прибор.
В ряду пионеров отечественного приборостроения одно из первых
мест принадлежит выдающемуся русскому механику И. П. Кулибину (1735—1818 гг.). Им сделано много Ценных изобретений, изго­
товлено большое количество разнообразных измерительных прибо­
ров (термометров, барометров, точных весов и пр.).
1 Метрологией называется наука об измерениях.
5
Известный русский механик И. И. Ползунов (1728—1766 гг.)
создал первый промышленный указатель и регулятор у р о в н я воды
в паровом котле. Прототип современного объемного счетчика
жидкости предложил в 1831 г. русский изобретатель Й. Кандалинцев. Во второй половине XIX века на Урале инженер Поленов
впервые построил прибор для измерения высоких температур прока­
тываемого металла.
В создании различных устройств, предназначенных для пере*
дачи показаний измерительных приборов на расстояние с помощью
электрического тока, большое значение имели работу русских
ученых П. J1. Шиллинга, Б. С. Якоби, Б. Б. Голицына и др.
Исключительно важные работы в области измерений, не поте­
рявшие своего значения и в настоящее время, были выполнены
гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым (1834—1907 гг.),
который является основоположником отечественной метрологии.
Им, в частности, были произведены классические измерения длины,
массы, давления, объема и других физических величин и установ­
лены точные соотношения между прежними русскими и метриче­
скими мерами, что облегчило в дальнейшем введение в нашей стране
метрической системы мер1.
Придавая большое значение точности измерений и правильно­
сти технического контроля производственных процессов, Д. И. Мен­
делеев стремился создать в России специальное научное учреж­
дение по метрологии и организовать в п яроких масштабах пове­
рочное дело. В 1892 г. он был назначен ученым-хранитёлем Депо
русских образцовых мер, а в 1893 г., когда для обеспечения в стране
единообразий и правильности измерений была организована Глав­
ная палата мер и весов, Д. И. Менделеев был назначен первым ее
руководителем2.
Т е п л о т е х н и ч е с к и е и з м е р е н и я служат
для определения многих физических величин, связанных
с процессами выработки и потребления тепловой энергии.
115
--------- --- ---— ---- Р
w тепловых
avuvavuii &A VVVAJa
и»ш
(температуры, теплоты сгорания, теплопроводности и
пр.), так и некоторых других (давления, расхода и коли­
чества, уровня, состава газов
пр.),
важную
роль в теплоэнергетике.
імерения широко применяются во
многих отраслях народного хозяйства: в энергетике, металлургии, химии и пп. В энергетической промышленности они используются для повседневного контроля
наблюде: III я 8а работой и состоянием установленного
нциях оборудования. Наряду с этим теплоте
Метрическая система мер была узаконена советским прави­
тельством в 1918 г. и внедрена повсеместно с 1927 г.
2
В настоящее время на базе Главной палаты мер и весов су­
ществует Всесоюзный научно-исследовательский институт метро­
логии им. Д, И. Менделеева (ВНИИМ) в v, Ленинграде#
нические измерения необходимы при изучении и дальней­
шем совершенствовании способов производства электри­
ческой и тепловой энергии и методов потребления тепла.
Ьолыпую роль они играют и в устройствах автоматизации
тепловых электростанций (автоматическом регулирова­
нии и управлении, технологической защите, сигнализации)
где осуществляются с помощью специальных измеритель­
ных преобразователей.
Надеяшая и экономичная эксплуатация современных
тепловых электростанций немыслима без применения зна­
чительного количества разнообразных по устройству,
назначению и принципу действия приборов теплотехни­
ческого контроля. На этих электростанциях, оснащенных
сложным энергетическим оборудованием, теплотехнический
контроль органически связан с его работой и является
весьма важным звеном управления.
В СССР создана крупная и хорошо оснащенная прибо­
ростроительная промышленность, обеспечивающая серий­
ный выпуск многочисленных и разнообразных приборов
теплотехнического контроля. Создается и внедряется
единая государственная система промышленных приборов
и средств автоматизации (ГСП), призванная значительно
обновить и сократить номенклатуру выпускаемой изме­
рительной аппаратуры, повысить качество, надежность и
долговечность приборов и снизить их стоимость. Харак­
терной ее особенностью является максимальная унифика­
ция отдельных элементов, узлов и блоков, что весьма
упрощает и удешевляет производство приборов различ­
ного назначения, облегчает их монтаж, обслуживание и
ремонт.
Большое значение для электростанций приобретает
централизация системы автоматического контроля круп­
ных энергоблоков на базе применения машин централизо­
ванного контроля (МЦК), информационно-вычислитель­
ных машин (ИВМ) и другой современной измерительной
техники.
В настоящее время широкое распространение полу­
чают автоматизированные системы управления технологи­
ческими процессами (АСУ ТП). В таких системах информа­
ционно-измерительные функции выполняют электронновычислительные машины (ЭВМ), к которым поступает
информация от большого числа разнообразных средств
измерений, характеризующая ход технологических про­
цессов. Применение электронно-вычислительных машин
7
требует применения методов и средств измерений, обеспе­
чивающих в условиях эксплуатации необходимую точ­
ность и высокую надежность.
Большинство современных теплотехнических измери­
тельных приборов основано на применении электрических
принципов измерения неэлектрических величин (темпе­
ратуры, давления, расхода и пр.). Указанный принцип
измерения, построенный на количественных соотноше­
ниях между некоторыми электрическими и неэлектричес­
кими величинами, повышает точность и надежность изме­
рений, упрощает устройство приборов и обеспечивает
возможность передачи их показаний на расстояние.
Широков применение для теплотехнических измерений
получили автоматические электронные измерительные при­
боры, отличающиеся простотой устройства, высокой точ­
ностью, чувствительностью и быстродействием. Созданы
также приборы, основанные на использовании свойств
радиоизотопов, ультразвука, высоких частот и на ряде
других прогрессивных методов измерений.
Главапервая
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ
ИЗМЕРЕНИЙ
1-1. ЕДИНИЦЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
И з м е^р е н и е м называется определение значения
физической величины опытным путем с помощью специаль­
ных технических средств. И змерение любой физической
величины заключается в сравнении ее с другой однородной
величиной, условно принятой за единицу. Следовательно,
результат измерения U показывает численное соотноше­
ние м еж ду измеряемой величиной Q и единицей измерения qr
т. е. вы ражается равенством
;•
Q = qU.
(1-1)
Согласно уравнению (1-1) величина U находится в об­
ратной зависимости от выбранной единицы q. Если для
измерения величины Q взять другую , большую или мень­
ш ую единицу qly то равенство примет вид:
Q=
(
Сопоставляя уравнения (1-1) и (1-2), получаем?
отк уда
1-2)
gU—qiult
Щ *Ш
(І-3)
И з формулы (1-3) видно, что отнош ение единиц изме­
рения представляет собой множитель для перехода от
результата измерения U , вы раженного в единице <?,
к результату Ulf выраженному в единице qXJ численно
отличающ ейся от первой.
Д л я измерения физических величин служ ат различные
средства измерений , которые подразделяю тся на меры ,
предназначенны е для вещ ественного воспроизведения при­
нятых единиц физических величин (метр, килограмм,
литр и т. п .), и измерительные приборы , предназначенные
9
чин
ний и выработки соответствующей измерительной инфор­
мации (сигнала) в форме, доступной для наблюдения
(манометр, термометр, весы и пр.).
а)
Международная система единиц физических вели­
чин
До последі
ак и в друг:
странах, все Щ Н
гстемы единиц
физических величин.
Для дальнейшего развития международного научнотехнического сотрудничества специальной Международ­
ной комиссией была разработана и получила одобрение
Международная система единиц, сокращенно обозначае­
мая СИ (Система интернациональная), единая для при­
менения во всех странах мира а.
Государственным комитетом стандартов Совета МиСССР Госстандарт СССР) система единиц СИ
с 196В г. Введена в нашей стране как предпочтительная а.
Система СИ состоит из основных, дополнительных и про­
изводных единиц3.
*
О с н о в н ы е е д и н и ц ы системы СИ:
метр (м) — длина, равная 1650763,73 длин волн в ва­
кууме излучения, соответствующего переходу между уров­
нями 2р10 и 5ds атома крннтона-86;
килограмм (кт) — масса, равная массе международного
прототипа килограмма;
секунда (с) — время, равное 9 192 631 770 периодам
излучения, соответствующего переходу между двумя сверх­
тонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;
ампер (А) — сила неизменяющегося тока, который,
параллельным прямолинейным- провод­
никам бесконечной длины и ничтожно малого кругового
„ 1 Международная система единиц (СИ) принята на XI Генераль­
ной конференции по мерам и весам в 1960 г. и дополнена на XIV
Генеральной конференция в 1971 г.
ГОСТ 9867-61. Международная система единиц, В СССР ппяпабатывается ніэвыи ГОСТ «Единицы фиаичюских величин», в котором
в основу единиц служащих для обязательного применения, поло­
жены единицы Международной системы. В энергетике на основе
тоекта этого ЗГОСТ (редакция 1973 г.) введен в действие с 1 яи аря
1978 Г. ОТОЯСЛЙЯАШ r.Tflffnow ЛРТ Ч/, (1 Оса пп ..n______
v
”
жицы
величин
нявшихся систем.
10
единицы
сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого
в вакууме, создал бы между этими проводниками силу,
равную 2 • І0 - Ы на каждый метр длины;
кельвин (К) — термодинамическая температура Кель­
вина, единицей которой является 1/273,16 часть термо­
динамической температуры тройной точки воды (точка
равновесия между твердой, жидкой и газообразной фазами
воды);
кандела (кд) — сила света % испускаемого с площади
1/600 ООО ма сечения полного излучателя, в перпендику­
лярном к этому сечению направлении, при температуре
излучателя, равной температуре затвердевания платины
при давлении 101 325 Па;
I
моль (моль) — количество вещества, содержащее Ьтолько же молекул (атомов, частиц), сколько атомов содер­
жится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг.
В качестве д о п о л н и т е л ь н ы х е д и н и ц при­
няты:
радиан (рад) — угол между двумя радиусами окруж­
ности, дуга между которыми по длине равна радиусу.
Радиан равен 57°17'44,8";
стерадиан (ср) — телесный угол, вершина которого
расположена в центре сферы и который вырезает на по­
верхности сферы площадь, равную площади квадрата со
стороной, по длине равной радиусу сферы.
П р о и з в о д н ы е е д и н и ц ы системы СИ содер­
жат: механические единицы системы МКС (метр, кило­
грамм, секунда), тепловые — системы МКСГ (метр, кило­
грамм, секунда, градус), электрические и магнитные —
системы МКСА (метр, килограмм* секунда, ампер), све­
товые — системы МСС (метр, секунда, свеча), акустиче­
ские—системы МКС и др.
Наравне с единицами системы СИ допускается также
использование наиболее распространенных в настоящее
время единиц других систем. Кроме того, некоторые
системные и внесистемные единицы допускаются к при­
менению временно, впредь до их изъятия.
Важнейшие производные единицы системы СИ из
числа применяемых в энергетике приведены в табл. 1-1.
Если при измерениях и расчетах основные шш проіизводные единицы оказываются чрезмерно малы или велини,
то пользуются кратными и л и д о л ь н ы м и единицами, обра­
зуемыми путем умножения или деления единиц на степени
числа 10. Названия таких единиц получаются лрибавдо11
Т а б л и ц а 1-1
Производные е;1151IIнцы системы СИ
Единица измерения
Величина
Наименование
Обозначение
Размер
квадратный метр
м2
(1 м)>
кубический метр
м3
(1 нр
килограмм на ку­
кг/м3
(1 кг):(1 м)*
бический метр
Удельный объем
м3/кг
кубический метр
(1 м)*:(1 кг)
на килограмм
Скорость
метр в секунду
м/с
(1 м):(1 с)
Угловая скорость радиан в секунду
рад/с
(1 рад): (1 с)
Ускорение
метр на секунду в
м/с2
(1 м):(1 с)2
квадрате
Угловое ускорение радиан на секунду
рад/с2
(1 рад):(1 с)*
в квадрате
Частота
герц
1:(1 с)
Гц
Частота вращения единица на секун1/с
1:(1 с)
ДУ
Сила, сила тяжес­ ньютон
Н
(1 кг)Х
ти (вес)
Х(1 м):(1 с)2
Момент силы
ньютон-метр
Нм
(1 Н).(1 м)
Давление, напря­ паскаль
Па
(1 Н):(1 м)2
жение (механи­
ческое)
Динамическая вяз­ паскаль-секунда
Па* с
(1 Па)-(1 с)
кость
К ^нематическая
квадратный метр
м2/с
(1 м)2: (1 с)
на секунду
вязкость
Массовый расход
килограмм в се­
кг/с
(1 кг):(1 с)
кунду
Объемный расход
кубический метр в
м3/с
(1 м)8:(1 с)
секунду
Работа, энергия,
джоуль
Дж
(1 Н ).(1 м)
количество теп­
лоты
Мощность, тепло­ ватт
Вт
(1 Д ж ): (1 с)
вой поток
джоуль на кило­
Дж/кг
Удельное коли­
(1 Д ж ): (1 кг)
грамм
чество теплоты
Дж/К
(1 Дж):<1 К)
Теплоемкость сис­ джоуль на кельвин
темы, энтропия
системы
Удельные теплоем­ джоуль на кило- Д ж / (кг*К) (1 Дж ): [(1кг)Х
гр амм-кел ьвин
кость и энтропия
Х(1 К)]
Плотность тепло­
ватт на квадрат­
Вт/м2
I (1 В т): (1 м)2
вого потока
ный метр
Коэффициенты теп­ ватт на квадрат­
Вт/ (м2 • К) | (1 В т): 1(1 м)2х
лообмена и теп­
ный метр-кель­
Х(1 К)1
вин
лопередачи
Площадь
Объем
Плотность
12
Продолжение табл. 1-1
Единица измерения
Величина
ватт на метр-кельвин
Количество элект­ кулон
ричества
Электрическое на­ вольт
пряжение, раз­
ность электри­
ческих потенци­
алов, электро­
движущая сила
Электрическая
ольт-ампер
мощность полная
Электрическое соп­ ом
ротивление
Удельное электри­ ом-метр
ческое сопротив­
ление
Электрическая ем­ фарада
кость
Электрическая про­ сименс
водимость
Удельная электри­ сименс на метр
ческая проводи­
мость
Магнитный поток веоер
Индуктивность и генри
взаимная индук­
тивность
I
Магнитная индук­ тесла
ция
Магнитодвижущая ампер
сила
Напряженность
ампер на метр
магнитного поля
люмен
Световой поток
Яркость
кандела на квад
ратный метр
Освещенность
люкс
Теплопроводность
Вт/(м •К)
Кл
(1 Вт): [(1 м) X
Х<1 К)]
(1 А) • (1 с)
В
(1 Вт): (1 А) ]
В -А
(1 В) - (1 А)
Ом
(1 В ): (1 А)
Ом-м
(1 Ом)-(1 м)
Ф
(1 К л ) : (1 В)
См
1: (1 Ом)
См/м
(1 См):(1 м)
Вб
Г
(1 Кл)*(1 Ом)
(1 Вб): (1 А)
т
(1 В б): (1 м)2
А
(1 А)
А/м
(1 А): (1 м)
лм
кд/м2
(1 кд) • (1 ср)
(1 к д ) : (1 м)2
лк
(1 лм):(1 м)2
нием к наименованиям основных или производных единиц
приставок
указанных в табл. 1-2.
1 ГОСТ 7663-55. Образование кратных и дольных единиц измерений. В табл. 1-2 в скобках указаны приставки, которые допуска­
ется применять только в наименовании единиц, получивших широ­
кое распространение (например, гектар, декалитр, дециметр, сан­
тиметр).
V
13
Т а б л и ц а 1-2
Прііставк
Мно­
житель
наименованиям
Приставка
Н а гше нов ание Обозначение
Ы
1 ■■ 1
1Q12
10°
10«
IP
102
101
10-1
тер а
гига
мега
кило
(гекто)
(дека)
(деци)
1
Множи­
тель-
Приставка
Наименование Обозначение
,
Т
Т
М
к
г
Да
І
10“2
10-»
1Г«
mm
10-12
10-16
10~18
(сантн)
j МИЛЛИ
j микро
нано
пико
фемто
атто
с
м
мк
я
п
Ш
а
Т а б л и ц а 1-3
Единицы измерений, допускаемые к применению
цами системы СИ
Единица измерения
Величина
Масса
Время
Плоекии угол
Объем, вместимость
Температура Цельсия,
разность температур
Наимено­
вание
Обоэначе- Соотношение с единицей СИ
ние
тонна
минута
час
сутки
градус
минута
секунда
литр
градус
Цельсия
т
мин
ч
сут
• • •
О
• • •
103 и 60 с
..-f>
3 600 с
86 400 с
1,745329 • 10-®рад
2,90В882 • 10-« рад
4,848137 • 10-е рад
• • •//
л
Ю -з м з
°С
1° С=1К
Другие | ш
_
___________ |
с единицами системы СИ, приведены в табл. 1-3, а наиболее
распространенные в теплоэнергетике, временно допускае­
мые к использованию, — в табл. 1-4.
Соотношение между некоторыми единицами системы
СИ и прежних систем дано в табл. 1-5 *.
В ДаННОЙ
КНИГе
В ОСНОВНОМ п п п ы й п п е т л о М оилт7тггтог.л ™
ная система единиц (СИ), внедрение которой в качестве
обязательной будет осуществлено у нас в дальнейшем.
по п* ® та^л' Й давление в мм рт. ст. относится к температуре
О С и размерность сст (сантистокс) образована от размерности
<ет {стокс) — единицы кинематической вязкости в системе СГ£ (сандиметр, грамм, секунда).
14
Т а б л и ц а 1-4
Единицы измерений, временно допускаемые к применению
Единица измерения
іеличииа
Соотношение с
Обозначение единицей СИ
Наименование
оборот в секунду
оборот в минуту
килограмм-сил а
Сила, вес
Давление, напряже­ килограмм-сила на
квадратный сан­
ние (механическое)
тиметр
миллиметр водяно­
го столба
миллиметр ртутно­
го столба
бар
Количество теплоты калория
Удельное электричес­ ом-квадратный
миллиметр на
кое сопротивление
метр
Частота вращения
об/с
об /ми
кгс
кгссм2
1 С“х
0,01666667с-1
9,80665 Н
98066,5 Па
мм вод. ст. 9,80665 Па
мм рт. ст.
133,322 Па
бар
кал
Ом •мм2/м
105 Па
4,1868 Дж
10"в ОМ'М
Т а б л и ц а 1-5
Соотношение между единицами системы СИ и прежних систем
Соотношение между единицами измерений
Величина
Масса
Сила
Давление
1
1
1
1
1
кг
кгс м2/с
Н
кгс
Па
1 кгс/см2
1 кгс/м2
1 мм рт. ст.
1 бар
Динамическая вяз­
кость
Кинематическая
вязкость
Работа, энергия,
количество теп­
лоты
1 Па • с
1 кгс • с/м2
1 м2/с
1 ест
1 Дж
1 кгс*м
1 кВт-ч
1 ккал
та 0,102 кгс-м2/с
«гг 9,81 КГ
§В%102 кгс
Я» 9,81 Н
1,02 • 10“§ кге/см2
0,102 кгс/м2та 7,5*10*3 мм
рт. ст. = 1 • f ir ! бар
0,098 МПа «з 0,98 бар
9.81 Па ^ 9,81 • 10~& бар
та 133,3 Па та 1,333 *10“8 бар
= 1 • 10б Па та 1,02 кгС/СМ2т а
та 10,2 *10^ кгс/м2та750 мм
рт. ст.
0402 кгс*0/м2
9.81 Па* с
1 • 10е сст
1 - 10-ff м2/С
0,102 кгС'МтаО,278х
X 10”* кВт-чтаО,24* 10“3 ккал
9.81 Дж
3,6 МДж
4,19 кДж
т
а
15
Продолжение табл. 1-5
Величина
Мощность, тепло­
вой поток
Соотношение между единицами намерений
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Вт
кгс • м/с
•
ккал/ч
Дж/К
ккал/К
Дж/(кг • К)
ккал/(кг • К)
Вт/(м2-К)
ккал/(м2 • ч • К)
Теплоемкость сис­
темы
Удельные теплоем­
кость и энтропия
Коэффициенты теп­
лообмена и теп­
лопередачи
Теплопроводность 1 ВтДм-К)
1 ккал/(м • ч • К)
*»0,102 кгс-м/с 0,86 ккал/ч
9,81 Вт
1,16 Вт
0,24 ■10~? ккал/К
4.19 кДж/К
0,24 ■10~з ,ккал/(кг • К)
4.19 кДж/(кг • К)
я» 0,86 ккал/(ма • ч • К)
1,16 Вт/(м2 • К)
0,86 ккал/(м • ч • К)
1,16 Вт/(м • К)
Исключение составляет лишь та часть текста, которая
относится к описанию измерительных приборов, имеющих
градуировку шкалы в старых единицах.
б) Методы измерений
Измерения физических величин делятся на промыш­
ленные (технические) и лабораторные.
П р о м ы ш л е н н ы е и з м е р е н и я имеют срав­
нительно невысокую точность, достаточную для практи­
ческих целей, и производятся приборами, устройство
которых отвечает их назначению и условиям работы.
Л а б о р а т о р н ы е и з м е р е н и я отличаются вы­
сокой точностью благодаря применению более совершен­
ных методов и приборов и учету возможных погрешностей.
Этот вид измерений производится при выполнении научноисследовательских, наладочных и поверочных 1 работ.
Д ля определения значений измеряемой величины слу­
жат прямые и косвенные измерения.
Прямые
и з м е р е н и я , характеризуемые ра­
венством (1-1), заключаются в непосредственном сравнении
измеряемой величины с единицей измерения при помощи
меры или измерительного прибора со шкалой, выраженной
в этих единицах. Так, например, к прямым относятся
измерения длины — метром, давления — манометром, тем­
пературы — термометром и т. д. Благодаря наглядности и
1 Поверкой измерительного прибора называется сравнение его
показаний %показаниями более точного прибора, производимое для
определения погрешностей измерения.
16
простоте прямые измерения получили в технике большое
распространение.
Косвенные
и з м е р е н и я предусматривают
определение искомой величины Q не непосредственно,
а путем прямого измерения одной или нескольких других
величин: А , В , С ..., с которыми она связана функциональ­
ной зависимостью. При этом вычисление измеряемой
величины производится по формуле
(1-4)
Примерами косвенного измерения, применяемого в тех
случаях, когда невозможно произвести прямое измерение
или последнее является менее точным по сравнению
с косвенным, служат: определение расхода вещества по
перепаду давления в сужающем устройстве, количества
воды в баке по уровню в указательном стекле и пр.
Методом
и з м е р е н и й называется совокуп­
ность приемов использования принципов и средств изме­
рений. Существует ряд методов измерений, из которых
наиболее распространенными являются: метод непосред­
ственной оценки, метод сравнения с мерой и нулевой метод.
Метод
непосредственной
оценки
предусматривает определение искомой величины по отсчетному устройству измерительного прибора, например
по положению указательной стрелки манометра относи­
тельно его шкалы.
М е т о д с р а в н е н и я с м е р о й состоит в том,
что измеряемая величина сравнивается со значением,
воспроизводимым мерой для данной величины, нанример,
при измерении длины калиброванным метром.
Нулевой
м е т о д является разновидностью ме­
тода сравнения с мерой. Здесь результирующее воздействие
двух величин (измеряемой и воспроизводимой мерой),
направленных навстречу друг другу, доводится до нуля.
Примером может служить измерение массы вещества
на рычажных весах с уравновешиванием ее калиброванны­
ми грузами.
1-2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
В зависимости от назначения, устройства и других
характерных признаков применяемые в теплоэнергетике
приборы для теплотехнических измерений разделяются
на ряд гру
17
О е н о в н а я к л а с с и ф и к а ц и я предусматри­
вает деление приборов по роду измеряемых величин.
Условно приняты следующие наименования наиболее
распространенных приборов, предназначенных для изме­
рения:
температуры — термометры и пирометры;
дав л ения
манометр ы, вакуумметрыг мановакуум метры, тягомеры, напоромеры и барометры;
расхода и количества — расходомеры, счетчики и ййрЩ
уровня жидкости и сыпучих тел — уровнемеры и ршзатели уровня:
состава дымовых газов — газоанализаторы]
качества воды и пара — кондуктометры и кислород о-
м еры .
.:
^ ЙЭЩЙВН
Дополнительная
классификация
подразделяет указанные приборы на следующие группы:
по назначению — промышленные (технические), лабо­
раторные, образцовые и эталонные*,
по характеру показаний — показывающие, регист ри­
рующие (самопишущие и печатающие) и иптегрируюпо форме представления показаний — аналоговые и
цифровые;
^
по принципу действия — механические, электрические,
жидкостные, химические, радиоизотопкые и др.;
по характеру использования — оперативные, учетные
и расчетные ;
по местоположению — местные и с дистанционной
передачей показаний',
по условиям работы — стационарные (щитовые) и
переносные*,
по габаритам — полногабаритные, малогабаритные и
м иниатюрные.
ГГочти каждый измерительный прибор может быть
отнесен к любой из указанных выше грунн. Так, напри­
мер, термометр может быть промышленным, самопишущим,
электрическим и т. д.
П р о м ы ш л е н н ы е п р и б о р ы являются наибо­
лее распространенными средствами измерений, приме­
няемыми для практических целей, и обладают сравнитель­
но простой и прочной конструкцией и вышкой надеж­
ностью действия. Точность этих приборов, предназначен­
ных для работы в неблагоприятных условиях (при нали­
чии пыли, влаги, вибрации и т. п.), сравнительно невысока
18
!
Показания промышленных приборов хорошо видимы на
расстоянии.
Лабораторные
п р б о р ы служат обычно
для точных измерении, Ими
ими пользуются, как правило,
при исследовательских и наладочных работах. Д ля полу­
чения большой точности измерений лабораторные приборы
имеют тщательное выполнение, совершенные схемы и
специальные приспособления для отсчета показаний. При
пользовании этими приборами к их показаниям вводятся
поправки, определяемые опытным или расчетным путем.
Эталонные
образцовые приборы
елужат главным образом для поверк I средств измерении,
Эталонами называются меры приборы, предназначенные
для хранения единиц измерения и воспроизведения их
с наивысшей точностью. Эталоны бывают первичными
вторичными. Наиболее точными являются первичные
эталоны, которые служат государственными эталонами
единиц измерений. Значения вторичных эталонов устанав­
ливаются по первичным. Ко вторичным относятся также
рабочие эталоны, применяемые для передачи размеров
единиц образцовым мерам и приборам. Образцовые при­
боры используются для передачи[ путем поверки и градуировкн правильных значений единиц измерения от
эталонов к остальным приборам. Образцовые приборы
бывают четырех разрядов, устанавливаемых в зависимости
от их точности и способов поверки. Приборы 1-го разряда
поверяются только по рабочим эталонам, 2-го разряда —
по приборам 1-го разряда и т. д. Первичные (государствен­
ные) и основные вторичные эталоны воспроизводятся и
хранятся в метрологических, институтах СССР, главным
образом во Всесоюзном научно-исследовательском инсти­
туте метрологии им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ). Вторич­
ные (в том числе рабочие) эталоны могут использоваться
в отдельных институтах и других крупных органах Гос­
стандарта GCCP. По разрешению последнего допускается
хранение и применение рабочих эталонов в органах
ведомственной метрологической службы.
П о к а з ы в а ю щ и е п р и б о р ы дают мгновенное
значение измеряемой величины, отсчитываемое по шкале,
регистрирующие
записывают изменение этого значе ear я во времени на диаграммной бумаге (самопи­
шущие приборы) или печатают эти показания в цифровой
форме (печатающие приборы).
19
С а м о п и ш у щ и е п р и б о р ы выполняются для
эаписи одной (одноточечные или одноканальные приборы)
или нескольких (многоточечные или многоканальные при­
боры) измеряемых величин.
И н т е г р и р у ю щ и е п р и б о р ы (счетчики или
интеграторы) позволяют определять суммарное значение
измеряемой величины за любой промежуток времени.
Для этого показания прибора отсчитываются в начале
и конце измерения и суммарное значение измеряемой
величины определяется как разность между конечным и
начальным отсчетами.
Измерительные приборы бывают также совмещенными,
т. е. показывающими и самопишущими, показывающими и
интегрирующими и т. п.
А н а л о г о в ы е п р и б о р ы дают показания в виде
непрерывной функции измеряемой величины. К ним отно­
сятся, например, стрелочные показывающие и большинство
самопишущих приборов.
Ц и ф р о в ы е п р и б о р ы имеют показания в виде
отдельных дискретных сигналов измерительной информа­
ции в цифровой форме. В число этих приборов входят
показывающие с цифровым отсчетом, печатающие и многие
интегрирующие.
О п е р а т и в н ы е п р и б о р ы являются промыш­
ленными средствами измерений. По показаниям их произ*
водится управление работой производственных установок.
Эти приборы, имеющие большое значение для обеспечения
нормальной эксплуатации технологического оборудова­
ния, выполняются показывающими и самопишущими.
У ч е т н ы е и р а с ч е т н ы е п р и б о р ы , слу­
жащие соответственно для технического учета работы
установок и взаимных расчетов, бывают самопишущими
и интегрирующими.
М е с т н ы е п р и б о р ы устанавливаются непосред­
ственно в местах измерений. В большинстве случаев они
предназначаются для менее ответственных наблюдений,
а также для периодических измерений при пуске и оста­
новке агрегатов.
Приборы с дистанционной переда­
ч е й п о к а з а н и й на щиты управления являются
основным видом промышленных приборов, обеспечиваю­
щих централизацию контроля за работой установок.
Дальность передачи у этих приборов достигает 300—
500 м.
20
Промышленные измерительные приборы обычно яв­
ляются с т а ц и о н а р н ы м и , т. е. предназначенными
для установки (монтажа) на щитах, стенах, колоннах,
кронштейнах и пр. Большинство остальных приборов
(лабораторные, образцовые и др.) выполняются п е р е ­
н о с н ы м и , устанавливаемыми при измерениях на сто­
лах, стендах и т. п.
1-3. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ И СВОЙСТВ ПРИБОРОВ
Каждый измерительный прибор состоит из ряда частей
и узлов и обладает заданными метрологическими свой­
ствами.
а) Основные элементы измерительных приборов
J/r'
Главными узлами измерительного прибора являются
измерительное и отсчетное устройства. Первое из них
непосредственно осуществляет измерение физической ве­
личины при помощи чувствительного элемента и при необ­
ходимости усиливает входной сигнал, а второе — пока­
зывает, записывает или интегрирует полученное значение.
Измерительное
у с т р о й с т в о приборов
весьма различно и зависит от рода измеряемой величины
(давление, температура и т. д.) и принципа действия при­
бора (механический, электрический и пр.). В большинстве
случаев измерительное устройство состоит из подвижной
и неподвижной частей. Перемещение подвижной части
происходит под воздействием измеряемой величины на
чувствительный элемент прибора.
Отсчетное
у с т р о й с т в о в зависимости от
характера показаний приборов выполняется в виде:
шкалы и указателя (показывающие приборы), записываю­
щего приспособления и диаграммной бумаги (самопишущие
приборы) и счетного устройства (интегрирующие при­
боры).
Ш к а л а показывающего прибора состоит из ряда
последовательно нанесенных на плоском или профильном
(цилиндрическом) циферблате1 отметок (делений), соот­
ветствующих числовым значениям измеряемой величины.
1 Циферблатом называется лицевая сторона прибора, на которой
нанесены шкала, условные обозначения и пояснительные надписи.
21
Отметки и числа на циферблате называются градуировкой
школы. Разность значений, соответствующих двум сосед­
ним отметкам шкалы, выраженная в единицах измерения,
носит название цены деления шкалы.
Показание прибора, характеризующее значение изме­
ряемой величины, определяется согласно уравнению (1-1)
как число отсчитанных делений, умноженных на цену
деления шкалы. В некоторых случаях показание находится
умножением отсчета на постоянную прибора, выражаемую
в единицах измерения, а также по данным градуировочной
характеристики прибора, представляющей зависимость
Рис. 1-1. Шкалы измерительных приборов.
а ■ прямолинейная; б *—• дуговая; в «=* круговая.
(таблицу или график) отсчета от значения измеряемой
величины, или посредством особого расчета.
Начальное и конечное значения шкалы определяют
собой диапазон показаний (пределы шкалы) прибора, а
допускаемая по шкале по условиям точности область
измерения представляет диапазон измерений прибора.
В частном случае диапазоны показания и измерения могут
быть равны между собой.
Шкала измерительных приборов бывает прямолинейной, дуговой и круговой (рис. 1-1). Дуговая шкала имеет
центральный угол меньше, а круговая — больше 180°.
Кроме^ того, шкала может быть равномерной и неравно­
мерной (рис. 1-2). Равномерная шкала имеет одинаковые
расстояния между отметками и поэтому более удобна для
измерений, чем неравномерная, у которой эти расстояния
обычно изменяются по определенному закону (параболе*
22
синусоиде и т. п.). Точность отсчета показаний
по
равном
мерной калө выше, чем по неравномерно 11
нач и: ается с нуля, то она наэыЕсл] I кала прибора
Н
вается одност оронней , если отметки расположены по
двуст оронней . Иногда измерите л ьобе стороны от нуля
ные приборы выполняются с безнулевой шкалой, начинаю­
т с я не с нуля, а с некоторого значения. Измерение по
приберу с безнулево
калои точнее, чем с односторонней
или двусторонней калои, так как она имеет меньшую
цену деления, У некоторых измерительных приборов
циферблат со калой делается вращающимся, а указа■
і
а)
msstf калы приборов.
Рис. 1-2. Круговые
а — равномерная; б
неравномерная.
тель — неподвижным. Приборы с одним диапазоном по­
казаний имеют одност рочную шкалу, а с многими
двух­
ст рочную , т рехст рочную и т. д.
У к а з а т е л е м (рис. 1-3) у промышленных приборов
клиновая или
служит хорошо заметная на расстояш
клиновая ст ерж невая
тогда как более точные
приборы снабжаются ножевой стрелкой, конец которой
имеет вид лезвия, расположенного нормально к плоскости
шкалы.
У жидкостных стеклянных приборов указателем слу­
жит видимый уровень (мениск) жидкости в измерительной
трубке
1-4).
жидкостью является вода или
спирт, то из-за хоро: ей смачиваемости стенок образуется
вогаутьс! мениск и отсчет покаваний производится по
нижне его границе, а в случае применения ртути
выпуклыи мениск, позволяющих производить отсчет по
верхней его границе.
\м
23
У некоторых приборов применяется световой указатель
отсчета (зайчик), получаемый от специальной лампочки
при отражении луча на шкалу от зеркальца, закрепленного
на подвижной части измерительного устройства.
При измерении вначале отсчитывается целое число
делений, пройденных указателем, а затем оценивается на
глаз оставшаяся часть деления
до указателя. При наличии колебаний
измеряемой
величины
дела­
Рл
I
Ь]
ется отсчет среднего ее значения.
I
I1
-
III
I
1
I1
у
Г
||
if
jij
It
lil
1
г
IjU L 1
.
б)
0)
Рис. 1-3. Указатель
ные стрелки нрибо
ров.
а — клиповая; б — кли*
новая стержневая; в —
ножевая.
Рис. 1-4. Мениск жидкости в стек
лянной измерительной трубке.
а — вогнутый; б — выпуклый.
Для отсчета показаний жидкостных стеклянных приборов (высоты столба жидкости в трубке) с точностью
до десятых долеі миллиметра иногда применяется нониус,
каждое деление шкалы которого на 0,1 меньше деления
основной шкалы.
При отсчете показаний прибора положение глаз наблю­
дателя должно быть нормальным к плоскости скалы, что
сключает ошибку от неправильно проекции стрелки или
мениска жидкости на шкалу по причине параллакса
Примеры правильного I и неправильных I I (заниженное
показание) и I I I (завышенное показание) положений
глаз наблюдателя при измерении жидкостным стеклянным
прибором показаны на рис. 1-5. При уменьшении расстоя1 Параллаксом называется относительное смещение видимой
части предмета в зависимости от положения глаз наблюдателя.
24
ния I между шкалой и указателем и угла а смещения глав
наблюдателя ошибка от параллакса понижается. Д ля
устранения влияния параллакса в некоторых приборах
на циферблате рядом со шкалой помещается узкая полоска
зеркала (рис. 1-6). Отсчет показаний у этих приборов про­
изводится при таком положении глаз наблюдателя,
при котором указатель и его изображение в зеркале сов­
падают.
В самопишущих приборах обычно применяются бу­
мажные диаграммные ленты и диски (рис. 1-7).
Диаграммная
л е н т а шириной 100—250 мм
и длиной 15—30 м закладывается в прибор в виде рулона
«а
а
I
Рис. 1-5. Отсчет показаний прибора.
Рис. 1-6. Шкала с зерка-
I — правильный; 11 и 111 — неправнль“ *•
ЛОМ.
1 — циферблат;
2 — зеркало;
указательная стрелка.
или пакета (при складывающейся ленте). В большинстве
случаев она имеет прямоугольную координатную сетку,
по ширине которой отложены значения измеряемой ве­
личины, а по длине — значения времени. Скорость дви­
жения диаграммной ленты в приборах составляет 20—
7200 мм/ч.
Д и а г р а м м н ы й д и с к диаметром 250—300 мм
имеет полярную координатную сетку в виде концентри­
ческих окружностей, соответствующих значениям изме­
ряемой величины, и радиальных дуг, отвечающих зна­
чениям времени. Частота вращения диаграммного диска —
1 или 2 об/сут.
25
Запись
п о к а з а н и й прибора на
аграмме
осуществляется непрерывной ил точечной линией. Не­
прерывная запись производится чаще в одноточечных
приборах
ыполняется металлическим или пластмассо-
Рис. 1-7. Диаграммная бумага.
в
26
лента; \б — диск.
вым пером с запасом чернил. Ширина линии записи пока­
заний не превышает 0,6 мм. Точечная запись применяется
в многоточечных приборах с диаграммной лентой и осу­
ществляется периодическим (через несколько секунд)
прижатием к диаграмме печатающего барабана, нанося­
щего на ней точки, совмещенные с цифрами, указывающими
порядковый номер места измерения. При вращении
барабан касается обоймы с пропитанной краской про­
кладкой.
Д ля перемещения диаграммы служит электрический
или механический привод, содержащий встроенный в при­
бор синхронный микродвигатель с редуктором 1 или часо­
вой механизм. Движение диаграммной ленты произво­
дится вращающимся ведущим валиком с шипами (пуклевками), входящими в пробитые по краям бумаги отверс­
тия (перфорацию), а диаграммного диска — вращающейся
осью, снабженной для закрепления на ней бумаги особым
зажимом. Механический привод диаграммы применяется
у приборов, устанавливаемых в пунктах, не имеющих
источника электрического питания, а также во взрыво­
опасных местах.
С ч е т н о е у с т р о й с т в о интегрирующих прибо­
ров (счетчиков или интеграторов) для отсчета показаний
имеет стрелочный, роликовый или стрелочно-роликовый
счетный указатель (рис. 1-8). В первом случае указатель
содержит ряд круговых шкал, из них одна большая
(шкала единиц) и несколько маленьких (шкала десятков,
сотен и т. д.) с отношением 1 : 10, стрелки которых связа­
ны между собой и с ведущей осью вубчатой передачей.
Во втором случае указатель состоит из нескольких роли­
ков (десятизубных колес) с нанесенными на ободе цифрами
от 0 до 9, одна из которых у каждого ролика видна в окне
циферблата. Крайнее справа колесо (колесо единиц) при
каждом обороте ведущей оси поворачивается на один
зубец. В момент перехода цифры с 9 на 0 это колесо вызы­
вает поворот на один зубец смежного с ним колеса (колеса
десятков), в окне которого появляется следующая очеред­
ная цифра, и т. д. В третьем случае отсчет первой цифры
производится по стрелочному указателю, а всех последую1 Синхронные однофазные микродвигатели самопишущих при­
боров обеспечивают правильный ход диаграммы во времени при
постоянстве частоты, так как число оборотов микродвигателя меня­
ется пропорционально частоте сети. Обычно погрешность переме­
щения диаграммы за сутки составляет не более d t5 мин.
27
щих — по роликовому. Приборы имеют конечный предел
показаний счетного устройства, по достижении которого
они снова начинают счет с нуля.
И з м е р и т е л ь н ы й п р и б о р может быть кон­
структивно выполнен как одно целое (в общем корпусе)
или состоять из нескольких частей (в отдельных корпусах),
самостоятельно участвующих в процессе измерения и
представляющих собой изм ерит ельны й комплект .
Прибор, имеющий один корпус, чаще всего является
местным, а состоящий из нескольких корпусов — с дистан-
Рис. 1-8. Счетные указатели.
а — стрелочный; б — роликовый.
ционной передачей показаний. В обоих случаях прибор
связывается с местом измерения при помощи соединитель­
ной линии (проводов или трубок), передающей ему зна­
чение измеряемой величины.
Большинство измерительных приборов с дистанцион­
ной передачей показаний содержит в себе две самостоятель­
ные части: первичный изм ерит ельны й преобразоват ель
(датчик) и вт оричны й п ри бор.
Первичный
п р е о б р а з о в а т е л ь , являю­
щийся воспринимающей и передающей частью комплекта,
снабженный чувствительным элементом, располагается,
как правило, в месте измерения и подвергается непосред­
ственному воздействию измеряемой величины.
В т о р и ч н ы й п р и б о р , или измеряющая часть,
выдает показания измеряемой величины, преобразовывая
при помощи измерительного устройства получаемый им
28
выходной сигнал от первичного преобразователя в соот­
ветствующее перемещение отсчетного устройства. Вторич­
ный прибор связывается с первичным преобразователем
соединительной линией и устанавливается обычно на щите
управления агрегата.
Некоторые из вторичных приборов дополнительно
снабжаются электроконтактным сигнализирующим уст­
ройством , воздействующим на аппаратуру светозвуковой
сигнализации при отклонении контролируемой величины
за допускаемые пределы.
Приборы с более Сложным устройством могут еще иметь
промежуточный измерительный преобразователь , вклю-
Рис. 1-9. Защитные корпуса приборов.
а■
— прямоугольный; б — круглый.
чаемыи между первичным преобразователем и вторичным
прибором и служащий, как правило, для преобразования,
усиления и формирования выходного сигнала первичного
преобразователя.
Для защиты вторичных приборов и преобразователей
от механических повреждений, пыли, влаги и агрессивных
газов применяются обыкновенные, пылебрызгозащищенные
и взрывозащищенные корпуса, которые по форме бывают
прямоугольные и круглые (рис. 1-9), а по габаритам —
полногабарит ные , малогабарит ные и миниатюрные. Пря­
моугольная форма корпуса промышленных приборов
позволяет полнее, чем круглая, использовать площадь
дата управления.
З а щ и т н ы е к о р п у с а приборов изготовляются
из алюминиевых сплавов, стали, пластмассы или дерева.
Передняя: сторона корпуса (перед отсчетным устройством)
выполняется застекленной, причем у самопишущих при­
боров для доступа внутрь (при смене диаграммной бумаги,
ваполнении пера чернилами и пр.) корпус снабжается
29
застекленной крышкой на петлях, имеющем замок и ру­
коятку.
Корпуса приборов приспособлены для выступающего
или утопленного монтажа (стационарные приборы), а так­
же для установки на столе (переносные приборы). Прибо_______________ -______ ры для выступающего монтажа
закрепляются
поверхности
щитов и стен (рис. 1-10, a), a
также на колоннах, кронштей­
нах, подставках и т. д. Прибо­
ры для утопленного монтажа
устанавливаются в специаль­
ных вырезах в панели щита, из
которых наружу выступает лишь
передняя часть корпуса (рис.
1-10, б). Корпуса переносных
приборов обычно выполняются
в виде ящика со съемной крыш­
кой,
снаб
кенного
ручкой.
Рис. 1-10. Монтаж прибо­
Для
удобства монтажа f
ров.
обслуживания
и
ремонта
в
а — выступаю 1199й; б В утопленный.
корпусах некоторщх^ вторич­
ных приборов имеется внут­
ренний откидной (на петлях) или выдвижной (на роликах
или салазках) кронштейн, на котором закрепляются все
основные блоки, узлы и детали. При открытой крышке
корпуса откидной кронштейн может быть повернут на
угол 180°, а выдвижной — полностью выдвинут наружу,
чем обеспечивается свободный доступ к внутреннему уст­
ройству прибора. С наружной и внутренней стороны кор­
пуса приборов окрашиваются в черный или серый
цвет.
б) Основные свойства измерительных приборов
В зависимости от назначения, устройства и принципа
действия измерительные приборы обладают различными
метрологическими свойствами, которые в основном харак­
теризуются точностью, чувствительностью, быстродей­
ствием и надежностью работ ы .
Т о ч н о с т ь измерительного прибора определяется
степенью достоверности его показаний, т. е. тем, насколько
результаты измерений отличаются от истинных значений
измеряемой величины.
30
Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь прибора выражается от­
ношением линеиного или углового перемещения указателя
(стрелки, пера или уровня жидкости) к изменению изме­
ряемой величины, вызвавшему это перемещение. Бели
обозначить ДI перемещение указателя прибора и А Х —
соответствующее изменение измеряемой величины, то
чувствительность прибора S может быть определена по
формуле
(1-5)
нен
выше его чувствительность. К ак видно, чувствительность
обратно пропорциональна цене деления шкалы. Поэтому
Л *
______ -___________ ____ Ш -
следнее
_____
_____ и |
~_
характеризует
ЧМ
* _____
время с момента
____________________
J L
"
**
начала
из-
____
ческими факторами. Чем более быстродействующим яв­
ляется прибор, тем выше его качество.
ство сохранять работоспособность в течение заданного
времени. Под работоспособностью подразумевается сос­
тояние прибора, при котором он может выполнять свои
функции в соответствии с установленными для него тех­
ническими требованиями. Часто в технической докумен­
тации на прибор указывается вероятность безотказной
его работы в заданном интервале времени.
Степень влияния на показания приборов неблагоприят­
ных внешних условий (температуры, влажности и запы­
ленности окружающего воздуха, вибрации и т. п.) также
в известной мере определяет их качество. Условия эксплу­
атации приборов должны по возможности соответствовать
условиям их градуировки.
Обычно установка приборов разрешается в местах,
не подверженных вибрации и загрязнению, а также
воздействию высокой или низкой температуры и влаж­
1 ГОСТ 13216-74. Приборы и средства автоматизации ГСП.
Надежность.
31
ности окружающего воздуха. Нормальная температура
окружающего воздуха, при которой приборы должны
давать правильные показания, принимается равной 20 °С*.
Допускаемые пределы колебания температуры воздуха
для большинства приборов составляют 10—40 °С, а отно­
сительной влажности 30—80%.
Выбор того или иного типа измерительного прибора
производится в зависимости от его свойств и технической
характеристики, наличия у него необходимых основных
(показание, запись) и дополнительных (интегрирование,
сигнализация) устройств, дистанционной передачи пока­
заний и рода выходного сигнала. При этом учитываются
габариты и масса прибора, а также условия его эксплуата­
ции, монтажа и ремонта.
Каждый поставляемый предприятием-изготовителем
прибор снабжается паспортом, содержащим основные
технические характеристики, а также техническим описа­
нием и инструкцией по эксплуатации. В дальнейшем
организация, использующая измерительный прибор, за­
водит на него карточку (или формуляр), в которой после­
довательно отмечаются все изменения состояния прибора,
условия его работы, характер производимых ремонтов,
поверки И Т. П.
,У:
'
1-4. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРИБОРОВ
В целях широкого внедрения в народное хозяйство
совершенной измерительной аппаратуры и рациональных
устройств автоматизации технологических процессов в
СССР существует единая государственная система про­
мышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) **.
Эта система призвана обеспечить высокое качество изго­
товляемых приборов и средств автоматизации, взаимо­
заменяемость устройств, значительное сокращение их
номенклатуры (типажа) и уменьшение стоимости.
Создание ГСП предусматривает широкую унификацию
и стандартизацию средств измерений на основе агрегатноблочно-модульного построения из унифицированных эле­
ментов, модулей, блоков и узлов, повышение точности,
надежности и долговечности приборов и организацию
* ГОСТ 9249-59. Нормальная температура.
** ГОСТ 12997-67. Государственная система промышленных
приборов и средств автоматизации.
массового их производства при широкой специализации
и кооперировании приборостроительной промышленно­
сти. При разработке новых приборов предусматривается
соответствие их требованиям ГСП.
В зависимости от принципа действия приборов ГСП
включает в себя ряд отдельных ветвей — электрическую,
пневматическую, гидравлическую и др. Предусматривается
возможность перехода с одной ветви на другую посред­
ством применения соответствующих устройств для преоб­
разования электрического сигнала в пневматический,
гидравлического в электрический и т. п. Одной из основ­
ных задач ГСП является создание комплекса измеритель­
ных преобразователей с унифицированным выходным
сигналом, поступающим на вторичные приборы. Унифи­
кация выходного сигнала позволяет резко сократить
разнообразие вторичных приборов, обеспечивает их вза­
имозаменяемость и дублирование показаний и способствует
широкому применению машин централизованного контро­
ля (МЦК) и информационных вычислительных машин
(ИВМ).
Наиболее целесообразным видом электрического уни­
фицированного сигнала признан сигнал постоянного тока
с диапазоном изменения 0—5 мА *, обеспечивающий
достаточно точную и надежную связь по обычным сигналь­
ным каналам на большие расстояния. Мощность переда­
ваемого сигнала оказывается в этом случае вполне доста­
точной для воздействия на вторичные приборы.
В соответствии с требованиями ГСП серийно изготов­
ляются специальные нормирующие преобразователи, при­
водящие ненормированный выходной сигнал к унифици­
рованному значению. Они применяются главным образом
в устройствах автоматизации и предназначены для ряда
наиболее распространенных первичных измерительных
преобразователей — термоэлектрических термометров, тер­
мометров сопротивления и др.1
Проводимая в СССР работа по созданию ГСП перерастает рамки
одной страны. В эту работу включились многие социалистические
страны по линия Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ),
планом совместных действий которых в области приборостроения
предусматривается создание универсальной системы контроля и
автоматического управления.
•
ГОСТ 9895-69. Сигналы тока и напряжения электрические
непрерывные входные и выходные ГСП.
1
ГОСТ 13384-67. Преобразователи измерительные для термо­
пар и термометров сопротивления ГСП.
2
Мумга г. А
33
II
1-5. ПОГРЕШНОСТИ
ИЗМЕРЕНИИ
Измерение физических величин не может быть произ­
ведено абсолютно точно вследствие несовершенства методов средств измерений, а также из-за влияния условий
измерений, индивидуальных особенностей наблюдателя
и ряда случайных причин. Воз]
ния результатов измерений от ; стинных значений измерявмой величины называются погрешностями измерений.
При каждом измерении должна быть известна степень
точности его результата, оцениваемая погрешностью 3мерения. Только тогда полученное значение
нои
величины имеет практический смысл. Погрешность изме­
рения может быть выражена в виде абсолютной или
относительной величины и бывает положительной [Л
отрицательной.
А б с о л ю т н а я п о г р е ш н о с т ь Л, выражаемая
в единицах измерений, представляет собой разность
между измеренным значением (показанием прибора) х и
действительным значением измеряемой величины -Хд*, а
о т н о с и т е л ь н а я п о г р е ш н о с т ь ү, ^пказываемая
в
процентах,
есть
отношение
абсолютной
погрешности
V ТГйіГЛгпптгтлүтт
—--- ----------*
к действительному значению
ШШШ т. е.
А=х-Х
( 1-6)
к
У
Д
X
.
100
а
д
(1-7)
Обычно для определения действительного значения
к показанию прибора вводится поправка с, которая чис­
ленно равна абсолютной погрешности, взятой с обратным
знаком!
Д
с( 1- 8)
Поправка алгебраически складывается с результатом
ГРПРТТТГСТ*
измерения:
Х Д—
с).
(1-9)
~ * Теоретически при определении погрешности измерения вместо
действительного значения измеряемой величины Ха должно указы­
ваться истинное ее значение X. При этом под дейсгаиельным
значением понимают значение измеряемой величины, найденное
= ^ Г ЕТа^ Н0 (напРимеР> с помощью образцового прибора) и
настолько приближающееся к истинному, что для данной пели
“озпа^яЫ
^
^
^
3
^
Г
0
В
М
В
С
Т
0
Него
•
ВслеД
ствие
невозможности
создания идеальных методов и средств измерений истинное значение
не может быть определено, т. е. оно всегда остается неизвестном!
34
t
Иногда для получения точного результата показания
прибора умножаются на поправочны й множ ит ель к , т. е.
( 1- 10)
Значения Д, с и к в большинстве случаев находятся
опытным путем.
Д ля стационарных промышленных измерений приме­
няются приборы, наибольшие погрешности которых нахо­
дятся в пределах существующих норм (стандартов),
удовлетворяющих требованиям практики. Поэтому к по­
казаниям этих приборов поправки не вводятся. І
При лабораторных и точных промышленных измере­
ниях учитываются по возможности все возникающие
погрешности. В этих случаях отсчет показаний прибора
производится несколько раз подряд с целью определения
среднего значения измеряемой величины, достоверность
которого возрастает с увеличением числа отсчетов.
Погрешности измерений в зависимости от их характера
делятся на сист ем ат ические , гр у б ы е , случайны е и ди н ам и ­
ческие .
а) Систематические и грубые погрешности
Систематическими
погрешностями
называются такие погрешности, которые при повторных
измерениях одной и той же величины остаются постоянны­
ми или изменяются по определенному закону. Влияние
этих погрешностей на результаты измерений в большин­
стве случаев может быть учтено. Систематические погреш­
ности обычно слагаются из основной и дополнит ельны х
погрешностей.
О с н о в н а я (инструментальная) п о г р е ш н о с т ь
зависит от назначения, устройства и качества изготовления
измерительного прибора. Каждый, даже новый, прибор
обладает основной погрешностью, которая с течением
щ
эчных
—
кающие из-за неправильной установки прибора, влияния
неблагоприятных внешних условий (вибрации, высокой
или низкои температуры и влажности окружающего воз*««Г
2*
-■•' - -----
—
-------- г-ч—
ИИ
35
могут составлять значительную величину. Частичное
или полное устранение этих погрешностей достигается
путем установки прибора в соответствии с инструкцией
предприятия-изготовителя, обеспечения нормальных ус­
ловий эксплуатации прибора и применения правильных
методов измерений. Погрешности измерения, обуслов­
ленные индивидуальными особенностями наблюдателя,
появляются обычно из-за недостаточно точного отсчета
показаний прибора.
Влияние на результаты измерений систематических
погрешностей учитывается введением к показаниям приборов поправок, определяемых расчетным или опытным
путем. Исключение составляют лишь погрешности, воз­
никающие по вине наблюдателя, которые учету не под­
даются.
Г р у б ы е п о г р е ш н о с т и связаны с факторами,
заведомо и существенно искажающими результат измере­
ния, например внезапным снижением напряжения элект­
рического питания прибора. Сюда же относятся так назы­
ваемые промахи — погрешности, связанные с ошибоч­
ными действиями наблюдателя, — неправильное опре­
деление показаний прибора, неверная их запись и т. п.
Результаты измерений, содержащие грубые погрешности
и промахи, отбрасываются как явно неточные.
б) Случайные погрешности
С л у ч а й н ы е п о г р е ш н о с т и являются заве­
домо неопределенными по своей величине и природе.
При повторных измерениях они не остаются постоянными]
так как возникают в итоге совместного воздействия на
процесс измерения многих причин, каждая из которых
проявляет себя по-разному и независимо друг от друга,
На одного измерения случайные погрешност;
поддаются учету, однако для ряда повторных измерений
одной и той же постоянной величины, проводимых с одиполучен saaii
зультат после исключения систематических и грубых
погрешностей можно оценить с некоторой вероятностью.
Теория случайных погрешностей, основанная на мето­
дах теории вероятностей и математической статистики*
позволяет при проведении некоторого числа повторных
измерений уточнить конечный результат. В силу этого
теория случайных погрешностей широко используется
36
для оценки точности измерений и надежности работы
змерительных приборов.
Большое число повторных измерений одной и той же
постоянной величины показывает, что появление одина­
ковых по размеру и различных по знаку случайных по­
грешностей сохраняет устойчивую частоту, подчиняющую­
ся определенной закономерности. Если обозначить через п
число проведенных измерений, а через т число получен­
ных одинаковых случайных погрешностей, то вероятность
(частота) Р появления этих погрешностей находится по
формуле
Р
т
( 1- 11 )
п
При большом числе змерении вероятность появления
различных случайных погрешностей в большинстве слу­
__________________________
чаев подчиняется I закону так называемого нормального
распределения, имеющему
2
Р(Дс)
1
aV 2i
С
2о*
( 1- 12)
где Р (Ас)
вероятность появления случайной погрешности;
А,
случайная погрешность измерения (Д
= х - X );
а
среднее квадратическое отклонение резуль­
тата измерения;
основание натуральных
эі
логарифмов.
На рис. 1-11 показаны кривые 1 2 нормального рас­
пределения случайных погрешностей, построенные по
формуле (1-12) для двух значений среднего квадратичес­
кого отклонения а, причем у кривой 1 это отклонение
в два раза меньше, чем у кривой 2. Кривые распределения
симметричны относительно оси ординат, т. е. появление
равных по величине, но противоположных по знаку слу­
чайных погрешностей имеет одинаковую вероятность.
В средней части кривые образуют выпуклость, по обе сто­
роны от которой находятся точки перегиба а и Ь, ниже
которых кривые становятся вогнутыми, асимптотически
приближаясь к оси абсцисс. Наибольшая вероятность для
обеих кривых соответствует случайной погрешности Д0 — О.
При возрастании погрешности с любым знаком вероят­
ность ее появления уменьшается.
37
Как видно из рис. 1-11, кривые распределения 1 и 2
имеют различные наибольшие вероятности Р (Дс) и расстоя­
ния между точками а и Ъ перегиба кривых. Промежутки
между этими точками и осью ординат равны среднему
квадратическому отклонению ±ст результата измерения,
характеризующему степень рассеяния (разброса) значений
случайных погрешностейх. Чем ниже значение о, тем
меньше рассеяние погрешностей, так как при этом почти
вся площадь нод кривой распределения располагается
вблизи оси ординат, что увеличивает вероятность появле-
Рис. 1-11. Кривые нормального
распределения случайных погреш­
ностей.
1
при Ci} 2 =» при а* §и 2oi.
Рис. 1-12. Основные харак­
теристики кривой нормальү
ного распределения случай­
ных погрешностей.
ния малых и уменьшает появление больших погрешностей.
Следовательно, уменьшение о приводит к повышению
точности измерений.
При обработке результатов ряда повторных измерений,
содержащих случайные погрешности, находится среднее
арифметическое значение х, представляющее собой конеч­
ный результат измерения, т. е.
Я
----------I --------- 1
(1-13)
где щ ч x2i
хп — ряд измеренных значений, условно
обозначаемых
п — число измерений.
Д ля оценки случайной погрешности обычно служит
среднее квадратическое отклонение результата измерения
1 Мерой рассеяния случайных погрешностей, т. е. пгарнны
кривой распределения, служит так называемая дисперсия £>(ДС) =
38
or* подсчитываемое по формуле
от
п —1
(1-14)
Основные характеристики кривой нормального рас­
пределения случайных погрешностей приведены на
рис. 1-12. Вероятность того, что случайные погрешности
не выйдут за пределы (границы) какого-либо интервала,
определяется по площади, ограниченной кривой распре­
деления и этим интервалом, отложенным по осп абсцисс.
Такой интервал Н=е называется доверительным интпервалом, а соответствующая ему вероятность появления слу­
чайной погрешности (заштрихованная площадь) Ф (t) —
доверительной вероятностью.
Д ов е р и т е л ь н ы й
и н т е р в а л , характери­
зующий степень воспроизводимости результатов измере­
ния, может иметь различные значения, причем при боль­
шом доверительном интервале получается и большая
доверительная
в е р о я т н о с т ь . При изме­
рении может задаваться либо доверительный интервал и
по нему определяться доверительная вероятность, либо,
наоборот* по доверительной вероятности подсчитываться
доверительный интервал. Таким образом, для характерис­
тики значения случайной погрешности необходимо иметь
две величины — доверительный интервал и доверитель­
ную вероятность.
Доверительный интервал е обычно выражают через
относительную величину t в долях среднего квадратичес­
кого отклонения а, т. е.
t
е
а
(1-15)
Для определения доверительной вероятности Ф (<) или
величины t служит табл. 1-6, составленная на основании
закона нормального распределения случайных погреш­
ностей.
'
Поясним на примере пользование табл. 1-6. Предположим, что
для известного числа измерений величины X по формулам (1-13)
и (*jl4) получены соответственно значения х = 1,27 и а == 0,025.
Требуется определить вероятность того, что случайная погрет30
ность Ас отдельного измерения ж* не выйдет за пределы выбранного
доверительного интервала е = ± 0 ,0 1 , характеризуемого неравен­
ством 1,26 < хі < 1,28.
По формуле (1-15) находим t = 0,01 : 0,025 = 0,4. Тогда
из табл. 1-6 доверительная вероятность Ф (t) = 0,31. Следовательно,
около 30% общего числа измерений будут иметь случайную погреш­
ность Дс, не превышающую ± 0 ,0 1 .
Т а б л и ц а 1-6
Значения t н Ф (t) при большом числе измерений постоянной ве­
личины
t
Ф(і)
t
<Z>(t)
t
Ф(і)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0
0,16
0,31
0,45
0,57
0,68
0,77
1,4
0,84
0,89
0,93
0,95
0,972/
0,984
0,990
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
0,995
0,997
0,9986
0,9993
0,9997
0,99986
0,99993
ц
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
Согласно табл. 1-6 при доверительном интервале
t = ст (2 = 1) значение доверительной вероятности Ф (t) =
= 0,68. Это соответствует тому, что примерно 70% слу­
чайных погрешностей не будут превышать значения сред­
него квадратического отклонения ст. При е = 2а (t = 2)
имеем Ф (t) = 0,95, при е = Зст(і = 3) Ф (t) = 0,997.
Для практических измерений ограничиваются обычно
доверительной вероятностью 0,9 или 0,95.
Для предварительной оценки степени достоверности
отдельных измерений ряда кроме среднего квадратичес­
кого отклонения ст применяются также вероятная погреш­
ност ь Дв и предельная (наибольшая возможная) погреш­
ност ь Дор.
Вероятная
п о г р е ш н о с т ь соответствует
значению t = 0,675 и доверительной вероятности Ф (<) =
г= 0,5 (табл. 1-6). Находится она по формуле
Дв - 0,675ст ^ у у
-----.
(1-16)
Смысл определения этой погрешности состоит в том,
что при многократном измерении постоянной величины
40
4
50% случайных погрешностей будет меньше вероятной
погрешности и 50% — больше ее.
П р е д е л ь н а я п о г р е ш н о с т ь равна довери­
тельному интервалу е, т. е. определяется из равенства
Лпр = &= to.
(1-17)
При пользовании табл. 1-6 следует помнить, что она
справедлива только для большого числа повторных изме­
рений п. Однако на практике часто число измерений бы­
вает ограниченным, что делает невозможным применение
закона нормального распределения случайных погреш­
ностей.
При малом числе повторных измерений п обычно ис­
пользуется распределение случайных погрешностей, пред­
ложенное Стьюдентом. Для этого распределения довери­
тельный интервал е или доверительная вероятность Р3
определяются в зависимости от величины п по табл. 1-7,
причем величина ts (называемая дробью или коэффициен­
том Стьюдента) выражается соотношением
=
(Й8)
где а — среднее квадратическое отклонение, определяемое
по формуле (1-14).
Т а б л и ц а 1-7
Значения ta и Р8 при ограниченном числе измерений
постоянной величины
п
2
3
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
Значения <_
при
Р
0
о
3
0,1 | 0,3 | 0,5
0,16
0,14
0,14
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,13
0,51
0,45
0,42
0,41
0,41
0,40
0,40
0,40
0,39
0,39
0,39
0,39
щ
0,7
0,9
1,00
2,0
6,3
0,82
1,3
2,9
0,77
1,3
2,4
0,74
1,2
2,1
0,73
1,2
2,0
0,71
1,9
1,1
0,70
1,8
1,1
0,70
1,8
1,1
0,69
1,8
1,1
0,69
1,8
1,1
0,69
1,7
1,1
0,69 1 1,1 1 1,7
т
0,95
I
0,98 | 0,99 | 0,999
12,7 31,8 63,7
7,0
4,3
9,9
3,2 | 4,5
5,8
3,7
4,6
2,8
2,6
3,4
4,0
3,0
2,4
3,5
2,3
2,8
33
2,2
2,7
3,1
2,2
2,7
3,0
2,6
2,9
2,1
2,9
2,1 1 2,6
2,5 1 2,9
2,1
31,6
12,9
8,6
6,9
5,4
4,8
4,5
4,2
4,0
4,0
3,9
При большом числе измерений п значения ts стремятся
к соответствующим значениям
указанным в табл. 1-6.
41
Рассмотрим пример пользования табят. 1-7. Пусть при п = 6
получаем по формуле (1-13) среднее арифметическое значение
««меняемой величины і = 35,4. и. по формуле (1-14) среднее квадра­
тическое отклонение а = 0,25. Требуется определять доверитель­
ную вероятность Р'8, если х отличается от истинного значения X
на величину доверительного интервала е = ± 0 ,2 (иными словами
имеет место неравенство 35,2 < X < 35,6).
Находим, по, формуле (1-18):
, _ 0,2^6 . 0
8
0,25
— ®пРеДеляем по табл. 1-7 в зависимости от п и ts значение PSk=
0>9. Следовательно, случайная погрешность отдельного измере­
ния в 90% случаев не выйдет за пределы ±0,2'.
в) Динамические погрешности
Измерительные приборы служат, как известно, для
измерения изменяющихся во времени (переменных) вели­
чин и представляют собой материальные системы, обла­
дающие различными инерционными свойствами (механи­
ческими, тепловыми и др.). Инерционность приборов
при переменном режиме работы приводит к запаздыванию
их показании, т. е. к отставанию показаний от изменения
измеряемой величины.
Величина запаздывания показаний зависит в основном
от принципа действия и устройства измерительного при­
бора. На нее оказывают влияние инерция подвижной
части прибора, теплоемкость и теплопроводность термо­
чувствительного элемента и способ его установки, длина
и диаметр соединительных трубок и пр.
Зависимость показаний прибора от изменения изме­
ряемой величины в неустановившемся режиме (переход­
ном процессе) называется динамической характеристикой
измерительного прибора. Вид динамической характеристи­
ки определяется характером происходящего изменения
(возмущения) измеряемой величины и типом измериггельного приборе/
Д и н а м и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а при­
боров в большинстве случаев находится опытным путем.
Для получения ее производится значительное скачкооб­
разное увеличение измеряемой величины до нового посто­
янного значения и осуществляется непрерывная запись
показаний прибора до момента установившихся показаний.
На практике наряду со скачкообразным изменением изме42
ряемои величины последняя может также изменяться во
времени по различным законам.
На рис. 1-13 показана динамическая характеристика
термометра. Здесь по оси ординат отложена температура
вещества t, а по оси абсцисс — время т. При скачкооб­
разном изменении измеряемой температуры от 0 до неко­
торого постоянного значения tu показания термометра ta
(с исключенной из них систематической погрешностью)
изменяются по кривой переходного процесса, отставая
в каждый момент вре- - _
мени от значения
на
значение динамической
погрешности измерения
д? т. е.
Д Ш Щ и Ц (1-19)
ШШШ
Таким образом, как
видно из рис. 1-13, теп­
ловая инерция термо­
метра, обусловленная
сравнительно медлен­
ным нагревом те*р»ючувствителъного
эле­
мента, приводит к за­
паздыванию показаний Рис. 1-13. Динамическая характери­
прибора жа
гг.«. при стика термометра.
изменении измеряемой
температуры до нового установившегося значения tn по­
казание термометра tn постепенно достигает этого з м чения.
Следовательно, для оценки динамических погреш­
ностей прибора необходимо иметь кривую его переходного
процесса, по которой для различных моментов времени
можно найти значения этих погрешностей.
Кроме динамических погрешностей динамическая ха­
рактеристика измерительного прибора содержит ряд по­
казателей времени переходного процесса (рис. 1-13),
к которым относятся: время начала реагирования тн (время
от начала изменения измеряемой величины до начала
изменения показания прибора); постоянная времени тп
(время от начала реагирования, в течение которого показа­
ние прибора достигнет 63% изменения измеряемой вели­
чины); время переходного процесса Т (время., в течение
которого показание прибора достигает 95% изменения
измеряемой величины); полное время установления пока­
заний Тп (время, в течение которого показание прибора
достигнет 100% изменения измеряемой величины).
Динамические погрешности Ад, постоянная времени тп
и время переходного процесса Т являются основными
величинами, характеризующими динамические свойства
измерительных приборов. Чем меньше при прочих равных
условиях эти величины, тем меньшим инерционным
запаздыванием обладает измерительный прибор и тем,
следовательно, выше его динамические качества.
г) Поверка измерительных приборов
Для нахождения основной погрешности в различных
отметках шкалы прибора он через определенные сроки
(или по мере необходимости) подвергается поверке, т. е.
сравнению его показаний с показаниями точного прибора,
имеющего в несколько раз меньшую погрешность измере­
ния, чем поверяемый прибор.
f
Поверка
п р и б о р о в производится как на
специальных лабораторных стендах, так и на рабочем
месте. Порядок поверки различных приборов в лаборато­
рии уотанавливается соответствующими государственными
стандартами и инструкциями, пользование которыми
является обязательным. При поверке в лаборатории
число поверяемых отметок шкалы для промышленных
приборов составляет обычно 3—5, а для лабораторных и
образцовых — не менее 10. Результаты поверки заносятся
в протокол, на основании которого в случае пригодности
прибора выписывается свидетельство *. В этом документе
помимо паспортных данных прибора для всех поверяемых
отметок шкалы приводятся действительные значения и
поправки. Кроме того, в свидетельстве указываются дата
поверки и срок ее действия.
Поверка промышленных приборов на рабочем месте
осуществляется параллельным подключением к ним ла­
бораторных (переносных) приборов. Этот вид поверки
является неполным, так как в большинстве случаев поз­
воляет сравнить показания поверяемого прибора только
в одной (рабочей) точке 2.
1 Для промышленных приборов свидетельство, как правило не
выписывается.
’
2 Иногда поверка прибора на рабочем месте производится в пре­
делах всей шкалы (при отключенном приборе) с помощью перенос­
ных поверочных устройств.
41
По данным поверки иногда строится график поправок
к показаниям прибора (рис. 1-14), облегчающий опреде­
ление поправок в пределах всей шкалы.
Обычно поверку приборов производят вначале при
возрастающем значении измеряемой величины (прямой
ход), а затем при убывающем (обратный ход). Наибольшая
разность показаний v, полученная в этом случае при одном
и том же значении измеряемой величины и неизменных
внешних условиях, называется вариацией показаний при­
бора. Появление вариации обычно вызывается упругим
или термическим последействием чувствительного эле­
мента, трением подвижных
частей, наличием зазоров
Т е р м о м е т р а Ю 5 3 б г\п о О е р н а г/ж -? д г.
(люфтов) в сочлепениях
механизма и пр.
Вариация пока­
з а н и й прибора v' в про­
центах диапазона показа­
ний находится по фор­
50
100
150
ZOO Ш Ш
П о к а з а н и е п о в е р я е м о го
муле
н
,
100
( 1- 20)
/77 е р м о м е т р а , 0с
Рис. 1-14. График поправок тер­
мометра .
*
где N H и Ж,
1\ к — начальное и конечное значения шкалы.
Характерными величинами являются также непосто­
янство показаний и порог чувствительности прибора.
^ Нп е п ро с т ео я нд с т св о тп о ак а зва н л
я
е
т
собой разность между наибольшим и наименьшим пока­
заниями прибора, соответствующими одному и тому же
значению измеряемой величины при многократных по­
верках в одинаковых условиях.
Порог
ч у в с т в и т е л ь н о с т и выражает из­
менение значения измеряемой величины, вызывающее
наименьшее изменение показаний прибора. Порог чувстви­
тельности зависит главным образом от наличия трения
в измерительном устройстве прибора.
д)
боров
Допускаемые погрешности и класс точности при­
Для каждого прибора в зависимости от его назна­
чения, качества и диапазона показаний нормами уста­
навливается допускаемая основная погрешность2 выражае45
абсолютных или относительных (приведенных)
1
величинах
Допускаемая
основная
погреш­
н о с т ь характеризует наибольшее возможное отклоне­
ние показаний прибора от действительного значения в обе
стороны, в связи с чем перед ней ставятся знаки
, Если
при поверке прибора основная погрешность в любой
точке шкалы не превышает допускаемой, то прибор приз­
нается годным к применению
поименениш. В противном случае он
должен быть подвергнут ремонту или переградуировке.
Приведенная
допускаемая
основн а я п о г р е ш н о с т ь 6' прибора определяется как
отношение абсолютной допускаемои основной погрешности А7 к диапазону показаний и выражается в процентах
Согласно равенству
мая
в
6'
ч-
Д'
100.
(1-21)
Для
приведенные допускаемые основные погрешности в сред­
нем равныа:
Промышленные приборы............................... . (± 0 ,6—2,5)% и более
Лабораторные, образцовые и эталонные при­
боры .................................................................±0,6% и менее
О
По приведенной допускаемой основно [ погре ости
приборы разделяются на различные классы точности 9
условно© обозначение
ооозначение которых соответствует размеру
Этой погрешности. Так, например, приборы, допускаемые
основные погрешности которых равны ± 0 ,6 и ± 1 ,5 % ,
относятся соответственно к классам точности 0,6 и 1,5.
Согласно государственному стандарту измерительные при­
боры могут иметь следующие классы точности: 0,01; 0,015;
0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,06; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5;
0,6; 1; 1,5; 2,5 и 4. Обычно класс точности указывается на
циферблате прибора в кружочке.
Вариация показаний прибора нормально не должна
превышать его абсолютной основной погрешности, непостоянство показаний — половины последней, а порог чувст­
вительности — ее четверти.
1 Для многих приборов указываются также дополнительные
погрешност]
2 В дальнейшем приведенная допускаемая основная погреш­
ность условно называется основной погрешностью*
46
При измерении промышленным прибором определенно­
го класса точности абсолютная основная погрешность Щ
находится из равенства (1-21), а наибольшая относитель­
ная погрешность у'к (отнесенная к показанию прибора х
и выраженная в процентах) — по формуле
щ й шус а
(1-22)
1-6. СИСТЕМА НАДЗОРА ЗА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКОЙ
Руководство стандартизацией и измерительным делом
в СССР возложено на Государственный комитет стандартов
Совета Министров СССР (Госстандарт СССР). В области
метрологии основной задачей его является обеспечение
единства и правильности измерений, обеспечение методов
и средств измерений высшей точности, надзор за состоя­
нием и использованием измерительной техники.
Обеспечение единства измерений и поддержание в над­
лежащем состоянии средств измерений во всех отраслях
народного хозяйства осуществляется единой метрологи­
ческой службой страны, возглавляемой Госстандартом
СССР и состоящей из государственной метрологической
службы и ведомственных метрологических служб.
Государственная метрологическая
с л у ж б а имеет ряд соответствующих научно-исследо­
вательских институтов и республиканских управлений
Госстандарта СССР. В ведении последних находятся
республиканские центры метрологии и стандартизации,
республиканские, межобластные, областные (краевые) и
межрайонные лаборатории государственного надзора
(ЛГН) за стандартами и измерительной техникой. Из числа
институтов основными ЯВЛЯЮТСЯ! ВНИИМС * (головной
институт), выполняющий научное и методическое руковод­
ство работами по практическому обеспечению контроля
за единством измерений в СССР, и ВНИИМ **, который
разрабатывает, воспроизводит и хранит государственные
эталоны единиц измерений, а также создает и совершен­
ствует методы точных измерений физических величин.
*
Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологи­
ческой службы (г. Москва).
** Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии
им. Д. И. Менделеева (г. Ленинград).
47
Основными задачами государственной метрологической
службы являются: осуществление государственного над­
зора за измерительной техникой, разработка нормативно­
технических документов государственной системы обеспе­
чения единства измерений (ГСИ) 1 и контроль за их выпол­
нением, создание и совершенствование эталонной базы
и парка образцовых средств измерений, обеспечивающих
передачу размера физических единиц от эталонов до
исходных образцовых средств измерений органов ведомст­
венных метрологических слуя^б.
ГСИ представляет собой комплекс установленных го­
сударственными стандартами правил, положений, тре­
бований и норм, определяющих организацию и методику
работ по оценке и обеспечению точности измерений. Эти
стандарты регламентируют: единицы физических величин;
методы и средства воспроизведения этих единиц и передачи
их размеров рабочим средствам измерений; способы вы­
ражения нормируемых метрологических характеристик
средств измерений и показателей точности результатов
измерений; требования к методике выполнения измерений;
порядок и методику проведения государственных испыта­
ний, поверки и ревизии средств измерений.
На государственную метрологическую службу возлагается:
разработка и утверждение нормативных документов по надзору
за измерительной техникой и государственных стандартов на ме­
тоды измерений и поверки средств измерений; установление допу­
скаемых к применению единиц физических величин и передача
их размера от эталонов к исходным образцовым средствам изме­
рении; разработка и утверждение перечня рабочих средств изме­
рений, подлежащих обязательной государственной поверке, и
проведение этой поверки; регистрация предприятий, которым пре­
доставлено право изготовления, ремонта и поверки средств измере­
ний; оказание помощи ведомственным метрологическим службам и
утверждение типовых положений о правах и обязанностях этих
служб.
Одной из основных обязанностей государственной мет­
рологической службы является обеспечение государствен­
ного надзора за измерительной техникой. Надзору под­
лежат: производство, состояние, эксплуатация и ремонт
мер и измерительных приборов, а также деятельность
ведомственных метрологических служб. Органы Госстан­
дарта СССР имеют право запрещать выпуск в обращение
средств измерений, не соответствующих требованиям госу­
ГОСТ 8.000-71. Государственная система обеспечения единства
измерений. Основные положения.
48
дарственных стандартов и технических условий, изымать
из обращения непригодные меры и измерительные приборы,
производить обязательную государственную поверку
средств измерений, производить государственные испыта­
ния и аттестацию новых измерительных приборов и пр.
Ведомственные
метрологические
с л у ж б ы , действующие в различных отраслях народного
хозяйства, создаются министерствами, ведомствами и под­
чиненными им предприятиями, организациями и учреж­
дениями. Положения об организации этих служб разра­
батываются организациями министерств и ведомств по
согласованию с Госстандартом СССР или его местными
органами.
.. *
Основными задачами ведомственных метрологических
служб являются: обеспечение повсеместного соблюдения
требований ГСИ; внедрение в практику современных ме­
тодов и средств измерений; проведение на местах ведомст­
венного надзора за состоянием и использованием измери­
тельной техники.
На ведомственные метрологические службы возлагается: раз­
работка и выполнение мероприятий по оснащению отрасли совре­
менной измерительной техникой; разработка средств измерений
специального отраслевого назначения и технической документации
на них; обеспечение постоянной исправности и правильности
применения средств измерений и систематического за ними над­
зора; осуществление технического учета, ведомственной поверки
и ремонта средств измерений.
Все меры и измерительные приборы, предназначенные
для серийного производства и выпуска в обращение, под­
вергаются обязательным государственным испытаниям Ч
В процессе испытаний устанавливается соответствие при­
боров запросам народного хозяйства, современному уров­
ню измерительной техники и требованиям государствен­
ных стандартов. При положительных результатах
государственных испытаний приборов Госстандарт СССР
разрешает их производство и выпуск в обращение и вклю­
чает в государственный реестр.
Для обеспечения необходимой точности измерений
установлен определенный порядок организации и прове­
дения периодической поверки средств измеренийг. Все
1 ГОСТ 8.001-71. Средства измерении. Государственные испыта­
ния. Организация и порядок проведения.
2 ГОСТ 8.002-71. Организация и порядок проведения поверки,
ревизии и экспертизы средств измерений.
49
средства измерении подлежат государственной или ведом­
ственной поверке.
Г о с у д а р с т в е н н о й п о в е р к е , выполняемой
системой Госстандарта СССР, подвергаются средства и з­
мерений, применяемые в органах государственной метро­
логической службы, исходные образцовые приборы, ис­
пользуемые в органах ведомственных метрологических
служб, а также рабочие средства измерений, применяемые
для целей учета и взаимных расчетов, обеспечения техники
безопасности, охраны окружающей среды и здоровья
населения. Перечень рабочих средств измерений, подле­
жащих обязательной государственной поверке, и перио­
дичность этой поверки для отдельных групп приборов
устанавливаются Госстандартом СССР.
В е д о м с т в е н н а я п о в е р к а осуществляется
органами ведомственных метрологических служб отдель­
ных предприятий, организаций и учреждений, имеющих
разрешение органов Госстандарта СССР на проведение
поверочных работ. Этой поверке подлежат все средства
измерений, используемые в народном хозяйства, не охва­
тываемые государственной поверкой. Периодичность ве­
домственной поверки определяется метрологической
службой по согласованию с местными органами Госстан­
дарта СССР исходя из условий обеспечения правильной
работы средств измерений.
Поверка средств измерений проводится в соответствии
с требованиями государственных стандартов, инструкций
и методических указаний Госстандарта СССР на методы
и средства поверки. Приборы, признанные в результате
поверки не отвечающими своему классу точности или
неисправными, не допускаются к дальнейшему примене­
нию до устранения выявленных недостатков. На приборы,
признанные годными, наносятся поверительные клейма
или выписываются свидетельства. При необходимости
преградить доступ к механизму приборов после их поверки
корпуса последних пломбируются.
Для выполнения поверочных работ государственные
и ведомственные органы метрологических служб имеют
необходимые помещения, эталонные и образцовые при­
боры, поверочные установки, оборудование и штат ат­
тестованных поверителей, прошедших специальное обу­
чение.
50
*
1-7. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
щ
В энергетических установках теплотехнические изме­
рения служат для непрерывного производственного конт­
роля за работой оборудования и называются теплотехни­
ческим (тепловым) контролем. Наряду с этим они широко
применяются для проведения испытаний оборудования и
выполнения научно-исследовательских и наладочных
работ.
4
J
Современная тепловая электростанция является боль­
шим и сложным промышленным предприятием, выраба­
тывающим электрическую и тепловую энергию за счет
сжигаемого в нем топлива К
а) Назначение теплотехнического контроля
В соответствии с Правилами технической эксплуатации
электрических станций и сетей на основном и вспомога­
тельном оборудовании электростанции устанавливается
значительное количество приборов теплотехнического кон­
троля. Большинство из них имеет дистанционную пере­
дачу показаний на щиты управления агрегатами.
При эксплуатации тепловой части электростанции
производятся измерения ряда основных величин (давления,
температуры, расхода и пр.) следующих рабочих веществ:
пара свежего, вторично перегретого, отборного и отра­
ботавшего в турбине;
воды питательной, охлаждающей, химически очищен­
ной, продувочной, сетевой и конденсата;
дымовых газов в топке и газоходах котлоагрегата;
воздуха атмосферного и поступающего в топку котло­
агрегата, а также воздуха или водорода, служащего для
охлаждения турбогенератора;
масла в системах смазки турбоагрегата, насосов, вен­
тиляторов, дымососов, мельниц и в системе регулирования
турбины;'
топлива твердого, жидкого и газообразного.
Осуществляются также измерения температуры ме­
талла труб котлоагрегатов, частей турбин и т. п.
1 Производство электрической и тепловой энергий на атомных
электростанциях связано с расщеплением атомов радиоактивных
веществ •
51
Главной обязанностью дежурного персонала электро­
станции является обеспечение надежной и рациональной
ее эксплуатации. Успешное выполнение этих задач, а так­
же организация технического учета работы оборудования
невозможны без повседневного контроля, осуществляемого
посредством измерительных приборов различного назна­
чения.
Т е п л о т е х н и ч е с к и й к о н т р о л ь на элект­
ростанциях позволяет обеспечить:
надежную и безопасную эксплуатацию установок;
экономически наивыгоднейший режим работы оборудо­
вания’,
;
организацию технического учета работы агрегатов
и электростанции в целом.
Надежная и безопасная эксплуата­
ц и я электростанции определяется главным образом ис­
правным состоянием и безаварийной работой ее оборудо­
вания.
Непрерывный контроль давления, температуры и расхода рабо­
чих веществ, наблюдение за уровнем поды в барабане котлоагрегата
и подогревателях, частотой вращения вала турбины, качеством
воды и пара и т. п. позволяют обеспечить надежность работы обо­
рудования и безопасность его обслуживания.
Так, например, контроль качества питательной воды и выра­
батываемого котлоагрегатом пара необходим для того, чтобы не до­
пустить отложения солей в перегревателе, регулирующих клапанах
и лопатках турбины, вызывающего пережог труб перегревателя и
понижение мощности и экономичности турбоагрегата. Измерение
содержания кислорода в конденсате и питательной воде позволяет
предотвратить коррозию оборудования и т. д.
'»
В ряде случаев измерительные приборы, предназна­
ченные для обеспечения надежной и безопасной работы
оборудования, одновременно воздействуют на устройства
светозвуковой сигнализации о недопустимом отклонении
параметра, что облегчает дежурному персоналу предуп­
реждение и ликвидацию аварий.
Экономическим
показателем
ра­
б о т ы электростанции, как известно, является ее к. п. д.,
зависящий от удельных расходов топлива на выработку
электрической и отпущенной потребителю тепловой энер­
гии. Повышение к. п. д. электростанции достигается глав­
ным образом путем снижения тепловых потерь котлоагрегатов и турбин и уменьшения расхода электрической и
тепловой энергии на ее собственные нужды.
52
Т е х н и ч е с к и й у ч е т на электростанциях осу­
ществляется преимущественно при помощи самопишущих
и интегрирующих приборов, объективно отображающих
работу обслуживаемого ими оборудования.
б) Организация теплотехнических измерений
Повседневное обслуживание установленных на элект­
ростанции приборов теплотехнического контроля и устройств автоматизации тепловых процессов производится
цехом тепловой автоматики и измерений (ТАИ).
Цех ТАИ является местным органом ведомственной
метрологической службы, осуществляющим надзор за
теплоизмерительным хозяйством электростанции. В веде­
нии цеха находятся все имеющиеся на станции теплотех­
нические измерительные приборы и устройства тепловой
автоматики.
Цех ТАИ обеспечивает правильную и надежную работу
измерительных приборов путем наблюдения за их состоя­
нием, обслуживания, поверки и ремонта. Д ля выполнения
этих задач цех имеет оперативно-эксплуатационную, конт­
рольно-поверочную и ремонтно-наладочную группы и
ряд соответствующих лабораторий (давления, расхода и
уровня, термометрии и др.). Д ля получения права произ­
водства поверки и ремонта средств измерений цех ТАИ
проходит регистрацию в органах Госстандарта СССР.
Для обслуживания приборов и наблюдения за их работой опе­
ративно-эксплуатационная группа устанавливает круглосуточное
дежурство.
Контрольно-поверочная группа цеха периодически, по утвер­
жденному графику, производит поверку приборов как на месте
установки, так и в лабораториях. Для этой цели лаборатории
цеха оснащены образцовыми и лабораторными приборами, испыта­
тельными стендами и поверочными приспособлениями.
Ремонт и регулировка измерительных приборов производятся
ремонтно-наладочной группой цеха при повреждении их, а также
в случав снижения точности показаний за допускаемые пределы.
Обычно ремонтно-наладочная группа состоит из нескольких бри­
гад, каждая из которых производит ревизии, планово-предупреди­
тельный и текущий ремонты соответствующих приборов.
Для ремонта приборов и авторегуляторов цех ТАИ обычно
имеет небольшие мастерские — слесарно-механические и точной
механики. Вследствие токсичности паров ртути ремонт приборов
с ртутным заполнением (и вредными реактивами) производится
в специально оборудованном, изолированном и снабженном вен­
тиляцией помещении цеха.
53
Цех ТАИ обеспечивает также производственные
деления станции необходимой измерительной алпара
наладке и испытанию обо
рудования.
В цехе хранятся паспорта
карточки на все имею­
щиеся на электростанции теплотехнические измеритель­
ные приборы. В карточку, являющуюся постоянно дей­
ствующим документом, характеризующим состояние при­
бора в процессе эксплуатации, цехом вносятся техничес­
кие данные о приборе, результаты поверок, сведения о
ревизиях и ремонте, перестановках и др. В цехе находятся
также схемы теплотехнического контроля оборудования
электростанции, принципиальные и монтажные схемы
установленных на электростанции приборов и инструкции,
описывающие устройство, правила установки, обслуяшвания и поверки приборов.
При районных энергетических управлениях крупных
энергосистем организуется центральная служба тепловой
автоматики и измерений (ЦСТАИ). Эта служба руководит
работо
электростанци] оказывает им техни ческую помощь по наладке приборов и автерегуляторов, а также по внедрению новой аппаратуры, следит за
работой цеха как местного органа ведомственной метро­
логической службы и организует в центральных мастер­
ских и лабораториях энергосистемы капитальный ремонт
и поверку сложных приборов.
Глава вторая
'*
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
2-1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
И ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ
Т е м п е р а т у р о й называется степень нагретости
вещества. Это представление о температуре основано на
теплообмене между двумя телами, находящимися в тепло­
вом контакте. Тело, более нагретое, отдающее тепло,
имеет и более высокую температуру, чем тело, восприни­
мающее тепло. При отсутствии передачи тепла от одного
тела к другому, т. е. в состоянии теплового равновесия,
температуры тел равны.
54
а) Методы измерения температуры
Переход тепла от одного тела к другому указывает на
зависимость температуры от количества внутренней энер­
гии, носителями которой являются молекулы вещества.
Согласно молекулярно-кинетической теории сообщаемая
телу тепловая энергия, вызывающая повышение его тем­
пературы, преобразуется в энергию движения молекул.
Измерить температуру какого-либо тела непосредст­
венно, т. е. такг как измеряют другие физические величи­
ны, например длину, массу, объем или время, не представ­
ляется возможным, ибо в природе не существует эталона
или образца единицы этой величины. Поэтому определе­
ние температуры вещества производят посредством наблю­
дения за изменением физических свойств другого, так
называемого т ерм ом ет рического (рабочего) вещ ества , ко­
торое, будучи приведено в соприкосновение с нагретым
телом, вступает с ним через некоторое время в тепловое
равновесие. Такой метод измерения дает не абсолютное
значение температуры нагретой среды, а лишь разность
относительно исходной температуры рабочего вещества,
условно принятой за нуль.
Вследствие изменения при нагреве внутренней энергии
вещества практически все физические свойства последнего
в большей или меньшей степени зависят от температуры,
но для ее измерения выбираются по возможности те из
них, которые однозначно меняются с изменением темпера­
туры, не подвержены влиянию других факторов и сравни­
тельно легко поддаются измерению. Этим требованиям
наиболее полно соответствуют такие свойства рабочих
веществ, как объем ное р асш и р ен и е , изм енение давления
в за м к н ут о м о б ъ ем е , изм енение элект рического сопрот ив­
ления, возникновение т ерм оэлект родвиж ущ ей силы и ин­
т енсивност ь и зл уч ен и я , положенные в основу устройства
приборов для измерения температуры.
б) Температурные шкалы
Изменение агрегатного состояния химически чистого
вещества (плавление или затвердевание, кипение или кон­
денсация), как известно, протекает при постоянной тем­
пературе, значение которой определяется составом ве­
щества, характером его агрегатного изменения и давле­
нием. Значения этих воспроизводимых температур рав-
новесия между твердой и жидкой или жидкой и газообраз­
ной фазами различных веществ при нормальном атмос­
ферном давлении | равном 101 325 Па (760 мм рт. ст.), на­
зываются реперными точками
Если принять в качестве основного интервал темпера­
тур между реперными точками плавления льда и кипения
воды, обозначив их соответственно 0 и 100, в пределах
этих температур измерить объемное расширение какоголибо рабочего вещества, например ртути, находящейся
в узком цилиндрическом стеклянном сосуде, и разделить
на 100 равных частей изменение высоты ее столба, то
в результате будет построена так называемая температур­
ная шкала.
Для измерения температуры, лежащей выше или ниже
выбранных значений реперных точек, полученные деле­
ния наносят на шкале и за пределами отметок 0 и 100.
Деления температурной шкалы называются градусами.
При построении указанной температурной шкалы
была произвольно принята пропорциональная зависимость
объемного расширения ртути от температуры, чтЬ, однако,
не соответствует действительности, особенно при темпера­
турах выше 100 градусов. Поэтому при помощи такой шка­
лы можно точно измерить температуру только в двух
исходных точках 0 и 100 градусов, тогда как результаты
измерения во всем остальном диапазоне шкалы будут
неточны. То же явление наблюдалось бы и при построении
температурной шкалы с использованием других физичес­
ких свойств рабочего вещества, таких, как изменение
электрического сопротивления проводника, возбуждение
термоэлектродвижущей силы и т. п.
Пользуясь вторым законом термодинамики, англииский физик Кельвин в 1848 г. предложил совершенно
точную и равномерную, не зависящую от свойств рабо­
чего вещества шкалу, получившую название термодина­
мической температурной шкалы (шкалы Кельвина). Последняя основана на уравнении термодинамики для обратимого процесса (цикла Карно), имеющем вид;
Qt
Qi
ІХ
Тг
(2- 1)
1 Нормальное атмосферное давление условно принято равным
среднему давлению воздушного столба земной атмосферы.
50
Это уравнение показывает, что при работе теплового
двигателя по обратимому циклу отношение количества
тепла Qi, получаемого рабочим веществом от нагревателя,
к количеству тепла Q2, отдаваемого им холодильнику,
пропорционально только отношению температур Тх и Т2
нагревателя и холодильника. Придав определенное значе­
ние Т2, при известных значениях Q1 и Q2 можно из соот­
ношения (2-1) найти искомую величину Тг, Однако
практически указанный метод измерения температуры
использован быть не может, так как нельзя осуществить
обратимый цикл работы теплового двигателя.
Позднее было установлено, что термодинамическая
температура совпадает с показанием газового термометра,
заполненного идеальным (воображаемым) газом, обладаю­
щим пропорциональным изменением давления от темпера­
туры. Близкими по своим свойствам к идеальному газу
являются водород, гелий и азот, которые и применяются
для измерения термодинамической температуры с введе­
нием небольших поправок на отклонение их свойств от
свойств идеального газа
Точность показаний газового
термометра очень высока, но пользование им сложно, а
диапазон измерения незначителен.
Термодинамическая
температур­
н а я ш к а л а начинается с абсолютного нуля 2 и в
настоящее время является основной. Единицы термодина­
мической температуры обозначаются знаком К (кельвин),
а условное значение ее — буквой Т.
В дальнейшем с помощью газовых термометров была
построена так называемая Международная практическая
температурная шкала (МПТШ), легко и точно воспроизво­
димая и близкая к термодинамической шкале. МПТШ
была принята на VII Генеральной конференции по мерам
и весам в 1927 г. Это вызывалось необходимостью облегчить
измерение температуры с помощью газовой термометрии
и унифицировать существующие в разных странах темпе­
ратурные шкалы.
Международная практическая тем­
п е р а т у р н а я ш к а л а была уточнена в 1948 г.,
а в 1960 г. изложена в новой редакции, принятой на XI
Генеральной конференции по мерам и весам, где получила
1 Свойства водорода я гелия близки к законам идеального газа
при низких температурах, а азота — при высоких.
3
Абсолютным нулем называется температура, при которой дав­
ление идеального газа при постоянном объеме равно нулю.
57
азваниө Международной практической температурной
(МПТШ-48). Позднее появились две важные
причины для пересмотра МПТШ-48, первая из которых
заключалась в необходимости расширения шкалы в об­
ласти низких температур (10—90 К), а вторая — в повы­
шении ее точности, так как современные измерения с по­
мощью газовых термометров показали, что МПТШ-48 дает
в основном более низкие значения по сравнению с термо­
динамической шкалой.
Исходя из указанных причин Международный комитет
мер и весов в 1968 г. в соответствии с решением X III
Генеральной конференции по мерам и весам (1967 г.)
принял новую Международную практическую темпера­
турную шкалу 1968 г. (МПТШ-68), градусы которой обо­
значаются знаком °С (градус Цельсия), а условное значеэтой калы градус
ние температуры — буквой t.
Цельсия равен кельвину.
МПТШ-68 основана на значениях температур ряда восронзводимых состояний равновесия между фазами чистых
веществ. Равновесие фаз некоторых из этих веществ и их
определяющие реперные точки с присвоенными значениями
температур приведены в табл. 2-1.
д
Т а б л и ц а 2-1
Определяющие реперные точки МПТШ-68
Температура
Равновесие между фазами вещества
Т, К
|
t, *С
%
! —252,87
'
Жидкий и парообразный равновесный водород
(течка кипения равновесного водорода)
Жидкий и парообразный кислород (точка ки­
пения кислорода)
Твердая, жидкая и парообразная вода (трой­
ная точка воды)
Жидкая и парообразная вода (точка кипения
воды)
Твердый и жидкий цинк (точка затвердевания
цинка)
Твердое и жидкое серебро (точка затвердева­
ния саеребра)
Твердое и жидкое золото (точка затвердева­
ния золота)
20.28
90,188
273,16
—182,962
0,01
373,15
100
692,73
419,58
1235,08
961,93
1337,58
1064,43
Указанные определяющие реперные точки, кроме трой­
ной точки воды, относятся к нормальному атмосферному
давлению (101 325 Па)*
58
Для определения промежуточных температур между
реперными точками служат интерполяционные формулы,
устанавливающие соотношение между значениями МПТШ68 и показаниями эталонных приборов, градуированных
по этим точкам. Обычно градуировку производят по точкам
затвердевания вещества, так как в этом случае, даже если
последнее частично загрязнено примесями, температура
его близка к точке плавления чистого вещества.
При воспроизведении МПТШ-68 кроме определяющих
реперных точек могут дополнительно применяться н вто­
ричные реперные точки, такие, как температуры равнове­
сия между твердым и жидким оловом, свинцом и т. д.
Международная практическая температурная шкала
была узаконена в СССР * в качестве обязательной для
градуировки всех приборов, предназначенных для измере­
ния температуры. При помощи определяющих и вторичных
реперных точек и эталонных приборов в органах Госстан­
дарта СССР производятся поверка и градуировка измери­
тельных приборов, служащих для точных измерений тем­
пературы и поверки промышленных приборов.
Кроме Международной практической температурнвй шкалы
существует еще шкала Фаренгейта предложенная в 1715 г. Шкала
построена путем деления интервала между реперными точками
плавления льда и кипения воды на 180 равных частей (градусов),
обозначаемых знаком °Ф. По этой шкале точка плавления льда
равна 32, а кипения воды 212° Ф.
Для пересчета температуры, выраженной в кельвинах
или градусах Фаренгейта, в градусы Цельсия пользуются
равенством
t°C = T К —273,15 = 0,556 (гг °Ф - 32),
(2-2)
где п — число градусов по шкале Фаренгейта.
в)
Классификация приборов для измерения темпе­
ратуры
Приборы для измерения температуры разделяются
в зависимости от используемых ими физических свойств
веществ на следующие группы с диапазоном показа­
ний:
шттвляшшһаяшшашштшаяшяшшшшшя*
• ГОСТ 8550-61. Тепловые единицы.
1 Шкала Фаренгейта применяется в Англии и США.
59
Термометры расширения . , , ,
Манометрические термометры .
• •
Термоэлектрические термометры
Пирометры..................................
—190—650 *С*
—160 —600 °С
—200—650*С
—50—1800 °С
4-300 —6000 °С
і е р м о м е т р ы р а с ш и р е н и я основаны на
свойстве тел изменять под действием температуры свой
объем.
М а н о м е т р и ч е с к и е т е р м о м е т р ы рабо­
тают по принципу изменения давления жидкости, газа
или пара с жидкостью в замкнутом объеме при нагревании
или охлаждении этих веществ г.
е р м о м е т р ы с о п р о т и в л е н и я основаны
на свойстве металлических проводников изменять в за­
висимости от нагрева их электрическое сопротивление.
Т е р м о э л е к т р и ч е с к и е т е р м о м е т р ы по­
строены на свойстве разнородных металлов и сплавов обра­
зовывать в паре (спае) термоэлектродвижущую силу,
зависящую от температуры спая.
П и р о м е т р ы работают по принципу измерения
излучаемой нагретыми телами энергии, зависящей от тем­
пературы этих тел.
2-2. ТЕРМОМЕТРЫ РАСШИРЕНИЯ
Физическое свойство тел изменять свой объем в зависи­
мости от нагрева широко используется для измерения
температуры. На этом принципе основано устройство
жидкостных стеклянных и дилатометрических термомет­
ров, которые появились очень давно и послужили для
создания первых температурных шкал.
а) Основные свойства жидкостных термометров
В жидкостных термометрах, построенных на принципе
теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре,
в качестве рабочих веществ используются ртуть и органи­
ческие жидкости — этиловый спирт, толуол и др. Наибо­
лее широкое применение получили ртутные термометры,
имеющие по сравнению с термометрами, заполненными
*
Здесь и в дальнейшем после тире положительное значение
температуры.
1 Этот принцип использован при построении Международной
практической температурной шкалы по газовому термометру.
60
4
органическими жидкостями, существенные преимущества:
большой диапазон измерения температуры, при котором
ртуть остается жидкой, несмачиваемость стекла ртутью,
возможность заполнения термометра химически чистой
ртутью из-за легкости ее получения и пр. При нормальном
атмосферном давлении ртуть находится в жидком состоя­
нии опри температурах от —39 (точка замерзания) до
357 С (точка кипения) и имеет средний температурный
коэффициент объемного расширения ®Д8 •10-3 K-1J
Термометры с органическими жидкостями 1 в боль1111нстве своем пригодны лишь для измерения низких тем­
ператур в пределах —190 —100 °С. Основным достоин­
ством их является высокий коэффициент объемного расши­
рения жидкости, равный в среднем 1,13-10"3 К”1, т. е.
почти в 6 раз больший, чем у ртути.
Жидкостные термометры, изготовляемые из стекла,
являются местными показывающими приборами. Они
состоят из резервуара с жидкостью, капиллярной трубки,
присоединенной к резервуару и закрытой с противополож­
ного конца, шкалы и защитной оболочки. Приращение
в капилляре термометра столбика жидкости ДҺ (мм) при
нагреве резервуара от температуры tx до t2 определяется
по формуле
ДА = 1,275 / л to» - у (*2- Һ) '
ф
где Fx — объем жидкости в резервуаре при температуре
tlt мм3;
®ж и осс — средние температурные коэффициенты объ­
емного расширения жидкости и стекла, К*1;
4 — внутренний диаметр капилляра, мм.
Разность средних температурных коэффициентов а ж и
а с в уравнении (2-3) называется средним температурным
коэффициентом видимого расширения а в жидкости в стекле,
т. е.
0СВ—ССук а с(2-4)
б) Устройство ртутных термометров
Р т у т н ы е т е р м о м е т р ы благодаря своей про
стоте, сравнительно высокой точности измерения, неслож
ности обращения и дешевизне имеют весьма большое рас1
ные).
ГОСТ 9177-59. Термометры стеклянные жидкостные (нертут
.
•. . .
61
пространениө и применяются для измерения температур
в пределах от —35 до + 6 5 0 °С *.
Конечный предел измерения, ограничиваемый темпе­
ратурой размягчения стеклянной оболочки термометра,
достигается при помощи искусственного повышения точки
кипения ртути. С этой целью у термометров для измерения
высоких температур пространство капилляра над ртутью,
из которого предварительно удален воздух, заполняется
инертным газом при давлении свыше 2 МПа. Термометры
с верхним пределом шкалы до 100 °С иногда газом не запол­
няются, и капилляр их находится под вакуумметрическим
давлением.
Д ля изготовления термометров применяется специаль­
ное термометрическое стекло, обладающее небольшим тем­
пературным коэффициентом, примерно равным 0,02 X
X 10-3 К-1, что дает коэффициент видимого расширения
ртути в стекле около 0,1б-10~3 К .
Согласно выражению (2-3) чувствительность ртутных
термометров зависит от размеров резервуара и капилляра.
Чем больше резервуар и меньше внутреннее сечение капил­
ляра, тем заметнее изменение высоты ртутного столбика,
т. е. тем более чувствителен термометр и меньше цена
деления его шкалы. Однако большой размер резервуара
увеличивает инерционность прибора, что снижает качество
последнего при измерении переменной температуры.
Основная погрешность ртутных термометров зависит от
диапазона показаний и цены деления шкалы, с увеличе­
нием которых она возрастает.
Вследствие небольшого отклонения видимого коэффи­
циента расширения ртути в стекле при изменении темпе­
ратуры ртутные термометры имеют почти равномерную
ш калу.
Ртутные термометры изготовляются двух видов: с вло­
женной шкалой и палочные (рис. 2-1).
Т е р м о м е т р с в л о ж е н н о й ш к а л о й имеет
заполненный ртутью резервуар 1, капиллярную трубку 2,
циферблат 3 из молочного стекла со шкалой и наружную
цилиндрическую оболочку 4 , в которой укреплены капил­
ляр и циферблат. Н аруж ная оболочка с одного конца
плотно закрыта, а с другого — припаяна к резервуару.
П а л о ч н ы й т е р м о м е т р состоит из резерву­
ара 1, соединенного с толстостенным капилляром 2 наруж* ГОСТ 2045-71. Термометры ртутные стеклянные.
€2
t
ным диаметром 6—8 мм. Шкала термометра нанесена
непосредственно на поверхности капилляра в виде насечки
по стеклу. Палочные термометры являются более точ­
ными по сравнению с термометрами с вложенной
шкалой.
. •1
.V У9» 1 i l l . I ЦЦ
Рис. 2-1.
Рис. 2-2.
Рис. 2-1. Ртутные термометры.
о — с вложенной шкалой; б — палочный.
Рис. 2-2. Типы ртутных термометров.
а — технический; б — лабораторный с безнулевой шкалой; 1 — резервуар;
— капилляр; з — шкала; 4 — оболочка; 5 — нижняя часть; в — пробка,
залитая гипсом; 7
дополнительная шкала;
- расширения капилляра.
'
:
Л'
вЗ
В обоих видах термометров капилляр за верхней отмет­
кой шкалы имеет запасный объем, предохраняющи прибор от повреждения при перегреве.
__________________
По назначению | ртутные термометры разделяются
на промышленные (технические), лабораторные и образ­
цовые.
.
.
|||9 № и
Технические ртутные термометры
изготовляются с вложенной шкалой и по форме нижней
(хвостовой) части с резервуаром бывают прямые типа А
(рис. 2-2, а) и угловые типа Б, изогнутые под углом 90°
в сторону, противоположную шкале 1.
При измерении температуры нижняя часть технических
термометров полностью опускается в измеряемую среду,
т. е. глубина погружения их является постоянной.
Т аб л и ц а 2-2
Технические ртутные термометры
Длина ободочки, мм
Номер
термометра
Диапазон
показаний*
°С
1
О 50
2
35 50
0 100
0 150
0 200
0 250
О 300
0 350
0—400
0—450
0—500
3
4
5
6
7
8
9
10
11
110
160
220
Цена деления шкалы, °С
0,5
0,5 или 1
1
1 или
I 2
2
2
2
5
5
5
5
или 5
или 5
или 10
или 10
0,5 или 1
1
1 или
2
2 или
5
5
5 или
5 или
10
10
2
5
10
10
1
1 или
2
2 или
5
5 или
5 или
10
10
2
4
.
5
10
10
Нижняя часть термометров, в зависимости от условий
измерения, имеет длину 60—1600 мм (высокоградусных —
120—400 мм) — для типа А и 110—1050 мм (высокогра­
дусных — 130—370 мм) — для типа Б. Диаметр этой части
термометров равен 8—9 мм. Оболочка термометров, в кото­
рой заключен циферблат, выполняется длиной 110, 160
или 220 и диаметром 18 мм. Большой диаметр капилляра
у этих приборов делает столбик ртути более заметным, что
1 ГОСТ 2&28-73. Термометры стеклянные технические.
64
облегчает отсчет показаний. Основная погрешность термо­
метров не превышает цены деления шкалы.
Общая характеристика технических ртутных термомет­
ров указана в табл. 2-2 *.
Лабораторные ртутные термометры
типа ТЛ изготовляются палочными или с вложенной шка­
лой 1. В зависимости от цены деления шкалы и габаритов
Т а б л и ц а 2-3
Лабораторные ртутные термометры
Шкала, °С
Тип
1
Диапазон показаний
Цена деления
TJI-2
1
2
3
4
5
—30-—70
0 --100
0 - -150
0 - -250
щ -350
1\
ТЛ-3
1
0 - -450
0 - —500
2
2
р.
|
ТЛ-4
1
2
3
4
5
6
7
8
—30
0
50
100
150
200
250
300
ТЛ-5
1
2
3
4
—30 —70
0 —100
100 —200
200 —300
0,5
ТЛ-6
1
2
3
4
5
6
7
8
—30 —20
0 —50
50 —100
100 —150
150 —200
200 —250
250 —300
300 —350
0,1
!
!
—20
—50
-1 0 0
-1 5 0
-2 0 0
-2 5 0
-3 0 0
-3 5 0
I
0,5
ш
* Термометры № 9—11 называются высокоградусными.
1 ГОСТ 215-73. Термометры ртутные стеклянные лабораторные.
3 Мурин г. А.
Ө5
они делятся на пять типов, причем каждый термометр опре­
деленного типа имеет порядковый номер. Длина термомет­
ров 160—530 и наружный диаметр 5—11 мм. Большинство
их выпускается с безнулевой шкалой (рис. 2-2, 6), начи­
нающейся не с отметки 0 °С, которая наносится внизу на
небольшой дополнительной шкале, предназначенной толь­
ко для поверки прибора, а с более высокой температуры.
В промежутке между нулевым делением и началом шкалы
капилляр имеет расширение, в которое при измерении
входит объем ртути, отвечающий изменению температуры
от нуля до начального значения шкалы.
Характеристики лабораторных ртутных термометров
типа ТЛ даны в табл. 2-3, а основные погрешности —
в табл. 2-4.
Т а б л и ц а 2-4
Основные погрешности лабораторных ртутных термометров
Цена деления шкалы, °С
9
Диапазон
измерения. °С
од
0,5
2
Основная погрешность, °С
—3 0 - -1
0- -100
101--200
201--300
301--400
401--500
± 0,3
± 0,2
± 0 ,4
± 0 ,8
± 1,0
W
кдйШ
вммвйвивмН
± 1 ,0
± 1 ,0
± 1 ,0
± 1 ,5
± 3 ,0
а
± 1 ,0
± 1 ,0
± 2 ,0
± 3 ,0
± 4 ,0
± 2 ,0
± 2 ,0
± 4 ,0
± 4 ,0
± 5,0
ч
О б р а з ц о в ы е р т у т н ы е т е р м о м е т р ы де­
лятся на два разряда. Термометры 1-го разряда бывают
только палочными, а 2-го — палочными и с вложенной
шкалой. Образцовые термометры выполняются с нормаль­
ной или безнулевой шкалой. Посредством термометров
1-го разряда производится поверка термометров 2-го
разряда, которые применяются для поверки и градуировки
технических и лабораторных термометров.
Недостатками ртутных термометров являются их
хрупкость, невозможность дистанционной передачи и авто­
матической записи показаний, большая инерционность и
трудность отсчета из-за нечеткости шкалы и плохой види­
мости ртути в капилляре. Все это в значительной мере
ограничивает их применение, оставляя за ними главным
образом область местного контроля и лабораторные изме*
рения.
66
в) Установка ртутных термометров
Точность показаний ртутного термометра, как и любого
прибора, измеряющего температуру, зависит от способа
его установки, т. е. от правильного решения вопросов,
связанных с теплообменом между измеряемым веществом,
термометром и внешней средой. Эта задача сводится к двум
основным требованиям: во-первых, к обеспечению наибо­
лее благоприятных условий передачи тепла от измеряемой
среды чувствительной части (резервуару) термометра и,
во-вторых, к уменьшению по возможности отдачи тепла
прибором окружающему воздуху.
Особенно большое влияние на точность измерений ока­
зывает утечка тепла от термометра, что при жидкой изме­
ряемой среде вызывается теплопроводностью частей при­
бора, а при газовой и паровой — еще дополнительным
обменом тепла лучеиспусканием с окружающими поверх­
ностями. Кроме того, введенная в измеряемую среду чув­
ствительная часть прибора в той или иной мере искажает
окружающее температурное поле вследствие отвода тепла.
В этих условиях измерение температуры не дает правиль­
ных результатов, так как показания прибора соответствуют
его собственной температуре, отличающейся от темпера­
туры измеряемой среды. Неправильная установка термо­
метра, дающая большую потерю тепла в окружающую
среду, может привести к занижению его показаний на
10—15%.
Рассмотренные ниже способы установки ртутных термо­
метров являются в основном общими для различных типов
термометров.
Применяются два способа установки ртутных термо­
метров: в защитных оправах (или гильзах) и без них, т. ө.
путем непосредственного погружения термометров в изме­
ряемую среду.
Весьма распространенной является установка термо­
метра в защитной гильзе (рис. 2-3), предохраняющей его от
поломки и обеспечивающей необходимую плотность соеди­
нения в месте расположения прибора. Длина защитной
гильзы выбирается в зависимости от требуемой глубины
погружения термометра.
Для улучшения теплопередачи от гильзы к резервуару
термометра образующийся в гильзе кольцевой зазор
между резервуаром и ее стенкой заполняется при измере­
нии температуры до 150 °С машинным маслом, а при более
3*
67
высокой температуре — медными опилками. Заполнение
гильзы маслом или опилками производится так, чтобы
в эту среду был погружен только резервуар термометра.
Чрезмерное заполнение гильзы понижает точность изме­
рения из-за возрастания оттока тепла и увеличивает инер­
ционность прибора.
При измерении температуры в трубопроводе термометр
устанавливается в положение, при котором ось трубы
проходит посередине резервуара. Погружение конца тер­
мометра до центра трубы, т. е. в зону наибольшей скорости
потока, улучшает теплообмен между движущейся средой
200мм
в)
D >200мм
О)
Рис. 2-8. Установка ртутного термометра в защитной гильзе.
а — вдоль оси трубопровода; б — наклонно к оси горизонтального трубопро­
вода; в — нормально к оси горизонтального трубопровода; г — на вертикаль­
ном трубопроводе.
V$І
и прибором и уменьшает влияние на результаты измерения
тепловых потерь защитной гильзы.
Наиболее правильной является установка термометра
вдоль оси трубопровода на колене с восходящим потоком,
так как при этом условия обтекания конца гильзы весьма
благоприятны. Н а горизонтальном трубопроводе диамет­
ром до 200 мм термометр устанавливается наклонно к оси
трубы навстречу потоку. При диаметре трубопровода
более 200 мм термометр может быть расположен нормально
к оси трубы. Н а прямом вертикальном участке трубопровода
с восходящим потоком термометр всегда устанавливается
наклонно навстречу потоку. Устанавливать термометры
на вертикальных трубопроводах с нисходящим потоком
не рекомендуется.
Н а величину отвода тепла гильзой влияют средняя раз­
ность температур между измеряемой средой и окружающим
68
воздухом, а также конструкция и материал гильзы. Защит­
ные гильзы изготовляются из металлов, плохо проводящих
тепло (например, из нержавеющей стали), а размеры
головки (выступающей нарушу части), толщина стенки
■ внутренний диаметр гильзы выбираются по возможности
небольшими. Выступающие части
защитных гильз покрываются те­
плоизоляцией .
Технические ртутные термо­
метры обычно устанавливаются в
защитных оправах, предохраняю­
щих также и выступающую часть
термометра от поломки (рис. 2-4) *.
Защитная оправа 1 состоит из
гильзы и чехла, который имеет
продольный вырез для отсчета по­
казаний термометра 2. При точ­
ных определениях температуры
чехлы не применяются, так как
значительно увеличивают погреш­
ность измерения из-за оттока по Рис. 2-4. Установка
ним тепла.
Г ДИЮ/ Щ
ртутного термометра в
Установка ртутного термомет- защитной оправе.
ра оез гильзы практически исклю­
чает отвод тепла от резервуара. Однако из-за влиянияf
оказываемого на показания термометра давлением из­
меряемо среды (сжатие резервуара с ыдавливанием
ртути в капилляр), а также вследствие недостаточной
прочности термометра и трудности уплотнения места его
установки использование этого способа ограничивается
областью небольших давлений. Установка ртутных термо­
метров без гильзы применяется главным образом при
кратковременных точных измерениях температуры среды.
г) Поверка ртутных термометров
Периодическая поверка технических и лабораторных
ртутных термометров производится путем сравнения их
показании с показаниями образцовых термометров 2-го
разряда, а также по реперным точкам плавления льда
• ГОСТ 3029-59. Оправы защитные для технических стеклянных
термометров.
69
и кипения
ч
воды *. Термометры поверяются в трех —пяти
отметках шкалы, расположенных через равные интервалы.
Рис. 2-5. Термостат типа TG-24 для поверки
термометров.
При поверке термометров методом сравнения приме­
няются термостаты2 с электрообогревом, заполняемые
1 Инструкция 159-60 Госстандарта СССР по поверке стеклянных
жидкостных термометров.
2 Термостатом называется устройство, служащее для поддер­
жания постоянной температуры находящейся в нем среды.
70
, • ?
дистиллированной водой (с интервалом поверки до 99 °С),
минеральным маслом (до 200 °С) или селитрой (до 550 °С).
Поверка положения отметок 0 и 100 °С термометра производится соответственно в термостатах плавления льда
и кипения воды.
Для поверки термометров служат термостаты типов
ТС-15 м (водяной) и ТС-24 (водяной іI масляный). Устрой­
ство термостата типа ТС-24 показано на рис. 2-5. Латунный
цилиндрический сосуд 1 вместимостью 24 л помещен
в металлический кожух 2, покрытый изнутри теплоизо­
ляцией 3. Сосуд накрыт крышкой 4 , на которой установлен
электродвигатель 5, соединенный муфтой 6 с осью, приво­
дящей в движение насос 7 и мешалку 8. Последняя распо­
ложена в патрубке 9 , имеющем вверху окна для прохода
жидкости. Насос термостата используется лишь ь случае,
когда требуется поддерживать постоянной температуру
в каком-либо внешнем аппарате. Тогда жидкость из термо­
стата подается в аппарат через штуцер 10 и возвращается
через штуцер 11. При отсутствии аппарата штуцера зако­
рачиваются трубкой.
Нагрев жидкости в термостате производится электро­
нагревателями 12 и 13 мощностью соответственно 700
и 1300 Вт. Нагреватели помещены в защитные чехлы,
закрепленные на крышке 4. По достижении заданной тем­
пературы нагреватель 12 переключают на второй предел
мощности, равный 175 Вт, предназначенный для автомати­
ческого поддержания в термостате постоянной темпера­
туры посредством ртутного контактного термометра 14
с магнитной муфтой. После этого с помощью регулируемого
автотрансформатора изменяют мощность нагревателя 13
так, чтобы температура в термостате не превышала задан­
ной,
Для погружения в термостат образцового и поверяемых
термометров в его крышке имеется ряд отверстий. Распо­
ложенный в термостате трубчатый холодильник 15 с вход­
ным 16 и выходным 17 штуцерами включают в работу лишь
при поддержании в термостате температуры, близкой
к температуре окружающего воздуха (30—50 °С). Расход
через холодильник охлаждающей воды от внешнего источ­
ника поддерживается постоянным.
Сосуд термостата заполняется жидкостью так, чтобы
ее уровень находился на минимальном расстоянии от
крышки. Для опорожнения сосуда служит трубка 18
с пробкой. Кожух термостата ваземляют при помощи
71
зажима 79. Д ля переноски термостат снабжен ручками
20 и 21.
f
Блок управления термостата (выключатели, переклю­
чатель, реле для контактного термометра и пр.) смонтиро­
ван в коробке, закрепленной сбоку кожуха (на рис. 2-5
не показан).
Термостат питается от сети переменного тока апряжением 220 В. Пр [ заполнении сосуда водой поддержание
заданной температуры производится в пределах 30—99 °С,
а при заполнении маслом — в пределах 100—200 °С.
Точность поддержания температуры ± 0 ,0 5 °С. Время ра­
зогрева термостата до максимальной температуры при за­
полнении водой 90, маслом — 120 мин. Габариты устрой­
ства 440 x 410 x 870 мм.
Технические термометры градуируются и поверяются
в термостате при погружении в жидкость только хвостовой
части, т. е. при постоянной глубине погружения, соответ­
ствующей их положению при измерении. Лабораторные
и образцовые термометры градуируются и поверяются при
переменной глубине погружения с таким расчетом, чтобы
при каждом очередном отсчете температуры ртутный стол­
бик в капилляре не выступал более чем на 5 мм над крыш­
кой термостата.
Д ля уменьшения погрешности, обусловленной инер­
ционностью термометров, поверка их в термостате произ­
водится при медленном повышении температуры до задан­
ного значения. Показания образцового и поверяемых тер­
мометров отсчитываются в порядке их установки, причем
перед каждым измерением слегка постукивают по прибору.
Отсчеты повторяют при одинаковой температуре не менее
пяти раз, после чего находят среднее показание каждого
прибора.
До и после поверки термометра в термостате опреде­
ляется положение нулевой точки прибора, которое может
изменяться из-за расширения капилляра и резервуара
вследствие термического последействия стекла, появляю*егося в результате нагрева и последующего охлаждения
термометра. Указанное явление, вызываемое нарушением
равновесной структуры стекла при нагревании, исчезает
с течением времени. Термическое последействие стекла тем
больше, чем выше температура нагрева термометра и чем
длительнее он находился при этой температуре.
Поверка положения нулевой точки производится в тер­
мостате плавления льда (рис. 2-6, а). представляющем
72
собой два стеклянных сосуда, из которых внутренний
сосуд 1 заполняется смесью из кусочков чистого льда
и дистиллированной воды, а внешний сосуд 2 с замкнутым
воздушным пространством служат в качестве теплоизоля­
ции. В тающий лед погружается поверяемый термометр 3 .
В нижней части термостата имеется дренажная трубка 4
Рис. 2-6. Термостаты для поверки термометров по репер
ным точкам.
а — плавления льда; б — кипения воды.
с зажимом о, предназначенная для выпуска воды, так как
при поверке смесь льда и воды должна иметь вид густой
массы. Термостат устанавливается на подставке 6. Положенке нулевой точки до и после нагрева термометра отме­
чается в протоколе поверки и свидетельстве прибора.
Допускаемое смещение нулевой точки (депрессия нуля)
не должно превышать 0,1 °С на каждые 100 °С шкалы
иоверяемого термометра, в противном случае термометр
считается непригодным.
Д ля поверки у термометров точки 100°С применяется
термостат кипения воды (рис. 2-6, б). Термостат имеет
7а
еооуд 1 , заполняемый на 2/3 высоты дистиллированной
водой, уровень которой контролируется по указательному
стеклу 2. Нагрев воды в сосуде до кипения производится
электронагревателем 3 . Получаемый в сосуде 1 насыщен­
ный пар поступает через отверстия в патрубок 4, откуда
по кольцевому пространству между патрубком и корпу­
сом 5, покрытым снаружи теплоизоляцией 6, направляется
в водяной холодильник 7. Образующийся в холодильнике
конденсат стекает обратно в сосуд по трубке 8. Вверху
корпус снабжен крышкой 9 с отверстиями в центре и по
краям для установки образцового 10 и поверяемых 11
ртутных термометров. Давление пара внутри патрубка
находится по показаниям водяного манометра 12.
При поверке глубина погружения лабораторных и тех­
нических термометров должна быть такой же, как и в
термостате на рис. 2-5. Отсчеты показаний образцового
и поверяемых термометров производятся через каждую
минуту не менее пяти раз. Действительные Показания
определяются как средние из этих отсчетов. Для точного
определения температуры ta (°С) насыщенного пара в тер­
мостате пользуются формулой
tHЛ 100 + 277,5 (рн - 0,10133) - 1294 (ра - 0Д0133)2, (2-5)
где р н — абсолютное давление насыщенного водяного пара
в Термостате, определяемое как сумма показаний водяного
манометра и ртутного барометра, МПа.
д) Поправки к показаниям ртутных термометров
При точных измерениях температур с помощью ртутных
термометров к их показаниям вводятся следующие по­
правки:
•
Щ ^
основная At;
на температуру выступающего столбика ртути AtB;
на смещение положения нулевой точки Дtc.
Следовательно, в общем случае определение действи­
тельной температуры среды t по показаниям tT ртутного
термометра производится согласно равенству
t = £т "4" Дt -I- Д^в Д^с*
(2-6)
О с н о в н а я - п о п р а в к а принимается из сви­
детельства термометра.
Поправка
на т е м п е р а т у р у
высту­
п а ю щ е г о с т о л б и к а р т у т и вводится к пока74
яаниям только лабораторных и образцовых термометров
в тех случаях, когда при измерении часть ртутного стол­
бика намного выступает из защитной гильзы, а измеряемая
температура значительно превышает температуру окру­
жающего воздуха. Как отмечалось, указанные термометры
градуируются и поверяются при условии, что ртутный
столбик почти не выходит за пределы уровня жидкости
в термостате, т. е. имеет ту же температуру, что и ртуть
в резервуаре. При измерениях столбик, как правило,
выступает наружу и имеет температуру, отличающуюся
от температуры измеряемой среды. Это отступление от
условий градуировки и поверки термометра требует вве­
дения к его показаниям поправки, определяемой по
формуле
AtB= пав (tT— *в),
(2-7)
где п — число градусов в выступающей части ртутного
столбика;
«в — температурный коэффициент видимого расшире­
ния ртути в стекло, К -1;
t B — средняя температура выступающего столбика рту­
ти, °С.
Температурный коэффициент видимого расширения
ртути в стекле зависит от сорта термометрического стекла
и может быть в среднем принят равным 0,16 • 10-3 К -1.
П о п р а в к а на с м е щ е н и е п о л о ж е н и я
н у л е в о й т о ч к и термометра периодически опреде­
ляется в процессе эксплуатации с помощью термостата
плавления льда.
В случае отклонения положения нуля от указанного в
свидетельстве (после нагрева в термостате) эта поправка
вычисляется по формуле
А/с = t0— 1'0,
(2-8)
где ?0 и to — температуры, соответствующие положению
нулевой точки термометра но свидетельству (после нагрева
в термостате) и после очередной поверки нуля в эксплуата­
ции, °С.
е) Дилатометрические термометры
^ К дилатометрическим термометрам относятся стержне­
вой и пластинчатый (биметаллический) термометры, дей­
ствие которых основано на относительном удлинении под
75
влиянием температуры двух твердых тел, имеющих раз­
личные температурные коэффициенты линейного расшире­
ния.
Зависимость длины I твердого тела от его температуры
t выражается равенством
l = lQ(i + at),
(2-9)
где 10 — длина тела при температуре О °С;
а — средний температурный коэффициент линейного
расширения тела, К -1.
Рис. 2-7. Дилатометрические термометры.
а щ стержневой; б — пластинчатый.
Значения средних коэффициентов линейного расшире­
ния некоторых материалов в интервале температур 0—
200 °С приведены в табл. 2-5.
Т а б л и ц а 2-5
Средние температурные коэффициенты линейного расширения
материалов
Материал
а-Ю*. к-*
Материал
а-10«, К- i
Алюминий
Железо
Инвар (54% Fe, 36%
Ni)
\
Кварц плавленый
24
12,5
3,5
Латунь
Никель
Сталь
немагнитная
(Х18Н10Т)
Фарфор
18,5
т
14
17
0,55
3,5
С т е р ж н е в о й т е р м о м е т р (рис. 2-7, а) имеет закры­
тую с одного конца трубку 1Лпомещаемую в измеряемую среду и
изготовленную из материала с большим коэффициентом линейного
76
расширения. В трубку вставлен стержень £, прижимаемый к ее
дну рычагом 3, скрепленным с пружиной 4 . Стержень изготовлен
из материала с малым коэффициентом расширения. При изменении
температуры трубка изменяет свою длину, что приводит к перемеще­
нию в ней стержня, сохраняющего почти постоянные размеры и свя­
занного посредством рычага 3 с указательной стрелкой прибора.
П л а с т и н ч а т ы й т е р м о м е т р (рис. 2-7, б) состоит из
двух изогнутых и спаянных между собой по краям металлических
полосок, из которых полоска 1 имеет большой коэффициент линей­
ного расширения, а полоска 2 — малый. Полученная пластинка
меняет в зависимости от температуры степень своего изгиба, величина
которого при помощи тяги 3, рычага 4 и соединенной с ним стрелки
указывается по шкале прибора. При увеличении температуры
пластинка изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом
линейного расширения.
Дилатометрические термометры не получили распро­
странения как самостоятельные приборы, а используются
главным образом в качестве чувствительных элементов
в сигнализаторах температуры. Кроме того, пластинчатые
термометры иногда применяются для компенсации влияния
переменной температуры окружающего воздуха на пока­
зания других приборов, в которые они встраиваются.
2-3. МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ
Действ ие манометрических термометров основано на
зависимости давления жидкости, газа или пара с жидкостью
в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры. Ука­
занные термометры являются промышленными показы­
вающими и самопишущими приборами, предназначенными
для измерения температуры в диапазоне до 600° С. Класс
точности их 1—2,5 *.
В зависимости от заключенного в термосистеме рабочего
вещества манометрические термометры разделяются на
газовые, жидкостные и конденсационные. Выбор рабочего
вещества производится исходя из заданного диапазона
показаний и условий измерения.
а) Основные сведения о манометрических термометрах
Схема показывающего манометрического термометра
приведена на рис. 2-8. Термосистема прибора, заполненная
рабочим веществом, состоит из термобаллона 7, погру­
жаемого в измеряемую среду, манометрической трубчатой
* ГОСТ 8624-71. Термометры манометрические ГСП.
77
пружины 2, воздействующей посредством тяги 3
на указательную стрелку 4 , и капилляра 5, соединяющего
пружину с термобаллоном.
Т е р м о б а л л о н представляет собой металличес­
кую трубку, закрытую с одного конца,а с другого соеди­
ненную с капилляром. Посредством съемного штуцера 6
с резьбой и сальником термобаллон устанавливается в тру­
бопроводах, баках и т. п. Возможна установка его и в за­
щитной гильзе. При нагреве термобаллона увеличение
давления рабочего вещества передается через капилляр
трубчатой пружине и вызывает раскручивание последней
до тех пор, пока действующее на нее усилие, пропорцио­
нальное разности давлений в системе и окружающем
воздухе, не уравновесится силой ее упругой деформации.
С о е д и н и т е л ь н ы й к а п и л л я р изготовля­
ется из медной или стальной трубки с внутренним диамет­
ром до 0,5 и толщиной стенки до 2,5 мм. Снаружи он защи­
щен металлической оплеткой. Длина капилляра может
достигать 40 м.
В качестве упругого элемента в термометрах приме­
няются одно- и многовптковая трубчатые пружины
(рис. 2-9), изготовленные из медного сплава.
О д н о в и т к о в а я п р у ж и н а выполняется из
трубки овального сечения, согнутой по окружности на
угол 270°. Большая ось сечения трубки располагается
параллельно оси окружности. Подвижный конец трубки
78
наглухо закрыт, а неподвижный сообщается с измеряемой
средой. Под действием внутреннего давления сечение пру­
жины стремится принять форму круга, в результате чего
она частично выпрямляется, вызывая при этом перемеще­
ние подвижного конца, соединенного с указательной
стрелкой передаточным механизмом. Изменение давления
в пружине вызывает пропорциональное перемещение
стрюкн.
М н о г оо в и
и т к о в а я п р у ж и н а , выполняем
виде плоской спирали, имеет в сечении сплюснутую окруж­
ность и содержит 3 —4 витка. Принцип действия этой пру­
жины тот же, что и одновитковой, но перемещение подвиж­
ного конца и создаваемый вращающий момент у нее значи­
тельно больше.
Манометрическим термометрам свойствен ряд погреш­
ностей измерения. Кроме основной, вызываемой несовер­
шенством работы пружины и передаточного механизма,
эти приборы имеют также дополнительные погрешности:
барометрическую , связанную с изменением атмосферного
давления, температурную (у газовых и жидкостных тер­
мометров), возникающую при колебаниях температуры
окружающего воздуха, и гидростатическую (у жидкостных
и конденсационных термометров), появляющуюся при
установке термобаллона и пружины на разных высотах.
По сравнению с ртутными термометрами существенными
преимуществами манометрических термометров являются:
автоматическая запись показаний, возможность установки
прибора на некотором расстоянии от места измерения бла­
годаря капилляру и большая механическая прочность.
К недостаткам их относятся: невысокая точность измере­
ния, большая инерционность вследствие значительных
размеров термобаллона, а также трудность ремонта при
нарушении плотности термосистемы.
б) Газовые манометрические термометры
Газовые манометрические термоме­
т р ы заполняются азотом. Термометры имеют равномер­
ную шкалу, так как изменение давления газа при постоян­
ном объеме пропорционально изменению его температуры,
т. е.
- 10
^і)»
Ра Рі = Р а (^2 “ Р
В М Н |И Н Я Н Ц(2|Н
|^|)
где р х и р 2 — начальное и конечное давления рабочего
вещества, МПа;
79
(3 — температурный коэффициент давления, К~х;
tx и Ц — начальная и конечная температуры рабочего
вещества, °С.
Для газов коэффициент давления 3 равен коэффициенту
объемного расширения а, который имеет практически
постоянное значение, равное 3,66 • 10-3К -1. Таким образом,
для газов равенство (2-10) имеет вид:
Ръ — Рх = «А (к — Һ).
(2-11)
В действительности изменение давления газа в системе
будет несколько меньшим, чем /дает выражение (2-11),
вследствие некоторого увеличения объема термобаллона
при нагревании.
Барометрическая погрешность газового термометра
уменьшается при повышении в термосистеме начального
давления м1г поэтому заполнение последней азотом произ­
водится при давлении до 3,5 МПа.
На показания газовых термометров оказывают влияние
отклонения температуры воздуха, окружающего пружину
и соединительный капилляр, от ее значения при градуи­
ровке (обычно 20 °С). Для уменьшения температурной
погрешности внутренний* объем термосистемы выбирают
таким, чтобы объем термобаллона в несколько раз превы­
шал общий объем пружины и капилляра.
Газовые мапометрические термометры часто выпол­
няются с температурной компенсацией. Для этого
между
МмиЯл
I#
подвижным концом пружины и указательной схрелкои
(или рычагом пара) включается небольшая изогнутая
дилатометрическая пластинка (компенсатор), которая при
изменениях температуры окружающего воздуха изгибается
так, что перемещение конца пружины под действием этой
температуры не отражается на показаниях термометра.
Выпускаются показывающие газовые манометрические
термометры типа ТПГ и самопишущие типа ТГС, имеющие
спиральную трубчатую пружину.
Термометр типа ТПГ имеет круглый корпус диаметром
160 мм, а термометр типа ТГС — прямоугольный с габа­
ритами 280 x340 x126 мм. Приборы предназначены для
выступающего и утопленного монтажа. Самопишущий
прибор выпускается одно- и двухточечным. В последнем
случае запись показаний производится на общей диаграмме
разноцветными чернилами.
На рис. 2-10 даны схема и общий вид одноточечного
самопишущего манометрического термометра типа ТГС.
80
Термобаллон 1 посредством капилляра 2 соединен с не­
подвижным концом спиральной трубчатой пружины 3 ,
закрепленным на кронштейне 4. Подвижный запаянный
конец пружины связан компенсатором 5 и тягой 6 с рыча­
гом 7, сидящим на оси 8 . На этой же оси закреплены урав­
новешивающий рычаг 9 с противовесами и рычаг 10 с пером.
Прибор снабжен корректором нуля 11. Запись показаний
Рис. 2-10. Самопишущий манометрический термометр типа ТГС.
а — схема; б — общий вид.
производится на диаграммном диске 12, закрепляемом на
оси 13 , вращаемой с частотой 1 об/сут синхронным микро­
двигателем или часовым механизмом.
Газовые термометры типов ТПГ и ТГС изготовляются
с длиной капилляра 1,6—40 м. Длина термобаллона их
зависит от длины капилляра и составляет 125—500 мм.
Диаметр термобаллона равен 20 и длина погружаемой
части 160—630 мм. Для установки при рабочем давлении
среды до 6,4 МПа термобаллон снабжен штуцером с резь­
бой и сальником. При более высоком давлении термобал­
81
лон устанавливается в защитной гильзе. Соединительный
капилляр заключен в гибкую защитную оболочку из
оцинкованной проволоки.
Газовые термометры выпускаются с конечным значе­
нием шкалы 50—600 °С. Класс точности приборов 1 и 1,5.
Перечень газовых манометрических термометров типов
ТПГ и ТСГ приведен в табл. 2-6.
Т а б л и ц а 2-6
Газовые манометрические термометры
Тип
ТПГ4
ТПГ-СК
ТГС-711
ТГС-712
ТГ2С-711
ТГ2С-712
Характеристика
I Показывают(ИЙ
То же с сиг нали зир ующьш устрой[CTBOM
Самопишущіій одноточечный с пр]вводом диаграммы
синхроннк[м микродвигателем
То же с прііводом диаграммы часявым механизмом
Самопишущіш двухточечный с пр]иводом диаграммы
синхронны м микродвигателем
То же с пр]IBодом диаграммы ча<;овым механизмом
Показывающий
термометр
типа
ТПГ-СК
с электроконтактным устройством служит для измерения и сигнали­
зации значений температуры до 50—400° С. Прибор имеет круглый
корпус диаметром 160 мм и соединительный капилляр длиной 1,6—
25 м. Длина погружения термобаллона, рассчитанного на давление
измеряемой среды 6,4 МПа, составляет 160—630 и диаметр 20 мм.
Класс точности термометра 2,5. Сигнализирующее устройство при­
бора состоит из двух изолированных друг от друга и от указательной
стрелки предельных контактов, устанавливаемых от руки на любые
деления шкалы прибора. Разрывная мощность контактов при напря­
жении 220 В не более 10 В*А.
в)
Жидкостные и конденсационные манометрические
термоме тры
Жидкостные манометрическ ие тер­
м о м е т р ы заполняются органическими полиметилсилокеановыми жидкостями. Изменение давления при нагре­
вании этих жидкостей в замкнутой термосистеме находится
в прямой зависимости от температуры и выражается ра­
венством (2-10).
Температурная погрешность у жидкостных термометров
несколько больше, чем у газовых, поэтому длина капилля­
ра у них не превышает 10 м.
82
Для уменьшения барометрической погрешности термо­
метры заполняются жидкостью при начальном давлении
1,5—2 МПа.
Гидростатическая погрешность жидкостных термомет­
ров, возникающая в связи с тем, что давление, передавае­
мое термобаллоном пружине, будет больше на величину
столба жидкости, заключенной в капилляре при располо­
жении термобаллона выше пружины, и меньше на ту же
величину при обратном расположении, может быть устра­
нена путем изменения корректором нуля начального поло­
жения конца трубчатой пружины (указательной стрелки)
после установки прибора или определена из выражения
Др = ± 1 • 1CY~*hpg,
(2-12)
где Ар — давление столба жидкости в капилляре, МПа;
Һ — высота столба жидкости в капилляре, м;
р — плотность жидкости, кг/м8;
^ — местное ускорение свободного падения тел, м/с2 *.
Изготовляются жидкостные манометрические термометры —
показывающий типа ТПЖ 4 и самопишущие типов ТЖС-711,
ТЖС-7І2, ТЖ2С-711 и ТЖ2С-712. Приборы имеют те же характери­
стики (табл. 2-6), а также класс точности и габариты, что и соот­
ветствующие газовые термометры. Конечное значение шкалы термо­
метров 50—300° С, длина капилляра 1,6—10 м, диаметр термобалло­
на 12 и длина погружения 80—400 мм.
Конденсационные
манометрические
т е р м о м е т р ы имеют в качестве рабочего вещества
иизкокинящие органические жидкости (хлористый метил,
ацетон и фреон). Действие этих приборов основано на за­
коне Дальтона, дающем однозначную зависимость между
давлением и температурой насыщенного пара вплоть до
критической температуры вещества.
Термобаллон конденсационных термометров на 2/3 зал и / рабочей жидкостью, над которой находится образую­
щийся из нее насыщенный пар. Капилляр и пружина тер­
мометра заполнены той же жидкостью, что и термобаллон.
Д ля обеспечения постоянного заполнения капилляра жид­
костью конец его опускается до дна термобаллона.
На показания конденсационного термометра не влияет
изменение температуры окружающего воздуха, так как
*
Ускорение свободного падения тел (земное притяжение) зависит от географической широты и высоты места над уровнем моря.
Нормальное ускорение gn = 9,81 м/с* (точнее, 9,80665 м/с*) соот­
ветствует земному притяжению на широте 45° н на уровне моря.
83
давление в системе гависйт только от давления пара в термобаллонө, т. е. от измеряемой температуры.
Гидростатическая и барометрическая погрешности за­
метно отражаются на показаниях конденсационных термо­
метров, особенно в области низких температур, когда
давление пара в системе сравнительно невелико. Гидро­
статическая погрешность приборов определяется по фор­
муле (2-12).
Конденсационные термометры имеют узкий диапазон
показаний и неравномерную шкалу, сжатую вначале вслед­
ствие нелинейной зависимости между давлением насыщенного пара и его температурой.
Для измерения и сигнализации температуры изготовляются
конденсационные показывающие и сигнализирующие термометры
типов ТПП4-ІІІ и ТПП-СК. Приборы предназначены для измерения
и сигнализации температуры в диапазоне до 300° С. Класс точности
первого из них 1,5 и второго 2,5. Длина капилляра термометров
1,6—16 м, диаметр термобаллона 16 и длина погружения 125—
250 мм. Термометры имеют круглый корпус диаметров4t>0 мм, при­
способленный для выступающего и утопленного монтажа.
г) Установка и поверка манометрических термометров
При установке манометрических термометров в трубо­
проводах термобаллон помещается в середину потока.
Термобаллон газовых и жидкостных термометров может
занимать любое положение, а конденсационных — верти­
кальное (капилляром вверх) или слегка паклоңное. При
измерении температуры среды, находящейся под большим
давлением, термобаллон устанавливается в защитной
гильзе с заполнителем.
Корпус прибора располагается в месте, свободном от
вибрации, и защищается от радиации нагретых тел. При
прокладке капилляра предусматривается защита его^ от
механических повреждений. Крепление капилляра к опор­
ным поверхностям производится при помощи крючков
или скоб, без резких перегибов. Температура окружающей
капилляр и пружину среды не должна превышать 60 °С.
Манометрические термометры поверяются на рабочем
месте или в лаборатории *. Поверка приборов в лаборато­
рии производится в термостатах с электрообогревом, а на
рабочем месте — при помощи сосудов с нагретой и холод­
ной жидкостью (водой или маслом), смешиваемой до полу­
1
Инструкция 160-62 Госстандарта СССР по поверке манометри­
ческих термометров.
84
чения нужных температур. Для поверки в диапазоне тем*
ператур 0—300 °С применяется образцовый ртутный тер­
мометр 2-го разряда, в диапазоне 300—600 °С — образцо­
вый термометр сопротивления. Количество поверяемых
отметок выбирается не менее трех — в начале, середине
и конце шкалы.
2-4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ
Действие термоэлектрических термометров основано на
свойстве металлов и сплавов создавать термоэлектродви­
жущую силу (термо-э. д. с.), зависящую от температуры
места соединения (спая) концов двух разнородных провод­
ников (термоэлектродов), образующих чувствительный
элемент термометра — термопару. Располагая законом
изменения термо-э. д. с. термометра от температуры и оп­
ределяя значение термо-э. д. с. электроизмерительным
прибором, можно найти искомое значение температуры
в месте измерения.
Термоэлектрический термометр, состоящий из двух
спаянных и изолированных по длине термоэлектродов,
защитного чехла и головки с зажимами для подключения
соединительной линии, является первичным измеритель­
ным преобразователем.
В качестве вторичных приборов, работающих с термо­
электрическими термометрами, применяются магнитоэлек­
трические милливольтметры и потенциометры.
Термоэлектрические термометры широко применяются
в энергетических установках для измерения температуры
перегретого пара, дымовых газов, металла труб котлоагрегатов и т. п. Положительными свойствами их являются:
большой диапазон измерения, высокая чувствительность,
незначительная инерционность, отсутствие постороннего
источника тока и легкость осуществления дистанционной
передачи показаний.
а)
ров
Основные свойства термоэлектрических термомет­
Явление термоэлектричества, открытое в XVIII в* и
получившее широкое применение для измерения темпера­
туры и ряда других неэлектрических величин, заключается
в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разно85
родных проводников, непрерывно течет электрический ток,
если места спаев проводников имеют различные темпера­
туры. Существующее представление о механизме образова­
ния термо-э. д. с. основывается на том, что концентрация
в межмолекулярном пространстве проводника свободных
электронов, находящ ихся в единице объема, зависит от
материала проводника и его температуры.
При соединении одинаково нагретых концов двух про­
водников из разнородных материалов, из которых в первом
количество свободных электронов в единице объема больпоследние
siixns
первого проводника во второй в большем
t
числе, чем обратно. Таким образом, пер­
вый проводник станет варяж аться поло­
жительно, а второй — отрицательно. Об­
разующееся при этом в месте соединения
(спае) проводников электрическое поле
будет
противодействовать
этой
диффузии,
л
в
в результате чего наступит состояние
подвижного равновесия, при котором меж­
ду свободными концами указанных про­
водников появится некоторая разность по­
тенциалов (термо-э. д. с.). С увеличением
температуры проводников значение әтоі
t
термо-э.
д.
с.
такж
е
увеличивается.
Рис. 2-11.
Кроме того, термо-э. д. с. возникает и
Схема
конту'
ра термоэлект
между концами однородного проводника,
рического тер­
имеющими
разные
температуры.
4
В
этом
мометра.
случае до наступления состояния подвиж­
ного равновесия положительно заряж ается
более нагретый конец проводника как обладающий боль­
шей концентрацией свободных электронов по сравнению
с концом, менее нагретым. Возрастание раэности темпе­
ратур между концами проводника приводит к увеличе­
нию возникающей в нем термо-э. д. с.
В замкнутом контуре термоэлектрического термометра,
состоящем из разнородных термоэлектродов А и В
(рис. 2-11), одновременно действуют оба указанных выше
фактора, вызывающие появление в снаях 1 и 2 в зависи­
мости от их температур t и t0 и материала термоэлектродов
двух суммарных термо-э. д. с. eAB(t) и eBA(t0), взятых при
обходе контура против часовой стрелки. Отсюда дейст­
вующая в контуре результирую щ ая термо-э. д. с. E AB(t, t0)
равна алгебраической сумме термо-э. д. с. обоих
86
спаев, т. е.
(2 -1 3 )
но если учесть, что е в а (^>) = — ШйШо)> получимі
ЕАВ
(£»
tn )
—& А В (О
&АВ
(^о)•
(2-14)
Следовательно, вырабатываемая термометром тефмов. д. с. равна разности двух действующих навстречу сум­
марных термо-э. д. с., появляющихся на концах термоэлектродов в спаях 1 и 2. При равенстве температур обоих
епаев результирующая термо-э. д. с. равна нулю.
В зависимости от значения вырабатываемой термо-э. д.с.
и общего сопротивления контура в проводниках появ­
ляется электрический ток, сила которого определяется
законом Ома.
Спай 7, погружаемый в измеряемую среду, называется
рабочим концом термоэлектрического термометра, а спай 2
Термоэлектроды термометра обозначаются знаками +
и — . Положительным термоэлектродом считается тот,
по которому ток течет от рабочего конца к свободному.
Д ля измерения термо-э. д. с. к термоэлектрическому
термометру посредством соединительных проводов под­
ключается вторичный прибор, образующий с ним замкну­
тую цепь. Применяются два способа включения послед­
него в контур термометра: в свободный конец или в один
из его термоэлектродов. Наибольшее распространение
__
»удет влиять на значение результи­
рующей термо-э. д. с. включение в свободный конец термо­
метра третьего разнородного (соединительного) провод­
ника С с вторичным прибором В П (рис. 2-12, а). В этом
случае термометр будет иметь не один, а два свободных
конца со спаями 2 и 3, находящимися при одинаковой
температуре t0.
В соответствии с формулой (2-13) результирующая
термо-э. д. с. этого термометра равна:
Е ав (it to) — елв (0 + евс (tg) + есл (*<>)•
(2-15)
Если принять, что температуры всех трех спаев одина­
II
ковы и равны £0, то в замкнутой цепи результирующая
87
термо-э. д. с. будет равна нулю *, т. е.
Е л в (to) — еАВ (to) + ?ВС (t0) -f- вСА (to) = Of
(2-1 6 )
откуда следует, что
?вс (to) + есл (t0)
ел в (t0).
Подставив
уравнение (2-15) вместо двух последних
членов их новое выражение, получим зависимость, тож­
дественную уравнению (2-14).
Принципиально ничем не отличается от разобранного
выше и включение третьего проводника С со вторичным
прибором В П в термоэлектрод термометра (рис. 2-12, б).
При включении прибора в
термоэлектрод В в замкнутой
г
1
цепи
появляются
два
новых,
с
IС
расположенных рядом спая
-J
3
и
4.
Если
температуры
этих
I
спаев
одинаковы
р
р
а
в
н
ы
ЦЦ
I
то результирующая термол
э. д. с. Е а в (і, to) будет равна:
t
б)
Рис. 2-12. Присоединение вто­
ричного прибора к термоэлек­
трическому термометру.
а — к свободному концу; б — к
Е а В (t> tQ) = вАВ ( 0 ~ Ь св с (£ i)-fB есв (іг) + ^в a (fo), (2-17)
где
eBc (*i)
есв (t%) и
еВА (t0)
бАВ (f0)термоэлектроду.
После
преобразования
уравнение (2-17) такж е стано­
вится тождественным уравнению (2-14). При этом темпе­
ратура нейтральных спаев 3 и 4 никакой роли не играет.
Таким образом, включение в контур термометра треть­
его разнородного проводника не влияет на развиваемую
им термо-э. д. с., если места присоединения проводника
имеют одинаковую температуру. Если же температуры
спаев 2 и 3 на рис. 2-12, а или спаев 3 и 4 на рис. 2-12, б
не будут равны, то при этом в цепи появится паразитная
термо-э. д. с., которая отразится на результатах измере­
ния.
\
Термо-э. д. с. любого термоэлектрического термометра
может быть определена,
—I--------iifi
------1
—
i
—
i
—
цв&дн
есл i-----известна термо-э. д. с.,
По закону Вольта в замкнутой цепи, образованной из любого
числа разнородных проводников, не может быть получен ток если
температуры мест соединения этих проводников одинаковы.
88
развиваемая каждым из его термоэлектродов в паре с од­
ним и тем же третьим разнородным термоэлектродом.
Пусть, например, даны термо-э. д. с. двух термометров
АС и ВС, температуры рабочих и свободных концов кото­
рых соответственно равны t и t0. Требуется найти при тех
же температурах термо-э. д. с. термометра А В .
Согласно уравнению (2-14) имеем:
Е AC (ft
^о) =
^А С
(f) — &АС («о);
j
Е в с (t, ^о) = еВС ( 0 — € в с (Ро) •
Вычитая из первого равенства второе, получаем:
Б ас
^о) — Е в с (t, t0) — еАс (0 — «ас (*<>) ж ев с Щ + ^ вс (^о)*
(2-18)
В соответствии с уравнением (2-16) находим, что
£а с
евс
(0 — ^ в с
(*о) ~
еАС
( J ) — f A B ( t) ',
(*о) -- ---- e A B
( t 0) .
Тогда выражение (2-18) примет вид:
E
ac
(f,
t 0) — Е в с
(*,
t 0) — еА в щ
— еА в ( t o ) -
(2-19)
Так как на основании уравнения (2-14) правая часть
равенства (2-19) представляет собой величину Е а в (і , *о)> то
получим окончательно:
Е а в (t, tQ) =~Еас (t, t0) — Е вс (t, t0).
(2-20)
Измерение температуры при помощи термоэлектричео»
кого термометра возможно лишь при постоянной и точно
известной температуре свободного конца t0. В этом случав
уравнение (2-14) принимает вид:
Е а в (t, t0) = f ( t ) .
(2-21)
Д ля различных типов термоэлектрических термомет­
ров эта функция имеет сложный вид и определяется опыт­
ным путем. Зн ая закон, выражаемый уравнением (2-21),
находят искомую температуру, располагая рабочий колец
термометра в месте намерения и отсчитывая по вторичному
прибору величину Е а в У , t0).
Экспериментальная зависимость термо-э. д. с. EAB(t, /0)
от температуры рабочего конца t при постоянной темпера89
туре свободных концов t0, обычно равной О °С, называется
градуировочной характеристикой термоэлектрического тер­
мометра *. Н а основании ее составляются градуировочные
таблицы и графики для практического пользования.
Значение развиваемой термо-э. д. с. зависит от мате­
риала термоэлектродов и температуры рабочего и свобод­
ных концов термометра. В качестве термоэлектродов пре­
имущественно применяются те металлы и сплавы, которые,
отвечая одновременно и ряду других требований, разви­
вают сравнительно большие термо-э. д. с. При измерениях
температуру свободных концов термометра с целью уве­
личения термо-э. д. с. часто искусственно поддерживают
на возможно более низком постоянном уровне.
^
Применение термометров с более высокими значениями
термо-э. д. с. увеличивает надежность измерения темпе­
ратуры. ^Создаваемая термометрами термо-э. д. с. сравни­
тельно невелика; она составляет не более 8 мВ на каждые
100 С и при измерении высоких температур не превышает
70 мВ.
#
б) Термоэлектродные материалы
'
зУ
В качестве термоэлектродных материалов для изготов­
ления термометров применяются главным образом чистые
металлы и их сплавы. Выбор материала для термоэлектро­
дов имеет существенное значение. Н аряду с требованием
создания большой термо-э. д. с. термоэлектроды должны
по возможности обладать:
постоянством термоэлектрических свойств независимо
от изменения со временем внутренней структуры (рекри­
сталлизации) и загрязнения поверхности;
устойчивостью против действия высоких температур,
окисления и других вредных факторов;
хорошей электропроводимостью и небольшим темпера­
турным коэффициентом электрического сопротивления 2;
однозначной и по возможности линейной зависимостью
термо-э. д. с. от температуры;
1 Здесь и в дальнейшем принимается, что термоэлектрический
термометр имеет два свободных конца, образующихся при подклю­
чении к нему вторичного прибора по наиболее распространенной
схеме, приведенной на рис. 2-12, а.
2 Температурный коэффициент электрического сопротивления
характеризует относительное изменение сопротивления проводника
при изменении температуры на 1 °С.
90
4
однородностью и постоянством состава для обеспечения
взаимозаменяем ости термометров 1.
Состав термоэлектродов сильно влияет на значение
развиваемой ими термо-э. д. см поэтому воспроизводимость
состава металла или сплава значительно упрощает и облег­
чает условия промышленной эксплуатации термоэлектри­
ческих термометров. В этом случае при замене однотипных
термометров не требуется переградуировки шкалы вторич­
ного прибора.
Т а б л и ц а 2-7
Характеристики различных материалов в паве с платиной
Термоэлектрод
Tep-
Материал
Обозначение и состав
Хромель
90% Ni, 10% Сг
Нихром
80% Ni, 20% Сг
Железо
Fe
Молибден
Мо
м
Платиноирид] и 90% Pt, 10% Іг
Золото
Аи
Манганин
84% Си, 13% Мп,
Fe
2% Ni, 1% ___
Больфрам
W
Медь
Си
Серебро
Ag
Цинк
Zn
Платиноро;(II
90% Pt, 10% Rh
Свинец
Pb
Алюминий
HR
Платина
Pt
Палладий
Pd
Алюмель
95% Ni, 5% (Al, Si,
Mn)
Никель
Ni
Константан
60% Си, 40% Ni
Копель
56% Си, 44% Ni
МО-9. Дt C.,
мВ, при
t = 100 *c
и t0= 0°C
Допускаемая конеч­
ная температура, *G
при дли­
тельном
нагреве
при крат­
ковремен­
ном
нагреве
+2,95
2,0
1,8
+1,31
+1,3
0,8
0,8
1000
1000
600
1250
2000
1000
800
2500
1200
+0,79
+0,75
+0,72
+0,7
+0,64
+0,44
+0,4
0,0
—0,57
— 1,2
2000
350
600
2500
500
700
1300
1600
1300
1600
1000
1250
1,52
3,4
4,0
1000
600
600
1100
+
+
+
+
1100
800
800
Для оценки значения термо-э. д. с. различных термо­
метров обычно пользуются опытными значениями термоэ. д. с. металлов и сплавов в паре с чистой платиной. Вы1 В неоднородном термоэлектроде при нагревании образуются
паразитные термо-э. д. с., вызываемые местными загрязнениями и
различием структуры и состава материала.
91
бор платины в качестве основного термоэлектрода вызы­
вается тем, что она обладает постоянством термоэлектрон. М [чива проі m действия высоких температур
окисления и сравнительно легко может быть
получена в чистом виде.
В табл. 2-7 даны значения термо-э. д. с. различных
термоэлектродов в паре с платиной при температурах
^ = -^00 С и ?0 = 0 С, а такж е указана допускаемая ко­
нечная температура применения этих материалов. Здесь
знак -j- или
перед значениями термо-э. д. с. означает,
что данный
термоэлектрод
|L_____
_______
в паре с платиной является
положительным или отрицательным.
При помощи табл. 2-7 и уравнения (2-20) можно опре­
делить термо-э. д. с. различных термометров, выполнен­
ных из указанных здесь термоэлектродов.
Наибольшее распространение для изготовления термо­
электрических термометров получили материалы: пла­
тина, платинородий, хромель, алюмель и копель. Д л
измерений в лабораторных установках находят такж е
применение медь, железо и константан.
в) Ти II
термоэлектрических
етров
Д л я получения сравнительно высоких значений термоэ. д. с. выбор термоэлектродов производи!ся таким обра­
зом, чтобы в паре с платиной один из них создавал поло­
жительную, а другой отрицательную термо-э. д. с.
ермоэлектрические термометры, получившие практи­
ческое применение, разделяю тся по материалу термо­
электродов на две группы: из благородных и неблагород­
ных металлов или сплавов. В табл. 2-8 приведеньі наиболее
распространенные типы термоэлектрических термометров
температурные границы их применения и средние значеи я термо-э. д. с., развиваемой при разности температур
между рабочим и свободными концами 100 °С. При наиме­
новании термометров иервым обычно указы вается положительнъга термоэлектрод,
Термоэлектрические термометры типов ТП П , Т П Р
и 1Х К включены в государственный стандарт jf
1 ГОСТ 6616-74. Термометры термоэлектрические ГСП Обпгив
технические условия. В этот ГОСТ включен также
кии термометр типа ТВР из вольфрамрения (5 и 20% рения) с гва
K
S Sи—2200
r a a Т С.Ч
ратуры
92
С
? ™ * в применяется
р ' 5/2° Д иапазон
“
* £ 5 2 тем й:
Термометр
в металлургии
Ввиду надежного обеспечения однородности состава термозлектродов термометров последние имеют постоянные
градуировочные характеристики х, приведенные в табл. 2-9.
Т а б л и ц а 2-8
Диапазон
Градуиро­
измерения
вочная
длитель­
характе­ при
ном приме­
ристика
нении, °С
Наименование
Тип
Платинородии-платиновый (10% родия)
Платинородиевый (30 и
6% родия)
X ромөль-алюмелевый
Хромель копелевый
ТПП
ПП-1
ТПР
ПР-30/6
ТХА
ТХК
ХА
ХК
Допускаемая конечная
температура при кратко­
временном применении,
°С
— ....
Термоэлектрические термометры
О
0 —1300
1600
1,04
300—1600
I860
0,90
—200—1000
—200—600
1300
800
4,03
8.30
Данные табл. 2-9 представлены в виде градуировочных
графиков на рис. 2-13.
Термометры типов ТПП и ТПР с термоэлектродами из
благородных металлов и сплавов применяются главным
образом для измерения температуры выше 1000 °С, так
как они обладают большой термостойкостью.
Несмотря на относительно малые значения развиваемой
термо-э. д. с. термометры типа ТПП благодаря исключи­
тельному постоянству термоэлектрических свойств и боль­
шому диапазону измерения получили широкое распростра­
нение главным образом как лабораторные, образцовые и
эталонные 2. Последние используются для воспроизведе­
ния МПТПІ-68 в диапазоне температур 630, 74—1064,43 °С
и поверяются по платиновому термометру сопротивления
и точкам затвердевания серебра и золота.
1 ГОСТ 3044-74. Термометры термоэлектрические. Градуиро­
вочные таблицы при температуре свободных концов 0 °С.
а Платиновый термоэлектрод термометра типа ТПП изготов­
ляется из платины с удельным электрическим сопротивлением
р
0,106 Ом-мм2/м и отношением R100/R0 > 1,392, где R0 и Л10оо—
значения сопротивления проволоки при температуре 0 и 100 °С.
93
Таблица
2-9
Градуировочные характеристики термоэлектрических
Термо-э. д. с., мВ,
при U = 0 *С
Термо-э. д. с., мВ, при t0 = 0 °С
tt °с
Градуировочная характеристика
ПП-1
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
500
525
550
575
600
625
650
675
700
725
750
775
800
825
850
875
900
94
ПР-30/6
ХА
0,143
1,00
0,299
2,02
0,466
3,06
0,643
4,10
0,831
5,13
1,026
6,13
1,227
7.13
1,436
8,13
1,649
9,14
1,867
10,15
2,088 1
11,18
2,314
0,456
12,21
2,544
0,536
13,25
2,777
0,622
14,30
3,012
0,714
15,35
3,249
0,812
16,40
3,487
0,916
17,46
3,730
1,028
18,51
3,971
1,145
19,58
4,218
1,268
20,65
4,465
1,397
21,72
4,715
1,532
22,78
4,966
1,673
23,85
5,220
1,821
24,91
5,477
1,974
25,98
5,734
2,132
27,04
5,994
2,297
28,09
6,256
2,467
29,15
6,520
2,642
30,20
6,786
2,823
31,24
7,054
3,010
32,29
7,325 1 3,201
33,32
7,§98
3,398
34,34
7,872
3,600 ! 35,36
8,149
3,807
36,37
8,428
4,019
37,37
— —
Ш
----------- •
Ф
—
—
0
* П І
'
D
B
Ж
—
0
^
1 "
——
—
—
—
J
W- *
|
ХК
1,64
3,35
5,12
6,95
8,80
10,69
12,63
14,66
16,71
18,77
20,84
22,91
25,03
27,16
29,33
31,49
33,66
35,82
37,99
40,16
42,35
44,56
46,79
49,02
51,23
53,41
55,59
57,77
59,94
62,11
64,27
66,42
Я
1
—.
—
#
»
—
Градуировочная
характеристика
t, ®С
ПП-1 | ПР-30/6
925
950
975
1000
1025
1050
1075
1100
1125
1150
lf7 5
1200
1225
1250
1275
1300
1325
1350
1375
1400
1425
1150
1475
1500
1525
1550
1575
1600
1625
1650
1675
1700
1725
1750
1775
1800
8,709
4,235
8,992
4,457
9,277
4,682
9,564
4,913
9,853
5,147
10,145
5.386
10,438
5,630
10,732
5,876
11,027
6,127
11,324
6,382
11,623
6,640
11,923
6,902
12,223 ^7,167
12,535
7,436
12,826
7,707
13,129
7,982
13,431
8,259
13,734
8,540
14,036
8,823
14,338
9,109
14,639
9,397
14,939
9,687
15,239
9,979
15,537 10,274
15,834 10,570
16,129 10,869
16,423 11,169
16,714 11,471
11,773
12,078
12,384
12,691
12,998
ш
в
13,307
7
т
т
^т 13,617
—
—
. ж 13,927
ш
ш
ш
#
• М
м
ш
W
В Я 6
Н
W
ш
ХА
38,37
39,36
40,35
41,32
42,29
43,26
44,20
45,16
46,10
47,03
47,96
48,87
49,77
50,67
51,56
52,43
*
Допускаемо© отклонение ДЕ (мВ) термо-э. д. с. техни­
ческих термометров типа ТПП от градуировочных значе­
ний составляет до температуры 300 °С около ±0,01 мВ,
а при более высокой температуре находится по формуле
ДЕ
[0,01 + 2 ,5 .10-6 ( * - 300)1,
(2 -22)
где / — температура рабочего конца термометра, С.
Достоинством термометров типа ТПР является возможность применения их при высоких температурах,
а также то, что они не
требуют поддержания по­
стоянной температуры сво­
бодных концов. Как видно
и а рис. 2-13, даже при
температуре 300 °С термоэ. д. с., развиваемая тер­
мометром, очень мала, а
поэтому колебания темпе­
ратуры его свободных кон­
цов,
не превышающие
200 400 600 ООО 10001200 П 001600*0
обычно 100 °С, не влияют
на результаты измерения. Рис. 2-13. Градуировочные гра­
Недостатком этого термо­ фики стандартных термоэлектри­
метра является небольшое ческих термометров.
значение создаваемой им
граду
ровочного значения определяется из равенства
ДЕ
[0,01 + 3,3 - 10-5 (t - 300)].
(2-23)
Термометры типов ТПП и ТПР хорошо противостоят
действию окислительной среды, но быстро разрушаются
под влиянием восстановительной атмосферы (водорода
и окиси углерода), двуокиси углерода и паров металлов.
Поэтому термоэлектроды технических термометров этих
типов тщательно изолируют от непосредственного сопри­
косновения с окружающей средой.
Промышленные термометры типов ТХА и ТХК с термо­
электродами из неблагородных металлов и сплавов при­
меняются для измерения температуры до 1000 °С *. Термо*
К числу термометров из неблагородных металлов относятся
также применяемые в лабораторной практике железо-копелевый,
железо-константановый, медь-копелевый и медь-константановый тер­
мометры, не вошедшие в государственный стандарт. Существенным
недостатком этих термометров является легкая окисляемостъ же­
леза и меди при высокой температуре.
95
метры развивают большие термо-э. д. с., что является их
достоинством. Так, например, при одних и тех же темпе­
ратурах рабочего и свободных концов термометр типа
ТХК дает в среднем в 8 раз большую термо-э. д. с., чем
термометр типа ТПП.
Большое распространение получила термометры типа
ТХА, которые ко сравнению с остальными термометрами
из неблагородных металлов являются наиболее стойкими
в окислительной среде, но также подвержены влиянию
восстановительной атмосферы.
Термометры типа ТХК развивают наибольшую терм о9. д. с. и достаточно устойчивы против воздействия окру­
жающей среды.
Допускаемое отклонение термо-э. д. с. термометров
типа ТХА и ТХК от граду и ровочных значений составляет
___ __
гдо температуры 300 С соотвотI
I
I
I
ственио ± 0 ,1 6 в ± 0 ,2 мВ, а
L
J
I
I
для боле*1 высокой температуры
находятся по формулам:
для термометра шиа ТХА
\ Е шшн£ 10,16 + 2 • Ю ^іі - 300)],
;
9 (2-24)
для термометра типа ТХК
АЕ -4~ [0,2 + в - 10^ (1-300)]*
(2-25)
б)
Термоалектроды
из
благо­
Р а с . 2 14. Рабочие концы
термоэлектрических термо­ родных металлов изготовляются
метров.
обычно на проволоки диаметром
• — с т о в к т л термоадектрода 0,5
мм,
а
на
неблагородных
кш, 6 — с толстыми термош к*
диаметром 1,2—3,2 мм *. Диа­
ТТІОДИ—
метр термоэлектродов опреде­
ляется назначением термометра (технический, лаборатор­
ный и др.). диапазоном измеряемых температур, а также
необходимой прочностью.
Рабочий конец термометров (рис. 2-14) в большинстве
случаев образуется скруткой и сваркой концов термоэлек­
тродов в пламени электрической дуги или гремучего газа.
Иногда применяется также спайка концов термоэлектродов
серебряным припоем.
• ГОСТ 1790-63. Проволока для термоэлектродов термопар из
сплавов хромель Т, адюмелъ и к one ль.
t
Длина термоэлектродов выбирается в зависимости от
условий установки термометра, п частности от глубины
погружения его в измеряемую среду.
г) Устройство термоэлектрических термометров
Для изоляции термоэлектродов и защиты их от вредного
воздействия окружающей среды, а также для обеспечения
прочности термометра и удобства его установки он имеет
специальную арматуру, состоящую из электроизоляции,
защитного чехла и головки с зажимами для присоединения
внешних проводов.
j
Термоэлектроды термометра от спая до зажимов тща­
тельно изолируются. В качестве изоляции применяются
одно- или двухканальные трубки или бусы — из фарфора
(до температуры 1300 °С) и окислов алюминия, магния
или бериллия (свыше 1300 °С), надеваемые на термоэлек­
троды.
Защитный чехол термометра представляет закрытую
с одного конца трубку, предохраняющую термоэлектроды
от воздействия внешней среды. Он должен обладать устойчивостью против действия высокой температуры и резких
ее колебаний, быть механически прочным и газонепрони­
цаемым, а также не выделять при нагревании вредных
для термоэлектродов газов и паров.
Термометры из благородных металлов имеют защитные
чехлы из алунда, состоящего из смеси окислов алюминия
(99% А13Оя) и титана (1% ТЮ2), выдерживающие темпе­
ратуру до 1600 °С. Для термометров из неблагородных
металлов используются стальные защитные чехлы. Чехлы
из углеродистой стали применяются для работы при тем­
пературе до 600 °С, а из нержавеющей и жаропрочной
Но 1000 °С.
Для снижения стоимости стальных чехлов их иногда
выполняют составными: концевую часть, погружаемую
в измеряемую среду, — из легированной стали, а осталь­
ную часть — из углеродистой. Стальные защитные чехлы
термометров бывают без штуцера и с подвижным (
сальник) или неподвижным (приваренным к чехлу) штуце­
ром с резьбой, служащим для установки термометра
в месте измерения температуры. Термометры без штуцера
устанавливаются с помощью особого крепления.
Головка термометра, закрытая съемной крышкой и
[меющая обычно водозащищенное исполнение, изготов4
Мурин г. А.
97
ляется из бакелита или алюминия и жестка соединяется
с открытым концом защитного чехла. В головке располоцер с уплотнением для их ввода.
В тех случаях, когда термоэлектроды не подвергаются
длительно вредному воздействию внешней среды и не
требуют придания им большой прочности, защитные чехлы
и закрытые головки не применяются. К этой группе отно­
сится большинство термометров, применяемых при спе­
циальных и лабораторных измерениях.
Запаздывание показаний термоэлектрических термо­
метров зависит от их тепловой инерции, показателем кото­
рой является время, необходимое для тоғо, чтобы при
быстром внесении равномерно нагретого до 30—35 °С
термометра в водяной термостат с более низкой постоянной
температурой (около 15—20 °С) разность температур воды
и термометра стала равной 37 % температуры, которую
термометр будет иметь к моменту наступления теплового
равновесия (т. е. практически от івмпературы воды в тер­
мостате). В зависимости от значения показателя тепловой
инерции термометры бывают малоинерционны& (до 40 с),
со средней инерционностью (до 1 мин), с большой инер­
ционностью (до 3,5 мин) и с ненормированной инерцион­
ностью (свыше 3,5 мин).
Выпускаются одинарные (с одним чувствительным эле­
ментом) и двойные (с двумя чувствительными элементами)
термоэлектрические термометры различных типов.
Двойные термометры применяются для измерения тем­
пературы в одном и том же месте одновременно двумя
вторичными приборами, установленными в разных пунктах
наблюдения. Они содержат два одинаковых чувствитель­
ных элемента, заключенных в общую арматуру. Термо­
электроды их изолированы друг от друга и защитного
чехла. В головке термометра находятся четыре зажима
для присоединения проводов от вторичных приборов.
Для измерения высокой температуры газов при атмос­
ферном давлении применяются термоэлектрические термо­
метры типов ТПП-0555 и ТПР-0555.
На рис. 2-15 показано устройство термометра типа
ТПП-0555. Термоэлектроды, образующие рабочий конец 1,
изолированы по длине фарфоровыми трубками 2 и 3 и поме­
щены в защитный чехол 4 из алунда, рассчитанный на
атмосферное давление. Д ля придания чехлу дополнитель­
ной прочности нерабочая часть его заключена в стальную
98
t
трубку -5. При помощи стальных втулок 6 и 7 защитный
чехол соединен с корпусом 8 водозащищенной бакелитовой
головки, в которой закреплены два зажима 9 с припаян­
ными к ним термоэлектродами, уплотненными герметизи­
рующей мастикой 10. Корпус головки закрыт съемной
Рис. 2-15. Термоэлектрический термометр
типа Т ГШ-0555.
крышкой 11 на резьбе, уплотненной прокладкой 12. Для
ввода в головку внешних 'Соединительных проводов служит
штуцер 18 с уплотнением 14. На поверхности головки
закреплена металлическая табличка 75, на которой ука­
заны: гип термометра, допускаемые давление и конечная
температура измеряемой среды, материал защитного чехла,
дата изготовления термометра и марка предприятия-изго­
товителя.
~
Монтажная длина L термометра (до головка) изменяется
в пределах 320—2000 мм, а погружаемая длина I (до стал ь4*
99
ной трубки) — в пределах 200—500 мм. Термометры не­
большой монтажной длины имеют наружный диаметр за­
щитного чехла 8, а большой — 12 мм. Наружный диаметр
стальной трубки соответственно равен 12 и 20 мм. Инер­
ционность термометра составляет 40 с. Термометр вы­
пускается без штуцера.
-I
а)
Рис. 2-16.
ТХА-0515.
iff)
Термоэлектрический термометр типа
а — без штуцера; б
вижным штуцером.
с подвижным штуцером; в — с непод-
Термометр типа ТПР-0555 имеет те же устройство, раз­
меры и инерционность, что и термометр типа ТПП-0555.
Для измерения температуры жидкости, газа и пара
применяются одинарные и двойные виброустойчивые тер­
моэлектрические термометры типов ТХА-0515 и ТХК-0515,
выпускаемые в трех исполнениях — без штуцера (рис. 2-16,
с), с подвижным штуцером (рис. 2-16, б) и с неподвижным
штуцером (рис. 2-16, в). Защитный чехол 1 термометров
имеет наружный диаметр 10 мм. Для первого термометра
он изготовляется из стали 0X13, Х18Н10Т или 0Х20Н14С2
и для второго — из стали 0X13 или 0Х20Н14С2. Термоэлектроду термометров изолированы двухканальными фар­
форовыми бусами 2 , а рабочий конец — фарфоровым
колпачком 3. Термометры снабжены водозащищенной
100
бакелитовой головкой 4 . Для термометров с подвижным
штуцером допускаемое условное давление среды составJ»4 МПа, а с неподвижным штуцером и без него —
о,4 МПа. При установке термометров с неподвижным шту­
цером в защитной гильзе допускаемое условное давление
среды равно 25 или 50 МПа *. Монтажная длина L термо­
метров изменяется в пределах 120—2000 мм, причем для
термометров со штуцером она ограничивается его положе­
нием на чехле. Инерционность термометра составляет 10—
40 с, а в защитной гильзе — 40—120 с.
При установке термометра без защитной гильзы до­
пускаемая скорость измеряемой среды равна для воды
15 и пара 25 м/с. При наличии защитной гильзы на услов­
ное давление 25 или 50 МПа допускаемая скорость для
термометра типа ТХА-0515 составляет для воды 20 и для
пара 40 м/с, а для термометра типа ТХК-0515 — для воды
и пара при давлении 25 МПа соответственно 20 и 40 и
при давлении 50 МПа — 100 и 120 м/с.
Для измерения температуры жидкости и газа приме­
няются также термоэлектрические термометры типов
TXA-VIII и TXK-VIII с неподвижным штуцером и монтаж­
ной длиной 160—1250 мм, рассчитанные на условное дав­
ление 4 МПа, и типов ТХА-ХІІІ и ТХ К-Х ІІІ без штуцера
с монтажной длиной 500—3200 мм, предназначенные для
работы при атмосферном давлении. Защитный чехол
наружным диаметром 21 мм изготовляется для термометров
типа ТХА из стали Х18Н10Т или Х25Т, а для термометров
типа ТХК
из стали 20 или Х18Н10Т. Термоэлектроды
термометров изолированы фарфоровыми бусами. Рабочий
конец термометров помещен в фарфоровый колпачок.
Термометры снабжены алюминиевой головкой с размерами
9 0 x 4 9 x 7 5 мм. Инерционность термометров 3,5 мин.
Измерение температуры газовых сред в лабораторных
условиях при атмосферном давлении, поверка промышлен­
ных термоэлектрических термометров и пр. производятся
лабораторными термометрами типов ТПП-1378 и ТПР-1378
(рис. 2-17, а) с диаметром термоэлектродов 0,3 или 0,5 мм
и общей длиной 120—3200 (для диаметра 0,3 мм) и 1000—
3200 мм (для диаметра 0,5 мм). Термометры выпускаются
без защитного чехла и головки. Термоэлектроды изоли­
рованы двухканальными фарфоровыми бусами наружным
*
Конец защитного чехла термометра, предназначенного для
установки в защитной гильзе на условпое давление 50 МПа, имеет
на длине 60 им наружный диаметр 8,4 мм.
101
диаметром 2,5 мм. Рабочий конец термометров не ---------ван. Выводные концы термоэлектродов имеют дли н у_
50 мм. Инерционность термометров не нормирована.
Для стационарного измерения температуры наружных
металлических поверхностей служит поверхностный термоэлектрический термометр типа
ТХКП-XVIII (рис. 2-17, б) моитажыой длиной 100 мм. Рабочий
конец его расположен в плоской
части защитного чехла из стыца
0X13. При установке эта часть
чехла прижимается к нагретой
поверхности и покрывается теп­
лоизоляцией. Термометр не име­
ет головки и выпускается с уд­
линяющим проводом длиной 2 м.
Инерционность термометра 40 с.
Рис. 2-17.
Специальные
термоэлектрические термо­
метры.
а
тпп*
б — поверхностный типа
1378;
ТХКП-ХҮІП.
Рис. 2-18. Разновидности термоэлек­
трических термометров.
а — дифференциальный термометр; б —*
термобатарея.
ч
Измерение температуры труб пароперегревателей и
экранов котлов производится поверхностными термомет­
рами типов ТХАП-15М и ТХКП-15М без защитных чехлов.
Термометры имеют головку со штуцером для крепления.
Термоэлектроды термометров длиной каждый 15 м не изо­
лированы. Инерционность термометров не нормирована *.
*
метры
Кроме указанных изготовляются термоэлектрические термо­
- ТХА-151 и ТХК-151 (при атмосферном
иа д е т в м г й
ж 806
(д°
яруо тТХ*К -834,
а также
и другие типы термометров.
т
л
102
Измерение разности температур между двумя точками осущест­
вляется дифференциальным термоэлектрическим термометром
(рис. 2-18, а), у которого свободный конец является вторым рабочим
концом.
Для точного измерения небольших температур находит при­
менение термобатарея (рле. 2-18, б), представляющая собой ряд
последовательно соединенных однотипных термометров, рабочие
концы которых помещаются в зону измеряемой температуры, а сво­
бодные имеют одинаковую постоянную температуру. Результирую­
щая термо-э. д. с. термобатареи возрастает пропорционально числу
включенных термометров, что приводит к уменьшению погрешности
отсчета показаний. Применяются также и дифференциальные тер­
мобатареи.
С помощью последовательного соединения однотипных термо­
электрических термометров можно легко определить среднюю тем­
пературу контролируемой среды, если их рабочие концы располо­
жены в различных местах измерений. В этом случае полученную
суммарную термо-э. д. с. следует разделить на количество установ­
ленных термометров.
2-5. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ТЕРМОМЕТРОВ
При измерении температуры термоэлектрическим термо­
метром свободные концы его согласно уравнению (2-21)
должны иметь постоянную температуру, так как колеба­
ния последней отражаются на показаниях вторичного
прибора *. В случае отклонения температуры свободных
концов от градуировочного значения, равного О °С, к пока­
заниям вторичного прибора вводится соответствующая
поправка. Поддержание постоянства температуры свобод­
ных концов термометра может производиться с помощью
специальных термостатов, что значительно облегчает вве­
дение этой поправки, величина которой в этом случае
остается постоянной.
В настоящее время широко применяется автоматичес­
кое введение поправки на температуру свободных концов
термометров при помощи специальных компенсирующих
устройств, что не требует обеспечения постоянства этой
температуры. Указанные устройства располагаются от­
дельно или встраиваются во вторичный прибор.
При прокладке между термоэлектрическим термомет­
ром и вторичным прибором соединительной линии свобод­
ные концы термометра, находящиеся на зажимах в его
головке, будут расположены около нагретых поверхностей
1 Исключение составляет термоэлектрический термометр типа
103
(обмуровки, изоляции трубопроводов и пр.), т. е. в зоне пере­
менной температуры. Чтобы отнести эти концы в зону с пос­
тоянной и более низкой температурой, применяются так на­
зываемые термоэлектродные удлиняющие провода состоя­
щие из двух жил, изготовленных из металлов или сплавов,
имеющих одинаковые термоэлектрические свойства с тер­
моэлектродами термометра *.
Посредством удлиняющих проводов производится как
бы наращивание термоэлектродов термометра, позволяю^
щее отнести свободные концы от места его установки в бо^
лее благоприятные условия.
Для термометров из неблагородных металлов удлиняю­
щие провода изготовляются чаще всего из тех же материа­
лов, что и термоэлектроды, тогда как для термометров из
благородных металлов в целях удешевления удлиняющие
провода выполняются из материалов, развивающих в паре
между собой в диапазоне температур 0—150 °С ту же термоэ. д. с., что и термометр, для которого они предназначены.
Для термометров типа ТПП положительная жила удли­
няющих проводов состоит из меди, а отрицательная —
из сплава ТП (99,4% Си, 0,6% Ni). Термометры типа ТХА
применяются с удлиняющими проводами из меди и константана.
Отдельные жилы удлиняющих проводов имеют различ­
ные опознавательные расцветки электроизоляции для
правильного подключения их к термометру.
Основные характеристики удлиняющих проводов при­
ведены в табл. 2-10.
Таблица
2-10
Удлиняющие провода для термоэлектрических термометров
Тип
термо­
метра
Обозна­
чение
провода
ТПП
ТХА
П
м
ТХК
хк
Положительная
жила
Термо-э. д. с.,
мВ, при
* = 10(Г°С
Материал Расцветка Материал Расцветка и *о = 0°С
Медь
Отрицательная
жила
Красная Сплав ТП Зеленая
>
>
Кон­
Корич­
стантан невая
Хромель Фиоле­ Копель Желтая
товая
0,64
4,1
6,9
1 ГОСТ 1791-67. Проволока из никелевого и медно-никелевых
сплавов для удлиняющих проводов.
104
Удлиняющие провода выпускаются следующих марок:
ПК В — с поливинилхлоридной изоляцией в общей
полихлорвиниловой оболочке (для прокладки в сухих
и сырых помещениях при температуре 40—65 °С и отно­
сительной влажности до 98 %);
ПКВГ — то же гибкий;
ПКЛ — теплостойкий с лавсановой изоляцией, обмо­
танный стекловолокном или волокном лавсана с пропиткой
Рис. 2-19. Схема термоэлектрического термометра с удлиняющими проводами и вто­
ричным прибором.
Рис. 2-20. Схема компенсационной коробки типа КТ-54,
лаком, в общей оплетке из волокна лавсана, проклеенной
лаком (для прокладки при температуре до 120 °С);
ПКЛЭ — то же экранированный;
КПЖ — жаростойкий с изоляцией из стекловолокна,
заключенный в алюминиевую оболочку.
Указанные провода имеют сечение жилы: ПКВ —
2.5 мм2, ПКВГ — 1; 1,5; 1,8; 2,5 мм2, ПКЛ — 1,5; 1,8;
2.5 мм2, ПКЛЭ — 1,5; 2,5 мм2 и КПЖ — 1; 1,5; 2,5 мм2.
Длина проводов 20 — 50 м.
Схема термоэлектрического термометра с удлиняющими
проводами и вторичным прибором показана на рис. 2-19.
Термоэлектроды 1 и 2Л образующие рабочий конец Зу
изолированы друг от друга фарфоровыми трубками 4
и заключены в защитный чехол 5 . В головке 6 термоэлек105
троды посредством двух зажимов 7 соединены с удлиняю ­
щими проводами 8, к которым посредством соединительных
проводов 9 подключен в точках 10 и 11, являю щ ихся сво­
бодными концами, термометра, вторичный прибор 12.
П остоянная температура свободных концов поддержива­
ется термостатирующим устройством 13.
В лабораторной практике температура свободных кон­
цов термометра поддерживается равной 0° С путем поме­
щения их в стеклянный сосуд с двойными стенками, иар»
замкнутого пространства между которыми удален воздух
(сосуд Д ью ара). Сосуд наполняется мелко истолченным
льдом с водой. Свободные концы погруж аю тся в лед
в пробирках с машинным маслом.
Автоматическое введение поправки на изменение тем­
пературы свободных концов термоэлектрических термо­
метров типов ТП П , Т Х А и Т Х К может выполняться
с помощью так называемой компенсационной коробки
типа КТ-54 (рис. 2-20). К шести зажимам коробки К Т
присоединяются: термоэлектрический термометр Т , вто­
ричный прибор В П и источник питания постоянного тока
И П напряжением 4 В. Соединение термометра с коробкой
производится удлиняющими проводами У/7,.-«благодаря
которым свободные концы переносятся на ее зажимы.
Компенсационная коробка собрана по схеме неуравно­
вешенного моста, постоянными плечами которого являю тся
резисторы R 1 — ИЗ*, выполненные из манганина х, а пере­
менным — резистор і?„ из никеля, имеющего большой
температурный коэффициент электрического сопротивле­
ния. Добавочный манганиновый резистор R a служ ит для
ограничения тока, потребляемого мостом, и для отдельных
типов термометров имеет различное сопротивление. Т ер­
мометр и вторичный прибор включены последовательно
В диагональ моста ab, а источник тока и добавочный ре­
зистор — в диагональ cd.
При температуре окружающего воздуха (свободных концов тер­
мометра) 20 °С мост находится в состоянии равновесия, при кото­
ром потенциалы в его вершинах а и 6 равны. В этом случае ком*
Здесь и в дальнейшем обозначения R l, R2 и т. д . относятся
к резисторам, a Rlt R2 и т. д. — к значениям их сопротивлений.
1 Сплав манганин имеет большое удельное электрическое сопро­
тивление (в 25 раз больше, чем у меди) и крайне незначительный
Температурный коэффициент электрического сопротивления (почта
в 700 раз меньше, чем у меди). Ввиду этого манганин широко исполь­
зуется для изготовления различных проволочных резисторов (кату­
шек, реостатов и п р.).
106
пенсационная коробка не оказывает влияния на значение созда­
ваемой термометром термо-э. д. с. При отклонении температуры
окружающего воздуха от 20 °С равновесие моста вследствие изме­
нения сопротивления никелевого резистора нарушается и между
вершинами а и Ъ появляется разность потенциалов, равная по
значению изменению термо-э. д. с: термометра, вызванному откло­
нением температуры свободных концов, и противоположная ему по
знаку. Б результате показания термометра будут зависеть только
от температуры его рабочего конца.
Компенсационная коробка может работать при темпе­
ратуре окружающего воздуха 0—40° С. Вместе с источни­
ком питания она устанавливается вблизи термометра.
Пита;ощим устройством служит сетевой выпрямитель типа
СВ-4
Сопротивление, вносимое коробкой в измеритель­
ную цепь, составляет 1 Ом. Погрешность АЕ (мВ) компен­
сации термо-э. д. с. при отклонении температуры свобод­
ных концов термометра от 20 °С находится из равенства
АЕ = ± а (1 + 0,1 Д*),
(2-26)
где а — постоянная, равная для термометров типов ТПП,
ТХА и ТХК соответственно 0,015; 0,04 и 0,065 мВ;
At — отклонение температуры свободных концов от
нормального значения, °С.
Коробка имеет карболитовый корпус с крышкой и три штуцера
с уплотнениями для ввода проводов от термометра, выпрямителя
и вторичного прибора. Габариты коробки 150 х 115 х 55 мм. .
Для уменьшения стоимости измерительной установки
часто к одному вторичному прибору посредством двух­
полюсного переключателя поочередно подключаются не­
сколько однотипных термометров Ч
На рис. 2-21 приведена схема, предусматривающая
поочередное включение вторичного прибора ВП при помо­
щи переключателя П в один из термоэлектродов термо­
метров Т1 — ТЗ. Независимо от количества присоединен­
ных термометров имеется только один свободный конец,
* Сетевой выпрямитель типа СВ-4 состоит из трансформатора
и селенового выпрямителя. Он подключается к сети переменного
тока напряжением 127 или 220 В и дает постоянное напряженно
4 В. Допускаемая нагрузка на сторопе выпрямленного напряжения
не более 65 мА.
't
;■
1
Для термоэлектрических термометров применяются двух­
полюсные переключатели: щеточный типа ПМТ на 4, 6, 12 и 20
точек измерения; малогабаритный типа МГП-10 на 10 точек; плас­
тинчатый типа ПД-6 на 2 и 3 точки; роликовый типа ПДП-ТП на
12, 24, 36 и 72 точки. Корпуса переключателей приспособлены для
утопленного монтажа.
107
помещенный в термостат Т. Подключение удлиняющих
проводов УП к соединительным проводам СП произво­
дится в сборной коробке СК с зажимами. Температура
в коробке не влияет
ск~~
п
на показания вторич­
ного прибора, если она
одинакова для всех за­
жимов .
Многие вторичные
приборы имеют автома­
тическое введение по­
правки на температуру
свободных концов тер­
мометра при помощи
Рис. 2-21. Схема соединения вторич­
ного прибора с термоэлектрически­
включенного в их измеми термометрами.
рительную схему мед­
ного резистора, изме­
няющего свое сопротивление под влиянием переменной
температуры свободных концов так, что последняя не
оказывает влияния на результаты измерения.
Вторичными приборами, работающими в комплекте
с термоэлектрическими термометрами, служат магнито­
электрические милливольтметры и потенциометры.
2-6. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МИЛЛИВОЛЬТМЕТРЫ
М а г н и т о э л е к т р и ч е с к и й милливольт­
м е т р является чувствительным вторичным прибором.
Для измерения температуры шкала его градуируется
непосредственно в °С.
а) Принцип действия и устройство милливольтметра
Работа милливольтметра основана на взаимодействии
магнитного поля, образуемого проводником, по которому
протекает электрический ток, создаваемый термоэлектри­
ческим термометром, с магнитным полем находящегося
в приборе постоянного магнита.
Проводник в виде прямоугольной рамки (рис. 2-22),
состоящей из нескольких витков тонкой изолированной
проволоки и могущей поворачиваться на опорах вокруг
вертикальной оси О — 0, помещается в магнитное поле
постоянного магнита параллельно силовым линиям.
108
1- *
При прохождении тока через рамку появляется магнит­
ное поле, перпендикулярное ее плоскости, которое, взаимо­
действуя с полем основного магнита, образует две одина­
ковые силы Ғ, действующие согласно правилу левой руки
на боковые (активные) стороны рамки в противоположных
направлениях. Сила Ғ (Н) находится из выражения
(2-27)
Ғ = nlBIy
число витков рамки;
где f п
I
активная высота рамки, м;
магнитная индукция, T;t
I
сила тока, Л.
—
Рис. 2-22. Схема рамки маг
нитоэлектрического
милли
вольтметра.
Рис. 2-23. Рамка в магнитном
поле постоянного магнита.
а — без полюсных наконечников; 6 —
с полюсными наконечниками и сердеч­
ником.
В результате на рамку воздействует вращающии момент
М в (Н *м), определяемый по формуле
М в = 2rF,
(2-28)
где г — радиус рамки, м.
Под влиянием этого момента рамка стремится повер­
нуться вокруг оси до совпадения по направлению ее маг­
нитного поля с полем постоянного магнита. Движение
рамки вызывает закручивание скрепленной с ней одним
концом спиральной пружинки (на рис. 2-22 не показана),
противодействующей повороту рамки.
При отклонении рамки 1 от плоскости, параллельной
направлению магнитных линий постоянного магнита 2 ,
109
на угол ф (рис. 2-23, а) значение М в будет ввиду разложе­
ния силы Ғ уменьшаться и выражение (2-28) примет вид:
М в = 2rF cos ф.
(2-29)
Для обеспечения постоянства М ъ при различных значе­
ниях ф, что необходимо для получения равномерной шкалы
прибора, рамка 1 помещается в концентрированное ра­
диальное магнитное поле (рис. 2-23, б), образованное при
помощи стальных полюсных наконечников 3 и цилиндри­
ческого сердечника 4, расположенного внутри рамки.
Полюсные наконечники отделены друг от друга вклады­
шами 5 из немагнитного материала.
Устройство магнитоэлектрического милливольтметра
показано на рис. 2-24. Подковообразный постоянный маг­
нит 1 из легированной стали снабжен полюсными наконеч­
никами 2 с цилиндрической выточкой, между которыми
неподвижно укреплен цилиндрический сердечник 3 . В
кольцевом воздушном зазоре шириной около 2 мм, об­
разованном полюсными наконечниками и сердечником,
110
30Ө витков медной или алюминиевой изолированной про­
волоки диаметром 0 ,0 7 —0 ,0 8 мм.
Ранка, ж естко скрепленная с указательной стрелкой
5, образует подвиж ную часть прибора, которая может
поворачиваться вокруг оси сердечника благодаря сидя­
щим в рамке с торцевых сторон двум стальным кернам 6 ,
опирающимся на укрепленны е в стойке 7 агатовые подпят­
ники 8. Рядом с кернами диаметром около 1 мм и углом
затолки 60° расположены две спиральные пруж инки 9 из
бериллиевой бронзы , внутренние концы которых прикреп­
лены к рамке, а наруж ны е у верхней пруж инки — к оси
рычага 10 и у ниж ней — к штифту неподвиж ной стойки.
С этими ж е пруж инкам и соединены концы обмотки рамки
и два заж има 11, служ ащ ие для подключения термоэлек­
трического термометра.
П оследовательно с рамкой включен добавочный манга­
ниновый резистор 12, определяю щ ий заданны й диапазон
показаний прибора. В свободное пространство м еж ду
полюсными наконечниками помещены немагнитные вкла­
дыши 13. У казательная стрелка прибора, выполненная из
алюминиевой трубки, уравновеш ивается передвижными
противовесами 14, сидящими на двух балансировочны х
усиках с нарезкой. Б лагодаря противовесам центр тяж е­
сти подвижной части располагается по оси сердечника
(рамки).
При соединении милливольтметра с термоэлектричес­
ким термометром через рамку, резистор и спиральные
пруж инки протекает ток, вызывающий поворот рамки
и стрелки вокруг оси сердечника. Одновременно с переме*
^Sss| £SS| SSj
fiSSjd |ShS&
8SSB9 SSSS fiSES
C S S S S S S E5SS
йвйё
jSS^j®
..— —
^
В
тает и приводит подвиж ную часть в состояние равновесия.
Таким образом , угол поворота рамки (стрелки) прибора,
равный углу закручивания пруж инок, зависит от силы
тока, которая в свою очередь зависит от термо-э. д . с.
термометра.
В магнитоэлектрических приборах высокой чувстви­
тельности, называемых гальванометрами и применяемы х,
в частности, для определения разности потенциалов м еж ду
двумя точками электрической цепи или отсутствия тока
в каком-либо участке цепи (нулевые гальванометры), креп111
ление рамки и подвод к ней тока производятся посредством
двух вертикальных ленточных растяжек шириной 0,1 —
0,3 и толщиной 0,01—0,025 мм, изготовленных из бериллиевой бронзы (рис. 2-25). Скручивание растяжек по мере
поворачивания рамки приводит к образованию противодей­
ствующего момента.
Согласно выражениям (2-27) и (2-28) вращающий
Af,
протекании по ней тока, ра­
вен:
М в = 2гп1В1. (2-30)
Величины г, п и I для
данного прибора постоянны;
следовательно,
уравнение
(2-30) примет вид:
М в СгВ1,
(2-31)
где Сх —постоянная, характеризующая рамку милли­
вольтметра, равная 2rnl.
Противодействующий мо­
мент М п (Н *м) спиральной
пружинки или растяжки,
появляю шш ся при их за­
кручивании, равен:
м
С2Р<р,
(2-32)
Рис. 2-25. Крепление рамки где Сг - постоянная, характемилливольтметра на растяж­
ризующая
упругий
элемент;
ках.
Р
—
модуль
упругости
1 — растяж ки;
2 — рамка; з —
материала при растяжении
указательная стрелка; 4 — проти­
вовесы.
или сдвиге;
Ф — угол з а к р у ч ! ____
В состоянии равновесия подвижной части милливольт­
метра имеем:
М
ма
(2-33)
или
С±В1 = С2Рф,
откуда
Сг В
(2-34)
Ф Со Р I
Магнитная индукция В и модуль упругости материала
Р зависят от температуры* однако отношение их темпера112
турпых коэффициентов практически равно единице. Бла­
годаря этому формула (2-34) может быть представлена
в виде
(2-35)
Ф = & /,
постоянный коэффициент, равны С2 Р '
где S
Таким образом, угол поворота рамки (стрелки) милли­
вольтметра пропорционален силе тока в измерительной
цеди.
В зависимости от развиваемой термометром термо-э. д.с.
Е а в (*> *о) сила тока / в замкнутой измерительной цепи
равна:
(2-36)
I
где R — общее сопротивление цепи.
Заменяя в уравнении (2-35) величину I из уравнения
(2-36), получаем:
&АВ
*
о
)
(2-37)
S
Ф
1
Следовательно, при постоянном сопротивлении измерительнои цепи угол отклонения указательной стрелки
милливольтметра изменяется пропорционально термо-э.д.с.
термометра.
t
На основании градуировочных характеристик термо­
электрических термометров градуировка шкал милли­
вольтметров производится непосредственно в °С. Обо­
значение градуировочной характеристики термометра,
для работы с которым предназначается милливольтметр,
обычно указывается на циферблате прибора.
В милливольтметрах с креплением рамки на кернах
дополнительно появляются момент сил трения в опорных
подпятниках и момент силы тяжести, возникающий в случае отклонения центра тяжести подвижной части от оси
вращения. Оба эти момента существенно влияют на точ­
ность измерений.
Момент сил трения в подпятниках направлен против
движения рамки и является основной причиной появления
вариацииt показаний. Рамка при этом приходит в положенне равновесия ли ь после легкого постукивания по корпусу прибора*
Уменьшение момента силы тяжести достигается балан­
сировкой подвижной части милливольтметра. Для этого
ИЗ
два небольших гаечных противовеса стрелки (рис. 2-24
и 2-25) перемещают по резьбе балансировочных усиков
до наступления равновесия системы.
Предварительная установка от руки стрелки милли­
вольтметра на нулевую отметку шкалы производится при
помощи корректора нуля , изменяющего в небольших
пределах угол закручивания верхней спиральной пру­
жинки (растяжки). Это устройство показано на рис. 2-24.
Для защиты подвижной части прибора от механических
воздействий при его транспортировке и монтаже приме­
няется механический или электрический арретир.
Механическим арретиром рамка застопоривается, а
электрическим ее обмотка замыкается накоротко. В послед­
нем случае при вынужденных колебаниях рамки в ней
наводится э. д. с., вызывающая ток, который, взаимодей­
ствуя с полем постоянного магнжга, создает тормозящий
момент. Головки винтов корректора нуля и арретира нахо­
дятся на наружной поверхности корпуса прибора. При
отсутствии у милливольтметра арретира можно всегда
применить электрическое арретирование, замкнув зажимы
прибора куском провода.
I
б)
метра
Сопротивление измерительной цепи милливольт­
Общее сопротивление измерительной цепи R слагается
из сопротивлений милливольтметра R M и внешней соеди­
нительной линии (включая сопротивление термоэлектри­
ческого термометра) R„> т. е.
"
R = R M+ H a.
(2-38)
Значение этого сопротивления может быть измерено или
подсчитано.
Электрическое сопротивление цилиндрического провод­
ника R np (Ом) при температуре О °С определяется по фор­
муле
Дпр = 1,274
,
(2-39)
где I — длина проводника, м;
Р — удельное электрическое сопротивление провод­
ника, Ом -мм2/м;
d — диаметр проводника, мм.
114
Сопротивление милливольтметра і?м слагается из со­
противлений рамки Др и добавочного резистора Дд?
включенного в цепь рамки, т. о.
Ям = Д р+Л д.
(2-40)
Сопротивление добавочного резистора служит для
подгонки заданного диапазона показаний и уменьшения
• влияния на прибор колебаний температуры окружающего
воздуха. Добавочный резистор понижает температурный
коэффициент электрического сопротивления милливольт­
метра а м, который определяется по формуле
«* = « Р й ^ Г д Г
В
где а р — температурный коэффициент рамки прибора,
равный 4,26 *10*3 К”1.
Сопротивление внешней линии і?л устанавливается
в зависимости от типа термоэлектрического термометра
равным 0,6; 5 или 15 Ом (при этом сопротивлением самого
термометра пренебрегают). Градуировка шкалы милли­
вольтметра в 0° С производится при определенном зна­
чении Ял, которое указывается на циферблате. Если при
установке термометра сопротивление соединительной ли­
нии окажется меньше указанного, то недостающее сопро­
тивление добавляется последовательным включением в ли­
нию подгоночного манганинового резистора.
в) Поправки к показаниям милливольтметров
При измерении температуры магнитоэлектрическим
милливольтметром в комплекте с термоэлектрическим
термометром к показаниям милливольтметра вводятся
следующие поправки:
основная;
на изменение температуры свободных концов термо­
метра;
ЦА
. •*
на изменение сопротивления измерительной цепи мил­
ливольтметра.
Основная поправка учитывает погрешность показаний
милливольтметра, возрастающую вследствие появления
остаточных деформаций спиральных пружинок или растя­
жек, износа трущихся частей и т. п. Значения основной
поправки устанавливаются в результате поверки милли­
вольтметра,
I
115
Градуировка шкалы милливольтметра производится
обычно при температуре свободных концов термометра
О °С. Если при измерении эта температура отклонится
от градуировочного значения t0 и будет равна *6> то при
одинаковой температуре рабочего конца t развиваемые
термометром термо-э. д. с. Е АВ (t, t0) и Е АВ (t, Щ будут
также различны. Это потребует введения к показаниям
милливольтметра поправки, значение которой зависит
от температуры <6. Рассмот­
рим, как изменяется термоэ. д. с. термометра при из­
менении температуры сво­
бодных концов. На основа­
нии уравнения (2-14) имеем:
&АВ (£» ^о) = еАВ (t) — &АВ (^о)*
Е л в (Һ К) = еАВ
“ еАВ (to).
(Ц
Рис. 2-26. Введение поправки
на изменение температуры сво­
бодных концов термоэлектри­
ческого термометра.
Віічитая^из первого ра­
венства второе,' после сокра­
щения получаем:
Еав
(t, t0) —& А В (f, 4)
^ав (*о) ~ cab (*0).
Правая часть этого уравнения равна
поэтому его можно представить в виде
Е а в (to,
ЕАВ (ty t0) —Е ав (ty £<>) Л“Е ав (^о* ^о)*
t0),
(2-42)
Таким образом, поправка на изменение температуры
свободных концов равна термо-э. д. с. Е Ав (to, fe), разви­
ваемой термометром при температурах его спаев tb и t0.
Для различных типов термометров эта поправка в °С
определяется при помощи их градуировочных характе­
ристик. Указанный метод введения поправки на измере­
ние температуры свободных концов термометра представ­
лен
на
рис.
2-26.
I
Практически при измерениях поправка на температуру
свободных концов в случае ее постоянства может вво­
диться путем перестановки корректором нуля указатель­
ной стрелки отключенного от термометра милливольт­
метра на отметку шкалы, отвечающую новой температуре
свободных концов.
Электрическое сопротивление измерительной цепи мил­
ливольтметра возрастает с повышением температуры окру116
.
жающето воздуха, что, как видно из уравнения (2-37),
приводит к уменьшению показаний прибора при той же
термо-э. д. с. термометра. Градуировка шкалы милли­
вольтметра производится при нормальной температуре
воздуха, равной 20 °С. Несоблюдение этого условия при
измерении требует введения поправки, для чего в новых
условиях определяется общее сопротивление измеритель­
ной цепи.
При отклонении температуры проводника от началь­
ного значения новое его электрическое сопротивление
определяется по формуле
(2-43)
R 'np = Дпр [1 + а ( % - *пр)3>
где ЯПр — начальное сопротивление проводника, Ом;
а — температурный коэффициент электрического со­
противления проводника, К"1;
£др и Щ — начальное и новое значения температуры
проводника, °С.
*
По формуле (2-43) подсчитываются новые значения
сопротивлений отдельных частей измерительной цепи.
На основании уравнения (2-37) показания милли­
вольтметра в условиях измерения ф' и градуировки ф
при одной и той же термо-э. д. с. Е а в (^, ^о)» развиваемой
термометром, будут равны:
,
с е ав Щ$ Ш
ф = s — ^7— ;
_
с
Еав Ш Щ
ф—S
о
t
: ^
"
где R и R ’ — сопротивления измерительной цепи при гра­
дуировке и измерении, Ом.
После деления первого уравнения на второе и решения
относительно ф получим:
Ф= Ф ' ~ .
(2-44)
Следовательно, отношение R ' / R есть поправочный
множитель к показаниям милливольтметра, выражен­
ным в мВ, при отклонении общего сопротивления измерительной цепи от градуировочной величины.
117
г) Промышленные милливольтметры
Выпускаются щитовые магнитоэлектрические милли­
вольтметры типов М-64, МР-64-02; M l730 и M l731
М и л л и в о л ь т м е т р т и п а М-64 (рис. 2-27) —
показывающий прибор с профильной шкалой длиной
130 мм и прямоугольным корпусом для утопленного мон­
тажа. Класс точности прибора 1,5. Электрическая схема
милливольтметра с термоэлектрическим термометром Т
и соединительной линией і?л показана на рис. 2-28. При­
бор состоит из подвижной рамки і?р, закрепленной на кер­
нах и пружинных подпятниках, добавочного резистора Дд,
Рис.- 2-27. Показывающий милливольтметр типа М-64.
Рис. 2-28. Электрическая схема показы­
вающего милливольт­
метра типа М-64.
термокомпенсатора, содержащего полупроводниковый тер­
морезистор і?т с отрицательным температурным коэффи­
циентом и шунтирующий резистор /?ш.
Добавочный резистор, определяющий диапазон пока­
заний милливольтметра, имеет различное сопротивление,
зависящее от типа термоэлектрического термометра, для
работы с которым предназначен прибор. Термокомпенса­
тор служит для понижения влияния на показания при­
бора изменений температуры окружающего воздуха. Но­
минальные сопротивления элементов схемы составляют:
рамки 130, добавочного резистора 0 — 200, терморезистора
100 и шунтирующего резистора 60 Ом. Милливольтметр
рассчитан для работы при температуре окружающего
воздуха 10—35 °С и относительной влажности до 80%.
*
ГОСТ 9736-68. Милливольтметры и логометры для измерения
неэлектрических величин.
118
Вариация показаний прибора не превышает основной
йогрешн ости.
Присоединение к милливольтметру термоэлектриче­
ского термометра Т производится при помощи удлиняю­
щих проводов, благодаря чему свободные концы термометра
располагаются на зажимах прибора и имеют температуру
окружающего воздуха.
Милливольтметр снабжен корректором нуля с голов­
кой, расположенной на передней стороне прибора, и двумя
арретирами — механическим и электрическим. Зажимы
для присоединения термометра и головки арретиров
Рис. 2-29. Установка милливольтметра типа М-64 на щите.
-
Рис. 2-30. ^Узкопрофильный поназывающий милливольтметр типа M1730.
находятся на задней стороне корпуса. С целью устранения
отсвечивания смотрового стекла передняя сторона при­
бора выполнена с небольшим наклоном.
Милливольтметр имеет металлический корпус, служа­
щий также экраном для защиты от влияния внешних
магнитных полей. Габариты прибора 200 X 100 X 233 мм
и масса 3 кг.
Установка милливольтметра показана на рис. 2-29.
Прибор 1 вставляется в отверстие щита 2 и закрепляется
с помощью двух специальных кронштейнов 3, вводимых
в пазы пластин на боковых стенках корпуса. Кронштейн,
поворачивающийся на оси 4, прижимается к щиту упор­
ным болтом 5, ввинчиваемым в сидящую на кронштейне
гайку.
Милливольтметр типа М-64 выпускается для всех
стандартных термоэлектрических термометров. Диапазон
его показаний и сопротивление внешней соединительной
линии приведены в табл. 2-11.
119
М и л л и в о л ь т м е т р т и п а МР-64-02 является
показывающим прибором с сигнализирующим устрой­
ством. Форма его корпуса и шкалы те же, что и у милли­
вольтметра типа М-64. Класс точности прибора 1,5.
Погрешность срабатывания сигнализирующего устройства
и вариация показаний прибора не превышают основной
погрешности. Милливольтметр имеет конечные значения
шкалы для термометров типа ТПП 1600, типа ТПР 1600
и 1800, типа ТХА 600, 800, 1100 и 1300, типа ТХК 300,
400 и 600° С. Габариты прибора 200 X 100 X 275 мм и
масса 3,5 кг.
Таблица
2-11
Характеристики милливольтметра типа М-64
Сопротив­
Тип
ление
ЛИНИИ, I термо­
метра
Ом
Тип
термо­
метра
Диапазон
показаний,
°С
ТПП
0—1300
0—1600
500—1300
5; 15
ТПР
0—1800
0—1800
5; 15
ТХА
0—400
0—600
0—800
0—900
0—1100
0—1300
0,6; 5; 15
Диапазон
показаний»
°С
Сопротив­
ление
линии,
Ом
ТХА
200—600
200—1200
400—900
600_1400
Vvv
Л1V/V/
700—1300
0,6; 5; 15
ТХК
0—200
0—300
0—400
0—600
200—600
200—800
0,6; 5; 15
jv4 ■
'.]
.
М и л л и в о л ь т м е т р ы т и п о в М1730 и М1731
соответственно класса точности 1 и 0,5 являются показы­
вающими миниатюрными узкопрофильными приборами
(рис. 2-30), предназначенными для измерения температуры.
Эти приборы входят в состав унифицированного комплекса
аналоговых сигнализирующих контактных приборов (АСК),
относящегося к ГСП *. Диапазон их показаний 0—75 мВ.
*
Входящие в АСК приборы, получившие широкое применение
в промышленных установках, включают в себя набор унифицирован­
ных средств измерения электрических и неэлектрических величин,
который обеспечивает построение необходимых систем, осущест­
вляющих различные функции контроля технологических процессов.
120
*
Они имеют шкалу длиной 120 мм со световым указателем
отсчета. Подвижная часть приборов укреплена на растяж­
ках; время ее успокоения 1 ,5 т - 4 с . Приборы приспособ­
лены для утопленного монтажа на щитах и пультах.
Габариты милливольтметров 160 X 30 х 272 мм и масса
1,3 кг. Допускаемая температура окружающего воз. духа — 30 — 50 °С и относительная влажность 30—
90%. Отклонение температуры воздуха от 20 °С в ука­
занных пределах вносит на каждые 10 °С дополнительную
погрешность ± 0,8% — для прибора типа Ml 730 и
± 0 ,4 % — для прибора типа М1731.
Оба указанных милливольтметра могут иметь контракт­
ное или бесконтактное сигнализирующее устройство.
Бесконтактное сигнализирующее устройство содержит два
цветных светофильтра — левый (зеленый) и правый (крас­
ный), расположенные за шкалой и устанавливаемые
в заданном ее диапазоне. При отклонении измеряемой
температуры за установленные пределы луч светового ука­
зателя, попадая на соответствующий светофильтр, изме­
няет свой цвет. Контактное сигнализирующее устройство
состоит в основном из двух фоторезисторов, двух под­
вижных шторок, осветителя и двух электромагнитных
р е л е 1*
2-7. ПОТЕНЦИОМЕТРЫ -
Измерение температуры термоэлектрическим термомет­
ром в комплекте с милливольтметром в большинстве слу­
чаев не обеспечивает достаточной точности из-за наличия
ряда погрешностей. Класс точности такого прибора 1,5—
2,5. Основной причиной этого является влияние измене­
ний температуры окружающего воздуха на сопротивле­
ния милливольтметра и внешней соединительной линии.
Это влияние отсутствует при измерении термо-э. д. с.
нулевым (компенсационным) методом, при котором вместо
милливольтметра применяется потенциометр. Кроме того,
применение потенциометра позволяет легко осуществить
автоматическое введение поправки на изменение темпера­
туры свободных концов термометра.
1
Кроме указанных выпускаются и другие типы милливольт
метров и гальванометров постоянного тока.
121
і
*
а) Принцип действия
потенциометра
Основной особенностью потенциометра является то,
что в нем развиваемая термоэлектрическим термометром
термо-э. д. с. уравновешивается (компенсируется) рав­
ным ей по величине, но обратным по знаку напряжением
от источника тока, расположенного в приборе, которое
затем измеряется с большой точностью.
Потенциометры являются наиболее совершенными вто­
ричными приборами для работы с термоэлектрическими
термометрами. Благодаря вы­
сокой точности они широко
применяются при промыш­
ленных и лабораторных из­
мерениях.
На рис. 2-31 показана
п р ин ципиал ьн ая схема по­
тенциометра. Прибор состоит
из трех смежных электричес­
ких контуров. Контур / об­
разует измерительную цепь,
в которую включены: источ­
ник постоянного тока і>, пе­
ременный резистор (реостат)
Нрт для изменения величи­
ны тока, сравнительный ре­
зистор /?с* уравновешиваю­
Рис. 2-31. Принципиальная
щий резистор (реохорд) /?р
схема потенциометра с термо­
электрическим термометром.
______________
_______
1 кнопка К . Контур I I пред­
ставляет собой цепь'нормаль­
ного элемента НЭ, а контур
I I I — цепь термоэлектрического термометра Т. В кон­
туры I I и I I I поочередно включается посредством пере­
ключателя П нулевой гальванометр Г.
Включенный в схему нормальный гальванический
элемент НЭ развивает при температуре 20° С строго по­
стоянную э. д. с ., равную 1,0186 В, и обладает весьма
небольшим температурным коэффициентом. Сравнитель­
ный резистор Лс изготовляется из манганина и имеет
постоянное и точно известное сопротивление. Нулевой
гальванометр Г представляет собой чувствительный при­
бор с двусторонней шкалой. В зависимости от направле­
ния тока указательна/? стрелка его отклоняется влево
или вправо от нулевой отметки шкалы.
122
Измерение температуры с помощью потенциометра
производится следующим образом. Устанавливая пере­
ключатель П в положение J замыкают цепь контура I I
нормального элемента. Затем нажатием на кнопку К за­
мыкают цепь измерительного контура / и реостатом Ярт
регулируют рабочий ток до тех пор, пока стрелка галь­
ванометра Г не установится на нулевую отметку. Отсут­
ствие тока в контуре I I наступает в тот момент, когда
э. д. с. нормального элемента Ес будет уравновешена
обратным ей по знаку падением напряжения на сравни­
тельном резисторе Я с (на участке ab). В этом случае рабо­
чий ток / в измерительной цепи будет равен:
Г
ЩШъ '
I=
* с
= const.
(2-45)
После того как в измерительной цепи потенциометра
установлен постоянный и точно известный ток / , размы­
кают кнопку К и переводят переключатель П в положе­
ние 2 , в результате чего к измерительному контуру /
вместо контура I I подключается контур термоэлектриче­
ского термометра I I I . Вновь замыкают кнопкой К изме­
рительную цепь и при помощи скользящего по реохорду Я р
движка с изменяют сопротивление Я р участка реохорда Ъс
до момента установки стрелки гальванометра Г на нуле­
вую отметку. Указанное положение движка с характери­
зует состояние электрического равновесия, при котором
ток в цепи термометра Т отсутствует, так как измеряемая
термо-э. д. с. Е ав (*> *о) термометра компенсируется рав­
ным ей по величине и обратным по знаку падением напря­
жения на участке реохорда Ъс. При полной компенсации
термо-э. д. с. получим;
Е ав (*, Ч) = IR ;,
(2-46)
или, зам ен яя I по уравнению (2-45), будем иметь:
Е лвУ , *о) = і М р -
(2-47)
Таким образом, определение развиваемой термоэлек­
трическим термометром термо-э. д. с. Е ав (£* А>) сводится
к измерению сопротивления Я р, так как э. д. с. нормаль­
ного элемента Е с и сопротивление сравнительного рези­
стора Яс имеют постоянные и известные значения. Сле­
довательно, шкала потенциометра, нанесенная вдоль рео­
хорда Я р, может быть проградуирована непосредственно
123
случае
типом термометра — в °С. Так как при измерени
ток
в цепи термометра в момент полной компенсации термоэ. д. с. отсутствует, сопротивления гальванометра и внеш­
ней соединительной линии не оказывают влияния на ре­
зультаты измерения. Однако при значительном увеличе­
нии сопротивления внешней линии понижается чувстви­
тельность гальванометра, а следо­
вательно, и точность компенсац ж
термо-э. д. с.
От расположенного в потен­
циометре гальванометра требуется
только высокая чувствительность,
точность ж е его значения не име­
ет, так как он служит не для из­
мерения, а лишь для обнаруже­
ния тока, т. е. в качестве нуле­
1 5
вого индикатора. Д ля увеличения
чувствительности
гальванометр
Рис. 2-32. Насыщенный
имеет
небольшое
сопротивление.
нормальный элемент.
При
работе
потенциометра
ра­
1 — амальгама кадмия; 2 —
кристаллы сульфата кадмия;
бочий ток в измерительной цепи
3 —» насыщенный
раствор
должен быть всегда постоянным,
сульфата кадмия; 4 — суль­
фат ртути; 5 — ртуть.
поэтому при каждом очередном
измерении следует контролиро­
вать силу тока и производить подрегулировку ее при
помощи реостата /?р<т.
Применяемый в потенциометре для установки и контроля ра­
бочего тока нормальный элемент (рис. 2-32) * состоит из Н-образного стеклянного сосуда с впаянными в дно платпновымң выводами,
соединенными с электродами*. Нормальный элемент не должен
подвергаться нагрузке выше 0,001 мА во избежание его поляриза­
ции 2 и преждевременного выхода из строя, а также сотрясениям
*
ГОСТ 1954-75. Меры электродвижущей силы рабочие. Эле­
менты нормальные.
1 Нормальные элементы бывают насыщенные и ненасыщенные.
В потенциометрах применяются насыщенные элементы классов
Точности 0,001 и 0,005, в которые залит насыщенный раствор суль­
фата кадмия (CdS04). Отрицательным электродом элементов яв­
ляется амальгама кадмия (10—12% Cd по массе), а положитель­
ным — ртуть (Hg).
2 Поляризацией гальванического элемента называется появле­
ние в нем противоположно направленной э. д. с., возникающей
вследствие разложения электролита. Защита элемента от поляри­
зации достигается применением специальных веществ, называемых
деполяризаторами.
124
и чрезмерному нагреву или охлаждению. Допускаемые пределы ко­
лебаний его температуры 5 —35° С.
Выпускаются потенциометры двух видов: автоматиче­
ские (промышленные) и лабораторные (переносные и
образцовые).
б) Автоматические потенциометры
Стремление использовать весьма совершенный ком­
пенсационный метод для промышленных измерений при­
вело к созданию автоматических электронных показываю­
щих и самопишущих потенциометров в которых компен­
сация термо-э. д. с., развиваемой термоэлектрическим тер­
мометром, производится с помощью уравновешивающего
устройства, связанного с реверсивным микродвигателем.
Приборы бывают одно- и
лп
многоточечными и могут
СУ
I
I
иметь встроенное сигнали­
I
зирующее
устройство.
Класс точности потенцио­
I
Е
I
метров 0,25—1.
I
I
На рис. 2-33 приведена
I
структурная схема автоматического потенциомет­
ра А П , работающего в Рис. 2-33. Структурная схема
комплекте с термоэлект­ автоматического потенциометра.
рическим термометром Т .
Потенциометр содержит следующие основные части: из­
мерительную схему ИС9 электронный усилитель ЭУ (ну­
левой индикатор), асинхронный реверсивный микродви­
гатель Р Д Ууравновешивающее (компенсационное) устрой­
ство У У у отсчетное (показывающее и самопишущее) уст­
ройство ОУ, сигнализирующее устройство СУ и син­
хронный микродвигатель СД. Реверсивный двигатель
воздействует на уравновешивающее, отсчетное и сиг­
нализирующее устройства, а синхронный — приводит
в движение механизм перемещения диаграммной бу­
маги, а также переключатель точек измерения и печата­
ющий механизм записи показаний в многоточечном при­
боре. --?ч |
Вырабатываемая термометром в зависимости от изме­
ряемой температуры термо-э. д. с. Ет подается на изме1 ГОСТ 7164-71. Потенциометры и уравновешенные мосты авто­
матические ГСП.
125
рительную схему потенциометра, где компенсируется
равным и противоположным по знаку напряжением Е Кг
поступающим от уравновешивающего устройства. При
разбалансе указанных величин вследствие изменения кон­
тролируемой температуры их разность АЕ через усилитель
подается на реверсивный двигатель, воздействующий на
уравновешивающее устройство, которое изменяет вели­
чину Ек в сторону восстановления равновесия измери­
тельной схемы.
В автоматических потенциометр а х применяется так
называемая мостовая измерительная схема, как более
совершенная и обеспечивающая непрерывное введение
поправки на температуру свободных концов термометра Щ
Для этого рядом с зажимами прибора, к которым посред­
ством удлиняющих проводов присоединяются свободные
концы термометра, помещается медный проволочный ре­
зистор, включенный в качеств© одного из плеч мостовой
измерительной схемы. Сопротивление этого резистора
подобрано так, что оно изменяет свою величину в зависи­
мости от температуры свободных концов в соответствии
с изменением под влиянием последней термо-э. д, с. термо­
метра, восстанавливая тем самым напряжение на измери­
тельной диагонали моста. Применение резистора из меди
вызывается ее высоким температурным коэффициентом
электрического сопротивления.
Автоматические потенциометры относятся к обширной
группе вторичных автоматических электронных приборов,
основанных на^компенсационном методе измерения,(широко
применяемых для теплотехнических измерений. Указан­
ные приборы обладают сравнительно простым устройством,
высокой точностью, большой чувствительностью и быстро­
действием.
-т
В настоящее время в СССР освоено промышленное
производство второго поколения этих приборов. Новые
серии автоматических электронных показывающих и
самопишущих приборов ГСП (потенциометров, уравнове­
шенных мостов, миллиамперметров и др.), разработан­
ные за последние годы, отличаются от предшествующих
более совершенным устройством и широким использова­
нием агрегатно-блочно-модульного принципа построения
из унифицированных элементов, модулей, блоков и узлов.
1 Более подробно мостовая измерительная схема рассмотрена
ниже.
126
К этим автоматическим приборам относятся вторичные
приборы серии г КС (компенсирующие самопишущие и
показывающие), КП (компенсирующие показывающие
с плоской шкалой) и КВ (компенсирующие показывающие
с вращающимся цилиндрическим циферблатом).
А з т о м а т и ч е с к и е п о т е н ц и о м е т р ы вы­
пускаются следующих типов: КСП4 — полногабаритный
с диаграммной лентой, КСПЗ — малогабаритный с диа­
граммным диском, КСП2 — малогабаритный с диаграммвой лентой, КСП1
миниатюрныи с диаграммной
а
лентой, КПП1 — миниа­
тюрный с плоской шкалой
Лщ.
Г^
и КВП1 — миниатюрный
Як г„ |/ На
с вращающимся цифер­
блатом (шкалой) *. Полг
ногабаритные
приборы
ИПС
применяются для промыш­
/Грт
/Г.
/
ленных измерений повы­
шенной точности и лабора­
торных измерений, а ма­
логабаритные и миниатюр­
ные — для обычных про­
мышленных
измерений.
Особенно широкое распро­ Рис. 2-34. Принципиальная схе­
странение получили мало­ ма автоматического потенциомет­
габаритные приборы, при­ ра типа КСП4.
менение
которых дает
значительную экономию
места на щитах управления. Миниатюрные приборы уста­
навливаются главным образом на пультах управления.
А в т о м а т и ч е с к и й п о т е н ц и о м е т р типа
КСП4 изготовляется на 1, 3, 6 или 12 точек измерения
температуры однотипными термоэлектрическими термомет­
рами. Длина линейной его шкалы и ширина диаграммной
ленты 250 мм. Основная погрешность показаний прибора
0,25 я записи ± 0 , 5 % . Вариация показаний не пре­
вышает основной погрешности.
На рис. 2-34 показана принципиальная схема автома­
тического одноточечного потенциометра типа КСП4 с тер*
ІІІІ І І ІІ И І І Ш І і ш І і і л І і і і і г
\ е
£i
\—
= я
1 Указанные автоматические потенциометры соответственно
наменяют устаревшие приборе типов ӘПП, ӘПД, ПС1 (ПСР1), ПСМ2
(ПСМР2), ПП4 (ППР4) и ЭПВ2.
127
моэлектрическим термометром Г, являющаяся типовой
для измерения термо-э. д. с. (температуры). В измери­
тельную схему прибора включены: реохорд Я р, выполняю­
щий роль уравновешивающего устройства; шунтирующий
резистор Я ш, ограничивающий протекающий через рео­
хорд ток; резисторы Ян и Я к, определяющие соответственно
начальное и конечное значения (диапазон показаний)
шкалы, резисторы гн и гк в виде спиралей, предназначен­
ные для точной подгонки шкалы и являющиеся частями
резисторов й н и Як; медный резистор R M для автоматиче­
ской компенсации влияния изменегий температуры t 0
свободных концов термометра Т\ балластный резистор Я а,
ограничивающий ток в измерительной схеме; сравнитель­
ный резистор Я с; балластный резистор Я т, ограничиваю­
щий ток в цепи источника питания; переменный рези­
стор Я рт для регулировки рабочего тока. В качестве
нулевого индикатора служит электронный усилитель
постоянного тока <9У, включенный в диагональ аЪ изме­
рительной схемы, к выходу которого подключен асинхрон­
ный реверсивный микродвигатель РД.
Питание схемы производится от источника стабилизи­
рованного питания постоянного тока ИПС , включенного
в диагональ c d * . Привод диаграммной дфнты отсчетного
устройства ОУ осуществляется синхронным микродвига­
телем СД .
I*
При отклонении температуры t измеряемой среды
(рабочего конца термометра) на вход электронного уси­
лителя подается напряжение постоянного тока, вызванное
разбалансом измерительной схемы. Это напряжение пре­
образуется в усилителе в напряжение переменного тока
и усиливается до достаточного значения для работы
реверсивного двигателя. Последний при помощи кинема­
тической системы перемещает влево или вправо, в зависи­
мости от понижения или повышения измеряемой темпера­
туры, подвижную каретку е отсчетного устройства ОУ
с закрепленными на ней токосъемным движком реохор­
да Я р, указательной стрелкой и пером. Показания потен­
циометра отсчитываются в ° С по линейной шкале 1 и
ваписываются на диаграммной ленте 2 . Реверсивный дви* В современных автоматических потенциометрах нормальный
элемент для установки рабочего тока не применяется, так как по­
стоянство последнего обеспечивается источником стабилизирован­
ного питания.
128
4
гатель РД находится в работе до тех пор, пока не насту­
пит новое состояние равновесия (компенсации) измери­
тельной схемы прибора.
Р а с ч е т и з м е р и т е л ь н о й с х е м ы автоматического
потенциометра (рис. 2-34) производится в следующем порядке.
Принимаются значения токов в верхней / х и нижней / 2 изме­
рительных ветвях исходя из условий: токи должны вызывать необ­
ходимое падение напряжения на реохорде и резисторах и иметь по
возможности небольшие значения, чтобы не приводить к заметному
нагреву элементов схемы. Оптимальными значениями токов / х
и / 2 соответственно являются 3 и 2 мА.
По заданным значениям начальной fHи конечной £к температуры
диапазона показаний прибора и типу термоэлектрического термо­
метра по градуировочной характеристике последнего (при темпера­
туре свободных концов t0 = 0° С) находятся значения термо-э. д. с.
для начала Ей и конца Ек шкалы и определяется диапазон измерения
термо-э. д. с. Е (мВ) по формуле
Е = Е К— Е а.
(2-48)
Находится сопротивление сравнительного резистора Яс, паде­
ние напряжения на котором от протекающего тока / 2 должно рав­
няться э. д. с. нормального элемента Ес (1018,6 мВ), т. е.
@Сг
откуда l
ДсИМ
\
(249)
Принимаются значения сопротивлений балластного и регули­
ровочного резисторов в цепи питания соответственно Ят = 750 Ом
и /?п_т == 56 Ом.
квивалентное сопротивление Яэ реохорда Яр с подключенным
унтирующим резистором Яш выражается формулой
ЯрЯщ
Ш — Я —;
б—
•
р+ Я ш
(2-50)
Однако обычно эквивалентное сопротивление реохорда явля­
ется заданным, равным 90, 100 или 300 Ом (преимущественно 90 Ом),
поэтому сопротивление шунтирующего резистора Яш зависит от
сопротивления реохорда Яр и определяется при подгонке послед­
него вместе с шунтом до значения Яэ. Величина Яш находится из
выражения
Я
ш~ Яр - Я
Приведенное сопротивление всей цепи реохорда Яп
из параллельно соединенных сопротивлений реохорда Яр
сторов Яш и Як* Падение напряжения на сопротивлении
протекании тока 1г должно соответствовать диапазону
ний Еш т. е.
состоит
и рези­
Яп при
показа­
ItRn = Bt
откуда
І?П =
б
(2-51)
М урин Г. А.
-г •
Л1
(2-52)
129
С другой стороны, приведенное сопротивление цепи реохорда R n
может быть выражено уравнением
п
ЛэЛк
п~ Дэ+Лк *
'Л
(2_53)
Находится сопротивление резистора Як, определяющего конеч­
ное значение шкалы потенциометра. Для этого приравниваются
правые части уравнений (2-52) и (2-53), совместное решение ко­
торых относительно Лк дает зависимость 1
Т & -Е •
{2^
Находятся сопротивления медного резистора Лм температур­
ной компенсации, сопротивление которого при температуре свобод­
ных концов термометра t0 = 0° С будет R u (Щ, и резистора /?н,
определяющего начальное значение шкалы потенциометра. Сопро­
тивления этих резисторов определяются исходя из условия равнове­
сия измерительной схемы при измерении начальной температуры
*н» когда движок реохорда устанавливается в левое крайнее положе­
ние (в начале шкалы). При этом в левой ветви измерительной схемы
между точками а и Ъ термо-э. д. с. Е н компенсируется падением на­
пряжения на сопротивлениях резисторов Лн и Лм (£0), т. е.
щ
Я н - / і Д н—^ 2^м (^о)»
(2-55)
При повышении температуры свободных концов термометра до
величины
представляющей собой предельное значение измене­
ния этой температуры, обычно равное 50° С, уравнение (2-55)
принимает вид:
";~ЯИ
Е н ф л в Ц <о) = / 1Дн - ^ м ( * о ) - / 2Айм(2-56)
где Е а в (^q, *0) — снижение термо-э. д. с. термометра при повыше­
нии температуры свободных концов от г0 до
ДЯм — приращение сопротивления резистора Ям при измене­
нии температуры свободных концов от t0 до fj.
Определяется в соответствии с формулой (2-43) сопротивление
медного резистора Дм (Ц) при температуре свободных концов термо­
метра
= 50° С:
-3Им Ю = Дм (t0) (1 + atZ)f
м
(2-57)
откуда находится значение ДДМпо формуле
ЛДм = Дм (*о) — Дм (*о)= Дм (*о)
>
(2-58)
где а — температурный коэффициент электрического сопротивления
меди, равный 4,26 -1СГ8 IT*1.
После вычитания из выражения (2-55) уравнения (2-56) и за­
мены величин / 2 и Д#м согласно формулам (2-49) и (2-58) находится
выражение для определения сопротивления Ям (*0) медного рези1 При более точном определении сопротивления резисторов
Як, Дп и др. следует учитывать сопротивление нерабочих (конце­
вых) участков реохорда и соединительных проводов измерительной
схемы.
130
стора при температуре свободных кондов термометра Ц = 0° С:
е ав
п
I « ^ j—
Я
І
pm
Ro
•
ИИ
щ ?
Решение уравнения (2-56) относительно Ян с учетом того, что
Ям (*о) + ДДм = Ям ( | ) , приводит к зависимости
«н—
і ъН і л ( і о)
+ е и — е а в ( 1о, *о)
77-
(2-60)
Принимается значение сопротивления подгоночных спиралей
Гн == Гк = 1 Ом.
Практически эти спирали выполняются соот­
ветственно за счет сопротивлений резисторов /?н и Як*
Определяется сопротивление балластного резистора Яа исходя
из того н*е условия равновесия, что и Ян, но длй правой ветви изме­
рительной схемы:
I
ен-
£ д в (‘;,
откуда с учетом того, что / 2Яс = Ес и -^іЯц = Е* Для величины Яа
получается зависимость:
д
Е с ~ Еа + Е АВ (*о, * о )~ Д
(2-61)
На рис. 2-35 представлена электрическая схема трех­
точечного автоматического потенциометра типа КСП4
с однотипными термоэлектрическими термометрами Т1
тз.
Компенсация измеряемой термо-э. д. с. осуществляется
линейным реохордом і?р, состоящим из рабочей и токо­
съемной спиралей, выполненных из устойчивой к износу
и коррозии вольфрамопалладиевой проволоки, намотан­
ной на две изолированные медные шинки. Спирали уло­
жены в канавки колодок из пластмассы и помещены
в стальной корпус, служащий одновременно в качестве
платы для проволочных резисторов измерительной схемы.
Скользящий по реохорду токосъемный движок изготовлен
из золото-серебро-медного сплава.
Усиление разности (разбаланса) напряжений произ­
водится электронным усилителем ЭУ — ламповым или
полупроводниковым. Усилитель состоит из входного уст­
ройства, усилителя напряжения, усилителя мощности и
источника питания. Входное устройство содержит вибро­
преобразователь, с помощью которого входное напряже­
ние постоянного тока (напряжение разбаланса) преобра­
зуется в напряжение переменного тока частотой 50 Гц,
и входной трансформатор. Усилитель напряжения в лампо­
вом усилителе имеет четыре каскада, выполненных на
б*
131
двойных триодах, а в полупроводниковом — пять каска­
дов, выполненных на транзисторах.
В ламповом усилителе мощности применен одңотактный
выходной каскад, собранный на одной лампе. Усилитель
мощности полупроводникового усилителя выполнен по
схеме последовательного баланса с включением двух
II I t I 1|
иw дwш
- w
tj
Рис.
2-35. Электрическая схема трехточечпого автоматического
потенциометра типа КСП4.
транзисторов по схеме с общим эмиттером. Связь усили­
теля мощности с усилителем напряжения осуществляется
через
переходный
трансформатор.
Выходная
мощ­
ность
каждого
электронного усилителя составляет
1,5 В*А. Источником питания усилителя является сило­
вой трансформатор с выпрямителями, присоединяемый
к сети переменного тока напряжением 220 В, частотой
50 Гц.
=
Измерительная схема потенциометра питается постоян­
ным током от источника стабилизированного питания
ИПС, присоединенного к обмотке силового трансформатора
132
.
г
ь
т
ш
-
і
электронного усилителя напряжением 6,3 В. Выходное
стабилизированное напряжение равно 5 В при номиналь­
ном токе 5 мА и сопротивлении цепи 1000 Ом.
Для периодической проверки рабочего тока потен­
циометра служат внешние зажимы НЭ, к которым под­
ключается лабораторный потенциометр. При отклоне­
нии напряжения на этих зажимах от значения, соответ­
ствующего э. д. с. нормального элемента, равной 1018,6 ±
± 0,3 мВ, производится необходимая подрегулировка при
помощи переменного резистора Др т.
Отсчетное устройство прибора ОУ имеет подвижную
каретку а, несущую указательную стрелку, записываю­
щий механизм и токосъемный движок реохорда Д р.
Каретка представляет собой легкую дюралюминиевую
ферму, перемещающуюся по направляющему круглому
стержню вдоль шкалы и расположенного параллельно ей
реохорда при помощи шести миниатюрных шарикоподшип­
ников, установленных по концам каретки под углом 120°
друг к другу. Время непрерывного пробега кареткой всей
шкалы, определяющее быстродействие прибора, может
составлять 1; 2,5 или 10 с.
Показания потенциометра записываются на диаграмм­
ной ленте с шириной поля 250 мм и длиной 20 м печатаю­
щим механизмом, наносящим на диаграмму точки раз­
личных цветов, характеризующие значения измеряемых
температур; рядом с точками каждого цвета указывается
порядковый номер термометра, к которому они относятся.
Запись производится стальным печатающим барабаном,
на ободе которого нанесены выпуклые точки и цифры.
При каждом очередном повороте печатающий барабан
касается фетрового сектора, пропитанного краской опре­
деленного цвета, расположенного вместе с остальными
секторами, окрашенными в другие цвета, в общей пово­
рачивающейся синхронно с барабаном кольцевой обойме.
В трехточечном приборе секторы обоймы пропитаны крас­
ной, фиолетовой и коричневой краской *. Одновременно
с поворотом печатающего барабана в смотровом окошке
на щитке подвижной каретки появляется цифра, указы­
вающая номер подключенного в данный момент термометра.
Диаграммная лента прибора, сложенная в пакет,
приводится в движение ведущим барабаном с расположен1 В потенциометре на 6 точек измерения добавляются секторы
с синей, зеленой и черной красками, а на 12 точек — краски ука­
занных шести цветов повторяются.
133
ными на концах выступами (пуклевкам и), входящими
в отверстия перфорации с боковых сторон ленты. При
вращ ении ведущего барабана диаграм м а, перемещаясь
из пакета, огибает барабан и снова склады вается в пакет
на дно корпуса прибора. М еханизм перемещ ения диаграм­
мы снабжен редуктором с переклю чаю щ имися зубчатыми
шестернями, обеспечивающими скорости перемещения лен­
ты в 60, 180, 600, 1800, 2400 и 7200 мм/ч.
Переключение присоединенных к потенциометру тер­
мометров Т1 — ТЗ производится двухполю сным щеточным
переключателем П на три точки изм ерения, неподвижные
контактные ламели которого, укрепленны е на цилиндри­
ческом пластмассовом основании, изготовлены из воль­
фрамопалладиевого сплава, а сидящ ие на пластмассовом
держ ателе токосъемные щ етки — из золото-серебро-мед­
ного сплава. В переклю чателе предусмотрена возможность
подрегулировки контактного давления щеток на ламели.
Д л я сниж ения вл и ян и я на работу прибора паразит­
ных напряж ений (помех), которые могут быть наведены
в соединительных ли ниях термометров, на входе его вклю­
чен трехзвенный Г-образный фильтр, состоящ ий из рези­
сторов і?фХ — і?ф3 и конденсаторов Сфг — Сф3. В быстро­
действующих потенциометрах (со временем пробега под­
вижной кареткой всей ш калы 1 с) д л я подавления помех
применяется трехзвенный Т-образны й фильтр.
Перемещение подвижной каретки а отсчетного устрой­
ства ОУ осущ ествляется с помощью тросика от асинхрон­
ного конденсаторного реверсивного м икродвигателя Р Д .
Последний имеет короткозамкнуты й ротор в виде беличьего
колеса и две статорные обмотки — возбуж дения и уп рав­
ления. Обмотки размещ ены -на противополож ны х полю­
сах и питаю тся нап ряж ениям и переменного тока, сдви­
нутыми по фазе на 90°.
f
Н ап ряж ен и е на обмотку уп равлен и я подается от вы­
ходного каскада электронного усилителя Э У через кон­
денсатор С1, а на обмотку возбуж дения — от сети пере­
менного тока через фазосдвигающий конденсатор С2
и конденсатор СЗ, ослабляю щ ий токи высших гармоник 1.
Б л аго д ар я сдвигу фаз между статорными обмотками
возникает вращ аю щ ийся магнитный поток, который наво­
дит в короткозамкнутом роторе дви гателя токи, соз1 Здесь и в дальнейшем обозначения С1 и С2 и т. д . относятся
к конденсаторам, а
С2 и т. д. — к значениям их емкостей.
134
дающие свое магнитное поле. Взаимодействие пооледнего
с вращающимся магнитным потоком создает механический
вращающий момент, заставляющий ротор двигаться в сто­
рону вращающегося магнитного потока. При изменении
фазы напряжения в обмотке управления на 180° ротор
двигателя начинает вращаться в обратную стордру. В дви­
гатель встроен редуктор, позволяющий получать различ­
ные передаточные отношения.
Для быстрого успокоения ротора реверсивного микро­
двигателя (уменьшения выбега из-за сил инерции) и свя­
занной с ним подвижной каретки при перестановке ее
в новое равновесное положение в схеме электронного
усилителя приборов с временем пробега каретки 1 и
2,5 с предусмотрено стабилизирующее устройство в виде
тпахометрического моста. Одним из плеч его является об­
мотка управления реверсивного двигателя, благодаря
чему осуществляется обратная связь по частоте вращения
ротора. Одна диагональ моста подключена к выходу элек­
тронного усилителя, а с другой снимается сигнал обрат­
ной связи, подаваемый на промежуточный каскад уси­
лителя.
Перемещение диаграммной ленты, приведение в дей­
ствие печатающего механизма и механизма управления
переключателем П производится синхронным микродви­
гателем СД. На поверхности ротора двигателя имеются
впадины, образующие явно выраженные полюсы для обес­
печения синхронной работы. Протекающие по обмотке
статора токи создают вращающееся магнитное поле,
которое, пересекая короткозамкнутую обмотку ротора,
наводит в ней токи. В результате возникает вращающий
момент, заставляющий ротор вращаться синхронно с маг­
нитным полем обмоток статора с частотой 1500 об/мин.
Двигатель сочленен с редуктором из зубчатых колес,
выполненным в виде отдельного блока, имеющего рычаж­
ный переключатель скоростей перемещения диаграммной
ленты. Двигатель присоединяется к сети переменного
тока через конденсаторы С4 и С5, шунтирующие его
обмотки.
Питание потенциометра производится от сети перемен­
ного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц через
выключатели В1 и В2 и предохранитель Пр. Потребляе­
мая прибором мощность 40 В-А. Изменение напряжения
питания на ± 10 % номинального не оказывает влияния
на точность измерения. Допускаемые пределы колебаний
135
температуры окружаю щ его воздуха 5 —50° С и относи­
тельной влажности 30—80% .
Потенциометр имеет прямоугольны й стальной корпус
с габаритами 400 X 400 X 367 мм, снабженный застеклен­
ной крышкой на петлях, предохраняю щ ий от загрязнения,
механических повреждений и воздействия внешних маг­
нитных полей. Масса прибора 22 кг.
Д л я удобства сборки, ремонта и обслуж ивания потен­
циометра все его элементы и блоки (реохорд, электронный
усилитель, реверсивный и синхронный микродвигатели,
печатающий механизм и т. п.) закреплены на выдвижном
силуминовом кронштейне, передвигающемся на роликах.
Кронштейн снабжен ребрами жесткости и выполнен из
разъемных частей.
Одноточечный потенциометр типа КСП4 отличается
от многоточечного отсутствием печатающего и переклю­
чающего механизмов. Запись показаний прибора произ­
водится в виде сплошной линии стальным пером, сидя­
щим на подвижной каретке отсчетного устройства; чернила
к перу поступают по гибкой кап и ллярн ой трубке от непод­
вижной чернильницы, закрепленной на выдвижном крон­
штейне. Скорость перемещения диаграммной ленты мо­
ж ет составлять 20, 60, 240, 720, 1800 и 5400 мм/ч или
в 10 раз больше указанны х значений. П рибор может иметь
встроенное сигнализирую щ ее устройство, которое под
воздействием подвижной каретки отсчетного устройства
замыкает цепь световой или звуковой сигнализации при
отклонении измеряемой температуры от заданных (наи­
большего и наименьшего) значений. Сигнализирую щ ее
устройство состоит из двух подвижных выклю чателей
с задающими сигнальными стрелками, двух токосъемных
шинок и корытообразного корпуса. Б л аго д ар я наличию
в выклю чателях плоской изогнутой п руж и н ки замыкание
контактов происходит скачкообразно, обеспечивая быстрое
включение цепи сигнализации. Сигнализирую щ ее устрой­
ство допускает установку заданий в пределах 2 —98%
дпапазона показаний. Погреш ность срабаты вания контак­
тов не превышает ± 0 ,5 %.
Общий вид автоматического одноточечного потенцио­
метра типа КСП4 показан на рис. 2-36.
А в т о м а т и ч е с к и й
м а л о г а б а р и т н ы й
п о т е н ц и о м е т р т и п а КСПЗ яв л яется одноточеч­
ным показывающим и самопишущим прибором с круго­
вой ш калой и диаграммным диском. П риборы этого типа
136
л
широко применяются для промышленных измерений тем­
пературы, так как имеют более простое устройство и мень­
шую стоимость, чем потенциометры с линейной шкалой
и диаграммной лентой. Приборы обладают достаточно
хорошо видимым на расстоянии отсчетным устройством
(указательной стрелкой и шкалой) и позволяют произво­
дить точный отсчет показаний благодаря большой длине
(по дуге) шкалы, равной 600 мм. Основная погрешность
показаний прибора dz 0,5 и записи d t 1 %. Вариация пока­
заний не превышает половины основной погрешности.
1
2
3
Рис. 2-36. Автоматический одноточечный потенциометр типа КСП4.
° — внешний вид; б — с выдвинутым кронштейном: 1 — выдвижной крон­
штейн; 2 — неподвижная чернильница; з — пишущее устройство; 4 _скла­
дывающаяся диаграммная лента; 5 — ребра жесткости кронштейна; б — по­
движные ролики.
•
Время пробега стрелкой всей шкалы 5 или 16 с и время
полного оборота диаграммного диска 24 ч.
Н а рис. 2-37 приведена принципиальная схема автоматического потенциометра типа КСПЗ с термоэлектриче­
ским термометром Т . Д ля компенсации измеряемой термоэ. Д- с - служит дисковый реохорд /?р сопротивлением
120 Ом, выполненный из вольфрамопалладиевой прово­
локи. Реохорд расположен на пластмассовом каркасе,
имеющем две кольцевые канавки, в которые уложены рабо­
чая и токосъемная спирали, намотанные на изолированную
медную проволоку. Движок реохорда закреплен на пово­
ротном рычаге, сидящем на втулке центральной оси
прибора. Снаружи реохорд экранирован стальной крыш­
кой.
Д ля ограничения протекающего тока реохорд шунти­
рован резистором -і?ш, сопротивление которого для всех
137
j
типов термоэлектрических термометров подбирается так,
чтобы эквивалентное сопротивление реохорда состав­
ляло 20 Ом. Точная подгонка этого сопротивления производится с помощью проволочного резистора г. Рези­
сторы R B, R K, /?а>Rc и Ru
играют ту же роль, что и
в схеме автоматического
потенциометра типа КСП4
(рис. 2-34). Манганиновый
резистор /?о, сопротивле­
ние которого равно сопро­
тивлению медного резисто­
ра Д м при температуре
0° С, включается вместо
последнего при поверке
или градуировке прибора
с тем, чтобы можно было
пользоваться градуировоч­
ной характеристикой тер­
моэлектрического термо­
метра без введения поправ­
ки на температуру свобод­
ных концов. Резистор Лп
вводится при регулировке
рабочего тока и шунтирует вход электронного
усилителя. Д ля уменьше­
Рис. 2-37. Принципиальная схения влияния на работу
ыа автоматического потенциомет­ прибора паразитных на­
ра типа КСПЗ.
пряжений, наводимых в
цепи термометра, служит
двухзвенный фильтр, состоящий из резисторов ЩЩ R t2
и
конденсаторов
Сф1,
Сф2.
Конденсаторы
С1
и
С2
также
Л
ч-/лужат для защиты от помех.
Измерительная схема потенциометра питается от источ­
ника стабилизированного питания ИПС с выходным напря­
жением 5 В при номинальном токе 6 мА. Регулировка
рабочего тока производится с помощью переменного рези­
стора i?p т. В приборе установлен ламповый или полу­
проводниковый электронный усилитель ЭУ, управляющий
работой асинхронного реверсивного микродвигателя РД,
перемещающего поворотный рычаг с движком реохорда Л р,
а также указательную стрөлку и перо отсчетного устрой­
ства ОУ, снабженного круговой шкалой и диаграммным
138
диском диаметром 250 мм. Вращение диаграммного диска,
закрепленного на фрикционной планшайбе, производится
синхронным микродвигателем СД через редуктор.
В измерительную схему прибора включен четырех­
позиционный переключатель рода работ с указанием поло­
жений:
Работа, Контроль, Градуировка и Уста­
новка рабочего тока. Переключатель состоит из контак­
тов 1—9 и рукоятки (на рис. 2-37 не показана), при
повороте которой в заданное положение происходит
коммутация
соответствующих
цепей
измерительной
схемы *•
В положении Работа замыкаются контакты 4—5
и 7—8У что приводит к закорачиванию резистора R 0
и подключению к измерительной схеме термометра Т .
В положении Контроль проверяется исправность
прибора посредством замыкания контактов 1 —£, 3—4
и 6 —8. В этом случае закорачиваются резисторы R H и
R My вводится резистор R 0 и подключается к входу уси­
лителя ЭУ вместо термометра Т реохорд i?p. Закорачива­
ние резистора R H нарушает равновесие измерительной
схемы и двигатель РД перемещает движок реохорда до
момента наступления нового равновесия. Если при этом
прибор находится в исправном состоянии, то указатель­
ная стрелка устанавливается против цветной отметки
на шкале прибора.
В положении Градуировка замыкаются контакты
3—4 и 7—8, что приводит к закорачиванию резистора Дм,
включению резистора R 0 и соединению входа прибора
с усилителем ЭУ. При этом к прибору для поверки его
шкалы вместо термометра Т должен быть подключен
лабораторный потенциометр.
В положении Установка рабочего тока замыкаются
контакты 4—5 и 8 —9, в результате чего закорачивается
резистор 2?0 и вводятся резисторы R M и R n. Параллельно
резистору Дс присоединяется лабораторный потенциометр
для контроля и подрегулировки реостатом R pT падения
напряжения на этом резисторе.
Прибор может иметь встроенное сигнализирующее
устройство, состоящее из трех контактов, замыкаемых
попарно при повышении или понижении измеряемой
температуры задающим кулачком, сидящим на централь1 На рис. 2-37 показаны соединения контактов, соответствую­
щие положению переключателя в положении Работа .
139
ной оси прибора. Сигнальные контакты рассчитаны на
напряж ение 220 В и рабочий ток 1 А.
Питание прибора производится от сети переменного
тока напряж ением 220 В, частотой 50 Гц. П ри изменении
н ап ряж ен и я питания на ± 10 и частоты н а d= 5% номи­
нальны х значений, дополнительная погреш ность прибора
не превышает основной погрешности. П отребляем ая при­
бором мощность 60 В*А.
Общий вид автоматического потенциометра типа КСПЗ
показан на рис. 2-38, а. П рибор имеет прямоугольный
Рис. 2-38. Малогабаритные автоматические потенциометры.
а — показывающий и самопишущий типа КСПЗ; б — показываю­
щий и самопишущий типа КСП2.
стальной корпус, снабженный застекленной крыш кой
с круглы м окном, приспособленный д л я утопленного
монтажа. Д л я удобства сборки и обслуж ивания прибора
внутри него располож ен плоский поворотный кронштейн,
на котором закреплены реохорд, реверсивный и синхрон­
ный микродвигатели, планш айба с диаграммным диском,
указательн ая стрелка, рычаг с пером и переклю чатель
рода работ. Н а задней стенке внутри корпуса установ­
лены электронный усилитель, источник стабилизирован­
ного питания, блок с элементами измерительной схемы
и панели д л я внутренних и внешних соединений. Габа­
риты потенциометра 320 X 320 X 380 мм и масса 15 кг.
А в т о м а т и ч е с к и й
м а л о г а б а р и т н ы й
п о т е н ц и о м е т р т и п а КСП2 — показы ваю щ ий и
140
самопишущий прибор с длиной линейной шкалы и шири­
ной диаграммной ленты 160 мм (рис. 2-38, б). Прибор
выпускается на 1 , 3, 6 или 12 точек измерения темпера­
туры. Основная погрешность показаний прибора ± 0,5
и записи ± 1 % . Вариация показаний не превышает
половины основной погрешности. Время пробега кареткой
всей шкалы 2,5 или 10 с. Скорость движения диаграмм­
ной ленты может составлять 20, 40, 60, 120, 240 или 600,
1200, 2400 мм/ч.
Измерительная схема прибора питается от компакт­
ного источника стабилизированного питания с выходным
напряжением 2 В и номинальным током 5 мА. Для уси­
ления напряжения разбаланса прибор снабжен полупро­
водниковым усилителем, управляющим работой реверсив­
ного микродвигателя. Перемещение диаграммной ленты,
а также привод печатающего и переключающего термо­
метры механизмов в многоточечном приборе осуществля­
ются синхронным микродвигателем. В схеме прибора
с временем пробега кареткой шкалы 2,5 с имеется тахометрический мост.
В приборе применяется диаграммная лента общей дли­
ной 20 м, сматываемая с рулона. При скорости движения
ленты 20 мм/ч обеспечивается непрерывная запись пока­
заний в течение 40 сут. Все элементы электрической
схемы потенциометра расположены на выдвижном крон­
штейне с телескопическими направляющими. Межблочные
соединения в приборе выполнены в основном печатным
монтажом. Потенциометр может иметь встроенное сигна­
лизирующее устройство с пределами установки задания
5—95% диапазона показаний и максимальным током
через сигнальные контакты 1А. Погрешность срабатыва­
ния сигнализирующего устройства ± 1 %. В остальном
прибор сходен по своему устройству с автоматическим
потенциометром типа КСП4.
Потенциометр типа КСП2 питается от сети переменного
тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая
прибором мощность 30 В*А. Изменение напряжения пптания на ± 10 % номинального не влияет на показания
прибора. Допускаемые значения температуры окружаю­
щего воздуха 5—50° С и относительной влажности 30—
80%. Изменение температуры окружающего воздуха от
20° С в указанных пределах вносит на каждые 10° С
дополнительную погрешность ± 0 , 2 %. Габариты потен­
циометра 240 X 320 X 450 мм и масса 17 кг.
141
А в т о м а т и ч е с к и й
м и н и а т ю р н ы й по­
тенциометр
типа
КСП1 — одноточечный пока­
зывающий и самопишущ ий прибор с длиной линейной
ш калы и ш ириной диаграммной ленты 100 мм (рис. 2-39, а).
П оказан и я его записы ваю тся устройством, состоящим
из пера, закрепленного на подвижной каретке, и непод­
виж ной чернильницы, располож енной н а выдвижном
кронштейне и соединенной с пером гибкой капиллярной
трубкой. О сновная погреш ность показаний и записи
прибора ± 1 % . В ари ац и я показаний не превыш ает поло­
вины основной погрешности. В ремя пробега кареткой
всей ш калы 2,5 или 5 с. Скорость перемещ ения диаграмм­
ной ленты, сматываемой с рулона, может составлять
10, 20, 40, 60 или 120 мм/ч.
Рже. 2-39. Миниатюрные автоматические потенциометры.
а — показывающий и самопишущий типа КСП1; б — показывающ ий с плоской
ш калой типа КП П 1; в — показывающ ий с вращ ающ имся циферблатом типа
КВП1.
Прибор снабж ен дисковым реохордом с углом пово­
рота токосъемного дви ж ка 325°. И зм ерительная схема
питается от источника стабилизированного питания. Н а ­
пряж ение разбаланса усиливается полупроводниковым
усилителем. Перемещение подвижной каретки произво­
дится реверсивным, а привод диаграммной ленты, сматы­
ваемой с рулона, — синхронным микродвигателем. В схему
прибора включен тахометрпческий мост. Все элементы
и блоки расположены на выдвижном кронш тейне с теле­
скопическими направляю щ ими.
Потенциометр может иметь встроенное сигнализирую ­
щее устройство, состоящее из двух микропереклю чателей,
сидящ их на отдельных обоймах вместе с задающими сиг­
нальными стрелками. М икропереклю чатели уп равляю тся
при помощи кулачков, поворачиваемых подвижной ка­
реткой при достижении измеряемой тем пературой задан­
ных значений. Пределы установки зад ан и я 10—90% диа­
142
пазона показаний. Погрешность срабатывания сигнали­
зирующего устройства ± 1,5%.
Прибор питается от сети переменного тока напряже­
нием 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность
15 В-А. Отклонение напряжения питания на + 5 -г
-г —15% номинального вызывает дополнительную по­
грешность не более ± 0 ,2 5 % . Отклонение температуры
окружающего воздуха от 20° С в пределах 5—50° С вно­
сит на каждые 10° С дополнительную погрешность ± 0 ,1 5 %.
Допускаемые пределы колебания относительной влаж­
ности 30—80%. Габариты прибора 160 X 200 X 500 мм
и масса 12 кг.
Автоматический миниатюрный по­
т е н ц и о м е т р т и п а КПП1 (рис. 2-39, б) является
одноточечным показывающим прибором с плоской круго­
вой шкалой длиной (по дуге) 300 мм. Основная погрешность
прибора ± 0 ,5 % . Вариация показаний не превышает
половины основной погрешности. Время пробега указа­
тельной стрелкой всей шкалы 2,5 или 5 с. Расположен­
ные в приборе реохорд, источник стабилизированного
питания, полупроводниковый усилитель и реверсивный
микродвигатель — те же, что и у потенциометра типа
КСП1. В схему прибора включен тахометрический мост.
Все основные элементы прибора закреплены на выдвижном
кронштейне. Потенциометр может иметь встроенное сиг­
нализирующее устройство с пределами установки зада­
ния 10—90% диапазона показаний. Допускаемая нагрузка
на сигнальные контакты 50 В-А. Погрешность срабатыва­
ния сигнализирующего устройства ± 1,5%.
Потенциометр питается от сети переменного тока напря­
жением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность
12 В*А. Изменение напряжения питания на + 5 ч- —15%
номинального вызывает дополнительную погрешность
не более ± 0 ,2 5 % . Допускаемые пределы колебаний
температуры окружающего воздуха 5—50° С и относитель­
ной влажности 30—80%. Изменение температуры воз­
духа в пределах 20—50° С вносит на каждые 10° С допол­
нительную погрешность ± 0 ,1 % . Габариты потенцио­
метра 160 X 200 X 500 мм и масса 12 кг.
Автоматический миниатюрный по­
т е н ц и о м е т р т и п а КВП1 — показывающий при­
бор с цилиндрическим вращающимся циферблатом (шка­
лой) и неподвижным указателем (рис. 2-39, в). Длина
шкалы прибора (по дуге) 500 мм, что обеспечивает боль143
шую точность отсчета показаний. Потенциометр выпуска­
ется на 1, 6 или 12 точек измерения температуры. Много­
точечные приборы снабжены встроенным в нижнюю
часть корпуса кнопочным переключателем термометров.
Основная погрешность прибора ± 0 , 5 % . Вариация пока­
заний не превышает половины основной погрешности.
Время прохождения шкалы относительно указателя 2,5
или 10 с.
Измерительная схема потенциометра питается от источ­
ника стабилизированного питания. Для усиления напря­
жения разбаланса служит полупроводниковый усили­
тель. В схему потенциометра включен тахометрический
мост. Для удобства изготовления и обслуживания прибор
снабжен выдвижным кронштейном. Одноточечный потен­
циометр может иметь встроенное сигнализирующее устрой­
ство с погрешностью срабатывания ± 1 %. Допускаемая
нагрузка на сигнальные контакты 50 В-А.
Потенциометр питается от сети переменного тока на­
пряжением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая прибо­
ром мощность 20 В-А. Допускаемая температура окружа­
ющего воздуха 5—50° С и относительная влажность 30—
80%. Изменение температуры воздуха на каждые 10° С
от 20° С в указанных пределах вызывает дополнительную
погрешность 0,2—0,3%. Габариты прибора 240 X 160 X
X 535 мм и масса 15 кг.
Таблица
2-12
Характеристики шкал автоматических потенциометров
Тип
термометра
I
Диапазон
показаний, °С
Тип
термометра
Диапазон
показаний, °С
ТПП
0—1300
0—1600
500—1300
ТХА
200—1200
400—900
600—1100
700—1300
ТПР
1000—1600
1000—1800
тк х
0—100
0—150
0—200
0—300
0—400
0—600
200—600
200—800
ТХА
0—400
0—600
0—800
0—900
0—1100
0—1300
200—600
1
Ш
0Фf
Автоматические потенциометры имеют ш калы как на­
чинающиеся от 0° С, так и безнулевые. Х арактеристики
шкал этих приборов приведены в табл. 2 - 12 .
в) Лабораторные потенциометры
Д л я точного измерения термо-э. д. с. термометров
и небольших напряж ений применяются лабораторные
потенциометры постоянного тока: переносные типов ПП-63
и ПП-70; образцовые типов РЗЗО, Р37-1 и др. 1
П е р е н о с н ы й п о т е н ц и о м е т р т и п а ПП-63
предназначен для измерения термо-э. д. с. в диапазонах
0 —25, 0 —50 и 0 —100 мВ при температуре окружающего
воздуха 10—35° С и относительной влажности до 80% .
Прибор служит такж е для поверки магнитоэлектриче­
ских милливольтметров и автоматических потенциометров,
для чего имеет встроенный источник регулируемого на­
пряж ения постоянного тока (И РН ). Класс точности при­
бора 0,05. Потенциометр заключен в деревянный корпус
с габаритами 340 X 265 X 210 мм, снабженный съемной
крышкой и ручкой для переноски. Масса прибора 7 кг.
Схема потенциометра показана на рис. 2-40. Прибор
содержит:
1. Н улевой гальванометр Г с подвижной частью на
растяж ках. Внутреннее сопротивление его 18 Ом и допу­
скаемое внешнее — не более 250 Ом. Гальванометр шун­
тирован ревистором R1.
2. ш тепсельный переключатель В 7 на три положе­
ния — « X 0 ,5 » «X 1» и «X 2 », устанавливающие соответ­
ственно диапазоны измерения 0 —25, 0 —50 и 0 —100 мВ.
3. Строенный переключатель В2 (В 2а , В 26 и В 2в)
рода производимых работ, имеющий рабочие положения:
Поверка (25 m V , 50 m V и 100 mV), Потенциометр
и И Р Н (25 m V , 50 m V и 100 mV).
4. Секционированный измерительный реостат В9, со­
стоящий из проволочных резисторов R26 — R49 и соеди­
ненный с ним последовательно ползунковый реохорд R50
с подгоночными резисторами R51 и R52. Ш кала реохорда
имеет 40 и реостата — 24 деления. При установке пере­
клю чателя В7 в положение « х 1» цена деления реохорда
R 50 и реостата В9 соответственно равна 0,05 и 2 мВ,
ные.
1 ГОСТ 9245-68. Потенциометры постоянного тока измеритель­
145
РАБОЧИИ ТОК
R15
R16
ГРУБО
ТОЧНО
ПИ ТАНИЕ
ТОЧНО
ГРУБО
ПОВЕРКА ПОТЕНЦИОМЕТР ИРН
~7юотУ> |_J lOOmv\
/5 0 т У у 4 \°
і25т УІ 6 \
R 3 R 4 R 5 R6 R7 R6 \В2б\
Л Г1! Л Л А Л
ск\.50/7/Л
М -25/77/1
о \
РОД» РАБОТ
I
НАПРЯЖЕНИЕ
ТОЧНО ГРУБО
В11\ н
Рис. 2-40. Схема переносного потенциометра типа ПП-63
146
а их диапазон измерений составляет 2 и 48 мВ (суммарно
50 мВ). При переводе переключателя В7 в положения
«X 0 , 5 » или «X 2 » указанные значения соответственно
уменьшаются или увеличиваются в 2 раза. Н а диапазонах
измерения 25 и 50 мВ («X 0,5» и « X 1») реохорд R50
и реостат В9 шунтируются резисторами R24 и R25. Д л я
сохранения при этом постоянной силы рабочего тока
в цепь последнего добавочно включены резисторы
R22 и R23.
5. Источник питания измерительной схемы, состоящий
из параллельно соединенных сухих элементов Б1 — Б З ,
напряжением 1 , 2 — 1,6 В.
6 . Сдвоенный ползунковый реостат для установки
рабочего тока потенциометра, равного 2 мА, состоящий
из переменных резисторов R15 и R16 соответственно
для грубой и точной регулировки тока.
7. Насыщенный нормальный элемент НЭ с допускае­
мым понижением э. д. с. 0,2 мВ/год.
8 . Установочный резистор R17 и соединенный с ним
последовательно секционированный реостат В12 с под­
гоночными резисторами R18 — R 21 . П ри точных измере­
ниях предварительно определяется э. д. с. нормального
элемента и в зависимости от »ее значения устанавлива­
ется перемычка реостата В12 в положение 86 (при э. д. с.
1,0185—1,0187 В), 88 (1,0187—1,0189 В), 90 (1,0189—
1,0191 В), 92 (1,0191—1,0193 В) или 94 (1,0193—1,0195 В).
9. Двухполюсный переключатель В 5 на два положения:
К (контроль рабочего тока) и И (измерение термо-э. д. с.).
Этот переключатель включает гальванометр в цепь нор­
мального элемента при установке рабочего тока и в цепь
термоэлектрического термометра при измерении іермоэ» д. с*
10. Кнопки КН1 и К Н 2 для включения гальвано­
метра при грубой и точной установке рабочего тока и
измерении. Ф иксация кнопок в нажатом положении про­
изводится их поворотом около оси. При ненажатых кноп­
ках происходит электрическое арретирование гальвано­
метра, что требуется при переноске прибора. При наж атой
кнопке КН1 (грубо) в цепь гальванометра включается
последовательно защитный резистор R2.
11. Секционированный реостат В1 с резисторами
R3 — R8, имитирующими при поверке милливольтмет­
ров сопротивление внешней линии (і?л)> соответственно
равное 0,6; 1,6; 5; 15; 16,2 и 25 Ом. При поверке авто147
матических потенциометров рукоятка реостата устанав­
ливается в положение 0.
12. Источник питания схемы И Р Н , состоя и из параллельно соединенных сухих элементов Б4
Б6, напряжением 1,2—1,6 В.
13. Сдвоенный ползунковый реостат для регулировки
напряжения И Р Н при поверке милливольтметров и потен­
циометров, состоящий из переменных резисторов R10
и R11 соответственно для грубой и точной регулировки
напряжения в пределах —1,25—0—25; —2,5—0—50 и
—5—0—100 мВ.
14. Двухполюсный переключатель В10, служащий для
изменения полярности компенсационного напряжения при
измерении отрицательных напряжений ИРН.
15. Два зажима X для присоединения к потенцио­
метру термоэлектрического термометра или поверяемого
вторичного прибора.
Кроме зажимов X потенциометр имеет дополнительные
парные зажимы Г , НЭ, Б П и Б И для подключения к нему
соответственно наружных устройств: гальванометра, нор­
мального элемента и источников питания схемы потенцио­
метра п И РН (при неисправном состоянии аналогичных
внутренних устройств.)
Д ля использования внутренних и наружных устройств
прибор снабжен переключателями В З , В 4 , В8 и В Ц ,
каждый из которых имеет два положения — В (внутрен­
ний) и Н (наружный). Включение в схемы потенциометра
и И РН источников питания производится одновременно
сдвоенным выключателем В6.
перед началом работы с прибором необходимо переключатели
ВЗ, В4, В 8 и В11 поставить в требуемое положение (В или Н),
а переключатель полярности В 10 — в положение «+ ». Корректором
нуля установить стрелку гальванометра Г на нулевую отметку шка­
лы и включить выключателем В 6 источники питания прибора.
При измерении термо-э. д. с. термоэлектрический термометр
подключают, соблюдая полярность, к зажимам X , устанавливают
переключатель В 2 (род работ) в положение «Потенциометр», а пере­
ключатель диапазонов В 7 — в одно из соответствующих положений:
«0,5» (при измерении термо-э. д. с. до 25 мВ), «х1» (до 50 мВ) или
«х2» (до 100 мВ). Затем производят установку рабочего тока,
для чего ставят переключатель В 5 в положение К (контроль) и,
вращая последовательно рукоятки реостатов R 15 (грубо) и R16
(точно) при нажатой соответственно кнопке КН1 (грубо) и КН2
(точно), устанавливают стрелку гальванометра Г на нулевую от­
метку шкалы. После этого для измерения искомой термо-э. д. с.
переводят переключатель В 5 в положение И (измерение) и враЩе1нием последовательно рукояток реостата В 9 и реохорда R50 нри
148
нажатии поочередно кнопок КН1 и К Н 2 вторично устанавливают
стрелку гальванометра на нулевую отметку. В этом случае значе­
ние измеряемой термо-э. д. с. в мВ находится как сумма отсчетов
по шкале реостата В 9 и реохорда R50, умноженная на установлен­
ную на переключателе В 7 величину диапазона измерения («Х0,5»,
« Х І » или « х 2»)|
При поверке милливольтметров или потенциометров поверяе­
мый прибор присоединяют к зажимам X и устанавливают переклю­
чатель В 2 (род работ) в положение «Поверка» на заданный ди*шазон
измерения (25, 50 или 100 мВ). Производят установку рабочего
тока указанным выше способом и переводят реостат В1 при поверке
милливольтметра в положение, соответствующее сопротивлешао
внешней линии, указанному на шкале поверяемого прибора (0,6,
1,6; 5; 15; 16,2 или 25 Ом), а при поверке потенциометра — в поло­
жение 0, Затем, вращая последовательно рукоятки реостатов R10
(грубо) и R11 (точно); плавно подводят стрелку (перо) поверяемого
прибора на заданную отметку шкалы (диаграммы) и измеряют пода­
ваемое И PH напряжение тем же путем, каким производится измере­
ние термо-э. д. с. термометра. После сравнения полученных показа­
ний находят погрешность поверяемого прибора.
Для получения на зажимах X плавно регулируемого напряже­
ния постоянного тока переключатель В 2 ставят в положение «ИPH*
на заданный диапазон измерения (25, 50 или 100 мВ) и вращением
рукояток реостатов R10 и R11 задают необходимое напряжение.
Основная погрешность А (В) потенциометра типа ПП-63
при температуре окружающего воздуха 15—30° С не пре­
вышает значения, определяемого по формуле:
Д = zh (5 • iO~*U + 0,5£/мин ),
(2-62)
где U — показание потенциометра, В;
TJмин — цена деления шкалы реохорда, В.
Потенциометр имеет панель, в которую врезаны галь­
ванометр и подвижная шкала реохорда (лимб). На панели
расположены рукоятки реохорда, реостатов, выключате­
лей, переключателей и зажимы с указанием полярности.
На дне корпуса закреплены кассеты с нормальным и су­
хими элементами и реостат с подгоночными резисторами.
Следует отметить, что кассета с нормальным элементом
крепится на шарнирах, благодаря чему при работе и
переносе потенциометра нормальный элемент занимает
вертикальное положение.
П е р е н о с н ы й п о т е н ц и о м е т р т и п а ПП70 имеет ряд конструктивных особенностей. Назначение,
класс точности и диапазоны измерений его те же, что и
потенциометра типа ПП-63. Прибор выпускается в пласт­
массовом или деревянном корпусе и обладает сравни­
тельно небольшими габаритами и массой.
149
О б р а з ц о в ы е п о т е н ц и о м е т р ы различных
типов содержат, как правило, более сложные измеритель­
ные схемы и требуют для работы с ними сиециалм/ых
навыков. Класс точности этих приборов обычно состав­
ляет 0 ,002 —0 ,02 .
. .«й:
2-8. УСТАНОВКА И ПОВЕРКА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ТЕРМОМЕТРОВ И ВТОРИЧНЫХ ПРИБОРОВ
Н а точность измерений термоэлектрическим термо­
метром большое влияние оказывают способ установки
и правильность проведения поверки термометра и вторич­
ного прибора.
а)
Установка термоэлектрических термометров и вто­
ричных приборов
Одним из основных требований, предъявляемых при
установке термоэлектрического термометра, является до­
стижение минимальной утечки тепла по его арматуре.
Д ля этого термометр возможно глубже погружается в изме­
ряемую среду, что приводит к возрастанию теиловоспринимающей поверхности, и располагается в местах с боль­
шой скоростью потока, улучшающей условия тепло­
обмена.
При установке в трубопроводах рабочий конец термо­
метра должен располагаться в середине потока, а в слу­
чае небольших диаметров трубопроводов — наклонно,
навстречу потоку. При измерении температуры выше
750 С наиболее правильным является вертикальное рас­
положение термометра, исключающее деформацию защит­
ного чехла под действием высокой температуры. В случае
горизонтальной установки защитный чехол термометра
должен поддерживаться кронштейном из шамота. В ме­
стах крепления термометра к ограждающим стенкам
недопустимы присосы воздуха или прорывы нагретых
газов наружу, что может привести к неправильным пока­
заниям и повреждению защитного чехла и головки при­
бора.
На рис. 2-41 показаны способы крепления термо­
электрического . термометра в кирпичной кладке обму­
ровки котлоагрегата, к плоской стальной стопке и к стенке
трубопровода, находящегося под давлением.
150
При измерении температуры газа могут появиться
ошибки,происходящие из-за лучистого теплообмена между
термометром и менее нагретыми поверхностями (стенками
и сводами топки и газоходов котлоагрегата, поверхностями
нагрева и т. п.), расположенными в пространстве,
где он установлен. Тепловые потери термометра, вызы­
ваемые лучеиспусканием, зависят от разности темпера­
тур между его защитным чехлом и окружающими поверх-
Рис. 2-41. Способы крепления термоэлектрических термометров.
а — в кирпичной кладке; б — к плоской стальной стенке; е — к стенке трубопровода; I — кирпичная кладка; 2 — стенка; 3 — термометр; 4 — защитный
патрубок; 5 — фиксирующее ребро патрубка; 6 = - фланец; 7 — втулка; 8 —
сальник; 9 — защитная гильза.
ностями. Чем больше эта разность, тем более интенсивен
лучистый
теплообмен,
if
Для уменьшения погрешности от лучеиспускания уси­
ливают теплоизоляцию ограждающих стенок с целью
максимального понижения разности температур между
пими и газом, а также располагают термометр в местах
со значительной скоростью потока, что улучшает условия
теплообмена.
Иногда, в частности при наладочных работах и испы­
таниях котлоагрегатов, термоэлектрический термометр
устанавливается с трубчатым экраном (одинарным, двой­
ным или тройным) или колпачком, предохраняющим
151
от прямого лучистого теплообмена с окружающими по­
верхностями.
При прокладке соединительных линий от термоэлек­
трических термометров провода защищаются от механи­
ческих повреждений, электрических помех и влияния
высокой температуры и влажности окружающей среды.
Для этого они помещаются в стальные заземленные трубы
отдельно от силовых проводов, питающих вторичные
приборы. Присоединение термомет­
ров
к
автоматическим
потенциомет­
- АП
рам производится удлиняющими про­
водами.
Для экономии удлиняющих про­
водов при подключении термометров
к многоточечному автоматическому
потенциометру паходит применение
схема с компенсационным термомет­
ром . В ней значительная часть удли­
няющих проводов заменяется более
дешевыми соединительными прово­
дами,
что
при
больших
расстояниях
М М М УП
между термометрами и потенциомет­
МММ
\
ром
дает
весьма
существенную
эко­
+
номию.
На рис. 2-42 показана схема присое­
Рис.
2-42.
Схема динения термоэлектрических термометров
Т1 — TS к трехточечному автоматическому
включения компенса­
ционного термоэлект­ потенциометру А П с применением ком­
рического термомет­ пенсационного термометра Гк, включен­
ного последовательно с основными термо­
ра.
метрами. В этой схеме свободные концы
последних с помощью удлиняющих прово­
дов УП присоединены к зажимам сборной коробки С К Л располо­
женной вблизи мест установки термометров и имеющей темпера­
туру *о* Дальнейшее соединение термометров с двухполюсным
переключателем П потенциометра выполнено обычными соедини­
тельными проводами СП. Рабочий конец компенсационного термо­
метра расположен у зажимов сборной коробки и также имеет тем­
пературу t0Свободные концы этого термометра посредством удлиняющих
проводов отнесены внутрь потенциометра и присоединены к зажи­
мам на общей колодке у расположенного здесь медного компенса­
ционного резистора /?м, имеющего температуру tM. Далее компен­
сационный термометр посредством обычных проводов включен
в измерительную цепь потенциометра последовательно с основными
термометрами. При данной схеме включения показания потенцио­
метра зависят только от температуры tu t2 и t8 рабочих концов ос­
новных термометров, так как при любом значении температуры t0
152
компенсационный термометр добавляет в измерительную цепь
термо-э. д. с. Е (t0, tM), тем самым как бы приводя свободные концы
основных термометров к температуре t M (при этом абсолютная ве­
личина температуры t0 значения не имеет). Дальнейшее приведение
свободных концов основных термометров к температуре О °С осу­
ществляется, как обычно, автоматически резистором /?м потенцио­
метра.
При измерении температуры поверхностными термо­
метрами без защитного чехла добиваются плотного при­
легания рабочего конца к поверхности тела, причем для
уменьшения отвода тепла по термоэлектродэм в окружаюI
Рис. 2-43. Способы крепления к трубе рабочего конца поверхностного
термоэлектрического термометра.
а — под винт во втулке; б — зачеканкой в отверстиях бобышки; 1 — труба;
2 — втулка с резьбой; 3 — винт; 4 — термоэлектрод; 5 — фарфоровые бусы
(изоляция); 6 — бобышка с двумя отверстиями.
щую среду участок последних длиной 100—150 мм, при­
легающий непосредственно к рабочему концу, распола­
гают по возможности в зоне измеряемой температуры.
Д ля контроля за температурным режимом поверхностей
нагрева котлоагрегата (экранных, пароперегревательных и экономайзерных труб, барабана и т. п.) приме­
няются несколько способов установки термометров. На
рис. 2-43 показано крепление рабочего конца поверхност­
ного термометра в приваренной к трубе втулке с помощью
винта и посредством зачеканки в двух отверстиях при­
варенной к трубе бобышки.
Щитовые милливольтметры и автоматические потен­
циометры должны устанавливаться в доступных и хорошо
153
освещенных местах, не подверженных действию вибра­
ции, высоких температур, пыли, влаги и агрессивных
газов, а также вдали от мощных источников переменных
магнитных полей (электродвигателей, трансформаторов
и т. п.). Корпуса автоматических потенциометров должны
быть заземлены медным изолированным проводом диа­
метром 2—3 мм. При монтаже вторичных приборов в ме­
стах, подверженных вибрации, следует применять амор­
тизаторы (пружины и упругие подкладки).
б)
Поверка термоэлектрических термометров и вто­
ричных приборов
Термоэлектрические термометры и вторичные к ним
приборы (милливольтметры и автоматические потенцио­
метры) подвергаются обычно поверке в отдельности.
Поверка технических термометров может производиться
двумя способами: путем сравнения с показаниями образ­
цового термометра и по реперным точкам равновесия фаз
химически чистых веществ *.
В первом случае поверку термометров до темпера­
туры 300° С производят в водяном и масляном термо­
статах по образцовому ртутному термометру (см. § 2-2).
В интервалах температур 300—1200 и 900—1800° С тер­
мометры поверяются в трубчатой электропечи соответ­
ственно по образцовому нлатинородий-платиновому тер­
мометру. В процессе поверки температура свободных
концов термометров поддерживается постоянной и рав­
ной 0° С при помощи термостата плавления льда.
Измерение термо-э. д. с. образцового и поверяемых
термометров производится с помощью лабораторного
потенциометра.
На рис. 2-44 приведена схема поверки промышлен­
ного термоэлектрического термометра в трубчатой элек­
тропечи. Образцовый 1 и поверяемый 2 термометры,
вынутые из защитных чехлов, вставляются рабочими кон­
цами в никелевый блок 3, помещаемый в электропечь,
состоящую из фарфоровой трубы 4, внутренним диа­
метром 20—80 мм и длиной 0,4 —1 м, обмотанной снаружи
нагревательной проволокой 5, поверх которой наложена
1
Инструкция 163-62 Госстандарта СССР по поверке техниче­
ских термопар.
154
теплоизоляция 6 с защитным кожухом 7. Никелевый блок,
служащий для выравнивания температур рабочих концов
термометров, устанавливается посередине фарфоровой
трубы, оба конца которой плотно закрываются крышками 8
из прокаленного асбеста. Регулирование температуры
в печи до заданного значения производится автотрансфор­
матором 9 *. Сила тока устанавливается по амперметру 10.
Рис. 2-44. Схема поверки промышленных термоэлектрических термо­
метров,
К образцовому и поверяемому термометрам присоеди­
няются удлиняющие провода 11, отводящие свободные
концы в термостат 12 плавления льда. Свободные концы
погружаются в лед в пробирках 13 с маслом. Посредством
медных соединительных проводов 14 и переключатели 15
термометры поочередно подключаются к потенциометру 16.
Действительная температура в печи определяется по пока­
занию образцового термометра. Число одновременно иоверяемых термометров обычно не превышает шести.
•
Регулирование температуры в электропечи может также про­
изводиться автоматически.
155
При поверке измерение термо-э. д. с. термометров
производят через каждые 100—200° С, начиная от 300° С
до конечпой температуры, соответствующей длительному
пх применению. Всего поверяется не менее четырех точек.
При достижении в печи необходимой температуры гок
в нагревательной обмотке регулируется так, чтобы ско­
рость изменения температуры в печи не превышала
0,2—0,4° С/мин. После этого последовательно отсчитывают
термо-э. д. с. всех термометров, начиная с образцового,
сначала в одном, затем в обратном порядке, причем для
каждого термометра делается не менее четырех отсчетов,
из которых находится среднее значение.
Поверка термометров по реперным точкам более трудоемка
и сложна и применяется главным образом при градуировке платинородий-платиновых термометров. Для этой цели служат: индук­
ционная печь, керамический тигель для плавки металла и охран­
ный колпачок, в который опускается рабочий конец термометра при
погружении в тигель. Температура затвердевания используемых
металлов предварительно определяется по образцовым приборам.
Поверка магнитоэлектрических милливольтметров про­
изводится путем сравнения их показаний с показаниями
образцового потенциометра х. Схема поверки милливольт­
метра показана на рис. 2-45, а. К источнику регулируе­
мого напряжения 1 типа ИРН-64, имеющему реостаты
для грубой и точной регулировки напряжения в преде­
лах 0—100 мВ, сухой элемент напряжением 1—1,5 В
и выключатель цепи источника питания, подключаются
параллельно образцовый потенциометр 2 и поверяемый
милливольтметр 3 . Последовательно с милливольтметром
включается образцовый магазин сопротивлений 4 * типа
МСР-63 с диапазоном измерений 0,01—111111,1 Ом.
Задавая источником напряжение, подаваемое на зажимы
милливольтметра, производят поверку последнего при
помощи потенциометра во всех числовых отметках шкалы,
причем для приборов со шкалой в °С на магазине предва­
рительно устанавливают сопротивление внешней соеди­
нительной линии милливольтметра /?л, при котором
градуировалась шкала 2. Поверку милливольтметра про1 Инструкция 164-61 Госстандарта СССР по поверке магнито­
электрических милливольтметров.
*
Магазин сопротивлений представляет собой набор последо­
вательно соединенных постоянных манганиновых резисторов (декад),
применяемых в качестве меры электрических сопротивлений.
2 При поверке милливольтметров с помощью переносного потен­
циометра типа ПП-63 вместо магазина сопротивлений используется
156
II
щем значении э. д. с. В каждой
>]II поверяемой отметке шкалы
делаются 1—2 отсчета показаний.
Автоматические потенциометры поверяются по показа­
ниям образцового потенциометра г. Поверка производится
по схеме, показанной на рис. 2-45, б. Поверяемый 1
и образцовый 2 потенциометры подключаются параллельно
к источнику регулируемого напряжения 3 , причем соеди­
нение от поверяемого прибора до коробки 4 выполняется
отрезком удлиняющего провода. В этом случае показа­
ния образцового потенциометра будут соответствовать
—1
ЛУ
Рис. 2-45. Схемы поверки вторичных приборов для термоэлектрп
ческих термометров.
а — милливольтметра; б — автоматического потенциометра.
термо-э. д. с. термометра при температуре свободных кон­
цов t0, равной температуре в соединительной коробке.
При поверке эта температура измеряется образцовым
или лабораторным ртутным термометром. В частном слу­
чае температура t0 может быть равна О °С, если в качестве
соединительной коробки применен термостат тающего
льда. Для предварительного прогрева поверяемого потен­
циометра он должен быть включен в сеть за 2 ч до начала
поверки.
При поверке милливольтметров и автоматических
потенциометров переносным потенциометром тина ПП-63
используется встроенный в него источник регулируемого
напряжения.
имеющийся в потенциометре набор резисторов, имитирующих со­
противление внешней линии (рис. 2-40).
1 Инструкция 166-63 Госстандарта СССР по поверке автомати­
ческих потенциометров.
Ш.
157
2-9. ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Для измерения температуры широкое применение
получили термометры сопротивления, действие которых
основапо на изменении электрического сопротивления
металлических проводников в зависимости от темпера­
туры. Металлы, как известно, увеличивают при нагреве
свое сопротивление. Следовательно, зная зависимость
сопротивления проводника от температуры и определяя
это сопротивление при помощи электроизмерительного
прибора, можно судить о температуре проводника.
Термометр сопротивления, чувствительный элемент
которого состоит из тонкой спиральной проволоки (об­
мотки), изолированной и помещенной в металлический
защитный чехол с головкой для подключения соедини­
тельных проводов, является первичным измерительным
преобразователем, питаемым от постороннего источника
тока.
I
В качестве вторичных приборов, работающих с термо­
метрами сопротивления, применяются уравновешенные и
неуравновешенные измерительные мосты и магнитоэлек­
трические логометры.
а) Основные свойства термометров сопротивления
Конечный предел измерений проволочных термометров
сопротивления, обусловленный стойкостью их при нагреве,
равен 650° С.
Достоинствами термометров сопротивления являются:
высокая точность измерения, возможность получения
приборов с безнулевой шкалой на узкий диапазон тем­
ператур, легкость осуществления автоматической записи
и дистанционной передачи показаний и возможность при­
соединения к одному вторичному прибору при помощи
переключателя нескольких однотипных термометров. К не­
достаткам этих приборов относится потребность в посто­
роннем источнике тока.
Металлы, применяемые для изготовления обмотки
термометров сопротивления, должны обладать:
устойчивостью при нагревании, в частности одно­
значностью зависимости сопротивления от температуры
и стойкостью проводника против коррозии, обеспечиваю­
щими надежность измерения;
высоким и по возможности постоянным темнературпым
коэффициентом электрического сопротивления, дающим
158
высокую чувствительность прибора и линейное изменение
сопротивления проводника от температуры;
большим удельным сопротивлением, позволяющим
изготовлять термометры малых размеров;
воспроизводимостью степени чистоты металла при
отдельных его плавках, обеспечивающей взаимозаменяе­
мость термометров.
Из числа чистых металлов наиболее пригодными для
изготовления термометров сопротивления являются пла­
тина (Pt) и медь (Си).
На рис. 2-46 дано изменение в зависимости от тем­
пературы сопротивления указанных металлов, представ­
ленное в виде отношения
сопротивлеЯ В Ш где R t
С
и
R
t'R0
ние при температуре t, а
з
при 0° С, принятое за
единицу.
г
Наилучшим материалом
для термометров сопротивле- 1
t
ния считается платина, кото­
рая обладает большой хими- о ят Z00 300 W0 500 600 °с
ческой инертностью и может
быть легко получена в чи­ Рис. 2-46. Зависимость отно­
стом виде. Она имеет доста­ сительного сопротивления пла­
точно большой температур­ тины и меди от температуры.
ный коэффициент электриче­
ского сопротивления (3,91 10~3 К -1) и высокое удельное
сопротивление (0,099 Ом •мм2/м). Конечный температур­
ный предел применения платиновых термометров сопро­
тивления из соображений механической прочности об­
мотки, изготовляемой из тонкой проволоки, ограничи­
вается 650° С.
Применяются технические (промышленные), образцовые
и эталонные платиновые термометры сопротивления. Эта­
лонные термометры служат для воспроизведения МПТПІ-68
в интервале температур от —259,34 до 630,74° С.
Степень чистоты платины характеризуется отношением
R 100/R 0, где R 0 и Л 100 — сопротивления термометра при
0 и 100° С. Для спектрально чистой платины это отноше­
ние равно 1,3925, а для платины, применяемой при изго­
товлении образцовых термометров 2-го разряда и техни­
ческих термометров, 1,391.
Сопротивление R t (Ом) платины в зависимости от
температуры t в интервале 0—650° С находится по
и
159
ф орм уле
R t = R 0( i + A t + Bt*),
(2-63)
где А и В — постоянные, определяемые при градуировке
терм ом етра.
Медь также обладает рядом положительных свойств,
позволяющих использовать ее для изготовления техниче­
ских термометров сопротивления. К достоинствам меди
относятся ее дешевизна, легкость получения в чистом виде
и сравнительно высокий температурный коэффициент
электрического сопротивления (4,26 *Ю"3 К"1). Недостат­
ками ее являются небольшое удельное сопротивление
(0,017 Ом •мм2/м) и легкая окисляемость при высоких
температурах, вследствие чего конечный предел примене­
ния медных термометров сопротивления ограничивается
температурой 180° С.
Сопротивление меди в зависимости от температуры t
в интервале —50 —180° С выражается уравнением
Я 4= Д 0(1 + а*),
(2-64)
где а — температурный коэффициент электрического со­
противления меди, К -1.
Д ля меди, применяемой при изготовлении термометров
сопротивления, отношение R 100/R 0 равно 1,426.
Сопротивление термометров при 0° С выбирается в пре­
делах 10—100 Ом. Увеличение сопротивления термометра
позволяет уменьшить погрешность измерения, связанную
с изменением сопротивления соединительных проводов
под влиянием температуры окружающего воздуха. Однако
применение термометров с более высоким сопротивлением
может привести к погрешности из-за нагрева их измери­
тельным током, так как при ограниченном размере обмотки
термометра для повышения его сопротивления необходимо
уменьшить диаметр проволоки. Измерительный ток, про­
текающий по обмотке термометра сопротивления, обычно
равен 6—8 мА.
б) Типы и характеристики термометров сопротивления
Стандартные технические термометры сопротивления
изготовляются из платины и меди *. Платиновые термо­
метры сопротивления имеют обозначение ТСП, а медные —
1 ГОСТ 6651-59. Термометры сопротивления.
5
160
ТСМ. При температуре 0° С сопротивление /?0 термо­
метров равно: платиновых 10, 46 или 100 Ом и медных
53 или 100 Ом.
В зависимости от чистоты платины или меди и тща­
тельности изготовления термометры сопротивления де­
лятся по точности на три класса. Платиновые термометры
выпускаются классов точности К -I и К -ІІ, а медные —
К-ІІ и К-ІІІ.
Градуировочные характеристики стандартных термо­
метров сопротивления типов ТСП и ТСМ (гр. 20—24)
даны в табл. 2-13.
Допускаемое отклонение температуры At (°С) от гра­
дуировочного значения при измеряемой температуре t
(°С) определяется по формулам:
а) термометры типа ТСП классов точности К -I и K-II
Д*к-і = ± (0,15 + 3- 10гН);
Д*к-и = ± (0,3 + 4,5 • 10-3*);
(2-65)
(2-66)
б) термометры типа ТСМ классов точности K -II и K -III
Д£к-и = ± (0,3 + 3,5 • 10-3*);
Дгк-іи=*— (о.з+ 6 •10-Н).
(2-67)
(2- 68)
Инерционность термометров сопротивления, определяе­
мая так же, как и инерционность термоэлектрических
термометров, делит их на три группы: малоинерционные
(до 9 с), со средней инерционностью (до 1 мин 20 с)
и с большой инерционностью (до 4 мин).
в) Устройство термометров сопротивления
Термометры сопротивления имеют специальную арма­
туру» сходную в основном с арматурой термоэлектриче­
ских термометров (см. § 2-4). Арматура состоит из электро­
изоляции, защитного чехла и головки для присоединения
внешних проводов. Арматура изолирует чувствительный
элемент (обмотку) термометра, защищает его от вредного
действия окружающей среды, обеспечивает необходимую
прочность термометра и возможность закрепления его
в месте установки.
Термометры сопротивления бывают одинарные и двой­
ные, т. е. с одним и двумя чувствительными элементами.
В последнем случае в общем защитном чехле расположены
6
Мурин Г. А.
161
Таблица
ад у*
ючные характеристики термометров сопротивления
Медный термометр
типа ТСМ
Платиновый термометр типа
ТСП
Я
U *с
t9 °С
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
560
580
600
620
640
650
10,000
10,791
11,578
12,360
13,137
13,910
14,678
15,441
16,200
16,954
17,703
18,448
19,188
19,923
20,653
21.379
22,100
22,817
23,529
24,236
24,938
25,636
26,329
27,018
27,701
28.380
29,055
29,725
30,390
31,050
31,706
32,357
33,003
33,325
46.00
49.64
53.26
56.86
60.43
63.99
67.52
71,03
74.52
77.99
81.43
84.86
88.26
91.64
95.00
98,34
100,00
107,91
115.78
123,60
131.37
139,10
146.78
154,41
162,00
169.54
177.03
184,48
191,88
199,23
206,53
213.79
101,66
221,00
104,96
108,23
111,48
114.72
117,93
121,11
124,28
127,43
130,55
133,65
136.73
139,79
142.83
145,85
148.84
151,81
153,30
228.17
235.29
242.36
249.38
256.36
263.29
270.18
277,01
283.80
290.55
297.25
303,90
310,50
317,06
323,57
330.03
333.25
гр. 23
гр. 24
Сопротивление, Ом
Сопротивление, Ом
О
2-13
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
53.00
54.13
55,26
56,39
57,52
58,65
59,77
60,90
62,03
63,16
64,29
65,42
66,55
67,68
68,81
69,93
71,06
72,19
73,32
74,45
75,58
76,71
77,84
78,97
80,09
81,22
82,35
83,48
84,61
85,74
86,87
88.00
89.13
90,25
91,38
92,51
93,64
100,0
102,13
104,26
106,39
108,52
110,65
112,78
114,91
117,04
119,17
121,30
123,43
125,56
127,69
129,82
131,95
134,08
136,21
138,34
140,47
142,60
144,73
146,86
148,99
151,12
153,25
155,38
157,51
159,64
161,77
163,90
166,03
168,16
170,29
172,42
174,55
176,68
два одинаковых чувствительных элемента, подключаемых
к двум отдельным вторичным приборам, установленным
в разных местах. Д ля закрепления термометров в месте
установки они имеют подвижный или неподвижный шту­
цер с резьбой. Длина чувствительного элемента у плати­
новых термометров сопротивления составляет 30—120
и у медных 60 мм.
На рис. 2-47 показано устройство платинового термо­
метра сопротивления типа ТСП-5071, предназначенного
для изме(іения температуры
жидкости, газа и пара в
750° С.
диапазоне - 260
виброустойчиТермометр
вый, выпускается одинарным
или двойным, градуировоч­
ных характеристик гр. 21 и
гр. 22, класса точности К -ІІ.
Чувствительный элемент тер­
мометра представляет собой
платиновую спираль 1 из тон­
кой проволоки, помещенную
в многоканальную фарфоро­
вую трубку 2 с капиллярны­
ми отверстиями. С торцов
трубка плотно закрыта проб­
ками 3 и 4. Каналы трубки
О 10
со спиралями дополнительно f i i l i
8
2
заполнены керамическим по­
рошком 5, который одновре­ ISiSi
менно изолирует и поддер­
І б)
живает спираль. К концам
спирали припаяны выводные
Рис. 2-47. Платиновый термо­
провода 6 .
метр
сопротивления
типа
Чувствительный элемент ТСП-5071.
термометра вставлен в за* а — чувствительный элемент; б
щитный чехол 7 наружным защитная арматура.
диаметром 10 мм, изготовлен­
ный из стали 0X13 или Х18Н10Т. Выводные провода
изолированы фарфоровыми бусами 8 и 9. Свободное про­
странство защитного чехла заполнено окисью алюминия 10.
С помощью стальной втулки 11 защитный чехол присоеди­
нен к водозащищенной бакелитовой головке 12. В го­
ловке выводные провода припаяны к двум винтовым за­
жимам для подключения внешних проводов и уплотнены
6*
163
герметизирующей мастикой 13 *. Термометр имеет шту­
цер 14 для крепления.
Для термометра с подвижным штуцером допускаемое
условное давление среды равно 0,4 и с неподвижным
6.4 МПа. Термометр с неподвижным штуцером может быть
установлен в защитной гильзе на допускаемое условное
давление среды 25 или 50 МПа **. Монтажная длина L
термометра зависит от положения штуцера и составляет
120—2000 мм. Инерционность термометра равна 40 с,
а в защитной гильзе 2 мин.
При установке термометра без защитной гильзы до­
пускаемая скорость среды составляет для воды 15 и
пара 25 м/с. В случае применения защитных гильз на услов­
ное давление 25 и 50 МПа допускаемая скорость среды
соответственно равняется для воды 20 и 100 , а для пара
40 и 120 м/с.
Для измерения температуры жидкости применяется
двойной виброустойчивый платиновый термометр сопро­
тивления типа ТСП-712 градуировочной характеристики
гр. 21, класса точности К -ІІ. Инерционность термометра
15 с. Диапазон измерения температуры —50 — 400° С.
Термометр рассчитан на условное давление жидкости
2.5 МПа и имеет защитный чехол диаметром 10 мм, изго­
товленный из стали Х18Н10Т. Д ля установки термометр
снабжен подвижным или неподвижным штуцером. Монтаж­
ная длина термометра 60—630 мм. Термометр имеет водо­
защищенную алюминиевую головку с четырьмя эажимами
для присоединения внешних проводов. Размеры головки
75 X 73 X 50 мм.
Платиновый термометр сопротивления типа ТСП-І
(рис. 2-48) градуировочной характеристики гр. 21 и класса
точности К -ІІ служит для измерения температуры жид­
кости, газа и пара в диапазоне 0—500° С. Термометр имеет
защитный чехол наружным диаметром 21 мм, изготовлен­
ный из стали 20 или Х18Н10Т и рассчитанный на условное
давление 4 МПа. Инерционность термометра 4 мин.
Установка его производится с помощью неподвижного
штуцера. Монтажная длина термометра 160—1250 мм.
*
Двойные термометры сопротивления имеют в головке четыре
зажима.
** Конец защитного чехла термометра, предназначенного для
установки в защитной гильзе на условное давление 50 МПа, имеет
на длине 60 мм наружный диаметр 8,4 мм.
164
Термометр снабжен алюминиевой головкой о размерами
90 X 75 X 49 мм.
Платиновый термометр сопротивления типа ТСП-V III
имеет те же характеристики и размеры, что и термометр
Рис. 2-48. Платиновый тер­
мометр сопротивления ти­
па ТСП-1.
Рис. fc2-49. Медный термо­
метр ь сопротивления типа
ТСМ-5071..
а
в
с подвижным штуцером;
е неподвижным штуцером.
типа ТСП-I. От последнего он отличается только нали­
чием двойного чувствительного элемента.
Медный термометр сопротивления типа ТСМ-5071,
устройство которого дано на рис. 2-49, является виброустойчивым термометром градуировочных характеристик
гр. 23 и гр. 24, класса точности K -III. Термометр предна­
значен для измерения температуры жидкости, газа и пара
в диапазоне —50 —150° С; имеет чувствительный эле165
мент 1 в виде бескаркасной бифилярной обмотки 1 из тон­
кого изолированного медного провода, покрытой снаруж и
фторопластовой пленкой. Ч увствительны й элемент поме­
щен в защитный чехол 2 наруж ны м диаметром 10 мм,
изготовленный из стали 0X13. Выводные медные провода
изолированы двухканальны м и фарфоровыми бусами 3.
В верхней части термометра располож ена водозащищенная
бакелитовая головка 4 с двум я заж имам и. Термометр
выпускается с подвижным 5 или неподвижным 6 штуце­
ром и имеет защ итный чехол, рассчитанный на условное
давление среды 6,4 М Па. Д л я термометра с подвижным
штуцером допускаемое условное давление равно 0,4 МПа.
Термометр с неподвижным ш туцером может быть установ­
лен в защитной гильзе на условное давление 25 или
50 МПа *. М онтаж ная длина термометра выполняется
в пределах 120—2000 мм. И нерционность его составляет
40 с, а с применением защ итной гильзы 2 мин. П ри уста­
новке термометра без защитной гильзы допускаем ая скорость воды и п ара соответственно составляет 15 и 25,
а с применением защ итной гильзы 20 и 40 м/с.
Медный термометр сопротивления типа ТСМ-Х граду­
ировочной характеристики гр. 23 и класса точности К -ІІІ
служ ит д ля измерения температуры ж идкости и газа в
диапазоне — 50 — 100° С. Ч увствительны й элемент тер­
мометра помещен в защ итный чехол с неподвижным шту­
цером, изготовленный из стали 20 и Х 18Н 10Т и рассчи­
танный на условное давление среды 4 М Па. Н аруж ны й
диаметр защ итного чехла 14 мм. К концам обмотки чув­
ствительного элемента припаяны выводные провода, изо­
лированные фарфоровыми бусами, соединяющ ие обмотку
с зажимами в головке термометра. М онтаж ная длина тер­
мометра 8 0 —1250 мм, инерционность 4 мин.
Медный термометр сопротивления типа ТСМ-Х I имеет
те ж е характери сти ки , что и термометр типа ТСМ -Х. Он
вы пускается без головки со специальной заделкой вывод­
ных проводов. Защ итны й чехол его наруж ны м диаметром
10 мм иэготовлен из латун и Л 63. Д л я установки термометр
снабж ен неподвижным ш туцером. М он таж н ая дли на термо­
1 Бифилярная обмотка является безындукционной, так как
ременно
___
посередине.
* щ*
* Конец защитного чехла термометра, предназначенного для
установки в защитной гильзе на условное давление 50 МПа, имеет
на длине 60 мм наружный диаметр 8,4 мм.
166
метра 100—320 мм. К выводным проводам его присоединен
отрезок двухжильного провода длиной 300 мм.
Измерение температуры воздуха в помещениях произ­
водится с помощью виброустойчивых медных термометров
сопротивления типов ТСМ-010 (одинарный) и ТСМ-020
(двойной) градуировочной характеристики гр. 23, класса
точности К -ІІІ. Диапазон измеряемой температуры—50 #
-т- 100° С. Защитная арматура термометров выполняется
из стали 20. Чувствительный элемент помещен в перфо­
рированную гильзу, соединенную с водозащищенной го­
ловкой, снабженной фланцем для крепления и крышкой
на винтах. Габариты термометра 188 X 64 X 58 мм и
инерционность 2,5 мин. Термометр закрепляется на вер­
тикальной поверхности посредством фланца и четырех
винтов К
г) Полупроводниковые термометры сопротивления
Наряду с термометрами сопротивления из металличе­
ских проводников для измерения температуры находят
также применение полупроводниковые термометры сопро­
тивления — терморезисторы2, изготовляемые из по­
рошкообразной смеси окислов некоторых металлов: меди
(Си20 3), марганца (Мп20 3), кобальта (СоО), никеля (NiO)
и др., спрессованной и спеченной при высокой температуре.
Т е р м о р е з и с т о р ы , представляющие непроволоч­
ные объемные нелинейные резисторы различной формы
(цилиндрические, шайбовые и др.), в отличие от металли­
ческих резисторов имеют отрицательный температурный
коэффициент, т. е. при нагревании уменьшают свое сопро­
тивление. При температуре 50° С и ниже значение их
температурного коэффициента в 5 —10 раз больше, чем
у металлов, что дает сравнительно большое изменение со­
противления в зависимости от температуры.
Сопротивление терморезистора R (Ом) определяется по
формуле
(2-69)
1 Кроме перечисленных иаготовляются термометры сопротивле­
ния типов: для жидкости и газа — ТСП-995М (при атмосферном
давлении); для жидкости, газа и пара — ТСП-6097 и ТСМ-6097
(до 0,4 и 4 МПа); для подшипников — ТСМ-148; для воздуха по­
мещений— ТСМ-6114, а также и другие типы термометров,
а ГОСТ 10688-75. Терморезисторы.
167
номинальное сопротивление терморезистора при
температуре Т0 = 293 К (20° С), Ом;
основание натуральных логарифмов;
е
постоянная, зависящая от свойств полупровод­
В
ника, К;
Т — температура терморезистора, К .
Кроме того, терморезисторы имеют значительное удель­
ное электрическое сопротивление, что позволяет получать
из них компактные и малоинерционные термометры с боль­
шим сопротивлением (1—1000 кОм) и, следовательно, не
учитывать влияние изменений тем­
пературы окружающего воздуха
на сопротивление линий, соединя­
ющих термометры со вторичными
приборами.
Наиболее распространены для
измерения и регулирования тем­
пературы терморезисторы типов
КМТ (смесь окислов кобальта и
марганца) и ММТ (смесь окислов
меди и марганца). Первый из них
обладает более высокой темпера­
турной чувствительностью, харак­
Рис. 2-50. Зависимость теризуемой температурным коэф­
относительного
сопро­ фициентом сопротивления. Изме­
тивления терморезисто­ нение отношения R t/R 0 от темпе­
ров от температуры.
ратуры для терморезисторов этих
типов представлено на рис. 2-50.
На этом же графике приведена для сравнения характе­
ристика медного термометра сопротивления типа ТСМ.
где R В
Цилиндрические терморезисторы типов КМТ-1 и ММТ-1
(рис. 2-51, а), предназначенные для работы в сухом воздухе, имеют
соответственно при температуре 20° С номинальные сопротивления
22—1000 и 1—220 кОм. Первый из них применяется до темпера­
туры 120, а второй 125° С. Их габариты: диаметр 2 и длина 12 мм.
Масса терморезисторов 0,6 г и инерционность 1 мин 25 с. Два дру­
гих типа цилиндрических терморезисторов — КМТ-4 и ММТ-4
(рис. 2-51, б) имеют те же номинальные сопротивления и применя­
ются до температуры 125° С. Они заключены в плотный металли­
ческий защитный чехол и служат для работы во влажном воздухе.
Габариты терморезисторов: диаметр 4 и длина 30 мм. Масса 2,5 г
и инерционность 1 мин 55 с.
Шайбовый терморезистор типа ММТ-13 (рис. 2-51, в) предназ­
начен для измерения температуры до 125° С в сухом воздухе. При
температуре 20° С номинальное сопротивление его 10—2200 Ом.
Терморезистор состоит из полупроводниковой шайбы диаметром
9,5 мм. Масса его 1 г.
168
Терморезисторы обладают большим постоянством элек­
трических свойств, однако степень воспроизведения их
сопротивления недостаточно надежна; отклонение сопро-
Рис. 2-51. Терморезисторы.
а — цилиндрические типов KMT-1 и ММТ-1:
б — цилиндрические защищенные типов KMT-4
и ММТ-4;
MMT-4; в — шайбовый типа ММТ-13; 1 —
полупроводниковый элемент; 2 — контактный
колпачок; з — вывод.
устроиств.
2-10. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ
При измерении температуры термометрами сопротив­
ления, а также при определении других неэлектрических
величин находят широкое применение уравновешенные и
неуравновешенные измерительные мосты.
а) Принцип действия уравновешенного моста
Схема уравновешенного измерительного моста показана
на рис. 2-52, а. Мост состоит из четырех резисторов (плеч),
образующих две параллельные ветви: асЬ и adb.
Два плеча моста R1 и R2 имеют постоянные и точно
известные сопротивления. Третье плечо R3 состоит из
градуированного переменного резистора (реохорда) и чет­
вертое — из термометра сопротивления R T и сопротивле­
ния двух проводов соединительной линии R„. В диагональ
моста аЪ включен источник питания Б постоянного тока,
а в диагональ cd — нулевой гальванометр Г и кнопка К.
При измерении температуры, перемещая движок е по
реохорду R3, приводят мост в состояние равновесия, при
котором ток / 0 в диагонали cd будет равен нулю, на что
укажет стрелка гальванометра. В этом случае потенциалы
s
в вершинах моста c u d равны и ток / от источника питания
разветвляется в вершине а моста на две части /х и / 2, вы-
Рис. 2-52. Принципиальные схемы уравновешенных
измерительных мостов.
а — с изменением сопротивления плеча; б = с изменением
отношения сопротивлений плеч.
8ывающие одинаковое падение напряжения на плечах
R1 и R23 т. е.
Поскольку падения напряжения на плечах моста R3
и R T + і?л также равны, имеем:
I 3 R 3 = I t (RT“Ь Rn).
Разделив первое равенство на второе, получим:
/з ^ з
= ---- _2^2___
*т(Ят + ^л) #
(2-70)
Щ)
При / 0 = 0 имеем: / х « / 8 и / 2 = / т.
Тогда уравнение (2-70) принимает вид:
(Дт+ Дл) = Д 2Д8-
(2-71)
Таким образом, при равновесии моста произведения
сопротивлений противолежащих плеч равны.
170
Из уравнения (2-71) искомое сопротивление термо­
метра равно:
R T—
—R a.
(2-72)
Отношение сопротивлений R 2/R i (плеч отношения),
а такж е сопротивление соединительной линии і?л для
данного моста — величины постоянные, поэтому каждому
значению R T соответствует определенное сопротивление
реохорда R 3 (плеча сравнения), ш кала которого может
быть градуирована в Ом сопротивления R T или для опре­
деленного типа термометра согласно формулам (2-63) или
(2-64) — непосредственно в °С.
Д л я приведения моста в состояние равновесия более
удобным является не изменение сопротивления его рео­
хорда R 3 (рис. 2-52, а), а изменение при помощи реохорда
R p (рис. 2-52, б) отношения сопротивлений
В этом
случае исключается возможная погрешность измерения
из-за меняющегося переходного сопротивления подвиж­
ного контакта е на переменном плече R 3, так как этот кон­
такт (а на реохорде R p) переносится в диагональ моста abt
т. е. в цепь источника питания, где изменение сопротив­
ления контакта не оказывает влияния на точность изме­
рений *. В зависимости от положения движка а реохорда R p
сопротивления его частей суммируются: гх — с R u а г2 —
с /?2. Тогда уравнение (2-72) получает вид!
Я , '=
R ,-R n .
(2-73)
Схема уравновешивания моста путем изменения отно­
шения сопротивлений плеч (рис. 2-52, б) находит широкое
применение.
Изменение сопротивления соединительной линии в за­
висимости от температуры окружающего воздуха влияет
на точность измерения температуры термометрами сопро­
тивления. Д л я уменьшения или устранения этой погреш­
ности применяются: введение к показанию прибора поправ­
ки, определяемой в соответствии с уравнениями (2-43) и
(2-72) или (2-73) расчетным путем} сведение этой погреш­
ности к заранее вадапной допускаемой путем выбора не1 Подвижный контакт может быть перенесен также в вершину
моста с, т, е, в цепь нулевого гальванометра t
171
обходимого сечения и длины соединительной линии; вы­
полнение трехпроводной схемы вклю чения термометра
в мост.
' -5
Уравновешенный мост с трехпроводной схемой включения термометра показан на рис. 2-53. Применение
третьего соединительного провода аЬ перемещает одну из
I I
I
I ■ !в1 головку термометра,
H i
вершин моста непосредственно
в результате чего уменьшается вдвое сопротивление линии,
входящее вместе с термометром в измерительное плечо мос­
та, и поэтому частично понижается
в
возмож ная погрешность измерения.
При равенстве сопротивлений по­
стоянных плеч R1 и R 2 (симметрич­
ный мост) применение трехпроводной
схемы полностью исключает влияние
сопротивления Нл. Действительно,
в этом случае при равновесии моста
уравнение (2-71) принимает вид
(Лт Ч~ 0,5/?л) = И г (Л, -f- 0,5Дл)*
'(2-74)
ли после сокращ ения
R
R
(2-75)
Уравновеш енный мост, основанный. как
потенциометр, на нулеРис. 2-53. Трехпро­
вом методе измерения, обеспечивает
водная схема вклю­
чения термометра со­
достаточно высокую точность. К ак
противления в мост.
идно из уравнений (2-72) и (2-73),
изменения н ап ряж ен и я источника
питания не отраж аю тся на результатах измерения этим
прибором, что является большим его достоинством. Од­
нако с понижением н ап р яж ен и я в верш инах моста,
к которым подключен источник питания, чувствитель­
ность моста пониж ается, так к а к при том ж е изменении
сопротивления термометра к нулевому гальванометру
подводится меньшее напряж ение разбаланса.
Уравновешенные мосты бывают автоматические (про­
мышленные) и лабораторные (переносные и образцовые).
Они ш ироко применяю тся д л я измерения температуры и
сопротивления в лабораторной и производственной прак­
тике, а такж е д ля определения градуировочной характе­
ристики и поверки термометров сопротивления.
172
I
б) Автоматические уравновешенные
мосты
При измерении температуры техническими термомет­
рами сопротивления в комплекте с ними обычно работают
автоматические электронные показывающие и самопишу­
щие уравновешенные мосты, имеющие ту же структурную
схему (рис. 2-33), кинематику и конструкцию, что и авто­
матические электронные потенциометры (см. § 2-7).
В настоящее время одновременно с автоматическими
потенциометрами ГСКБ СКА разработаны и выпускаются
промышленностью автоматические уравновешенные мосты
новых серий: КС (компенсирующие самопишущие и пока­
зывающие), КП (компенсирующие показывающие с плос­
кой шкалой) и КВ (компенсирующие показывающие с циндрическим
циферблатом)
вы­
полняются одно- и многоточечными и могут иметь встроен­
ное сигнализирующее устройство. Класс точности
0,25—1.
Автоматическ
е
уравновешенные
м о с т ы выпускаются следующих типов: KCM4 — полногабаритный с диаграммной лентой, KCM3 — малогаба­
ритный с диаграммным диском, КСМ2 — малогабаритный
с диаграммной лентой, КСМ1 — миниатюрный с диаграм­
мной лентой, КПМ1 — миниатюрный с плоской шкалой
и КВМ1 — миниатюрный с вращающимся цилиндричеферблатом (шкалой) г. Эти приборы сходны по
своему устройству с соответствующими автоматическими
потенциометрами типов КСП4 (рис. 2-36), КСПЗ, КСП2
(рис. 2-38), КСП1, КПП1 и КВП1 (рис. 2-39).
На рис. 2-54 показана принципиальная схема автома­
тического уравновешенного моста типа КСМ4 с термомет­
ром сопротивления R T, присоединенным по трехпроводной
схеме. В измерительную схему прибора, являющуюся типово
автоматических мостов, включены: уравновешивающий реохорд R p; унтирующий резистор R m, огра­
пичиваюший
Denxnr
ничивающий ток реохорда;
резисторы R a и Л„, определяю­
щие соответственно начальное и конечное значения (диа­
пазон показаний) шкалы; резисторы (спирали) гн и гк,
предназначенные для точной подгонки шкалы и являю­
щиеся частями резисторов R n и Д к; постоянные плечи
1
Указанные автоматические уравновешенные мосты соответ­
ственно заменяют устаревшие приборы типов ӘМП. ӘМЛ MCI
(МСРІ), МСМ2 (МСМР2), МП4 (МЦР4) и ӘМВ2.
Д
173
моста R1 и R 2\ переменное плечо моста — термометр со­
противления i? T; балластный резистор /?б> ограничиваю­
щий протекающий через плечи моста ток с целью обеспечения минимального нагрева термометра сопротивления;
подгоночные резисторы R nl Л П2, доводящ ие сопротивле­
ние каж дого из двух проводов соединительной линии Д л
до значения 2,5 Ом (Лл = 5 Ом), принимаемого при градуи­
ровке ш калы автоматических уравновеш енны х мостов.
Усиление н ап р яж ен и я разбалан са измерительной схемы
производится электронным усилителем переменного тока
Э У , включенным в диа­
а
гональ аЪ. Питание из­
мерительной схемы просходит через диагональ
cd переменным током
напряж ением 6,3 В, ча­
стотой 50 Г ц от силово­
го трансформатора элек­
тронного усилителя.
Д ля
перемещения
подвиж ной к ар етк и е отРис. 2-54. Принципиальная
схема автоматического урав­
новешенного
моста типа
KGM4.
счетного устройства ОУ с располож енными на ней токо­
съемным движ ком реохорда R p, указателем и пером слу­
ж и т асинхронны й реверсивный м икродвигатель Р Д , под­
ключенный к вы ходу электронного уси ли теля. П ривод
диаграммной ленты отсчетного устройства осущ ествляется
синхронным микродвигателем СД.
П ри разбалансе изм ерительной схемы вследствие изме­
нения тем пературы (сопротивления) термометра R T в диа­
гонали аЪ моста п о яв л яется н ап р яж ен и е переменного тока,
которое после усиления в электронном усилителе застав­
л яет реверсивный двигатель переместить подвиж ную к а­
р етку е отсчетного устройства вместе с дви ж ком реохорда
в ту или другую сторону до н аступ лен и я нового состояния
равновесия схемы. П осле этого реверсивны й двигатель
останавливается.
Расчет измер
уравновешенного моста
образом.
174
тельной
(рис. 2-54)
с х е м ы автоматического
производится следующим
но заданным значениям
ЩШШЩ____I_____ Щ_____
туры диапазона показаний прибора и типу термометра сопротивле­
ния по градуировочной характеристике последнего находятся зна­
чения сопротивлений термометра для начала RT.н и конца /?*.к
шкалы.
' •/.
Для получения наибольшей чувствительности уравновешенного
моста выбирается попарно равноплечий (симметричный) мост,
у которого
Ro= R и Ri «а RT.
Сопротивления плеч моста R 2 и R 3 обычно заданы в пределах
100—400 Ом. Наиболее часто их значение принимается равным
300 Ом.
Эквивалентное сопротивление R 3 реохорда с шунтирующим
резистором R m также является заданным, равным 90, 100 или
300 Ом (преимущественно 90 Ом). Таким образом, величина R m
зависит от сопротивления реохорда и определяется при подгонке
последнего вместе с іпунтом до величины Лэ.
Принимается сопротивление резистора /?н, определяющего на­
чальное значение шкалы моста равным 4—10 Ом (обычно 4,5 Ом).
Определяется сопротивление плеча моста R x по формуле
Д
т
.н
+
Д
н
—Яг—0,5І?Л
±
N
R
(2-76)
2
где
ІУ= К (Л 2+ 0 ,5 Д л —R т.н
Яп)а+
Находится приведенное сопротивление R n цепи реохорда,
состоящее из соединенных параллельно сопротивлений реохорда
/?р, резисторов Яга и Як. Для этого из условия равновесия измери­
тельной схемы моста соответственно для левого и правого крайних
положений движка реохорда составляются уравнения
(Ят. к
0,5і?л + Ян) /?2 = (Z?i+0,5i?Ji) (Я з+ Я п);
(Ят.н+ 0,5І?Л+ і?н+ Rn) R2= (Rt+ 0,5Лл) R3.
После вычитания второго уравнения из первого и решения полу­
ченного выражения относительно R n образуется зависимость
R 2 (Rt. к ~ і?т. н)
Яп
(2-77)
Я і + Д 2+ 0 ,5 Д л *
Находится сопротивление резистора /?к, определяющего конеч­
ное значение шкалы моста:
ЯК
(2-78)
Яэ - Я п *
Принимается максимальное значение тока / Макс» протекаю­
щего через термометр сопротивления равным 0,007 А.
Вычисление сопротивления балластного резистора R q может
быть выполнено по формуле
Яб
21макс
(2-79)
где U — напряжение питания измерительной схемы моста, равное
6,3 В*
175
Однако обычно сопротивление резистора Re без вычисления при­
нимается равным 450 Ом.
Автоматический
малогабаритный
у р а в н о в е ш е н н ы й м о с т т и п а КСМ2, так же
как и соответствующий ему автоматический потенциометр
типа КСП2 (рис. 2-38, б), является показывающим и само­
пишущим прибором с длиной линейной шкалы и шириной
Рис. 2-55. Электрическая схема трехточечного автоматического
уравновешенного моста типа КСМ2.
диаграммной ленты 160 мм. Прибор выпускается на 1, 3, 6
или 12 точек измерения температуры. Основная погреш­
ность его показаний ± 0 ,5 и записи ± 1 % . Вариация по­
казаний не превышает половины основной погрешности.
Время пробега кареткой всей шкалы 2,5 или 10 с. Скорость
перемещения диаграммной ленты от 20 до 2400 мм/ч.
Одноточечный прибор может иметь встроенное сигнали­
зирующее устройство с пределами установки задания
5—95% шкалы и разрывной мощностью контактов 50В -А.
Погрешность срабатывания сигнализирующего устройства
dzl% диапазона показаний.
176
На рис. 2-55 показана электрическая схема трехточеч­
ного уравновешенного моста типа КСМ2. Для поочередно­
го автоматического переключения присоединенных к при­
бору по трехпроводной схеме однотипных термометров
і?ті — і?тз служит "двухполюсный щеточный переключа­
тель П на три точки измерения. Усиление напряжения
разбаланса измерительной схемы производится электрон­
ным полупроводниковым усилителем ЭУ. В отличие от
полупроводникового усилителя, применяемого в автома­
тических потенциометрах, входное устройство его не имеет
вибропреобразователя. В остальном схемы усилителей
одинаковы.
Питание измерительной схемы прибора осуществляется
от силового трансформатора усилителя ЭУ переменным
током напряжением 6,3 В, частотой 50 Гц. К выходному
каскаду усилителя присоединены резистор обратной связи
До.с и чеРез конденсатор С1 — обмотка управления асин­
хронного реверсивного микродвигателя РД. Обмотка воз­
буждения этого двигателя подключена через фазосдвигаю­
щий конденсатор С2 и ослабляющий помехи конденсатор
СЗ к сети переменного тока.
Двигатель РД с помощью тросика перемещает вдоль
шкалы отсчетного устройства ОУ подвижную каретку а
с расположенными на ней движком реохорда і?р, указа­
телем и записывающим (печатающим) механизмом. Пере­
мещение в приборе диаграммной ленты общей длиной
20 м, сматываемой с рулона, и привод переключающего
термометры и печатающего механизмов производится син­
хронным микродвигателем СД через редуктор. В схеме
прибора с временем пробега кареткой шкалы 2,5 с для
успокоения ротора двигателя РД применен тахометрический мост.
Все элементы измерительной схемы прибора размещены
на выдвижном кронштейне с телескопическими направляю­
щими, укрепленными на стенках внутри прямоугольного
корпуса, и соединены между собой в основном печатным
монтажом.
Питание уравновешенного моста производится от сети
переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц через
выключатели В1, В2 и предохранитель Пр. Потребляемая
прибором мощность 30 В -А. Изменение напряжения пита­
ния на ± 10 % номинального не вызывает дополнительной
погрешности измерения. Допускаемые значения темпера­
туры окружающего воздуха 5—50° С и относительной влаж177
ности 30—80%. Изменение температуры окружающего
воздуха от 20° С в указанных пределах вносит на каждые
10° С дополнительную погрешность ± 0 ,1 % . Габариты
прибора 240 X 320 X 480 мм и масса 17 кг.
Шкалы автоматических мостов выполняются как на­
чинающимися с нуля, так и безнулевыми и градуируются
при сопротивлении основных соединительных проводов
5 Ом (сопротивление каждого провода 2,5 Ом).
Характеристики шкал автоматических уравновешен­
ных мостов даны в табл. 2-14.
Т а б л и ц а 2-14
Характеристики шкал автоматических уравновешенных мостов
Тип
термометра
ТСП
(#о:= 10 Ом)
ТСП
(По = 46 Ом)
ТСП
(Я0-= 100 Ом)
Градуиро­
вочная
характери­
стика
Диапазон показаний! СС
гр. 20
0 - -300; 0—400; 0—500; 0—650; 300—650
гр. 21
0--100; 0—150; 0—200; 0 300; 0 400;
0—500; 200—500
0- -50; 0—100; 0—150; 0—200; 0—300;
0—400; 0—500; 200—500
0- -50; 0—100; 0—150; 0—180; 50—100;
0 - -60,4 (для измерения вакуумметрического давления пара)
0--2 5 ; 0—50; 0—100; 0—150; 0—180;
50—100
*
шщ
гр. 22
тем
гр. 23
тем
гр. 24
(Яо-= 53 Ом)
(Ко-= 100 Ом)
Для точного измерения сопротивления термометров
применяются лабораторные (переносные и образцовые)
уравновешенные мосты постоянного тока типов МОД-61,
МО-62, М0-70 и др. Эти мосты используются в электро­
измерительной практике при измерении сопротивлений.
Описание их дается в учебниках по электрическим изме­
рениям.
в) Неуравновешенные измерительные мосты
Неуравновешенный мост (рис. 2-56) из-за невысокой
точности применяется только для промышленных измере­
ний. В три плеча включены постоянные резисторы R l —RS ,
а в четвертое — в зависимости от положения переключа­
теля П — термометр сопротивления R T с соединительной
линией і?л (положение И) или контрольный резистор /?к
178
(положение К). К диагонали моста аЪ подключаются источ­
ник постоянного тока В и реостат R для установки рабо­
чего тока, а к диагонали cd— милливольтметр mV с внут­
ренним сопротивлением R M.
При измерении переключатель П ставится в положе­
ние И (измерение); тогда в зависимости от величины Нт+
+ Ил, определяющей собой разность потенциалов на вер­
шинах
моста с и d9 через
R
к
рамку милливольтметра потечет
ток / м и указательная стрелка
прибора отклонится на соответ­
ствующий угол.
Допустим, что мост находится
в состоянии равновесия при тем­
пературе измеряемой среды 0° С.
а
b
Повышение температуры нарушит
это равновесие из-за увеличения
сопротивления термометра R T и
вызовет появление тока в диаго­
нали cd. Этот ток, а следовательно,
и отклонение стрелки милливольт­
метра будут тем больше, чем силь­
нее нарушится равновесие моста,
т. е. чем выше поднимется темпе­
ратура термометра.
Сила тока / м, проходящего
через милливольтметр, выражает­
ся уравнением
Рис. 2-56. Схема неурав­
Iм
U аЪ
новешенного измеритель­
ного моста.
[-^2-^3—-^1 ( R t Ч~Дл)1
К
где UаЬ — разность потенциалов на вершинах моста а и 6 ;
К — многочлен, определяемый по формуле
К — Я м (Д
Ч ” Д і-^ 8 ( Д
2+
2Ч " Д
т Я | Я л ) ( - ^ 1 “ Ь ^ з ) “Ь
Д т + Д л ) + Д г ( Д т + Д л ) (Д 1 +
Д з).
Для определенного моста сопротивления его плеч
R l — R3, а также R M и і?д постоянны. Разность потен­
циалов Uab в процессе работы прибора также поддержи­
вается постоянной. При этих условиях уравнение (2-80)
принимает вид:
*м —/ (Дт)*
(2-81)
179
При небольших значениях R T выражение (2-81) дает
примерно линейную зависимость, так как в уравнении
(2-80) при этом заметно меняется только числитель. Однако
с увеличением RT в этом выражении начинает расти и зна­
менатель. Поэтому шкала милливольтметра, равномерная
впачале, сильно сжимается к концу.
Из уравнения (2-80) видно, что ток / м (угол отклонения
стрелки милливольтметра) пропорционален напряжению
Uab на вершинах моста. Поэтому непременным условием
измерения температуры с помощью неуравновешенного
моста является поддержание значения напряжения на
вершинах а и Ъ постоянным и равным тому, при котором
производилась градуировка прибора. С этой целью в цепь
источника питания Б включается реостат R , сопротивле­
ние которого постепенно выводится по мере разряда ба­
тареи. Для контроля Uab служит резистор R K, периоди­
чески включаемый посредством переключателя П , уста­
навливаемого в положение К (контроль), в плечо моста bd
вместо термометра сопротивления. При нормальном зна­
чении UаЬ стрелка милливольтметра должна установиться
на контрольной отметке шкалы.
Большим недостатком неуравновешенного моста явля­
ется необходимость систематической проверки напряже­
ния на его вершинах, что ограничивает область при­
менения этого прибора. Неуравновешенные мосты для
измерения температуры промышленностью не выпуска­
ются, а находят применение лишь в схемах других
приборов.
2-11. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЛОГОМЕТРЫ
М а г н и т о э л е к т р и ч е с к и й
л о г о м е т р является одним из вторичных промышленных
приборов, работающих в комплекте с термометрами со­
противления.
ft
а) Принцип действия логометра
Логометр имеет подвижную часть, состоящую из двух
жестко скрепленных под небольшим углом рамок (обмо­
ток), поворачивающихся на опорах (кернах) около верти­
кальной оси в неравномерном магнитном поле постоянного
магнита. Действие прибора основано на измерении отно180
ения сил токов, протекающих в двух параллельных
электрических цепях, питаемых от постороннего источ­
ника постоянного тока, в каждую из которых включено
по одной рамке.
Подвижная часть логометра не имеет пружинок для ее
уравновешивания, которое достигается здесь посредством
взаимодействия противопо­
ложно направленных вра­
щающих моментов рамок.
Показания логометра прак­
тически не зависят от коле­
баний напряжения источника
питания, что является до­
стоинством этого прибора.
На рис. 2-57 покаэана
схема логометра с термомет­
ром сопротивления R T и ис­
точником питания Б . Меж­
ду полюсными наконечника­
ми постоянного магнита, име­
ющими овальную выточку,
расположен стальной цилин­
дрический сердечник, обра­
зующий с ними переменный
по ширине воздушный зазор,
постепенно
уменьшающий
магнитную индукцию от се­
редины наконечников к их
краям. В зазорах перемеща­ Рис. 2-57. Принципиальная
ются одинаковые скрещенные схема магнитоэлектрического
под небольшим углом рамки логометра.
Лш
Rno из тонкого изолиpi и
“ **Р2
рованного провода, жестко скрепленные между собой и
с указательной стрелкой прибора.
Измерительная схема логометра состоит из параллель­
ных цепей I и / / , питаемых от источника тока Б . В цепь /
включены рамка i?pl и резистор Л, а в цепь I I — рамка # Р2,
термометр сопротивления R T и соединительная линия і?л.
Через рамки логометра Й р1 и Д Р2 протекают токи 1Х и / 2,
обратно пропорциональные сопротивлениям цепей I и / / ,
образующие магнитные поля. Взаимодействие последних
с полем основного магнита создает вращающие моменты
М, и М 2>действующие на рамки в противоположных на­
правлениях.
181
Если сопротивления цепей l u l l одинаковы, т. е.
ЯР14“ R —Др2Ч” Дт “Ь^лі
то
Тогда при симметричном расположении рамок /?Р1 и
Л р2 относительно полюсных наконечников вращающие
моменты М х и М %будут равны. В этом положении при
определенном значении R T подвижная часть логометра
находится в состоянии равновесия и стрелка прибора
устанавливается посредине шкалы.
При увеличении с повышением измеряемой температуры
сопротивления термометра R T ток / 2 в цепи I I уменьшится
и момент М х станет больше, чем Л/2. Под влиянием по­
явившейся разности вращающих моментов подвижная
часть логометра начнет поворачиваться в сторону действия
большего момента (на рис. 2-57 — по часовой стрелке)
до тех пор, пока не наступит новое состояние равновесияі
которое возникает благодаря тому, что рамка Я Р1 с боль­
шей силой тока входит в расширяющуюся часть воздуш­
ного зазора, т. е. в область более слабого магнитного поляі
вызывая тем самым постепенное уменьшение момента Mv
Одновременно с этим рамка i ?p2 с меньшей силой токау
наоборот, входит в сужающуюся часть воздушного 3a3opat
т. е. в более сильное магнитное поле, что ведет к увеличе­
нию момента Л/2. Новое равновесие подвижной части при­
бора наступит в положении, при котором вращающие мо­
менты рамок сравняются. В этом случае будем иметь!
Мх= М%
(2-82)
или согласно уравнению (2-30)
2г1п111В111 = 2г2п212В212,
(2-83)
где В г и В 2 — магнитные индукции в зонах расположения
рамок /?р1 и i?p2.
Размеры и число витков обеих рамок одинаковы, по­
этому уравнение (2-83) примет вид:
Вг11 = В212
или
£ = £ •
с - 84»
Отношение магнитных индукций BJB t есть функция
угла поворота <р подвижной части, зависящая от формы
182
полюсных наконечников. Тогда уравнение (2-84) можно
представить в виде
/
<р=/ I
(2-85)
При напряжении Е источника питания имеем:
ТТТ\ ЛГТЛЯПЛ г т т т
Һ
Е
Д р і+ R ’
Е
Яр2+ /?т-|-/?л
Подставляя выражения 1г и / 2 в уравнение (2-85), по­
лучаем:
'
Яр2+ І?т + Ял
Ф= /
(2- 86)
Ярі + І?
Так как сопротивления R pl, R p2, Л и Лл являются
постоянными, то
ф = F (R T).
(2-87)
W
Следовательно, отклонение стрелки логометра зависит
только от сопротивления і?т, определяемого температурой
термометра. Это позволяет для данного типа термометра
производить градуировку шкалы логометра в ° С. Кроме
того, из уравнений (2-85) и (2-87) следует, что каждому
значению R T соответствует определенное отношение / , / / ,
независимо от напряжения Е источника питания. Однако
для логометров отклонение напряжения источника пита­
ния от номинального допускается в пределах ± 20 %, так
как при малом напряжении возрастает влияние упругости
проводников, подводящих ток к рамкам, и сил трения при
перемещении подвижной части, а при большом происходит
нагрев измерительным током обмотки термометра и рамок
прибора, вызывающий изменение соотношения токов в це­
пях логометра.
Ток к рамкам логометра подводится с помощью трех
тонких^ спиральных волосков, создающих ничтожны про­
тиводействующий момент при повороте подвижной части
(«безмоментные» вводы). В отличие от милливольтметра
в логометре оба действующих на подвижную часть вра­
щающих момента исчезают при выключении тока, поэтому
если не предусмотреть особого упругого устройства, стрел­
ка логометра будет оставаться в том положении, в котором
застало ее отключение питания, и может создать ложное
представление о работе прибора.
183
Уменьшение влияния на показания логометра измене­
ния сопротивления соединительной линии при колебаниях
ее температуры производится теми же методами, что и
у измерительных мостов.
б) Промышленные логометры
Выпускаются щитовые показывающие логометры ти­
пов JI-64, ЛПр -66 и JIP-64-02 *. Они предназначены для
работы с техническими термометрами сопротивления, под­
ключаемыми по двух- или трех­
проводной схеме. Класс точности
приборов 1,5.
Л о г о м е т р т и п а Л-64 с
трехпроводным включением тер­
мометра сопротивления имеет элек­
трическую схему, показанную на
рис. 2-58. Здесь логометр совме­
щен с неуравновешенным мостом
для увеличения чувствительности,
возможности осуществления тем­
пературной компенсации легкости получения шкалы на задан­
ный диапазон показаний путем
подбора сопротивлений плеч мо­
ста. Постоянные резисторы R1
R 3 образуют три плеча моста,
причем сопротивления резисторов
R1 и R3 одинаковы. В четвертое
плечо включены: постоянный ре­
зистор R4, термометр сопротивле­
Рис. 2-58. Электрическая ния R T и один соединительный
схема
показывающего провод с подгоночным резисто­
логометра типа Л-64.
ром і?п2. Второй провод с подгоночным резистором R nl относится
к плечу R2. Рамки R V1 и R p2 логометра подключены к диа­
гонали моста аЪ. Во вторую диагональ cd подается по­
стоянный ток напряжением 4 В от источника сетевого
питания ИП. Средняя точка е между рамками логометра
соединена с вершиной моста с через два последовательно
включенных резистора R5 и R6 (первый - манганиновый, а второй — медный), служащих соответственно для
ГОСТ 9736-68. Милливольтметры и логометры для изменения
неэлектрических величин.
р
и
184
получения заданного угла отклонения подвижной части
и температурной компенсации прибора.
Мост находится в состоянии равновесия при сопротив­
лении термометра, соответствующем середине шкалы при­
бора. При этом из-за равенства потенциалов в вершинах
а и Ъ падения напряжения на плечах моста R1 и R3, а зна­
чит, и токи в рамках i?pl и і ?р2 равны и обе рамки занимают
симметричное положение относительно оси полюсных на­
конечников.
При отклонении измеряемой температуры от значения,
отвечающего средней отметке шкалы, равновесие моста
будет нарушаться. Повышение температуры, т. е. воз­
растание сопротивления термометра, приводит к умень­
шению тока в рамке і ?р2 и соответствующему увеличению
тока в рамке i?pl, а понижение температуры, вызывающее
уменьшение сопротивления термометра, — к обратному
изменению токов в рамках.
Возникающая в обоих случаях разность вращающих
моментов рамок заставляет подвижную часть поворачи­
ваться в ту или другую сторону до наступления нового
равновесия, обусловленного выравниванием моментов
из-за переменной ширины воздушного зазора.
Резисторы R ul и R u2 служат для подгонки сопротив­
ления основных соединительных проводов до градуиро­
вочного значения 5 или 15 Ом, указанного на шкале лого­
метра, причем сопротивление каждого провода должно
составлять половину общего сопротивления. После под­
гонки сопротивления проводов правильность ее прове­
ряется при помощи контрольного резистора R K. Для этого
до включения источника питания основные соединитель­
ные провода на зажимах головки термометра замыкаются
накоротко, а противоположный конец провода, соединен­
ный с зажимом л, переносится на зажим и . В этом случае
при включении питания стрелка логометра должна уста­
новиться на контрольной (красной) отметке, нанесенной
посредине шкалы. После проверки восстанавливаются
прежние соединения.
Логометр выпускается для термометров сопротивления
градуировочных характеристик гр. 21—23. Диапазоны
показаний у него те же, что и у автоматических уравно­
вешенных мостов (табл. 2-14). Шкала прибора профильная,
длиной 130 мм.
Корпус логометра типа Л-64 приспособлен для утоп­
ленного монтажа и имеет те же устройство и габариты,
185
что и корпус милливольтметра типа М-64 (рис. 2-29).
На задней стороне корпуса расположены шесть зажимов
для присоединения логометра к внешней цепи и источнику
питания, а также для электрического арретирования при­
бора с помощью шунта. Здесь же находится головка ме­
ханического арретира.
,'І
Прибор рассчитан для работы при температуре окру­
жающего воздуха 10—35° С и относительной влажности
30—80%. Изменение температуры окружающего воздуха
на ± 1 0 °С от нормальной (20 °С) или изменение напряже­
ния источника питания на ± 10 % номинального значе­
ния (4 В) вызывает дополнительную погрешность измере­
ния ± 1 ,5 % . Вариация показаний прибора не превышает
основной погрешности. Потребляемая логометром мощ­
ность 0,3 Вт.
1
Л о г о м е т р т и п а ЛПр -66 — показывающий при­
бор с профильной двухстрочной шкалой (на два диапазона
показаний) и переключателем, предназначенный для ра­
боты в комплекте с 4, 8 , 10 или 12 термометрами сопро­
тивления градуировочных характеристик гр. 21 и гр. 23,
включенными по двух- или трехпроводной схеме, и со­
единительной коробкой типа КС-66 . Диапазон показаний
прибора: гр. 21 — от 0 до 200 °С (0 — 110 и 90 — 200 °С)
и от 0 до 250 °С (0 — 130 и 120 — 250 °С); гр. 23 - от
—50 до 150 °С (—50 — 60 и 40 — 150 °С). Вариация
показаний прибора не превышает его основной по­
грешности. Внешнее сопротивление соединительной ли­
нии 5 Ом. Допускаемая температура окружающего воз­
духа 0—35 °С и относительная влажность 30—80%. Логометр имеет источник сетевого питания, подключаемый
к сети переменного тока напряжением 127 или 220 В, ча­
стотой 50 Гц. Потребляемая мощность 5 В-А. Габариты
прибора 212 X 170 X 293 мм и масса 7 кг.
Л о г о м е т р т и п а ЛР-64-02 является показываю­
щим прибором с сигнализирующим устройством. Все тех­
нические характеристики этого прибора, а также форма
корпуса и шкалы — те же, что и у логометра типа Л-64.
2-12. УСТАНОВКА И ПОВЕРКА ТЕРМОМЕТРОВ
СОПРОТИВЛЕНИЯ И ВТОРИЧНЫХ ПРИБОРОВ
При установке термометров сопротивления действи­
тельны те же требования, что и для ртутных, манометри­
ческих и термоэлектрических термометров (см. § 2-2 — 2-4).
186
Правила установки логометров и автоматических урав­
новешенных мостов полностью соответствуют правилам
монтажа милливольтметров и автоматических потенцио­
метров. Измерительная схема логометра питается обычно
от сетевого выпрямителя типа СВ-4. Для уменьшения Стои­
мости и экономии места на щите к одному логометру часто
подключаются при помощи двухполюсного переключателя
несколько однотипных термометров сопротивления. В этом
случае переключатель во избежание повреждения подвиж­
ной части логометра из-за резких бросков стрелки к концу
шкалы в момент переключения не допускает разрыва
измерительной цепи термометра.
Образцовые платиновые термометры сопротивления
градуируются по реперным точкам плавления льда
(О °С), кипения воды (100 °С) и затвердевания пинка
(419, 58 °С) *.
Поверка технических термометров сопротивления про­
изводится при температурах 0 °С в термостате плавления
льда и 100 °С в термостате кипения воды с электрообогре­
вом г. Сопротивление термометра при 0 °С определяется
после поверки при 100 °С. Перед поверкой чувствительный
элемент (обмотка) вынимается из защитного чехла и
помещается в стеклянную пробирку, плотно закрытую
ватой.
В термостате плавления льда термометр обкладывается
со всех сторон слоем льда толщиной не менее 80 jum. Д о на­
чала поверки термометр должен находиться Ь термостате
не менее 30 мин.
Измерение сопротивления образцовых и технических
термометров при их поверке производится с помощью об­
разцового потенциометра (рис. 2-59). Для этого в цепь
источника постоянного тока Б с магазином сопротивле­
ний R включаются последовательно образцовая катушка
сопротивления R n и поверяемый термометр і?т. При по­
стоянной силе измерительного тока / , контролируемой
миллиамперметром тА, не превышающей 2 для образцо­
вых и 5 мА для технических термометров, при помощи
образцового потенциометра ОП , присоединяемого пере­
ключателем П, поочередно, не менее пяти раз, определя­
*
Инструкция 156-60 Госстандарта СССР по поверке образцо­
вых платиновых термометров сопротивления 1-го и 2-го разрядов
и платиновых термометров сопротивления повышенной точности*
1 Инструкция 157-62 Госстандарта СССР по поверке платино­
вых и медных технических термометров сопротивления,
197
V»
ются падения напряжения Un на образцовой катушке
R y и Ur на термометре R T, т. е.
Un — I R n »
UT = I R T.
Разделив первое равенство на второе, получим выра­
жение для определения сопротивления термометра:
Rt = R n j£ -.
и N
(2-88 )
Измерение сопротивления термометров потенциомет­
ром ввиду высокой точности широко применяется в лабо­
раторной практике. Этот метод
измерения исключает необходи­
мость введения поправки на из­
менение сопротивления соедини­
тельных проводов.
Рис. 2-59. Схема поверкп термометров сопро*
тивления.
Рис. 2-60. Схемы поверкн вторичных приборов для термометров сопротивления.
а — автоматического уравновешенного мо­
ста; б — логометра.
Поверка автоматических уравновешенных мостов и
логометров производится с помощью образцового моста
или магазина сопротивлений Ц Н а рис. 2-60, а показана
схема поверки автоматического уравновешенного моста 1
по образцовому магазину сопротивлений 2, с которым он
соединен по трехпроводной схеме. В основные провода
включаются два подгоночных резистора 3, сопротивление
каждого из которых точно соответствует половине градуи1
Инструкция 158-62 Госстандарта СССР по поверке измери
тельных приборов к термометрам сопротивления (мостов и логометров).
*
188
ровочного сопротивления соединительной линии. На ма­
газине набирают сопротивление, необходимое для уста­
новки стрелки прибора на поверяемую отметку шкалы,
и рубильником 4 подключают мост к сети переменного
тока. Поверка прибора производится во всех числовых
отметках шкалы при увеличении и уменьшении сопротив­
ления магазина при подходе к каждой поверяемой отметке.
Схема поверки логометра при помощи образцового
моста дана на рис. 2-60, б. Поверяемый прибор 1 посред­
ством переключателя 2, устанавливаемого в положение / ,
соединяют с магазином сопротивлений 3, набирают на
нем сопротивление, соответствующее поверяемой отметке
шкалы с учетом сопротивления линии, и включают прибор
выключателем 4. Затем переключатель переводят в поло­
жение I I , при котором магазин сопротивлений соединя­
ется с образцовым мостом 5, и измеряют набранное сопро­
тивление. Поверке подлежат все числовые отметки шкалы
при увеличении и уменьшении сопротивления. В процессе
поверки напряжение источника питания 6 поддерживается
постоянным и равным 4 В при помощи реостата 7 и вольт­
метра 8.
В случае поверки логометра по образцовому магазину
сопротивлений переключатель 2 постоянно находится в по­
ложении I . В остальном порядок поверки остается без
2-13. ПИРОМЕТРЫ
П и р о м е т р ы применяются для измерения темпе­
ратуры тел в диапазоне 300—6000 °С. Действие этих при­
боров основано на зависимости теплового излучения на­
гретых тел от их температуры и физико-химических
свойств. В отличие от термометров первичный преобразо­
ватель пирометра не подвергается влиянию высокой тем­
пературы и не искажает температурного поля, так как на­
ходится вне измеряемой среды.
а) Излучение нагретых тел
С повышением температуры нагретого тела интенсив­
ность его теплового излучения в виде электромагнитных
волн различной длины быстро возрастает. При нагреве
до 500 °С тело излучает невидимые инфракрасные лучи
189
большой длины волны, однако дальнейшее увеличение
температуры вызывает появление и видимых лучей мень­
шей длины, благодаря которым тело начинает светиться г.
Вначале раскаленное тело имеет темно-красный цвет, ко­
торый по мере роста температуры и появления лучей по­
степенно убывающей длины волны переходит в красный,
оранжевый, желтый и, наконец, белый цвет, состоящий
из комплекса лучей разной длины волны.
Одновременно с увеличением температуры нагретого
тела и изменением его цвета сильно возрастает интенсив­
ность частичного (монохроматического или одноцветного)
излучения (яркость) для данной эффективной длины вол­
ны, а также заметно увеличивается интенсивность суммар­
ного излучения (радиация) телом энергии, что позволяет
использовать эти свойства для измерения температуры
нагретых тел.
Разные физические тела, будучи нагреты до одной и
той же температуры, имеют неодинаковые частичную и
суммарную интенсивности излучения и обладают различ­
ными коэффициентами поглощения, представляющими
собой отношение энергии, поглощенной телом, к энергии,
падающей на тело.
Наибольшей способностью излучения и поглощения
энергии обладает так называемое абсолютно черное тело,
в природе не существующее, представляющее собой вообра­
жаемый идеальный излучатель. Это тело поглощает все
падающие на него лучи, т. е. имеет коэффициент погло­
щения, равный единице, и обладает наибольшей интенсив­
ностью излучения.
Законы излучения черного т е л а 2 хорошо изучены,
поэтому его лучеиспускательная способность может слу­
жить как бы эталоном для сравнения с лучеиспускатель­
ной способностью различных физических тел, имеющих
при одинаковой температуре меньшую, чем черное тело,
интенсивность излучения. Физические тела обладают спо­
собностью отражать часть падающих на них лучей и, сле­
довательно, всегда имеют коэффициент поглощения меньше
единицы.
Интенсивность излучения и коэффициент поглощения
при данной температуре зависят от состава вещества и
1 Видимая часть спектра лежит в пределах длин волн 0,4—
0,76 мкм*
2 Здесь и в дальнейшем для краткости абсолютно черное тело
называется черным телом.
190
состояния его поверхности. Тело, имеющее темную и
шероховатую поверхность, ближе по своим свойствам
к черному телу, чем тело со светлой и полированной по­
верхностью.
Воспроизведение черного тела (модель) можно получить, если
взять замкнутую камеру с непрозрачными и равномерно нагре­
тыми стенками и небольшим отверстием в одной из них. Это отвер­
стие практически будет поглощать все падающие на него лучи,
потому что попавший через отверстие в полость камеры луч может
выйти обратно только сильно ослабленным после многократного
отражения. Так, например, луч при десятикратном отражении
его в шаровой камере с коэффициентом поглощения стенок 0,5 ос­
лабляется в 1024 раза, что дает коэффициент поглощения отвер­
стия 0,999, т. е. близкий к единице. Следовательно, небольшое
отверстие в стенке замкпутого пространства, в частности в обму­
ровке топки котлоагрегата, поглощает почти все падающие на него
лучи и имеет наибольшую лучеиспускательную способность как
черное тело.
Интенсивность частичного излуче­
н и я черного тела Е^т (Вт/м3) описывается уравнением
Планка
(2-89)
где Сх и Сг — постоянные (Сг = 3,71 >10~16 Вт-м 2 и С2 =
= 1,44-10-2 м .К );
Я — эффективная длина волны, м;
Т — температура тела, К;
е — основание натуральных логарифмов.
Зависимость, выраженная этим уравнением, приведена
на рис. 2-61, из которого следует, что интенсивность час­
тичного излучения черного тела сильно растет с повыше­
нием температуры, неодинакова для лучей различной
эффективной длины волны и при любой температуре имеет
максимум, смещенный в область коротковолновой части
спектра.
Д ля области видимых лучей и сравнительно невысоких
температур (до 2900 К) уравнение (2-89) может быть упро­
щено, если отбросить вычитаемую в скобках единицу,
причем ошибка в определении Е^,т не будет превышать 1 %.
Упрощенное уравнение, предложенное Вином, имеет вид
Ех, т= Cjk ъе хт .
(2-90)
Уравнение (2-90) положено в основу измерения темпе­
ратуры по интенсивности частичного излучения (яркости)
191
нагретого тела в лучах эффективной длины волны л, рав­
ной обычно 0,65 мкм (красный цвет), при помощи при­
боров, называемых пирометрами частичного излучения.
Интенсивность
суммарного
излу­
ч е н и я Ет (Вт/м2) черного тела при различных темпера­
турах определяется площадью, ограниченной кривыми
на рис. 2-61, и может быть найдена путем интегрирования
уравнения (2-89) в преде­
лах изменений к от 0
до оо. В результате полу­
чаем уравнение СтефанаБольцмана:
Е
(2-91)
где о — постоянная, рав­
ная 5,75 -10~16 Вт/(м2*К4).
Уравнение (2-91) в свою
очередь положено в основу
измерения температуры по
интенсивности суммарного
излучения (радиации) на­
гретого тела посредством
приборов, называемых пи­
о
2
4
6. 8 ю рометрами суммарного из­
Длина волны, мкм
лучения.
При
помощи
уравне­
Рис. 2-61. Зависимость интенсив­
ности излучения черного тела от ния (2-90) легко может
длины волны и термодинамиче­ быть определена степень
ской температуры.
возрастания интенсивно­
сти частичного излучения
черного тела с повышением температуры последнего от
до Т2 при постоянной эффективной длине волны Я.
В этом случае будем иметь:
с,
Шй г , = и й | ш ;
% г
Е
СгХ-*ё
“
КТ
5
Логарифмируя
и вычитая из второго равенства первое,
получаем:
Вместе с этим рост интенсивности суммарного излуче­
ния на основании уравнения (2-91) составит:
Ет
( То \4
Ш Й= I
(2-93)
1 j
В табл. 2-15 указано относительное возрастание ин­
тенсивности частичного излучения с длиной эффективной
волны 0,65 мкм и интенсивности суммарного излучения,
подсчитанных по уравнениям (2-92) и (2-93) для черного
тела при изменении его температуры от 1000 до 2000 К.
Т а б л и ц а 2-15
Относительное изменение интенсивностей излучения абсолютно
черного тела
Температура Т2, К
0,65 мкм, Т г
1000
1200
1400
1600
1800
2000
1
39
537
3800
17 400
60 200
1
2,07
3,84
6,55
10,5
16
Е 0,65 мкм, 1000 К
Ғ
д г,
*4000 к
Из табл. 2-15 следует, что интенсивность частичного
излучения возрастает чрезвычайно быстро, почти пропор­
ционально 15—20-й степени увеличения температуры тела,
в то время как рост интенсивности суммарного излучения
пропорционален только 4-й степени увеличения темпера­
туры. В силу этого пирометры частичного излучения яв­
ляются приборами более точными, чем пирометры суммар­
ного излучения.
Ввиду того что интенсивность частичного и суммарного
излучений зависит от физических свойств вещества, шкалы
пирометров градуируются по излучению черного тела,
т. е. в градусах так называемой черной (условной) темпе­
ратуры. Все физические тела, как отмечалось выше, имеют
лучеиспускательную способность, меньшую, чем черное
тело, поэтому пирометры частичного и суммарного излу­
чения показывают черную температуру: первый — яркостнуюу а второй — радиационную, всегда более низкие по
сравнению с действительной температурой нагретого тела.
7
Мурян: г. А
193
Яркостная и радиационная темпер а т у р ы физического тела численно равны температуре
черного тела, при которой соответственно яркости обоих
тел для данной длины волны и суммарные излучения этих
тел одинаковы.
Температура любого физического тела,
змеренная
пирометром частичного или суммарного излучения, на­
ходится в определенном соотношении с действительной
температурой тела, что позволяет вычислить последнюю
по результатам измерения.
Для реальных тел уравнения (2-90) и (2-91) принимают
вид:
Кт
-Б
Сг
XT
(2-94)
и
(2-95)
где Ех, т— интенсивность частичного излучения тела, Вт/м 8
Ет — интенсивность суммарного излучения тела, Вт/м*
коэффициент черноты частичного излу«л
Л, т
чения тела;
8т
Ет/Ет
коэффициент
суммарного
лучен
оэфф
тел приведены в табл. 2-16 и 2-17.
Т а б л и ц а 2-16
Коэффициенты черноты частичного излучения тел
Вещество
Серебро
Медь
Золото
Платинородий
Платина
Нихром
Никель
0,65 мкм
0,07
0,11
0,13
0,27
0,33
0,35
0,36
W
Вещество
Чугун
Сталь углеродистая
Вольфрам
Шамот
Углерод
Уголь
Графит в порошке
С0,65 мкм
0,37
0,44
0,45
0,75
0,80
0,85
0,95
Приравнивая правые части уравнений (2-90) и (2-94),
а также (2-91) и (2-95), получаем выражения для вычисле­
ния действительной температуры Т физического тела по
194
Т а б л и ц а 2-17
Коэффициенты черноты суммарного излучения тел
Температура,
Вещество
°С
1000
1000—1400
1100—1300
1000—3000
1300
1100—1500
940—1100
1100
Серебро
Йикель
Медь расплавленная
Вольфрам
Чугун
Уголь
Сталь листовая шлифов
Кирпич шамотный
0,035
0,056—0,069
0,13—0,15
0,15—0,34
0,29
0,52
0,55—0,61
0,75
яркостной температуре Тя или радиационной температуре
7\>.
р, измененным
измеренным соответственно пишшеттшм
пирометром частичного
или суммарного излучения. Для пирометра частичного
излучения
(2-96)
Т І Ят 1 Н
2,3
К
1
Ш
а
я
для пирометра суммарного излучения
(2-97)
Т
T° v - b Если в уравнение (2-96) подставить значения С2
14380 мкм *К и X 0,65 мкм, то действительная темпе
ратура будет равна:
Т
1
Тя
1,044- 10-4lg
1
-1
(2-98)
е 0 ,в 5 МКМ
При измерении температуры в топке котлоагрегата
путем наводки пирометра на небольшое отверстие в обму­
ровке значения коэффициентов
и ет практически равны
единице, так как это отверстие, как уже отмечалось, весьма
близко по своим свойствам к черному телу.
б) Пирометры частичного излучения
К пирометрам частичного излучения относятся опти­
ческие (визуальные) пирометры х, которыми производится
сравнение яркости излучения определенной длины волны
1 ГОСТ 8335-74. Пирометры визуальные с исчезающей нитью
общепромышленные.
7*
195
нагретого тела (излучателя), температуру которого изме­
ряют, и накала нити встроенной в прибор пирометриче­
ской лампы. При измерении яркостной температуры дуго­
образную нить лампы через оптическое приспособление
наводят на поверхность излучателя и добиваются урав­
нивания яркостей обоих источников путем изменения рео­
статом силы тока, питающего лампу. Если яркость нити
►ж*
щ
у.
ШіI
I
Ж
Рис. 2-62. Яркость нити накали*
вания оптического пирометра.
I — температура нити ниже темпера­
туры излучателя; 11 — температура
нити выше температуры излучателя;
I I I — температура нити равна темпе­
ратуре излучателя.
будет меньше, чем яркость излучателя (рис. 2-62), то на
светлом фоне нить будет казаться черной (состояние /);
если же, наоборот, излучатель имеет меньшую яркость,
нить будет проектироваться светлой линией на более
темном фоне (состояние II). При совпадении яркостей
нити н излучателя, т. е. при достижении состояния равно­
весия, изображение средней изогнутой части нити, имею­
щей более высокую температуру, чем ее концы, сольется
со светлым фоном излучателя и исчезнет из поля зрения
наблюдателя (состояние III). В этот момент и произво­
дится отсчет яркостной температуры тела по шкале ампер­
метра, включенного в цепь пирометрической лампы и гра­
дуированного в °С. Вследствие параболической зависи­
мости температуры нити лампы от силы протекающего
тока визуальные пирометры имеют неравномерную шкалу,
сжатую в начале и растянутую в конце.
Промышленные оптические пирометры выпускаются
типов ОППИР-017 и «Проминь» и предназначены для пе­
риодических измерений температуры.
П и р о м е т р т и п а ОППИР-017 служит для изме­
рения яркостной температуры в диапазоне 800—2000 °С.
Устройство его показано на рис. 2-63. Прибор состоит
из телескопа Т со встроенным дифференциальным ампер­
метром и источника питания постоянного тока (аккуму­
лятора) Б напряжением 2,5 В.
Телескоп представляет собой уширенную посередине
зрительную трубу 1 с объективом 2 и окуляром 3. В фо­
кусе объектива установлена пирометрическая лампа 4
с дугообразной вольфрамовой нитью, соединенная после196
довательно с реостатом 5, служащим для изменения на­
кала нити. Реостат расположен в уширенной части зри­
тельной трубы и снабжен кольцевой рукояткой 6 с движ­
ком '7, позволяющей наблюдателю регулировать ток, не
отвлекая внимание от яркости нити.
Для получения яркости излучения с эффективной дли­
ной волны 0,65 мкм перед окуляром установлен красный
Рис. 2-63. Схема оптического пирометра типа ОППИР-017.
стеклянный светофильтр <5, а за ним — выходная диа­
фрагма 9, перед которой при измерении находится глаз
наблюдателя.
Между объективом и пирометрической лампой помещен
поглощающий светофильтр (затемненное стекло) 10, укреп­
ленный на поворотной головке 11, при помощи которой он
может быть поставлен перед лампой или отведен в сторону.
Светофильтр служит для увеличения конечного предела
показаний пирометра, так как он ослабляет видимую яр­
кость излучателя в несколько раз при неизменной яркости
нити лампы. Вольфрамовую нить пирометрической лампы
197
нельзя подвергать нагреву свыше 1500°С, так как при
этом нарушается градуировка шкалы прибора из-за рас­
пыления (утонения) ңити при ее перекале и загрязнения
внутренних стенок колбы лампы. Поэзому встроенный
в телескоп дифференциальный амперметр, состоящий из
двух рамок (основной и дополнительной, включенных
встречно) 12 *, постоянного магнита 13, указательной
стрелки 14 и шкалы 15, имеет два диапазона показаний
(двухстрочную шкалу): первый — при работе без погло­
щающего светофильтра 800—1400°С и второй — при вве­
денном светофильтре 1200—2000°С.
Основная рамка амперметра включена параллельно
пирометрической лампе, а дополнительная — последова­
тельно с лампой. Такое включение рамок позволяет умень­
шить начальный нерабочий участок шкалы пирометра.
Д ля установки нуля амперметр имеет корректор.
Пирометрическая лампа расположена на колодке 16
с двумя контактными стержнями 17, к которым присоеди­
нены провода от аккумулятора, расположенного для
удоботва переноски в специальной сумке.
Каждый прибор имеет индивидуальную градуировку,
действительную только для данной пирометрической лам­
пы. При замене лампы шкала прибора должна быть пере­
градуирована. Сила тока, потребляемого лампой при на­
греве ее нити до 1400°С, составляет около 0,4 А.
При повороте кольцевой ручки 6 влево до упора дви­
жок 7 сходит с обмотки реостата и разрывает цепь накала
нити лампы. Одновременно с этим движок посредством
двух конечных контактов 18 замыкает накоротко основную
рамку амперметра, осуществляя электрическое арретирование прибора, что является необходимым при переноске
пирометра.
В процессе измерения температуры наводка пирометра
па излучатель производится от руки, для чего отросток 19
телескопа снабжен рукояткой 20. Д ля настройки оптиче­
ской системы пирометра на фокус и по глазу наблюдателя
объектив 2 и окуляр 3 могут перемещаться вдоль оси зри­
тельной трубы. Оптическая система прибора позволяет
производить измерения температуры на расстоянии
0,7—5 м от излучателя.
Основная погрешность пирометра типа ОППИР-017
для первого и второго диапазонов показаний соответ­
I только основная рамка.
* На рис. 2-63 условно показана
198
ственно равна ± 2 0 и ±30°С. Габариты телескопа пиро­
метра 295 X 140 X 310 мм и масса 2 кг.
О п т и ч е с к и й п и р о м е т р т и п а «Проминь»
предназначен для измерения яркостной температуры в пре­
делах 800—4000 °С. Диапазоны показаний прибора:
800—1400, 1200—2000 и 1800—4000°С с основной погреш­
ностью измерения соответственно ± 1 2 , ± 2 0 и ± 5 0 — 90 °С.
Циферблат прибора цилиндрический вращающийся с дли­
ной трехстрочной шкалы 250 мм. Прибор работает при
эффективной длине волны 0,656 мкм. Питание его произ­
водится от встроенного источника постоянного тока на­
пряжением 6 В. Потребляемый прибором ток не более
0,13 А. Габариты пирометра 290 X 80 X 158 ми и масса
1,6 кг.
На точность измерения температуры оптическими пиро­
метрами оказывают заметное влияние степень отклонения
свойств излучателя от свойств черного тела, а также
лучеиоглощение промежуточной среды, через которую
производится наблюдение. На результатах измерения от­
ражаются наличие в окружающем воздухе пыли, дыма
и большого содержания двуокиси углерода. Кроме того,
всякое загрязнение оптической системы пирометров также
ведет к увеличению погрешности измерения.
Достоинствами оптических пирометров являются срав­
нительно высокая точность измерения, компактность при­
бора и простота обращения с ними. К числу их недостатков
следует отнести потребность в источнике питания, невоз­
можность стационарного измерения температуры и авто­
матической ее записи, а также субъективность метода
измерения, основанпого на спектральной чувствительно­
сти глаз наблюдателя.
в) Пирометры суммарного излучения
Измерение температуры пирометрами суммарного излу­
чения основано на использовании теплового излучения
нагретых тел. Улавливаемые пирометром тепловые лучи
концентрируются при помощи собирательной линзы на
термочувствительном элементе, состоящем из небольшой
термобатареи. Лучистый поток направляется линзой на
рабочие концы термобатареи, по степени нагрева которых
судят о температуре излучателя. Вторичным прибором
пирометра служит милливольтметр или автоматический
потенциометр.
199
Пирометр суммарного излучения обладает рядом преи­
муществ по сравнению с визуальным, заключающихся
в объективности метода измерения, отсутствии посторон­
него источника питания и возможности применения дистан­
ционной передачи показаний на вторичные приборы, но
уступает ему, как было указано ранее, в точности изме­
рения.
'Ш
Рис. 2-64. Схема пирометра суммарного излучения типа РАПИР.
Шкала пирометра, градуированная в °С радиационной
температуры, имеет неравномерные деления, сильно сжа­
тые в начале и растянутые в конце, так как изменение
полной мощности излучения нагретого тела в зависимости
от его температуры подчиняется по уравнению (2-91) за­
кону 4-й степени.
Пирометр
суммарного
излучения
т и п а РАПИР предназначен для стационарных измере­
нии радиационной температуры в диапазоне 400—2500°С
Схема прибора показана на рис. 2-64. В комплект пип(ь
метра входят: телескоп Т типа ТЕ РА-50, один или два вто­
ричных арибора ВП , в качестве которых примеяются
милливольтметры или автоматические о отенциометры,
200
и панель сопротивлений ПС типа ПУЭС-64 с уравнитель­
ными и эквивалентными резисторами.
В алюминиевом цилиндрическом корпусе 1 телескопа Т
расположены оптическая и температурная части прибора.
Первая из них имеет объектив 2, улавливающий излучае­
мую телом энергию, и окуляр 3 с защитным стеклом 4,
служащий для контроля правильности наводки прибора
на излучатель, а вторая — звездообразную термобатарею 5,
помещенную в конусообразную камеру 6 с зачерненными
стенками, служащими для поглощения отраженных лу­
чей. Лучистый поток, проникающий в камеру через объек­
тив и ограничительную
диафрагму 7, падает на
рабочие концы термобата­
реи. Компенсация измене­
ний температуры свобод­
ных концов ее, располо­
женных в кольцевом зазоре корпуса телескопа,
обеспечивается шунтирую­
щим медным резистором 8.
Чувствительность прибора
при градуировке регули­
руется перемещением по
резьбе диафрагмы 7 с по­ Рис. 2-65. Термобатарея пиро­
мощью зубчатого бараба­ метра суммарного излучения типа
на 9 . Два зажима 10 слу­ РАПИР.
жат для присоединения
телескопа ко вторичному прибору проводами, проходя­
щими через штуцер 11 с уплотнением 12. Крепление те­
лескопа производится фланцем 13 с отверстиями.
Звездообразная термобатарея пирометра (рис. 2-65)
состоит из десяти хромель-копелевых термометров, рабо­
чие концы 1 которых, расклепанные в форме небольших
треугольников, зачернены и наклеены на тонкую слюдя­
ную пластинку 2. Свободные концы термобатареи прива­
рены к металлическим пластинкам Зу укрепленным на
слюдяном кольце 4, зажатом между двумя такими же
кольцами в корпусе телескопа. К двум пластинкам 5
присоединяются выводы термобатареи.
Телескопы типа ТЕРА-50 выпускаются с показателем
визирования 1/16 и 1/20. Этот показатель выражает от­
ношение диаметра круга излучателя к расстоянию от него
до передней линзы телескопа, когда сфокусированное
201
изображение излучателя полностью перекрывает отвер­
стие ограничительной диафрагмы перед термобатареей.
Телескопы пирометров изготовляются с объективами
з кварцевого стекла для диапазона температуры 400
1500°С и из оптического стекла для диапазона 900—2500°С.
Применение кварцевого стекла объясняется его способ­
ностью хорошо пропускать длинные волны, излучаемые
нагретым телом при более низких температурах. Инер­
ционность телескопа не превышает 4 с и выражает время,
проходящее с момента начала облучения телескопа при
температуре 20°С до момента, когда развиваемая им
термо-э. д. с. будет отличаться на 2 % своего конечного
значения.
д
взаимозаменяемости
юго излучени
ровочные характеристик РК-15, РС-20
РС-25
жающие зависимость напряжения на зажимах телескопа
от измеряемой температуры 4.
Общая характеристика телескопов пирометров сум­
марного излучения типа РАПИР дана в табл. 2-18 *.
Т а б л и ц а 2-18
Телескопы пирометров типа РАПИР
Обозначение
градуировочной
характеристики
Диапазон
намерения, °С
Основная
погрешность, °С
РК-15
РС-20
РС-25
400--1500
900--2000
1200--2500
± 15
-»-20
±30
Напряжение
на зажимах
телескопа, ыВ
0,16 33,75
2,31 74,73
3,06 64,22
Показания пирометра суммарного злучения коррек­
тируются по образцовому пирометру реостатом, встроен­
ным во вторичный прибор. Телескоп пирометра рассчитан
для^ работы при температуре окружающего воздуха 10
*100 О.
В схему пирометра между телескопом и вторичным
прибором включена панель уравнительных и эквивалент­
ных сопротивлений (панель взаимозаменяемости телеско­
пов) типа ПУЭС-64, служащая для обеспечения постоян­
1 ГОСТ 10627-71. Телескопы пирометров суммар
ния. Градуировочные таблицы.
*
ГОСТ 6923-74. Телескопы пирометров суммарного
злучения
1 С*!!. Основные параметры. Технические требования.
202
ной нагрузки телескопа при работе с одним или двумя
вторичными приборами, а также для приведения сопро­
тивления соединительных линий к определенному значе­
нию. Выходные зажимы панелей для соответствующих
градуировочных характеристик телескопов имеют обозна­
чения Р2У P s и Р 4. Значения напряжения на этих зажимах
панелей в зависимости от характеристики телескопов при­
ведены в табл. 2-19.
Т а б л и ц а 2-19
Панели взаимозаменяемости для пирометров типа РАПИР
Обозначение
градуировочной
ү
пяктрлигтак
и
Ая
О|К
1ГЖ
IvUHv|П|\Ц
телескопа
РК-15
PC-20
PG-25
К
ВЫХОДНЫХ
зажимов панели
Напряжение
, на выходных
Диапазон
измерения, °С > зажимах панели.
мВ
\
Р*
Рз
Pi
700—1500
900—2000
1200—2500
1
1,05—22,74
1,55—5041
2,07—43,36
5Ш. . . .
.J
Для защиты от механических повреждений, пыли, вы­
сокой температуры и т. п. телескоп снабжается защитной
арматурой типа ЗАРТ, выпускаемой в трех исполнениях.
Пирометры суммарного излучения рекомендуется приме­
нять с визирной трубой, устанавливаемой в стенке топки
котлоагрегата и изготовляемой до температуры 1100°С
из стали, а выше — из карборунда (карбида кремния).
Карборундовые визирные трубы выполняются откры­
тыми с обоих концов и закрытыми с одного конца (с дном).
Последние обычно применяются при измерении темпера­
туры в топке и заделываются в ее обмуровку так, чтобы
закрытый конец выступал внутрь топки на 50 мм. В этом
случае телескоп наводится на разогретое дно визирной
трубы (излучатель), близкой но своим свойствам к черному
телу, и закрепляется неподвижно.
Применение визирной трубы с глухим дном в качестве
излучателя предохраняет телескоп от нагрева и повреж­
дения при выбивании из топки горячих газов и исключает
погрешности измерения из-за возможного присоса в топку
холодного воздуха, влияния лучепоглощения среды, на­
ходящейся между излучателем и телескопом (пыли, дыма,
двуокиси углерода и пр.), и загрязнения объектива теле­
скопа. Карборупдные визирные трубы обычно имеют
203
внутренний диаметр G5, толщину стенки 10 и длину 500
или 700 мм.
I ДІ
Соединительные провода подводятся к телескопу в ме­
таллическом гибком шланге или стальной трубе. Градуиро­
вочное сопротивление соединительной линии для милли­
вольтметров пирометров суммарного излучения равно 5 Ом.
Для автоматических потенциометров сопротивление линий
не должно превышать 200 Ом.
Габариты телескопа 76 X 76 х 170 мм и масса 1,4 кг.
г) Поверка пирометров
Промышленные оптические пирометры поверяются нутем сравнения их показаний с температурой нити накала
образцовой температурной лампы или с показаниями образцового пирометра.
Образцовая температурная лампа служит для воспроШ Я І Е І яркостной температуры в диапазоне 900—
Щ ° на представляет собой лампу с вольфрамовой
лентой накала и входит в комплект специальной повероч­
ной установки типа УПО. Яркостная температура, до
которой нагревается лента, зависит от силы проходящего
через лампу переменного тока напряжением 20 В, изме­
ряемого амперметром, и определяется по данным градуи­
ровочной характеристики лампы.
При поверке пирометра по температурной лампе теле­
скоп наводится на накаленную поверхность ленты и пока­
зания пирометра сравниваются (при уравнивании яркостей
нити пирометрической лампы и ленты) с соответствующими
значениями яркостной температуры, определяемой по
силе тока, проходящего через температурную лампу.
Между телескопом и температурной лампой устанавли­
ваются цветное (пурпурное) стекло и собирающая линза.
Ірименение линзы дает увеличение изображения ленты
лампы в поле зрения окуляра телескопа, а использование
цветного стекла приближает излучение вольфрамовой
ленты к излучению черного тела при длине волны 0 ,6 —
и,/ мкм, что позволяет поверять пирометры сравнением
их показаний с градуировочной характеристикой лампы.
Поверка оптического пирометра методом сравнения
с показаниями образцового пирометра производится путем
одновременной наводки на излучатель обоих телескопов
установленных под одинаковым углом к излучателю!
ь качестве последнего используется температурная лампа
204
с цветным стеклом или обычная лампа с ленточным нагре­
вателем. Сила тока, протекающего через пирометрическую
лампу образцового прибора, измеряется при помощи
потенциометра.
Пирометры суммарного излучения обычно поверяются
посредством сравнения их показаний с показаниями об­
разцового пирометра того же типа г. Для этой цели при­
меняется специальная поверочная установка типа УРП,
позволяющая производить поверку пирометров до радиа­
ционной температуры 2000°С. Излучателем здесь явля­
ется кинопроекционная лампа мощностью 1 кВт, питаемая
переменным током напряжением НО В. При помощи кон­
денсора (ряда последовательно установленных линз) из­
лучение лампы фокусируется на объективы образцового
и поверяемого пирометров, располагаемых поочередно
по оптической оси установки посредством перекидного
держателя. Питание кинопроекционной лампы произво­
дится через регулируемый автотрансформатор, допускаю­
щий плавное изменение ее температуры в широких пре­
делах.
Глава третья
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
3-1. ЕДИНИЦЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Д а в л е н и е м жидкости, газа или пара называют
силу, действующую равномерно на площадь, а единицей
давления — единицу силы, действующую равномерно на
единицу площади.
а) Единицы давления
Для измерения давления применяется единица Па
(паскаль), которая является производной единицей дав­
ления системы СИ (см. табл. 1-1).
Е д и н и ц а д а в л е н и я — паскаль (Па) равна
давлению на площадь 1 м2 силы в 1 Н, где Н (ньютон) —
сила, сообщающая массе в 1 кг ускорение в 1 м/с2.
ГОСТ 12091-71. Телескопы пирометров суммарного излуче­
ния. Методы и средства поверки.
205
В настоящее время почти все приборы зля измерения
лення градуируются в еджншщ
г И К Г С /1 Г
[я (1 кге/см*)
ешпо на площадь 1 см1
в 4 кге, где 1 кге
. сообщающая массе в 1
свободного паденвя в 9,81 м/с2
МКГСС (метр, килограмм-сила еекунда) равна кге м
В жидкостных приборах с водяным или
заполненнем стеклянных грубо
давления
водится В I миллиметрах водяного или ртутного столба
мм вол. ст. или мм рт. ст.). Значения, измеренные в этих
ят к нормальному ускорению акь
паденяя тел и Ш |
для воды 4 и ртути
Негр дно установить,
в 1 мм вод. ст. [
~
давлению
в 1 кге/м*.
давления — оар
І-10* Па или 1.019/2 его см2. Эта единица удобна
в том отношении, что числа.
ill
оа
см*, отличаются между собой не более чем
указанные единит
кге см-, мм вод,
ст., мм рт. ст. и бар
ж время имеют распроJHe- они временно допускаются к применению наединнцамн системы СП <см. тай.-*.
—
мерах едшшцев даыеши является 1 англ.
гада (4,45 Н; на 1 кг. дюю* (0,645-1<Г* **), равная 6890 Па.
Ч Р,_ ■
ill*
Соотношения между единицей явления системы СИ и
приведены в табл. 3 -1.
Т а б л и ц а 3-1
между единицами давления
Па
Па
бар
жгс cat5
КГС/М*
рт. ст
1 *1№
98J -18*
9JS1
w
бар
1 - КМ?
| FTCOf* ! ЕГСТГ*
р т. о .
1
|I ІОД-ІО”
*
0403
•
1,02 1 10^-10»
0981
—
1-10*
98J - 10-*
u&-*
1^33-І0-* 1L36-10-*
13j6
■
І.д *10"*
730
Лч
Г
73.56 - Ю-*
Для приближенного пересчета
БИ [я, выраженного
в кгс/см* в кге/м2, в давление.
__________________ ао
в МПа и Па, необходимо в первом случае числовое значе2В6
ние уменьшить в 10 раз, а во втором — увеличить в 10 раз.
Так, например, давление в 100 кгс/см3 соответствует дав­
лению в 10 МПа, а давление в 100 кгс/м2 — давлению
в 1000 Па.
б) Виды давления
При измерении различают: атмосферное, избыточное,
вакуумметрическое и абсолютное давления.
А т м о с ф е р н о е (барометрическое) д а в л е н и е
Рб создается массой воздушного столба земной атмосферы.
Оно имеет переменное значение, зависящее от высоты
местности над уровнем моря, географической широты и
метеорологических условий (погоды).
И з б ы т о ч н о е д а в л е н и е р выражает превьIII
еды над атмосферным давлением.
В а к у у м м е т р и ч е с к о е д а в л е н и е р в сре­
ды характеризует давление (вакуум), недостающее до
атмосферного давления. Иногда вакуумметрическое давле­
ние выражают в виде относительной величины V в процен­
тах атмосферного давления:
V
.
Рв 100
(3-1)
Рб
А б с о л ю т н о е д а в л е н и е р а среды может быть
больше или меньше атмосферного. В первом случае абсо­
лютное давление равно сумме атмосферного и избыточного
давлен] mi
(3-2)
Ра = Рб + РВо втором случае абсолютное давление меньше атмо­
сферного на величину вакуумметрического давления, т. е.
(3-3)
В частном случае, когда р или рв равно нулю, абсолют­
ное давление равно атмосферному.
П о л н о е д а в л е н и е движущейся среды рп ела*
гается з статического рс и динамического рд давлений,
т. е.
(3-4)
Рп — Рс 4 “ Рп*
С т а т и ч е с к о е д а в л е н и е р0 потока может
быть избыточным или вакуумметрическим, в частном слу­
чае оно может быть равно атмосферному.
Ра — Р б
Рв
207
сящее от скорости потока (скоростной напор) для жидко­
сти, а также для газа и пара при умеренных скоростях
определяется по формуле
Рп
о ’
(3-5)
где v — скорость движения вещества, м/с;
р — плотность вещества, кг/м3.
в) Классификация приборов для измерения давления
Измерение давления основывается главным образом
на уравновешивании действующего усилия при помощи
столба жидкости или за счет упругой деформации различ­
ных чувствительных элементов.
Используемые в теплоэнергетике приборы для измере­
ния давления делятся на следующие группы:
манометры избыточного давления — для измерения
давления выше атмосферного;
тяго- и напоромеры — для измерения небольшого вакуумметрического и избыточного давлений;
вакуумметры — для измерения вакуумметрического
давления;
мановакуумметры — для измерения избыточного и ва­
куумметрического давлений;
манометры абсолютного давления — для измерения
давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;
барометры — для измерения атмосферного давления;
дифференциальные манометры (дифманометры) — для
измерения разности двух давлений (перепада давления).
Дифманометры широко применяются для измерения
расхода вещества (дифманометры-расходомеры) и уровня
жидкости (дифманометры-уровнемеры). Эти приборы рас­
смотрены в гл. 4 и 5 .
Подавляющее количество приборов, применяемых для
измерения давления, являются манометрами избыточного
давления, которые по принципу действия разделяются
на жидкостные и деформационные 1.
1 В дальнейшем манометры избыточного давления условно называются манометрами208
3-2. ЖИДКОСТНЫЕ МАНОМЕТРЫ
Для жидкостных манометров величиной, характери­
зующей измеряемое давление, служит видимая высота
столба (уровень) уравновешивающей жидкости в стеклян­
ной измерительной трубке. К приборам этого вида отно­
сятся однотрубные (чашечные) и двухтрубные (U-образные) манометры Ч
Жидкостные манометры являются весьма простыми и
точными приборами, служащими для определения не­
больших избыточных давлений, не превышающих 0,2 МПа.
Они широко применяются при иссле­
довательских и наладочных работах.
В этих манометрах в качестве урав­
новешивающей жидкости используются
ртуть, дистиллированная вода или эти­
ловый спирт.
а) Двухтрубные манометры
Наиболее часто применяется двух
трубпы [ манометр (рис. 3-1), состоя
щий из стеклянных измерительных
трубок 1 и 2. соединенных внизу и
укрепленных на вертикальном основа­
нии 3. Между трубками помещена мил­
лиметровая шкала 4 с нулевой отмет­
кой посредине.
Измерительные трубки заполняются
уравновешивающей жидкостью до ну­
левой отметки шкалы. Трубка 1 со­
общается резиновой трубкой 5 с из­
меряемой средой, находящейся под аб­
солютным давлением ра, а трубка 2 —
с атмосферой, имеющей давление рб. Рис. 3-1. Двух­
Обычно трубка 7, связанная со сре­ трубный манометр»
дой большего давления, обозначается
знаком + (плюсовая трубка), а трубка 2, связанная со
средой меньшего давления, знаком — (минусовая трубка).
При включении манометра измеряемое давлению урав­
новешивается столбом жидкости высотой Л, отсчитываемой
1 ГОСТ 9933-61. Манометры и мановакуумметры U-образные
стеклянные.
209
по шкале прибора. Так как уровень жидкости в трубке 1
понизится, а в трубке 2 соответственно возрастет, то общая
высота столба Һ будет равна сумме отсчетов, производимых
по шкале выше и ниже нулевой отметки.
Если уравновешивающей жидкостью служит вода или
спирт, то отсчет показаний производится по нижней гра­
нице мениска, а если ртуть — то по верхней (рис. 1-4).
Для сечения аЪ на рис. 3-1 можно написать следующее
равенство сил:
Pa} = рв/+
(3-6)
где ра и Рб — абсолютное и атмосферное давления, Па;
/ — площадь отверстия измерительной трубки,
м2;
Һ — высота столба уравновешивающей жидко­
сти, м;
р — плотность уравновешивающей жидкости
при температуре окружающего воздуха,
кг/м3;
g — местное ускорение свободного падения тел,
м/с*.
й
Из уравнения (3-6) после сокращения находим:
Ра = Р б + hpg,
(3-7)
откуда согласно равенству (3-2) получим:
Р = hpg.
(3-8)
Таким образом, при измерении избыточного давления
высота столба уравновешивающей жидкости не зависит
от площади отверстия измерительных трубок.
Из уравнения (3-8) следует, что для ограничения высо­
ты трубок манометра, которая по условиям прочности и
удобства отсчета не должна превышать 1,5 м, при изме­
рении избыточных давлений 0,015—0,2 МПа следует при­
менять уравновешивающую жидкость с большой плот­
ностью (ртуть), а при более низких давлениях — с малой
(воду, спирт и др.).
Вещества, применяемые в качестве уравновешивающей
жидкости, с указанием их плотности в зависимости от
температуры приведены в табл. 3 -2 .
*
Выпускаются двухтрубные манометры с диапазоном
показаний 100, 160, 250, 400, 600 и 1000 мм столба жид­
кости.
210
Таблица
3-2
Уравновешивающие жидкости манометров
Жидкость
Этиловый спирт
Вода
Четыреххлористый
углерод
Бромоформ
Ртуть
Обозна­
чение
С2Н5ОН
Н20
СС14
СНВгз
Hg
Плотность р, кг/м*, при температуре, вС
10
817
15
20
25
эо
813
809
804
800
1000
999
998
997
996
1 614 1604 1 594 1585 1575
35
796
994
1566
2 920 2 904 2 890 2 878 2 868
13 570 13 558 13 546 13 534 13 521 13 509
При измерении давления двухтрубным манометром
представляет неудобство отсчет уровней жидкости одно­
временно в обеих измерительных трубках. При значи­
тельных колебаниях измеряемого давления это затруд­
няет точное определение показаний прибора. В таких
случаях для уменьшения колебаний уровней жидкости
применяют местное сужение сечения соединительной
ЛИНИИ.
'
б) Однотрубные манометры
На рис. 3-2 показана схема однотрубного манометра,
который отличается от двухтрубного тем, что вместо вто­
рой измерительной трубки имеет широкий сосуд (чашку) 1.
К нижней части сосуда присоединена стеклянная измери­
тельная трубка 2, рядом с которой закреплена миллиметро­
вая шкала 3. Прибор смонтирован на вертикальном осно­
вании 4. Сосуд манометра сообщается с измеряемой сре­
дой труокой 5. Свободный конец измерительной трубки
соединен с атмосферой. Сосуд и измерительная трубка
заполняются уравновешивающей жидкостью до нулевой
отметки шкалы.
Под давлением измеряемой среды, составляющим
Р = Ра — Рб,
(3-9)
уровень жидкости в стеклянной трубке поднимется на вы­
соту Һи а в сосуде опустится на высоту Л*. Общая высота
столба Л, уравновешивающая измеряемое давление, будет
равна:
һ ^ к і+ һ ^
( 3- 10)
211
Так как объемы жидкости, вытесненной из сосуда и
вошедшей в трубку, равны, то, обозначив через / и Ғ
соответственно площади сечений
Рд |
трубки и сосуда, получим:
Решая совместно уравнения
(3-10) и (3-11), находим:
* “ * i( l + -y-)
(3-12)
А=*х(1 + £ ) .
(3-13)
ЛИ
где d и D — внутренние диа­
метры измерительной трубк
сосуда манометра.
Из уравнения (3-13) следу­
ет, что общая высота столба
уравновешивающей жидкости
будет больше измеренной по
кале прибора на величину
Ш В Й 0днако если отношение
Рис. 3-2. Однотрубный маеометр.
d2
1
Т ^ ^ ІЮ б " ’
то в большинстве
случаев понижением уровня
жидкости в сосуде, т. е. высотой Aj, можно пренебречь
и считать
һъһг
(3-14)
Р — hipg-
(3-15)
или
При точных измерениях определение Һ производится
по формуле (3-13).
Погрешность измерения однотрубным манометром выше,
чем двухтрубным, зато большим удобством первого из
них является измерение уровня жидкости в одной трубке.
212
в) Микроманометры
Рассмотренные выше жидкостные манометры непри­
годны для измерения небольших давлений, равных едини­
цам или десяткам миллиметров высоты столба уравнове­
шивающей жидкости, так как при этом погрешность ста­
новится весьма значительной. Так, например, при изме­
рении столба высотой 10 мм и возможной ошибке в отсчете
показаний невооруженным глазом в 1 мм относительная
погрешность составит 10 %, что недопустимо.
Для точных измерений небольших давлений газа (воз­
духа) находит применение многопредельный жидкостный
. Схема микроманометра типа ММН-240.
микроманометр с наклонной трубкой типа ММН-240 *.
Этот прибор (рис. 3-3) имеет широкий металлический соСУД 1»^соединенный гибкой трубкой с измерительной стек­
лянной трубкой 2 , закрепленной на миллиметровой шка­
ле 3. Сосуд сообщается с измеряемой средой резиновой
трубкой 4. Установка уровня жидкости на нулевую от­
метку шкалы производится винтом корректора 5 , переме­
щающего в сосуде поршень 6.
Посредством дугообразной стойки 7 с отверстиями
шкала с измерительной трубкой может быть закреплена
под пятью углами наклона к горизонтали. Прибор смон­
тирован на треугольной плите <§, снабженной для правиль­
ной установки двумя винтовыми ножками 9 и двумя вза­
имно перпендикулярными уровнями 10 (на рис. 3-3 пока­
заны одна винтовая ножка и один уровень).
* ГОСТ 11161-71. Микроманометры жидкостные.
213
Применение наклонной стеклянной трубки позволяет,
уменьшив угол а при той же высоте столба жидкости,
увеличить его длину, что повышает точность отсчета.
В микроманометре диаметр сосуда выбран достаточно
большим, поэтому при измерениях пренебрегают пони­
жением в последнем уровня жидкости. Действительная
высота столба Һ (м) жидкости определяется по формуле
Һ==0,001/ sin а,
(3-16)
где I — длина столба жидкости, отсчитываемая по шкале
прибора, мм.
Определение давления р (Па) при помощи микромано­
метра производится по формуле
^ = 0,001Zp£sina,
(3-17)
тождественной с формулой (3-8).
Уравновешивающей жидкостью для микроманометра
служит этиловый спирт. Диапазон показаний в зависимо­
сти от угла наклона трубки при нормальном ускорении
свободного падения тел (9,81 м/с2) составляет 600, 900,
1200, 1800 и 2400 Па. Отношение площадей трубки и со­
суда равно 1/500. Класс точности микроманометра 1.
Прибор выпускается на рабочее давление среды 0,01 МПа.
г)
Установка и поправки к показаниям жидкостных
манометров
На точность измерения давления при помощи жидкост­
ных манометров оказывают влияние правильность уста­
новки прибора, отсчета высоты столба и определения
плотности уравновешивающей жидкости.
Во избежание искажения результатов измерений жид­
костные манометры закрепляются в вертикальном поло­
жении по отвесу в пунктах, не подверженных вибрации
и нагреву, находящихся вблизи места отбора давления.
Бели манометр установлен выше или ниже места от­
бора давления, а соединительная линия и пространство
над жидкостью в плюсовой измерительной трубке или
сосуде (рис. 3-4) заполнены другой, более легкой жид­
костью (например, водой при измерении ртутным мано­
метром давления воды или пара), необходимо к показа­
ниям прибора вводить поправку, учитывающую давление,
оказываемое столбом этой жидкости, С учетом указанной
поправки, значение которой зависит от расположения
214
манометра относительно точк
ние (3-8) принимает вид:
P = g(hp
присоединения, уравнеЯре),
(3-18)
где Я
высота столба жидкости от точки отбора давления
до уровня уравновешивающей жидкости в плюсовой изме­
рительной трубке или сосуде, м;
Рс
плотность жидкости
соединительной линии,
кг/м*.
Знак поправки в уравнении (3-18) зависит от место­
расположения манометра. При установке манометра выше
места сообщения его с измеряемой средой поправка поло­
жительна, а ниже — отрица­
тельна. Указанная поправ­
ка не вводится, если соеди­
нительная линия и плюсо­
вая измерительная трубка
или сосуд заполнены над
уравновешивающей жидко­
стью газом (воздухом) вви­
ду незначительной его плот­
ности.
Абсолютная погрешность
измерения, зависящая от пра­
вильности отсчета высоты
столба жидкости невооружен­
ным глазом, обычно состав­
ляет ± (0 ,5 -г- 1) мм. Приме­
нение оптических приспособ­
нсидкост
лений
(визиров)
заметно вого манометра
уменьшает эту погрешность, а — выше места измерения; б
возникающую главным об­ ниже места изменения.
разом из-за параллакса.
Определение плотности уравновешивающей жидкости,
заполняющей манометры, производится в зависимости от
температуры по соответствующим таблицам.
Иногда для нахождения величины р по показаниям
жидкостного манометра приводят высоту столба уравнове швающей жидкости h t, отсчитанную по шкале при
температуре окружающего воздуха £, к нормальной темпе­
ратуре
этой жидкости (для ртути 0 и воды 4°С).
Приведенная высота столба жидкости
при значе­
ниях температуры t выше нормальной определяется по
СТ
Л7 П ^ П 1 Т Л Т ) п и г ттт) «
л т л ТТТАт*
«TMTvrrvA л. ~ I -
- -_
_
_
_
_
_
_
_
_
_ _
_
_
__
_ U
215
формуле
һв
i + p ( S _ * H) ’
^3-19)
где р — средний температурный коэффициент расшире­
ния жидкости, равный для ртути и воды соответственно
0,18.10-3 и 0,2 -10-3 К' 1 .
Тогда уравнение (3-8) получает вид:
Р = йнРнg ,
(3-20)
где рн — плотность жидкости при нормальной темпера­
туре, кг/м3 (для ртути 13 600 и воды 1000 кг/м3).
На показания ртутных однотрубных манометров оказывают вли­
яние силы поверхностного натяжения ртути, из-за которых уро­
вень ее в измерительной трубке будет несколько ниже действитель­
ной величины*. Силы поверхностного натяжения возрастают
с уменьшением внутреннего диаметра измерительной трубки и
увеличением степени загрязнения ртути п внутренней поверхности
трубки. Поэтому для ртутных однотрубных манометров внутренний
диаметр трубки выбирают не менее 8—10 мм и применяют чистую
ртуть.
В ртутном двухтрубном манометре силы поверхностного натя­
жения в трубках взаимно уравновешиваются и не отражаются на
результатах измерений.
3-3. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ
Наиболее широкое применение для измерения избы­
точного давления жидкости, газа и пара получили дефор­
мационные манометры, обладающие простой и надежной
конструкцией, наглядностью показаний и небольшими
размерами. Существенными достоинствами этих приборов
являются также большой диапазон измерений, возмож­
ность автоматической записи и дистанционной передачи
показаний.
Принцип действия деформационного манометра осно­
ван на использовании деформации упругого чувствитель­
ного элемента, возникающей под влиянием измеряемого
давления. Значение этой деформации передается отсчетному устройству прибора, градуированному в единицах
давления.
1
Поверхностное натяжение у других жидкостей крайне незна­
чительно. Так, например, у воды оно меньше, чем у ртути, в 6,5
раза, а у спирта — в 22 раза.
216
Чувствительные элементы деформационных маномет­
ров для измерения давления до 60 МПа изготовляются
из дисперсионно-твердеющих сплавов марки 36НХТЮ (до
температуры 200°С) * и бериллиевой бронзы марки БрБ2
(до 100°С) **.
Весьма распространенным видом деформационных при­
боров, используемых для определения избыточного дав­
ления, являются трубчато-пружинные манометры, играю­
щие исключительно важную роль в технических измере­
ниях. Эти манометры изготовляются с одновитковой труб­
чатой пружиной, представляющей собой изогнутую по
окружности металлическую упругую трубку овального
сечения. Под действием измеряемого давления внутри
трубки она частично раскручивается вследствие дефор­
мации ее сечения, которое стремится принять форму
круга.
а) Основные свойства трубчато-пружинных манометров
Схема одновитковой трубчатой пружины дана на
рис. 3-5. Согнутая по дуге круга трубка с сечением в виде
эллипса, большая ось которого расположена нормально
к плоскости чертежа, одним концом, сообщающимся с из­
меряемой средой, закреплена неподвижно. Второй сво­
бодный конец трубки наглухо запаян. При возрастании
давления внутри трубки малая ось эллипса увеличивается,
тогда как длины дуг А хВ г и А 2В 2 остаются практически
постоянными.
Если гг — радиус ОВг, г2 — радиус ОВ2, Ъ — малая
ось эллипса трубки, у — угол закручивания трубки —
размеры пружины до деформации давлением и соответ­
ственно Г|, Г2, 6 ' и ү' — те же размеры после деформации,
то будем иметь:
riV = r\y'
и
г2ү = г*ү'.
Вычитая из второго выражения первое, получаем!
(>2 — *i) Y= (r$ - Қ) ү \
(3-21)
Так как r 2 — rx = b и г'2 — r[ — b \ то уравнение (3-21)
примет вид:
Ъу = Ь’у '.
(3-22)
ГОСТ 10994-64. Сплавы прецизионные.
*♦ ГОСТ 493-54. Бронзы безоловянные.
217
После деформации пружины Ъ щ Ь, следовательно,
у' < V, т. е, под воздействием измеряемого давления
трубчатая пружина уменьшает свою кривизну, раскру­
чиваясь в определенном направлении. Изменение угла
закручивания пружины вызывает перемещение ее свобод­
ного конца, связанного при помощи передаточного меха­
низма с указательной стрелкой.
О
Рис. 3-5. Схема одновитковой труб
чатой пружины.
Пусть Ъ'
дь
Ъ
У
Да вление, мпа
Рис. 3-6. Зависимость уп­
ругой деформации труб­
чатой пружины от дав­
ления.
У
Ау, тогда уравнение
вид:
&ү = (&+ Д6)(ү —Дү),
(3-23)
откуда
Дү
Таким образом,
АЪ
(3-24)
;еформации
закручивая
нально начальному значению этого угла, увеличению ма­
лой оси сечения трубки и обратно пропорционально вели­
чине малой оси после раскручивания пружины.
Перемещение свободного конца трубчатой пружины
под действием давления находится в прямой зависимости
от этого давления, благодаря чему шкала манометра полу­
чается равномерной. Однако указанная зависимость со­
храняется только до известного предела (рис. 3-6 ), назы­
ваемого пределом пропорциональности, после которого то
же возрастание давления р приводит к более быстрому
росту перемещения Һ конца пружины. Это вызывает по213
явление .остаточной деформации пружины, и манометр
становится непригодным для измерений.
П р е д е л п р о п о р ц и о н а л ь н о с т и трубча­
той пружины является одной из важнейших ее характери­
стик и зависит в основном от соотношения осей сечения
трубки, толщины ее стенок, механических свойств мате­
риала и радиуса закругления пружины. Повышение пре­
дела пропорциональности пружины связано с уменьше­
нием ее чувствительности, характеризуемой перемеще­
нием свободного конца трубки на единицу давления. Наи­
большее давление (конечное значение шкалы манометра),
при котором допускается работа трубчатой пружины,
принимается обычно не более половины ее предела про­
порциональности.
Отношение осей сечения пружины выбирается чаще
97^о° от двух до тРех> а угол ее закручивания составляет
ш#U *
На точность измерений трубчато-пружинными мано­
метрами оказывает большое влияние упругое последействие
трубки, представляющее собой разность между перемеще­
ниями ее конца при одном и том же давлении в случае
постепенного повышения (прямой ход) и понижения (об­
ратный ход) давления. Исчезновение этой разности проис­
ходит через несколько минут или часов в зависимости от
механических свойств трубки. Упругое последействие яв­
ляется одним из основных недостатков трубчато-пружин­
ных манометров, так как вызывает непостоянство показа­
ний последних. Оно в значительной мере определяет собой
класс точности прибора.
Максимальное перемещение свободного конца трубча­
той пружины в манометрах весьма незначительно (5 —
8 мм), ^поэтому для повышения их чувствительности и
большей наглядности показаний это перемещение увели­
чивается посредством зубчато-секторного или рычажного
передаточного механизма.
Устройство показывающего трубчато-пружинного ма­
нометра видно из рис. 3-7. Трубчатая пружиаа 1 открытым
концом жестко соединена с держателем 2, укрепленным
в круглом корпусе 3 манометра. Держатель несет на себе
штуцер 4 с резьбой, служащий для сообщения прибора
с измеряемой средой. Свободный конец пружины эакрыт
пробкой 5 с шарнирной осью и запаян. Посредством по­
водка 6 он связан с передаточным механизмом, состоящим
из зубчатого сектора 7, сцепленного с шестеренкой (триб219
кой) 8, сидящей неподвижно на оси вместе с указательной
стрелкой 9. Рядом с трибкой расположена плоская спи­
ральная пружинка (волосок) 10, один конец которой сое­
динен с трибкой, а другой закреплен неподвижно на
стойке, поддерживающей передаточный механизм. Воло­
сок постоянно прижимает трпбку к одной стороне зубцов
сектора, благодаря чему при обратном изменении давле-
Ряс. 3-7. Показывающий трубчато-пружинный
манометр.
ния устраняется мертвый ход в зубчатом зацеплении пе­
редаточного механизма.
Под действием измеряемого давления трубчатая пру­
жина частично раскручивается и тянет за собой поводок,
приводящий в движение зубчато-секторный механизм и
стрелку манометра, перемещающуюся вдоль шкалы 11.
Манометр имеет равномерную круговую шкалу с цент­
ральным углом 2/0—300е.
По своему назначению трубчато-пружинные манометры
разделяются на промышленные и образцовые.
б) Промышленные трубчато-пружинные манометры
П р о м ы ш л е н н ы е м а н о м е т р ы с трубчатой
пружиной бывают показывающими и самопишущими, при­
чем первые из них могут иметь сигнализирующее устрой­
ство.
В табл. 3-3 даны характеристики шкал трубчато-пру­
жинных манометров, в которой конечные значения шкал,
220
так же как и шкал большинства других измерительных
приборов, соответствуют так называемым рядам предпоч­
тительных чисел, установленным стандартом х.
Т а б л и ц а 3-3
Характеристики шкал промышленных тру бчато-пружинных
манометров
Класс точности
Конечное
значение
шкалы,
кгс/см*
0,6
0,6
1,0
1,6
2,5
4
6
10
16
25
40
60
100
160
250
400
600
1000
1600
0,005
0,005
0,01
0,02
0,02
0,05
0,05
0.1
0,2
0,2
0,5
0,5
1
2
2
5
5
10
1
1,5
2,5
4
Цена деления шкалы, кгс/см*
0,005
0,01
0,02
0,02
0,05
0,05
0,1
0,2
0,2
0,5
0,5
1
2
2
5
#
о
10
20
0,01
0,02
0,02
0,05
0,05
од
0,2
0,2
0,5
0,5
1
2
2
5
5
10
20
20
#
0,02
0,02
0,05
0,05
0,1
0,2
0,2
0,5
0,5
1
2
2
5
5
10
20
20
50
9
0,02
0,05
0,05
0,1
0,2
0,2
0,5
0,5
1
2
2
5
5
Ю
20
20
50
50
7
7
7
7
П о к а з ы в а ю щ и е м а н о м е т р ы 2 имеют диа­
метр корпуса 60—250 мм. Класс точности приборов 0,6—4.
В зависимости от условий монтажа приборы изготовляются
с радиальным или осевым штуцером, а также с передним
или задним фланцем на корпусе (для утопленного или вы­
ступающего монтажа) или без фланца (для местного мон­
тажа). Показывающие манометры различного исполнения
приведены на рис. 3-8, а их размеры — в табл. 3-4.
1 Согласно ГОСТ 8032-56 ряды предпочтительных чисел пред­
ставляют собой десятичные геометрические прогрессии со зпамепателями >/10 = 1,6 (ряд R 5 ) , y 10 = 1,25 (ряд R10) и т. д ., с округлепными значениями полученных величин.
2 ГОСТ 2405-72 и ГОСТ 8625-69« Манометры, вакуумметры и
мановакуумметры показывающие.
221
Т а б л и ц а 3-4
Основные размеры показывающих
hi трубчато-пружинных манометров
Размеры, мм
%
ь
А
§0
400
160
250
63
106
170
265
1
Я
я.
я,
I
Ii
45
60
70
70
60.
100
125
175
75
105
120
120
20
25
30
35
35
60
100
Выпускаемые типы показывающих трубчато-пружин­
ных манометров и их характеристики даны в табл. 3-5 .
Рис.
. Технические трубчато-пружинные манометры.
а — без фланца с радиальным штуцером; б — без фланца с осевым штуцером;
в — с задним фланцем и радиальным штуцером; а — е передним фланцем и
осевым штуцером.
К числу промышленных показывающих трубчато-пру­
жинных манометров относится и манометр типа МТИ,
предназначенный для точных измерений давления жид­
кости, газа и пара. Прибор изготовляется с конечным зна­
чением шкалы 0,6—600 кге/см2, класса точности 0,6 и 1.
222
Т а б л и ц а 3-5
Промышленные показывающие трубчато-пружинные манометры
Конеедюе
знаэдвкё | Класс Диаметр
ТОЧ­ корпуса*
шказы,
мм
кге/см2 НОСТИ
Тип
Характеристика
ОБМ1-100
ОБМІ-160
МП5
Для жидкости, г а з а и пара
без фланца с радиальным
штуцером
1—60
1—60
6—600
ОБМ1-1006
ОБМ1-1606
То же с задним фланцем и
радиальным штуцером
1—60 І 2.5
1—в о ! 4.5
100
160
МОШІ-ІОО
МОШІ-ІбО
То же с передним фланцем
и осевым штуцером
1—60 I
1—100 j
1*00
160
2.5 ]
1.5
1.5
ттст /жгИДЛЦу
ж ш т к п г т1Д
и UvO ШЛшдЦА
А яаш тл 4XUU“
лп__14uu
ОБМГнІ-ІОО
V/иХТДД ПА ДVV ||ГТ
уЛ71
©БМГнІ-160
с радиальным штуцером
160—600
2.5
1.5
2.5
100
160
250
1.5
100
160
ОБМГнІ-ІООб То же с задним фланцем и 100—250 ; 2.5
ОБМГнІ-ІбОб
радиальным штуцером
160—600' 1.5
100
160
МГнОШІ-160 То же с передним фланцем 160—600
и осевым штуцером
1,5
160
<
ГМ-100
ГМ-160
Для газа без фланца с ра­ 100—250'
диальным штуцером
100—600 ;
2.5
1.5
100
160
ГМОШ-ІбО
То же с передним фланцем 100—600
и осевым штуцером
1,5
160
МТП-100
МТП-160
Для жидкости и газа без 0.6—600
фланца
с радиальным ! о,б—боо
штуцером
1.5
100
160
Для жидкости и газа без
фланца
с
радиальным
штуцером
4
60
4
60
МТ-1
1.5
1,6—400
&
I
МТ-2
То же с задним фланцем и
радиальным штуцером
1,6—400
;■— ■■■ 1 1■»
м т-з
То же с передним фланцем 1,6—400
и осевым штуцером
4
60
МТ-4
То же без фланца с осевым
штуцером
4
60
1,6—400
т
Корпус манометра без фланца, диаметр 160 мм. Присоединительныи штуцер радиальныи
Трубчато-пружинные манометры могут меть корректор нуля. Д ля этого к свободному концу трубчатой пру­
жины присоединяется конец небольшой винтовой пру­
жины, закрепленной на кулачке корректора. Головка
последнего выведена наруж у с задней стороны корпуса
прибора. При повороте ее изменяется натяжение винтовой
пружины, а следовательно, и положение конца трубчатой
пружины, связанного с указательной стрелкой.
Для измерения и сигнализации давления применяются сигна­
лизирующие двухпозиционные показывающие манометры типов
ЭКМ-1У и ЭУМ-2У с трубчатой пружиной. Конечные значения их
шкал соответственно 1—100
и 160—1600 кгс/см2. Класс
точности приборов 1,5. Мано­
метры имеют корпус диамет­
ром 160 мм с задним фланцем
и радиальный штуцер. Общий
вид сигнализирующего мано­
метра типа ЭКМ-1 У показан
на рис. 3-9. Прибор содержит
указательную стрелку 1, за­
дающие сигнальные (мини­
мальную и максимальную)
стрелки 2 и 3, устанавливае­
мые на заданные значения дав­
лений при помощи ключа, и
коробку 4 с зажимами для при­
соединения к прибору цепи
сигнализации. Механизм мано­
метра заключен в корпус 5.
Рис. 3-9. Сигнализирующий ма­ Прибор сообщается с измеряе­
мой средой через штуцер 6.
нометр типа ЭКМ-1У.
При достижении любого
из заданных предельных давле­
ний контакт, связанный с указательной стрелкой, соприкасается
с контактом, расположенным на соответствующей сигнальной
стрелке, и замыкает цепь сигнализации.
Указанные манометры пригодны для измерения плавно изме­
няющихся давлений. Контактное устройство их питается от сети
постоянного или переменного тока, напряжением 220 В. Разрывная
мощность контактов 10 В*А.
Для измерения и сигнализации давления выпускается также
показывающий трубчато-пружинный манометр типа МП4-ІІІ с ко­
нечным значением шкалы 0,6—1600 кгс/см2. Класс точности при­
бора 1,5. Корпус манометра диаметром 160 мм снабжен задним флан­
цем. Прибор имеет радиальный штуцер и два радиальных разъемных
контактных соединения для подключения источника питания и
цепи сигнализации. В качестве преобразователей в сигнализирую­
щем устройстве манометра используются два генератора высокой
частоты, выдающих сигнал соответственно при максимальном и
224
минимальном отклонении измеряемого давления от заданных зна­
чений. Для этого вместе с указательной стрелкой манометра переме­
щается легкий алюминиевый флажок (экран), который при входе
в зазор генератора срывает его колебания, в результате чего на
выходе блока реле появляется сигнал. Установка пределов сигнали­
зации производится при помощи двух задающих сигнальных стре­
лок, управление которыми выведено на переднюю часть прибора.
Погрешность срабатывания сигнализирующего устройства ± 2,4%
конечного значения шкалы.
Манометр типа МП4-ІІІ питается от сети переменного тока нап­
ряжением 220 В, частотой 50 Гц. Допускаемая нагрузка цепи сиг­
нализации при напряжении постоянного тока 30—250 В составляет
60 Вт, а при напряжении переменного тока 220 В — 40 В • А.
С а м о п и ш у щ и е м а н о м е т р ы с трубчатой
пружиной и диаграммным диском бывают одноточечными
типа МТС и двухточечными типа МТ2С *. Конечное зна­
чение шкалы приборов 6—1600 кгс/см2 и класс точности 1.
Диаметр диаграммного диска 250 мм и время его оборота
12 или 24 ч. Манометры имеют прямоугольный корпус
с габаритами 340 X 280 X 125 мм, приспособленный для
выступающего и утопленного монтажа. Внешний вид и
размеры корпуса те же, что и у самопишущего манометри­
ческого термометра типа ТГС (см. рис. 2-10).
Техническая характеристика самопишущих маномет­
ров дана в табл. 3-6.
Т а б л и ц а 3-6
Промышленные самопишущие трубчато-пружинные
Т еш
МТС-711
МТС-712
МТ2С-711
МТ2С-712
Характеристика
,ии одноточечный с приводом диаграммы
синхронным микродвигателем
То же с приводом диаграммы часовым механизмом
Самопишущий двухточечный с приводом диаграммы
синхронным микродвигателем
То же с приводом диаграммы часовым механизмом
О б р а з ц о в ы е м а н о м е т р ы типа МО (рис. 3-10)
применяются для поверки промышленных манометров,
а также для выполнения точных измерений давления в ла­
бораторных установках г. Приборы имеют трубчатую пру*
ГОСТ 7919-72. Манометры, вакуумметры и мановакуумметры
самопишущие ГСП.
1 ГОСТ 6521-72. Манометры и вакуумметры пружинные образ­
цовые.
8
Мурии Г. Л.
22£
«
жину и зубчато-секторный передаточный механизм, рас­
положенные в металлическом корпусе диаметром 160 или
250 мм. В образцовых манометрах применяется пружина
высокого качества и
тщательно
выполнен­
ный передаточный ме­
ханизм. Приборы вы­
пускаются с конечным
30 МЛ1ЮМ£ТР ОБРАЗЦОВЫЙ
значением шкалы 1—
600 кгс/см2. Шкала
условных де­
имеет
лений с числовыми от­
бОкгс/сн
метками через каждые
5 делений. Для пере­
>64450
ЮО
счета условных делений
ГОСТ 6521-72
'
1978г
^
в кгс/см2 образцовые
манометры снабжаются
таблицей
переводной
или графиком.;_Конечное значение давления
указывается на цифер­
Рис. 3-10. Образцовый манометр
типа МО.
блате прибора. Класс
точности
манометров
диаметром 250 мм — 0,16 и 0,25, а диаметром 160 мм
0,4. Пользование приборами допускается при температу­
ре окружающего воздуха 10—35°С и относительной
влажности до 80%.
2
3-4. УСТАНОВКА И ОБСЛУЖИВАНИЕ МАНОМЕТРОВ
а) Выбор и устан овка трубчато-пруж инны х манометров
При выборе манометра руководствуются прежде всего
требуемой точностью показаний, учитывая при этом осо­
бенности прибора и условия измерения. Исходя из надеж­
ности работы манометра, конечное значение шкалы выби­
рается с таким расчетом, чтобы оно превышало измеряе­
мую величину при постоянном или плавно изменяющемся
давлении в 1,5 раза, а при колеблющемся — в 2 раза.
В обоих случаях минимальное измеряемое давление не
должно быть меньше г/9 конечного значения шкалы.
Показания трубчато-пружинного манометра зависят от
температуры чувствительного элемента, поэтому установка
226
Щ
Ч
йрибора производится таким образом, чтобы по возмож­
ности исключить влияние на него температуры измеряе­
мой и окружающей среды. Температура воздуха, окру­
жающего прибор, не должна превышать 40° С, поэтому
манометры нельзя устанавливать около сильно нагретых
поверхностей. При установке манометра непосредственно
у места измерения давления пара или горячей воды для
защиты прибора от чрезмерного нагрева
на соединительной линии перед ним
устанавливается кольцевая или U-образиая сифонная трубка, которая об­
разует гидравлический затвор из ос­
тывшей жидкости.
Для установки манометра при рабо­
чем давлении среды до 2,5 МПа при­
меняется трехходовой пробковый кран,
а выше — трехходовой вентиль. Иног­
да в соединительной лин 515 располагаются два вентиля: один для отключе­
ния прибора и другой — для сообще­
ния его с атмосферой. Общий вид уста­
новки показывающего манометра на
паропроводе высокого давления приве­
ден на рис. 3-11. Манометр 1 ввинчи­
вается штуцером в трехходовой вентиль
2, соединенный с кольцевой сифонной
трубкой 3, приваренной к стенке трубы
4. Правая часть вентиля служит для
Рис. 3-11. Уста­
включения манометра, а левая — для новка
трубчатопродувки сифонной трубки, высота Һ пружинного мано­
которой берется не менее 350 мм.
метра на паропро­
В случае применения трехходового воде.
крана манометр может быть сообщен
с измеряемой средой, а для отключения прибора или
поверки нулевой отметки шкалы — с атмосферой. По­
средством этого же крана осуществляется периодиче­
ская продувка соединительной линии. Направление
каналов в пробке крана указано на торце рукоятки рис­
ками.
Деформационные манометры должны устанавливаться
в местах, не подверженных вибрации и сотрясению,
вредно отражающимся на работе и состоянии приборов.
Нормальное (рабочее) положение показывающего манометра
пггуцером вниз (при радиальном штуцере) или
8*
227
вбок (при осевом штуцере). Самопишущие манометры
устанавливаются строго вертикально.
Из соображений ограничения запаздывания показа*
ний длина соединительной линии до манометра обычно не
превышает 50 м. Внутренний диаметр медной или стальной
трубки соединительной линии выбирается в пределах 6 —
15 мм в зависимости от ее длины. Соединительная линия
должна быть плотной и прокладываться по кратчайшему
расстоянию с уклоном 0,1 к манометру, который устанав­
ливается выше места отбора давления при измерении дав­
ления газа и ниже — при измерении давления жидкости и
пара. Если указанная установка манометров невозможна,
то при измерении давления газа в нижних точках соеди­
нительной линии применяются отстойные сосуды, а при
измерении давления жидкости и пара в верхних точках —
газосборники. Изгибы линии должны быть плавными.
Температура среды в линии перед манометром должна
равняться температуре окружающего воздуха. В качестве
* уплотнительных прокладок при установке манометров
служат паронит (до 6 МПа) и отожженная красная медь
(свыше 6 МПа).
б)
Правила измерения трубчато-пружинными мано­
метрами
Включение и выключение манометров следует произ­
водить медленно во избежание повреждения пе.редаточного
механизма. Для предохранения чувствительного элемента
от появления остаточной деформации нельзя допускать
превышения измеряемым давлением конечного значения
шкалы.
Измерение быстро меняющегося давления, например
после насосов, компрессоров и т. п., вызывает сильный
износ передаточного механизма манометров и затрудняет
правильный отсчет показаний, поэтому для уменьшения
колебаний указательной стрелки в соединительной линии
устанавливают дроссель или частично прикрывают трех­
ходовой кран или вентиль. Следует иметь в виду, что
прикрывать краны или вентили у манометров, измеря­
ющих давление в котлоагрегатах, категорически запре­
щается.
-а
После продувки соединительной линии манометра, из­
меряющего давление пара или горячей воды, повторное
включение прибора в работу производится спустя неко228
тороө время, достаточное для охлаждения жидкости в си­
фонной трубке.
В зависимости от требуемой точности измерения к по­
казаниям деформационных манометров вводятся в общем
случае следующие поправки:
основная;
на расположение манометра относительно места отбора
давления (если соединительная линия заполнена жидко­
стью);
на температуру прибора.
Основная поправка определяется по свидетельству ма­
нометра, а дополнительные — на расположение мано­
метра и его температуру — исходя из условий измере­
ния.
Поправка на расположение прибора зависит от высоты
столба жидкости в соединительной линии и в случае не­
обходимости вводится так же, как и при измерении дав­
ления жидкостными манометрами.
Увеличение температуры манометра выше нормальной
искажает его показания в сторону завышения измеряемого
давления. Для точного определения поправки на темпе­
ратуру прибора необходимо знать его температурный
коэффициент, значение которого для различных типов
манометров колеблется в широких пределах. Прибли­
женно можно принять, что дополнительная погрешность
трубчато-пружинного манометра составляет ± 0 ,4 % при
отклонении температуры окружающего воздуха на ка­
ждые ±10°С от значения 20 ± 5°С в диапазоне темпе­
ратур 0—60°С.
3-5. ПОВЕРКА МАНОМЕТРОВ
Ж
и правильной установке обеспечивают достаточно высокую
точность измерения, почти не зависящую от времени ра­
боты, и поэтому не требуют поверки.
Деформационные манометры нуждаются в периодиче­
ской поверке, а при возрастании основной погрешности —
и в переградуировке шкалы. Чувствительный элемент
этих приборов постепенно теряет свои упругие свойства
из-за появления остаточных деформаций. Одновременно
на точность показаний оказывает влияние износ переда­
точного механизма прибора.
Л
л
------
------------------------ ^
v
ж
v
#
«
u
u
u
229
Для поверки и градуировки деформационных маномет­
ров используются в основном груаопоршневые манометры,
которые как самостоятельные приборы для измерения дав­
ления на электростанциях не применяются.
а) Грузопоршневые манометры
Г р у з о п о р ш н е в ы е м а н о м е т р ы являются
образцовыми приборами, так как обладают высокой чув­
ствительностью и точностью. Приборы этого типа по точдкостным
Б,+ег
метрам, но в отличие от последних могут
иметь большой диапазон измерений (до
250 МПа и выше).
Принцип действия груэопоршневого
манометра заключается в уравновешива­
нии давления измеряемой среды на сво­
бодно перемещающийся в цилиндре пор­
шень силой, создаваемой калиброваным
грузом. По массе этого груза определяют
действующее на поршень давление.
На рис. 3-12 показана схема грузо­
поршневого манометра. В сосуд 1 с ци­
линдрической колонкой 2, заполненный
ш
маслом
сообщающийся
посредством
соеи.
3
динительного
туцера 3 с измеряемой
“р
средой, вставлен вертикально с небольстал ьно поршень 4. С на­
Рис. 3-12. Схе­
ма грузопорш­ ружнои стороны он скреплен с тарелкой
невого
мано­ 5, на которую в зависимости от измеряе­
метра.
мого давления накладываются грузы 6,
уравновешивающие воспринимаемое пор­
шнем давление р (Па) при равновесии системы опреде­
ляемое по (Ьопютле
Р
где G1 и G2
F
8а
(3-25)
массы поршня с тарелкой и грузов, кг;
площадь поршня, ма;
нормальное ускорение свободного падения
тел, м/са.
фовываетс
поверхности колонки. В результате между ними образуется
незначительный кольцевой зазор (около 3—5 мкм), что
230
1
препятствует пропуску масла из колонки наружу и спо­
собствует движению поршня без излишнего трения.
Основным недостатком грузопоршневых манометров
является влияние на их чувствительность трения поршня
в цилиндре, что при измерении требует строго вертикаль­
ной установки манометров и проворачивания от руки
поршня вокруг оси.
Изготовляются грузопоршневые манометры типов
МП-2,5; МП-6 ; МП-60; МП-600 и МП-2500 с конечным
пределом измерений соответственно 0,25; 0,6; 6 ; 60 и
250 МПа *. Класс точности приборов 0,02 и 0,05.
б) Поверка деформационных манометров
Деформационные манометры поверяются в лаборато­
рии. Для этой цели применяются приборы: жидкостные
(ртутные) манометры для давлений до 0,3 МПа, грузопорш­
невые — до 60 МПа и образцовые трубчато-пружинные —
от 0,15 МПа и выше х.
На рис. 3-13 показан грузопоршневой манометр типа
МП-60, предназначенный для поверки промышленных де­
формационных манометров. Прибор состоит из колонки 7,
присоединенной к корпусу 2 винтового гидравлического
пресса. Полость колонки и пресса заполнена трансформа­
торным маслом. В канал колонки вставлен стальной пор­
шень 3, несущий на верхнем конце тарелку 4 для гру­
зов 5. Параллельно с колонкой к прессу присоединены
штуцера 6 и 7, служащие для установки одного или двух
поверяемых манометров 8. Отключение от пресса колонки
и манометров производится игольчатыми вентилями 9—11.
Поршень манометра имеет площадь 0,5 см2. Вместе
с тарелкой (без грузов) он создает давление, равное
0,1 МПа. В комплект прибора входят калиброванные
грузы, позволяющие получать давления через 0,05; 0,1
и 0,5 МПа.
В расширенной части пресса сидит винтовой шток 12
с манжетным поршнем 13, перемещаемый маховиком 14.
Для заполнения прибора маслом служит воронка 15
с вентилем ір> установленная на корпусе пресса. Выпуск
масла производится через вентиль 17.
* ГОСТ 8291-69. Манометры избыточного давлепия грузонорпгаевые.
1 Инструкция 4-53 Госстандарта СССР по поверке рабочих пру­
жинных манометров.
231
Для установки поршня в строго вертикальное положе­
ние корпус прибора снабжен винтовыми ножками и уров­
нем (на рис. 3-14 не показаны).
Поверяемый манометр устанавливают в штуцер 6 или 7
и, регулируя маховиком 14 винтового пресса так, чтобы
поршень 3 был погружен в колонку примерно на 2/3 его
длины, кладут последовательно на тарелку 4 грузы, соот­
ветствующие поверяемым отметкам шкалы. Для устране­
ния влияния трения рукой придают поршню с грузами
Рис. 3-13. Грузопоршневой манометр типа МП-60.
вращательное движение с частотой 30—50 об/мин и запи­
сывают показания поверяемого манометра.
Для поверки манометров на более высокие конечные
значения шкалы (до 25 МПа) дополнительно применяется
образцовый трубчато-пружинный манометр, устанавливае­
мый в один из штуцеров пресса. При давлениях, близких
к предельному для грузопоршневого манометра, отклю­
чают колонку вентилем 10 и дальнейшее повышение дав­
ления производят вращением маховика 14 винтового
пресса, сравнивая через определенные интервалы показа­
ния поверяемого и образцового манометров.
Поверка производится примерно в пяти отметках шкалы
поверяемого прибора через одинаковые промежутки сна­
чала при возрастании, а затем при понижении давления
232
для тех же отметок. По достижении конечной отметки
шкалы поверяемый манометр выдерживается под этим
давлением в течение 5 мин с целью определения упругого
последействия чувствительного элемента при последую­
щем понижении давления. В каждой поверяемой отметке
после отсчета показаний производится повторный отсчет
после легкого постукивания пальцем по корпусу мано­
метра. Скачкообразное перемещение указательной стрелки
при сотрясении прибора указывает на наличие зазоров и
чрезмерного трения в передаточном механизме.
3-6. МАНОМЕТРЫ С ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
ПОКАЗАНИЙ
Наибольшее расстояние между манометром и местом
измерений давления ограничивается, как указывалось
выше, допускаемой длиной соединительной линии (трубки),
равной 50 м, что часто является недостаточным. В таком
случае применяется бесшкальный деформационный мано­
метр с электрической дистанционной передачей показаний
(первичный преобразователь) х, работающий в комплекте
с показывающим или самопишущим вторичным прибором,
образующим с ним измерительную систему, основанную
на том или ином принципе действия.
В деформационном электрическом манометре упругая
деформация чувствительного элемента, состоящего из труб­
чатой пружины или мембраны, преобразуется в непрерыв­
ный электрический выходной сигнал, который передается
по проводам установленному в удобном для наблюдений
месте вторичному прибору, градуированному в единицах
давления.
Для дистанционной передачи показаний при измерении
давления жидкости, газа и пара в теплоэнергетике при­
меняются бесшкальные деформационные электрические
манометры с дифференциально-трансформаторным, маг­
нитомодуляционным и тензометрическим преобразовате­
лями, работающие в комплекте с соответствующими вто­
ричными приборами.
1 Деформационные манометры с электрической дистанционной
передачей показаний, действие которых основано на зависимости
их выходного параметра от измеряемого давления, называются
деформационными электрическими манометрами.
233
а)
Манометры с дифференциально-трансформаторным
преобразователем
К бесшкальыым манометрам с дифференциально-тран­
сформаторным преобразователем (дифтрансформатором) от­
носится взаимозаменяемый трубчато-пружинный электри­
ческий манометр типа МЭД с унифицированным выходным
параметром (сигналом)- Прибор питается переменным то­
ком, не имеет контактов
в измерительной цепи и
обладает
достаточным
быстр одействием.
В ыходным параметром ма­
нометра является вза­
имная
индуктивность
между первичной и вто­
ричной цепями дифтрансформатора, изме­
няющаяся пропорцио­
нально
измеряемому
давлению.
Манометр типа МЭД
выпускается двух мо­
делей — 22364 и
с конечным пределом
показаний соответствен­
но 0 ,1 —1,6 и 2 ,5 —
Рис. 3-14. Трубчато-пружинный ма­
160 МПа. Класс точно­
нометр типа МЭД модели 22364.
сти прибора 1 и 1,5. Пре­
делы изменения взаим­
ной индуктивности 0 —10 мГ. Первичная обмотка дифтрансформатора питается от вторичного прибора пере­
менным током 0,125 А, частотой 50 Гц. Время установ­
ления выходного параметра не более 1 с. Манометр
имеет корпус диаметром 160 мм, изготовленный из алю­
миниевого сплава. Присоединительный туцер радиальный. •
Устройство манометра типа МЭД модели
пока­
зано на рис. 3-14 *. Прибор содержит трубчатую пру­
ж ину 1 У закрепленную в держателе 2 с присоединитель­
ным штуцером 3. Держатель, соединенный с корпусом 4
манометра, несет на себе катушку 5 дифтрансформатора,
* Прибор показан со святой крышкой.
234
в которую помещен стальной сердечник 6, скрепленный
при помощи штока 7 и рычага 8 со свободным концом труб­
чатой пружины. В верхней части держателя расположены
постоянный 9 и неременный 10 резисторы, шунтирующие
вторичную обмотку катушки дифтрансформатора. Сое­
динительные провода выводятся из прибора через разъем­
ное контактное соединение 11, установленное на задней
стенке корпуса.
При измерении давления трубчатая пружина мано­
метра, изменяя свою кривизну, перемещает сердечник
в катушке дифтрансформатора, что приводит и изменению
взаимной индуктивности между ее цепями, т. е. выход­
ного параметра манометра.
Манометр типа МЭД работает в комплекте с одним из
вторичных автоматических дифференциально-трансформа­
торных приборов 1 типов КСДЗ, КСД2, КСД1 или КПД1,
градуированных в единицах давления 2. Указанные одно­
точечные приборы имеют сходные измерительные схемы,
а по внешнему виду, габаритам и устройству отдельных
узлов и блоков аналогичны соответствующим автоматиче­
ским потенциометрам типов КСПЗ, КСП2, КСП1 и КПП1
(см. § 2-7).
Выпускается также полупроводниковый миниатюрный
дифференциально-трансформаторный показывающий при­
бор типа ВМД модели 4882. Он имеет равномерную кру­
говую шкалу длиной (по дуге) 195 мм. Время прохожде­
ния стрелкой шкалы 5 с. Класс точности 1 . Прибор пи­
тается от сети переменного тока напряжением 127 или
220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность 15 В*А.
Прибор может иметь сигнализирующее устройство Габа­
риты прибора 122 X 120 х 370 мм и масса 7 кг. Корпус
его приспособлен для утопленного монтажа.
Электрическая схема манометра типа МЭД и вторич­
ного показывающего и самопишущего прибора типа КСД2
приведена на рис. 3-15. Манометр М ЭД и вторичный при­
бор НСД имеют одинаковые дифтрансформаторы, катушки
которых I и I I с сердечниками содержат первичную и
вторичную обмотки. Кроме того, в средней части катушкк I I расположена дополнительная вторичная об1 ГОСТ 19610-74. Приборы дифференциально-трансформатор­
ные вторичные автоматические ГСП.
у
Указанные автоматические дифференциально-трансформатор­
ные приборы заменяют ранее выпускавшиеся приборы соответст­
венно типов ЭПИД, ДС1 (ДСР1), ДСМ2 (ДСМР2) и ДП4 (ДПР4).
235
мотка I I I , шунтированная переменным резистором R1,
служащая корректором электрического нуля вторичного
прибора.
Первичные обмотки A i и А и катушек I и I I дифтрансформаторов соединены между собой последовательно и
питаются переменным током напряжением 24 В, частотой
50 Гц, от зажимов а и Ъсилового трансформатора электрон­
ного полупроводникового усилителя ЭУ. Вторичные об­
мотки этих катушек состоят из двух одинаковых секций:
В г и СI, В и и Сц , В и I и Ст . Секции каждой обмотки
включепы встречно, т. е. индуктируемые в них э. д. с.
~ZZ0B
вг
Рис. 3-15. Электрические
схемы манометра типа МЭД
и вторичного прибора типа
КСД2.
имеют противоположные направления. Все вторичные об­
мотки катушек дифтрансформаторов соединены последо­
вательно и подключены к входным зажимам c u d элект­
ронного усилителя.
При среднем положении сердечников в катушках наво­
димые в секциях каждой вторичной обмотки э. д. с. равны
и взаимно компенсируются. В этом случае разность потен­
циалов между вторичными обмотками катушек, подавае­
мая на вход электронного усилителя, равна нулю.
Изменение величины измеряемого давления вызывает
смещение сердечника в катушке / , вследствие чего наво­
димые в секциях ее вторичной обмотки э. д. с. будут раз­
личными. Тогда на вход усилителя поступает разность
(разбаланс) напряжений между вторичными обмотками
236
катушек. Разность напряжений и еө фаза зависят от смеще­
ния и направления смещения сердечника в катушке /,
т. ө. от того, увеличилось или уменьшилось измеряемое
давление.
Шунтирующие вторичные обмотки катушек / и / / ре­
зисторы R2—R5 служат для начальной регулировки диа­
пазона напряжения разбаланса, с тем, чтобы максималь­
ное его значение, подаваемое на вход усилителя, равнялось 400 мВ. Кроме того, резистор R3, изготовленный из
медной проволоки, предназначен также для компенсации
изменения сопротивления вторичной обмотки катушки I I
под влиянием колебаний температуры окружающего воз­
духа.
В электронном усилителе напряжение разбаланса уси­
ливается до значения, необходимого для работы реверсив­
ного асинхронного микродвигателя Р Д Ууправляющая об­
мотка которого присоединена к выходным зажимам е и к
усилителя, а обмотка возбуждения через фазосдвигающие
конденсаторы С1 и С2 к сети переменного тока. Шунти­
рующий управляющую обмотку конденсатор СЗ служит
для ослабления токов высших гармоник.
Двигатель Р Д , связанный одновременно с подвижной
кареткой (указательной стрелкой и пером) отсчетного
устройства ОУ, производит при помощи кулачка К пере­
мещение сердечника в катушке II, что приводит к уравни­
ванию э. д. с., наводимых в ней и катушке /, а следова­
тельно, к новому состоянию равновесия передающей си­
стемы. При этом напряжение разбаланса снова становится
равным нулю и реверсивный двигатель останавливается.
Максимальное перемещение сердечников в катушках дифтрансформаторов составляет 4 мм.
Для компенсации сдвига фаз <р напряжения раз­
баланса по отношению к напряжению сети служит зве­
но С4У R6y выполненное на плате прибора печатным
монтажом.
Vv
Устаыовка электрического нуля системы, зависящего от
согласованного положения сердечников в катушках / и / / ,
производится изменением положения движка резистора
R1, задающего дополнительное напряжение, подаваемое
на вход усилителя. Следует отметить, что перемещевие
сердечника в катушке I I не влияет на разность напряжөний вторичной обмотки / / / , так как последняя, находясь
в средней части этой катушки, всегда расположена против
сердечника.
237
Для проверки правильности работы вторичного при­
бора служит контрольная кноика В1, при нажатии кото­
рой замыкаются накоротко вторичная обмотка катушки /
и дополнительная обмотка I I I . Тогда на вход усилителя
подается напряжение от основной вторичной обмотки ка­
тушки II, которое при исправном состоянии прибора за­
ставляет реверсивный двигатель переместить ее сердечник
в среднее положение и установить стрелку прибора про­
тив контрольной отметки шкалы.
Привод диаграммной ленты шириной 160 мм произво­
дится от встроенного в прибор синхронного микродвига­
теля СД. Скорость движения диаграммной лепты 20—
2400 мм/ч в зависимости от размера зубчатых колес ре­
дуктора. Время прохождения стрелкой шкалы 10 с. Вы­
ключатели В2 и ВЗ служат для подачи напряжения сети
соответственно на прибор и на микродвигатель СД.
Прибор может иметь сигнализирующее устройство
с пределами установки задания 5—95 % диапазона показа­
ний и разрывной мощностью контактов до 75 В • А..
Основная погрешность прибора ± 1 %. Вариация, не­
постоянство показаний и порог чувствительности его соот­
ветственно не превышают 100, 50 и 25% основной погреш­
ности. Погрешность срабатывания сигнализирующего уст­
ройства г-Н %
Питание прибора производится от сети переменного
тока напряжением 220 В, частотой 50 Гп. Изменение
напряжения питания на + 5 Н —1,5% номинального вы­
зывает дополнительную погрешность не более половины
основной. Потребляемая прибором мощность 35 В А.
Допускаемая длина соединительной линии между мано­
метром и вторичным прибором 250 м. При увеличении
длины линии до 1500 м дополнительная погрешность со­
ставит 1 %.
б)
вателем
Манометры с магнитомодуляционным преобразо­
НИИтеплоприбор * совместно с ВТИ ** разработали
серию бесшкальных первичных преобразователей давле­
ния с унифицированным выходным сигналом постоянного
*
Государственный научно-исследовательский институт тепло­
энергетического приборостроения (г. Москва).
** Всесоюзный теплотехнический научно-исследовательский
институт им. Ф. Э. Дзержинского (г. Москва),
238
тока 0—5 мА. Эти приборы, относящиеся к ГСП, предста­
вляют собой магнитомодуляциошше измерительные првооразователи с компенсацией магнитных потоков, содер­
жащие упругий трубчато-пружинный, мембранный или
сильфонный чувствительный элемент и предназначены для
измерения избыточного, абсолютного и вакуумметрнческого давлений, а также перепада давления среды. При­
боры обладают высокой надежностью, вибростойкостью
и быстродействием. Они пригодны для работы при повы­
шенной температуре окружающего воздуха и при наличии
в нем пыли и водяных брызг.
К числу магнитомодуляционных преобразователей дав­
ления относятся электрические манометры — мембранный
типа ММЭ и трубчато-пружинный тина МПЭ. Конечный
предел показаний их соответственно составляет 0.16—2,5
и 2,5—60 МПа. Класс точности приборов 1 *.
Структурная схема манометра типа ММЭ (МПЭ) при­
ведена на рис. 3-16. Измеряемое давление р воздействует
на упругую мембрану 1, деформация которой приводит
к перемещению по вертикали сидящего на ней небольшого
постоянного магнита (плунжера) 2. При движении нлунжер оказывает влияние на магнитомодуляционный пре­
образователь ММП, выходной сигнал которого носле
усиления в усилительном устройстве У У поступает в виде
унифицированного сигнала постоянного тока / на вторич­
ный прибор.
Для обеспечения необходимой пропорциональности
между выходным сигналом и перемещением плунжера
служит обратная связь. С этой целью после усилитель­
ного устройства часть тока / 0 с для обратной связи по­
дается в соответствующие обмотки магнитомодуляционного
преобразователя. Вследствие особого устройства сердеч­
ников преобразователя в нем обеспечивается алгебраиче­
ское суммирование магнитных потоков от плунжера и тока
обратной связи.
На рис: 3-17 показана электрическая схема манометра
типа ММЭ (МПЭ). Магнитомодуляционный преобразова­
тель ММП имеет сердечники (магнитопроводы) I и II.
*
В число магнитомодуляционных преобразователей давления
входят также электрические приборы: мембранный манометр абсо­
лютного давления типа МАДЭМ, сильфонные дифманометры-тягонапоромеры типов ДСЭТ, ДСЭН и ДСЭТН, мембранные и сильфоиные
дифманометры-расходомеры типов ДМЭР и ДСЭР и мембранный
дифмаыометр ДМЭ.
239
на которых сидят соответственно катушки A і, Ві и А ц, В ц.
Каждая катушка состоит из двух обмоток — возбуждения
(правая) а обратной связи (левая). Обмогки возбуждения
с подключенными к ним выпрямительными диодами Д1
и Д 2 образуют два плеча неуравновешенного моста, дру­
гими плечами которого служат резисгоры R1 и R2. К одной
Рис. 3-16. Структурная схема мем­
бранного манометра типа ММЭ.
Рис. 3-17. Электрическая схема
мембранного манометра типа ММЭ.
диагонали моста подводится напряжение пиіання через
стабилитрон ДЗ и ограничивающий резистор R3 от сило­
вого трансформатора Тр усилительного устройства УУ,
а с другой снимается напряжение разбаланса постоян­
ного тока.
Между кагушками преобразователя находится магнит­
ный плунжер П , жестко связанпый с чувствительным эле­
ментом манометра. Магнитный поток плунжера всегда
противоположен магнитному потоку обмоток обратной
связи и может совпадать или быть противоположным маг­
нитному потоку обмоток возбуждения в зависимости о г
240
фазы питающего их напряжения. При среднем положении
плунжера относительно катушек токи в обеих цепях об­
моток возбуждения одинаковы и разность потенциалов на
фильтрующем конденсаторе С1 равна нулю. Смещение
плунжера вверх или вниз под влиянием измеряемого дав­
ления нарушает состояние равновесия моста и вызывает
появление на выходе преобразователя постоянного на­
пряжения. Знак этого напряжения определяется знаком
разности воздействий на обмотки возбуждения магнитного
поля плунжера и обмоток обратной связи, а значение —
значением этой разности.
Последующее усиление сигнала от преобразователя
производится в полупроводниковом усилительном устрой­
стве У У, содержащем усилитель постоянного тока 77,
выполненный на интегральной микросхеме1, усилитель
мощности Т2У выполненный на транзисторе и источник
питания. Защита усилителя 77 от перегрузки осуществ­
ляется ограничительным резистором R4, а улучшение ра­
боты усилителя Т2 — резистором обратной связи R5
в эмиттерной цепи транзистора. Конденсатор С2 предназ­
начен для сглаживания пульсаций выходного сигнала,
а резистор R6 — для получения в выходной цепи мано­
метра небольшого начального противотока с целью обес­
печения регулировки электрического нуля вторичного
прибора.
Резистор R7 определяет коэффициенг обратной связи
и диапазон показаний манометра. Добавочный резистор R8
уменьшает погрешность манометра при изменении сопро­
тивления обмоток обратной связи под влиянием темпера­
туры окружающего воздуха.
Питание усилительного устройсгва осуществляется от
силового трансформатора посредством двухполупериодного выпрямителя на диодах Д 4—Д7, фильтрующей це­
почки СЗ, R9 и R10, ограничивающего резистора R11
и стабилитронов Д8--Д12. Последние служат в каче­
стве делителей напряжения для питания усилителей 77
и Т2.
1 Интегральная микросхема — миниатюрное электронное уст­
ройство, где на одной небольшой пластинке (обычно из кремния)
размещается большое число деталей (миниатюрные транзисторы,
диоды, резисторы, конденсаторы и проводники тока), связанных
конструктивно и соединенных между собой электрически. Интег­
ральные схемы широко используются в различном электронном
оборудовании, в том числе в измерительных приборах и ЭВМ.
241
Диапазон изменения выходного сигнала манометра
О—5 мА постоянного тока и допустимая нагрузка внешней
цепи 2,5 кОм. Манометр присоединяется к сети перемен­
ного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляе­
мая прибором мощность 5 В •А.
М а н о м е т р т и п а ММЭ, показанный на рис. 3-18,
состоит из двух частей — измерительной и преобразова-
Рис. 3-18. Мембранный манометр типа ММЭ.
тельно-усилительной. Измерительная часть имеет чувст­
вительный элемент в виде упругой мембранной коробки 1,
изготовленной из сплава марки 36НХТЮ. Коробка рас­
положена в стальном корпусе 2 и закреплена верхним не­
подвижным центром в крышке 3. Нижний подвижный центр
коробки связан штоком 4 с магнитным плунжером 5,
помещенным в разделительную трубку 6 из немагнитного
материала. Для подвода к манометру измеряемого давле­
ния служит штуцер 7, соединяемый накидной гайкой 8 и
ниппелем 9 с подводящей линией. На мембранную коробку
242
измеряемое давление действует снаружи, а атмосферное —
изнутри. С увеличением измеряемого давления коробка
сжимается и плунжер перемещается вверх.
Преобразовательно-усилительная часть манометра, за­
крепленная на крышке корпуса и защищенная кожухом 10,
состоит из магнитомодуляционного преобразователя и уси­
лительного устройства. Преобразователь имеет два основ­
ных (левый и правый) магнитопровода 11 и 12, выполнен­
ных каждый из спиральной пластины с разделительной
немагнитной прокладкой, и два скрепленных между собой
вспомогательных магнитопровода 13 и 14. На основных
магнитопроводах сидят по две катушки — 15, 16 и 17, 18
с обмотками возбуждения и обратной связи. С помощью
зажима 19, жестко связанного со вспомогательными магнитопроводами, преобразователь закреплен на втулке 20,
соединенной с крышкой корпуса. Преобразователь снаб­
жен корректором нуля (на рис. 3-18 не показан), предста­
вляющим собой вертикальный ходовой винт, перемещаю­
щий относительно катушек колодку с запрессованным
в нее небольшим дополнительным магнитом. Для защиты
от влияния внешних магнитных полей преобразователь
закрыт экраном 21. Усилительное устройство, выполнен­
ное в виде отдельного блока с защитным экраном 22,
собрано на кольцевой плате 23 с помощью печатного мон­
тажа.
Для подключения к манометру соединительных прово­
дов от питающей сети и вторичного прибора служит ко­
робка 24 с колодкой зажимов 25 и двумя штуцерами 26
с уплотнениями.
Манометр типа ММЭ виброустойчив и имеет пылебрыз­
гозащищенное исполнение. Габариты прибора 210 X 225 X
X 240 мм и масса 11 кг.
М а н о м е т р т и п а МПЭ (рис. 3-19) содержит труб­
чатую пружину 1, закрепленную в держателей с помощью
втулки 3. К свободному концу пружины подвешен на ры­
чаге 4 магнитный плунжер 5, расположенный в сидящем
на держателе магнитомодуляционном преобразователе 6.
Рядом с последним на откидном кронштейне закреплено
усилительное устройство 7. Прибор заключен в стальной
корпус 8 с защитным кожухом 9, приспособленный для
утопленного монтажа. Сообщение манометра с измеряе­
мым давлением производится при помощи штуцера держа­
теля, а подключение соединительных проводов — посред­
ством коробки зажимов 10. Манометр снабжен корректо243
ром нуля 11. В остальном устройство нрибора то же,
что и манометра типа ММЭ. Габариты прибора 212 х
X 240 X 190 мм и масса 4,5 кг.
Манометры типов ММЭ и МПЭ могут применяться в
комплекте с одним или несколькими вторичными нрибо-
Рис. 3-19. Трубчато-пружинный манометр типа МПЭ.
рами постоянного тока:
электронным
показывающими и самопишущими миллиамперметрами
типов КСУ4, КСУЗ, КСУ2, КСУ1, КПУ1 и КВУ1, градуированными в единицах давления \ магнитоэлектриче­
скими показывающими и самопишущими миллиамперметрами типов Н340 и Н349 *, машинами централизованного
контроля и другими устройствами, работающими от уни1 Автоматические электронные миллиамперметры постоянного
тока отличаются от соответствующих автоматических потенциометров (см. § 2-7) только включенным параллельно входу калиброван­
ным нагрузочным резистором, падение напряжения на котором
от протекающего тока манометра является измеряемой величиной.
Поэтому при необходимости в качестве автоматического милли­
амперметра для измерения входного сигнала постоянного тока
может быть использован автоматический потенциометр
предварительно шунтированный соответствующим резистором.
■
Магнитоэлектрические миллиамперметры типов Н340 и
Н349 имеют ширину шкалы и диаграммной ленты 100 мм. Класс
точности приборов 1,5. Диаграммная лента приводится в движение
со скоростью 20—5400 мм/ч от синхронного микродвигателя, питае­
мого от сети переменного тока напряжением 127 или 220 В, частотой
50 Гц. Габариты приборов 160 x 1 6 0 x 2 4 5 мм и масса 5 кг.
244
фицированного входного сигнала 0—5 мА. Общее количе­
ство одновременно работающих с манометром приборов
и устройств определяется допускаемой для него внешней
нагрузкой, которая не должна превышать 2,5 кОм.
в) Манометры с тензометрическим преобразователем ^
Отдельным видом бесшкальных первичных преобразо­
вателей давления являются тензометрические преобразо­
ватели, обладающие простотой устройства, высокой точ­
ностью, надежностью и быстродействием, незначительными
габаритами и массой, большой виброустойчивостью.
Тензометрический метод измерений давления заклю­
чается в непосредственном преобразовании деформации
упругого чувствительного элемента (мембраны, пружины
и т. п.) в изменение электрического сопротивления за­
крепленного на нем тензорезистора *. Получаемое изме­
нение сопротивления тензорезистора преобразуется мо­
стовой измерительной схемой прибора в электрический
выходной сигнал.
Работы НИИтеплоприбор по созданию электрического
мембранного манометра с тензометрическим преобразова­
телем показали, что наиболее целесообразным является
применение тонкопленочных полупроводниковых тензорезисторов с усилительным устройством в микроэлектронном
исполнении, позволяющих получить пропорциональный
давлению выходной сигнал постоянного тока.
Хорошие результаты были получены при использова­
нии в качестве чувствительного тензометрического эле­
мента так называемой КНС-сіруктуры (кремний на сап­
фире), представляющей собой тонкую пленку монокристаллического кремния (полупроводника), нанесенную на по­
верхность пластинки из монокристаллического сапфира
(электроизолятора).
На основе КНС-структуры разработан полупроводнико­
вый мембранный манометр ГСП с унифицированным вы­
ходным сигналом постоянного тока 0—5 мА, получивший
название «Кристалл». Конечный предел показаний при­
бора 0,1—40 МПа; класс точности 0,6; 1 и 1,5.
Схема манометра типа «Кристалл» приведена на
рис. 3-20, а . Прибор имеет изготовленный из сплава ти1 Тензорезистором называется проволочный или непроволочный (полупроводниковый) резистор, сопротивление которого изме­
няется в зависимости от механической его деформации.
245
тана цилиндрический корпус 1 У образующий в верхней
части упругую мембрану диаметром 9,6 или 14,4 мм,
а в нижней — штуцер для подвода измеряемого давле­
ния р . К мембране припаяна серебряным припоем круглая
сапфировая пластинка 2 , на поверхности которой из пред­
варительно нанесенной пленки монокристаллического
кремния получены методом фотолитографии пленочные
тензорезисторы R l —R4, представляющие плечи неурав­
новешенного моста. Тензорезисторы с помощью припаян­
ных к ним выводных проводов 3 соединены со сборными
пластинками 4, закрепленными на электроизолирующем
кольце 5*.
Рис. 3-20. Схема мембранного манометра типа «Кристалл».
— схема прибора; б — деформации мембраны; 1 — радиальные; 2 — окруж­
ные.
а
Под воздействием измеряемого давления мембрана с
сапфировой пластинкой и тензорезисторами (рис. 3-20, б)
подвергается радиальным (кривая 1) и окружным (кри­
вая 2) деформациям s. Согласно этому каждая пара про­
тивоположных плеч (тензорезисторов) моста ориентиро­
вана так, чтобы их наиболее тензочувствительное кристал­
лическое направление совпадало у одной пары с радиаль­
ным, а у другой — с окружным направлением мембраны.
Тензорезисторы R1 и R2 расположены в радиальном на­
правлении, что приводит при деформации к уменьшению
их сопротивления, а тензорезисторы R 3 и R 4 — в окруж­
ном направлении, что вызывает увеличение их сопротикле*
Манометры с конечным пределом измерений до 0,4 МПа ме­
таллической мембраны не имеют. Измеряемое ими давление вос­
принимается только сапфировой пластинкой (мембраной) толщиной
2,25 мм с тензорезисторами, непосредственно припаянной по окруж­
ности к торцевой поверхности корпуса манометра.
246
ния. В результате при деформации системы разбаланс
моста достигает значительной величины.
Общий вид и габариты манометра типа «Кристалл»
представлены на рис. 3-21. Штуцер, расположенный
внизу, служит для подвода к прибору измеряемого давле­
ния, а штуцер, находящийся сбоку — для подключения
с помощью разъемных контактов соединительных проводов.
В верхнюю часть маномет­
ра, закрытую кожухом,
встроен микроэлектронный
усилитель. Манометр пи­
тается постоянным током
напряжением 36 В от бло­
ка стабилизированного пи­
тания типа БПС-36, при­
соединенного к сети пере­
менного тока напряжением
220 В, частотой 50 Гц.
М12х1,5
Блок питания имеет три
штуцера для подключения
к нему посредством разъ­ Рис. 3-21. Мембранный манометр
типа
«Кристалл».
емных контактных соеди­
нений манометра, элек­
тросети и вторичного прибора. Габариты блока 160 х
X 152 X 63 мм. Потребляемая манометром и блоком пита­
ния мощность 4 В*А. Масса манометра 0,5 и блока пита­
ния 1,5 кг.
Манометры типа «Кристалл» работают в комплекте
с теми же вторичными приборами и устройствами, что и
манометры с магнитомодуляционным преобразователем
типов МПЭ и ММЭ. Предельная нагрузка внешней цепи
манометра 2,5 кОм.
г)
Установка и поверка деформационных электриче­
ских манометров и вторичных приборов
Деформационные электрические манометры рекомен­
дуется устанавливать вблизи места отбора давления, при­
чем манометры типов МЭД, МПЭ и «Кристалл» закреп­
ляются вертикально, ниппелем вниз, а манометр типа
ММЭ
горизонтально па плоском основании (полке,
кронштейне и т. п.). Приборы должны располагаться
в удобных для монтажа и обслуживания пунктах, не под­
верженных действию вибрации, высокой температуры.
247
ныли, водяных брызг и агрессивных газов. Они должны
быть удалены от мощных источников переменных магпитных полей (электродвигателей, трансформаторов и пр.).
Для манометров типов МЭД и «Кристалл» окружающий
приборы воздух может иметь температуру 5—50°С и от­
носительную влажность 30—80%, а для манометров ти­
пов МПЭ и ММЭ — соответственно 5—60°С и 30—95% *.
Соединительная линия от места отбора давления до
манометра прокладывается с соблюдением тех же правил,
что в случае установки обычного деформационного мано­
метра.
Установка вторичных приборов, работающих в ком­
плекте с деформационными электрическими манометрами
производится так же, как и установка милливольтметров,
логометров, автоматических потенциометров и уравновеРис. 3-22. Структурная схема по­
верки деформационных электриче­
ских манометров.
шенных мостов. Для соединения манометра со вторичным
прибором применяются кабели с сечением жилы 0,75—
1,5 мм2 и длиной до 250 м.
Поверка деформационных электрических манометров **
включает следующие операции: внешний осмотр прибора,
установку электрического нуля, проверку герметичности
узла чувствительного элемента, определение основной по­
грешности и вариации выходного сигнала.
Структурная схема поверки указанных манометров
(рис, 3-22) состоиг из поверяемого деформационного элект­
рического манометра 1, устройства для создания давле­
ния среды 2 , образцового манометра для измерения вход­
ного давления 3 и образцового прибора для измерения
выходного электриьеского сигнала 4.
В качестве образцовых приборов для измерения дав­
ления чаще всего применяются грузопоршневые маноДеформационные электрические манометры типов МПЭ а
ММЭ, рассчитанные на сравнительно тяжелые условия эксплуата­
ции, допускают установку в пунктах, подверженныхдействиюнеболь­
шой вибрации, пыли и водяных брызг.
** ГОСТ 8.092-73. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, тягомеры, напоромеры с унифицированными электрическими
(токовыми) выходными сигналами. Методы и средства поверки.
248
метры типа МП и образцовые трубчато-пружинные мано­
метры типа МО.
Определение основной погрешности и вариации мано­
метра обычно производится в следующем порядке: устрой­
ством 2 устанавливается по образцовому манометру 3
заданное значение давления среды и по образцовому при­
бору 4 измеряется уровень выходного сигнала поверяе­
мого манометра 1. Поверке подлежит не менее пяти значе­
нии поверяемого давления, соответствующих 0, 25, 50,
75 и 100% диапазона показаний манометра. Вначале
прибор поверяется при плавно возрастающем давлении,
а затем, после выдержки на конечном значении не менее
5 мин, в тех же точках при плавно убывающем давлении.
При поверке манометра типа МЭД для измерения уни­
фицированного выходного сигнала — взаимной индуктив­
ности между цепями прибора в диапазоне 0—10 мГ —
применяется образцовый магазин комплексной взаимной
индуктивности типа Р5017 с вибрационным гальваномет­
ром типа М501 или потенциометр переменного тока типа
Р56/2. В процессе поверки при каждом значении давления
уравновешивают электрическую схему и производят отсчет
показаний образцового прибора.
При поверке манометров типов МПЭ, ММЭ и «Кристалл»
для измерения унифицированного токового выходного
сигнала применяется миллиамперметр постоянного тока
класса точности 0,1 или 0,2 с диапазоном показаний
0—5 мА.
При выборе образцовых приборов для определения
основной погрешности деформационных электрических
манометров должно соблюдаться условие
(3-26)
где б' — предел допускаемой основной погрешности по­
веряемого манометра, выраженный в процентах конеч­
ного значения выходного сигнала (10 мГ или 5 мА);
Аг — предел допускаемой абсолютной погрешности об­
разцового прибора при измерении давлепия, равного ко­
нечному значению диапазона показаний поверяемого ма­
нометра, МПа;
Д2 — предел допускаемой абсолютной погрешности об­
разцового прибора при измерении выходного сигнала,
равного конечному значению поверяемого манометра, мГ
или мА;
249
рк — конечное значение давления диапазона показа­
ний поверяемого манометра, МПа;
В к — конечное значение выходного сигнала поверяе­
мого манометра, мГ или мА;
С — коэффициент запаса точности, равный 0,25.
В результате поверки манометра типа МЭД по образцо­
вому магазину комплексной взаимной индуктивности зна­
чение основной погрешности поверяемого прибора б в про­
центах находится по формуле
6 = 10 М (р) - 100 -£■
Рк
(3-27)
где М (р) — взаимная индуктивность по магазину, соот­
ветствующая поверяемому давлению р , мГ;
р и р к — давления поверяемое и конечное диапазона
показаний манометра, МПа.
Основная погрешность манометров типов МПЭ, ММЭ
и «Кристалл» 6 в процентах, поверяемых с помощью мил­
лиамперметра, определяется- по формуле
(3-28)
где I — выходной сигнал по миллиамперметру, соответст­
вующий поверяемому давлению р, мА;
/ к — выходной сигнал, соответствующий конечному
значению диапазона показаний манометра, мА.
Поверка вторичных автоматических дифференциальнотрансформаторных приборов типов КСДЗ, КСД2 и др.,
работающих в комплекте с манометром типа МЭД, про­
изводится во всех цифровых отметках шкалы посредством
образцового магазина комплексной взаимной индуктив­
ности. Прибор поверяется при плавном увеличении и
уменьшении входного сигнала. Основная погрешность
прибора 6 в процентах вычисляется по формуле
(3-29)
где р ' и рк — поверяемая п конечная отметки шкалы, МПа;
М — взаимная индуктивность по магазину, соответст­
вующая поверяемой отметке шкалы, мГ;
Л/к — взаимная индуктивность, соответствующая ко­
нечному значению шкалы, мГ.
250
3-7. ТЯГО- И НАПОРОМЕРЫ
Для измерения небольших давлений газа (воздуха) при­
меняются тягомеры (для вакуумметрического давления),
напоромеры (для избыточного давления) и тягонапоромеры
(для вакуумметрического и избыточного давлений). Эти
приборы, используемые для определения давления в топке,
газоходах и воздуховодах котлоагрегата, имеют односто­
роннюю (тягомеры и напоромеры) или двустороннюю (тяго­
напоромеры) шкалу, градуированную обычно в кге/м2
(мм вод. ст.).
Так как между тягомером, напоромером и тягонапоромером нет принципиального различия, в дальнейшем они
называются тягонапоромерами. По принципу действия
тягонапоромеры разделяются в основном на жидкостные,
мембранные и силъфонные. Две последние группы отно­
сятся к деформационным приборам.
а) Жидкостные тягонапоромеры
Ж и д к о с т н ы е т я г о н а п о р о м е р ы по су­
ществу не отличаются от жидкостных манометров (см.
§ 3-2). Они используются для лабораторных и промышлен­
ных измерений избыточного и вакуумметрического давле­
ний, а также разности давлений газа (воздуха) в диапазоне
О—6300 Па. Приборы заполняются этиловым спиртом или
дистиллированной водой.
При точных измерениях небольших давлений (до
zfc2400 Па) применяются тягонапоромер типа ТНЖ-Н
с наклонной измерительной трубкой, приспособленный для
настенного монтажа, и микроманометр типа ММН-240
(см. рис. 3-3).
Жидкостный
тягонапоромер
типа
ТНЖ-Н (рис. 3-23) является весьма распространенным
прибором *. Он состоит из стеклянного сосуда 1 и при­
соединенной к нему стеклянной измерительной трубки 2,
внутренним диаметром 2—2,5 мм, укрепленных в метал­
лическом корпусе 3. Около трубки расположена шкала 4.
Ходовой винт 5 с головкой 6 служит корректором нуля,
позволяющим совмещать нулевую отметку шкалы с мени­
ском рабочей жидкости в измерительной трубке. В верх1
Прибор показан со снятой крышкой, имеющей смотровое
окно для отсчета показаний. Крышка крепится к корпусу винтами
и пломбируется.
ней части корпуса закреплены штуцера 7 и 8, соединенные
резиновыми трубками 9 и 10 с сосудом и концом измери­
тельной трубки. При измерении избыточного давления
прибор сообщается со средой через штуцер 7, вакуумметрического давления — через штуцер 8 и разности давле­
нии — через оба штуцера.
Для установки тягонапоромера под определенным уг­
лом наклона (левый конец прибора должен быть ниже пюавого) служит уровень 11 , закрепленный соответствующим
образом при градуировке тягонапоромера. Установка
прибора производится при помощи ушек 12 и 13, из кото­
рых последнее позволяет менять наклон корпуса с помо-
Рис. 3-23. Жидкостный тягоиапоромер типа ТНЖ-Н
т н ж о.* ПОІ иіииллсіия с конеч* ----гным значением шкалы 25, 40, 63, 100 и 160 кгс/м2 что
соотвегствует
»P«fopa при установке 4°50\
лаклрипр ГІП5 МП»
?*б° 1 у с ч и т а н на рабочее
жит подкрашенный этиловый спирт плотностью 850 кг/м3
п , С Л Г + ? ^ Ре ° °- 0свов™я погрешность тягоишоромера =ы,Ь /о, а дополнигельпая (в интервале темпепатую
окружающего воздуха 10-40°С) - не более 0,5% на
каждые 5 0 отклонения температуры от нормального
значения (при увеличении температуры поправка вычиН
И
К
^ н ь ш е а и -прибавляется). Габариты
Жидкостный дифференциальный тяS j j f J П 0 Р 0 М е р т и п а ТДЖ, устройство которого
измеоенийНа
’ п^ именяется К
промышленных
измерении. Прибор имеет стеклянную измерительную
трубку 1у расположенную вертикально и соединенную ре­
зиновой трубкой 2 с металлическим сосудом 3. Последний
для установки мениска жидкости на нулевую отметку
шкалы 4 может перемещаться по вертикали при помощи
ходового винта 5 . Тягонаноромер собирается из отдель­
ных приборов на 1—4 и 6 то­
чек измерения с общей фрон­
тальной рамой 6у приспособ­
ленной для утопленного мон­
тажа.
Прибор имеет шкалу с
конечным значением 160—630
кгс/м2 и рассчитан на рабо­
чее давление 0,05 МПа. Урав­
новешивающей
жидкостью
служит подкрашенная ди­
стиллированная вода. Класс
точности прибора 1,5.
б) Мембранные тягонапоромеры
Известное распространепие получили показывающие
мембранные приборы типов
ТМ-П1 (тягомер), НМ-П1 (на- Рис. 3-24. Жидкостный диф­
поромер) и ТНМ-П1 (тягона- ференциальный тягонапоромер
поромер) с профильной шка- типа ТДЖ.
лои и рычажным передаточ­
ным механизмом. К достоинствам их относятся! простота
устройства, небольшие размеры, наглядность показаний
и удобство размещения на щитах управления.
На рис. 3-25 изображена схема мембранного тягомера
типа ТМ-П1. В прямоугольном корпусе (на схеме не пока­
зан) при помощи штуцера 1 закреплена упругая коробка 2 ,
состоящая из двух спаянных по краям гофрированных
мембран из медного сплава. Полость мембранной коробки
посредством трубки 3 сообщается с атмосферой, а полость
корпуса прибора — с измеряемой средой. С помощью
поводка 4 верхняя часть коробки соединена с фасонным
рычагом 5у сидящим на оси 6. Для увеличения жестко­
сти упругой системы ось 6 закреплена на плоской пружине 7.
253
Под воздействием переменной разности давлений мемб­
ранная коробка изменяет степень сжатия, вызывая пере­
мещение рычага 5, тяги 8 и рычага 9, сидящего на оси 10.
На этой же оси закреплена стопорным винтом 11 указа­
тельная стрелка 12 с противовесом 13. Конец стрелки пере­
двигается вдоль горизонтальной профильной шкалы (на
схеме пе показана). Максимальный ход мембранной ко­
робки 4 мм, а угол отклонения стрелки 70°. Спиральная
пружина (волосок) 14 , закрепленная одним концом на оси
стрелки и другим на неподвижной части прибора, служит
для устранения влияния зазоров в сочленениях рычаж­
ного механизма.
Применение мембранной коробки вместо одной пло­
ской мембраны позволяет почти вдвое увеличить прогиб
Рис. 3-25. Схема показывающего мембранного тягомера
типа ТМ-П1.
упругого элемента при одной и той же разности давлений,
что заметно повышает чувствительность и точность при­
бора. Деформация мембранной коробки и плоской пру­
жины непропорциональна изменению давления и заметно
убывает с ростом последнего, поэтому для выравнивания
шкалы прибора регулируют начальный угол между рыча­
гом 9 и стрелкой 12.
Для установки стрелки на начальную отметку шкалы
служит корректор нуля 15 , выполненный в виде ходового
винта с квадратной муфтой. При вращении винта переме­
щающаяся по нему муфта изгибает пружину 7 и вызывает
передвижение стрелки.
Приборы типов ТМ-П1 и НМ-П1 изготовляются с ко­
нечным значением шкалы 25—2500, а типа ТНМ-П1 —
± 1 2 —1200 кгс/м*. Класс точности приборов 2,5. Корпус
их имеет габариты 282 х 218 х 117 мм и приспособлен
для утопленного монтажа, масса прибора 3,5 кг.
254
"
* '
в) Сильфонные тягонапоромеры
Сил ь ф о н н ы е т я г о н а п о р о м е р ы
разде­
ляются на механические (показывающие и самопишущие) 1
и бесшкалъные с электрической дистанционной передачей
показаний (первичные преобразователи)2 на вторичные
приборы.
Сильфонные механические тягона­
поромеры
случаях
стояние между местом измерения и пунктом установки
прибора не превышает 50 м. При увеличении этого рас­
стояния применяются сильфонные электрические тягона­
поромеры.
Выпускаются сильфонные механические тягомеры типа
ТмС, напоромеры типа НС и тягонапоромеры типа ТНС.
Класс точности приборов 1 и 1,5. Характеристика их при­
ведена в табл. 3-7.
Т а б л и ц а 3-7
Сильфонные механические
Тип
ТмС-718
НС-718
ТНС-718
ТмС-717
НС-717
ТНС-717
Характеристика
Показывающий
рующим
ТмС-711
НС-711
ТНС-711
Самопишущий с приводом диаграммы синхронным
микродвигателем
ТмС-712
НС-712
ТНС-712
То же с приводом диаграммы часовым механизмом
1 ГОСТ 2648-69. Тягомеры, напоромеры и тягонапоромеры по­
казывающие и самопишущие.
2 Сильфонные тягонапоромеры с электрической дистанционной
передачей показаний условно называются силыюфопнымн электри­
ческими тягоиадоромерами.
255
На рис. 3-26 показано устройство чувствительного эле­
мента сильфонного механического тягонапоромера. Чув­
ствительный элемент представляет собой сильфонный блок,
состоящий из сильфона 1 с фланцами 2 и 3, крышки 4
с ниппелем 5 для подключения соединительной линии,
диапазонных цилиндрических пружин б и 7, закреплен­
ных на опорных тарелках 8 и 9, штока 10 и толкателя 11.
Крышка 4, присоединенная к
фланцу 2, закрепляется непо­
движно в корпусе прибора. Че­
рез штуцер 5 измеряемое дав­
ление передается во внутрен­
нюю полость сильфона и урав­
новешивается силами упругой
деформации сильфона и 1
дрических пружин, совместно
определяющих заданный диапа­
зон показании тягонапоромера.
Перемещение под действием
давления свободного конца силь­
фона с фланцем 3 вызывает по­
средством толкателя 11 и рыча­
га 12, закрепленного на оси 13,
угловое
перемещение
последО
ней, которое при помощи си­
Рис. 3-26. Чувствительный
элемент сильфонного меха­ стемы промежуточных рычагов,
нического тягонапоиомепа.
тяг и осей передается у показы­
вающего прибора зубчатому сек­
тору, поворачивающему трибку, сидящую на осиI указательнои стрелки, а у самопишущего прибора
непосредственно рычагу с пером.
Сигнализирующее устройство показывающего тягонапоромера
содержит два фоторезпстора 1, закрепленных соответственно на
их (минимальной и максимальной) сигнальных стрелках,
к на специальных кронштейнах и устанавливаемых в преде­
лах шкалы при помощи рукояток. На каждом кронштейне располо­
жена небольшая лампочка, между которой и фоторезистором поме­
щена шторка, закрепленная на оси указательной стрелки прибора.
Бели измеряемое давление находится в заданных пределах, то на
крышке тягонапоромера горит сигнальная лампочка «Норма*.
При отклонении давления за установленный предел шторка откры­
вает щель в кронштейне и свет от лампочки падает на фото резистор,
с^то приводит к увеличению тока в цепп последнего, что заставляет
Фоторезистором называется фотоэлемент, сопротивление ко­
торого резко уменьшается под действием световых лучей.
256
с помощью однокаскадного лампового усилителя сработать реле п
выдать сигнал во внешнюю цепь. Одновременно с появлением сиг­
нала на крышке прибора загорается сигнальная лампочка «Мини­
мум» или «Максимум». Сигнализирующее устройство питается от
сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.
Сильфонные механические тягомеры и напоромеры
имеют конечное значение шкалы 600—4000, в тягонапоро­
меры ± 3 0 0 —2000 кгс/м2.
Общий вид и габариты механического сильфонного по­
казывающего напоромера типа НС-718 приведены на
рис. 3-27. Корпус прибора, приспособленный для утоплен­
ного монтажа, закрепляется на щите при помощи четырех
угловых скоб. Масса прибора 10 кг.
Рис. 3-27. Сильфонпый механический показываю­
щий на норомер типа НС-718.
Сильфонные э л е к т р и ч е с к и е тягонатгоотт° м е Р ы т и п о в ДСЭТ (дпфманометр-тягомер),
ДСсЩ (дифманометр-напоромер) и ДСЭТН (дифманометртягонапоромер) имеют унифицированный выходной сиг­
нал постоянного тока 0—5 мА. Эти приборы, одинаковые
по своему устройству, входят в серию приборов ГСП
с магнитомодуляционным преобразователем. Они обла­
дают большой надежностью, виброустойчивостью и быст­
родействием и имеют ту же структурную (рис. 3-16) и
электрическую (рис. 3-17) схемы, что и мембранный элект­
рический манометр типа ММЭ (см. § 3-6). Конечное зна­
чение шкалы тягомеров и папоромеров 100—400, а тягонапоромеров ± 2 0 кгс/м2. Класс точности первых двух
групп приборов 1 и последней — 1,5. Приборы рассчи­
таны на рабочее давление 0.025 МПа.
9
Мурин Г, А.
257
Устройство сильфонного электрического тягомера типа
ДСЭТ приведено на рис. 3-28. Прибор состоит из двух
частей — измерительной и преобразовательно-усилитель­
ной. Измерительная часть имеет чувствительный элемент
в виде сильфона 1 и цилиндрической пружины сжатия 2,
Рис. 3-28. Сильфонный электрический тягомер типа ДСЭТ.
расположенных в стальном корпусе 3 , скрепленном с ос­
нованием 4. На этом основании неподвижно закреплены
нижний конец сильфона и цилиндрической пружины,
а также четыре стойки 5, несущие сверху две взаимно
пересекающиеся упругие пластины 6. Последние служат
для направления движения верхнего свободного конца
сильфона, связанного со штоком 7, несущим магнитный
плунжер 8, расположенный в разделительной трубке 9
258
из немагнитного материала. Измеряемое вакуумметрическое давление подводится внутрь сильфона через шту­
цер 10, а атмосферное давление — в полость корпуса
через штуцер 11. При увеличении измеряемого вакуумметрического давления сильфон и пружина сжимаются,
заставляя плунжер перемещаться вниз.
Преобразовательно-усилительная часть тягомера, за­
крепленная на корпусе прибора и закрытая кожухом 12,
имеет то же устройство, что и у мембранного электриче­
ского манометра типа ММЭ (рис. 3-18).
Сильфонные электрические тягонапоромеры выпу­
скаются в пылебрызгозащищенном исполнении. Условия
измерения ими давления, типы применяемых вторичных
приборов и способы присоединения приборов к тягонапоромерам те же, что и у электрических манометров типов
МПЭ и ММЭ. Тягонапоромеры питаются от сети перемен­
ного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляе­
мая прибором мощность 5 В «А. Габариты тягонапоромера
535 X 405 х 300 мм и масса 13,5 кг.
г) Установка и поверка тягонапоромеров
Жидкостные тягонапоромеры закрепляются на стенах
и щитах по уровню или отвесу. Они не должны подвер­
гаться нагреву и сотрясениям.
Мембранные и сильфонные механические тягонапоро­
меры устанавливаются на щитах в пунктах, не имеющих
значительной вибрации, к которой они весьма чувстви­
тельны. Допускаемая температура окружающего воздуха
5—50°С и относительная влажность 30—80%.
Сильфонные электрические тягонапоромеры и относя­
щиеся к ним вторичные приборы устанавливаются и ра­
ботают в тех же условиях, что и электрические манометры
типов МПЭ и ММЭ с их вторичными приборами.
При помощи соединительной линии тягонапоромер
подключается к отборной трубке, устанавливаемой в газо­
ходе или воздуховоде котлоагрегата (рис. 3-29). При пра­
вильной установке трубки должно отсутствовать влияние
скоростного напора на измеряемое статическое давление.
С этой целью отборная трубка располагается в местах
с небольшими скоростями газа (воздуха) и имеет на конце
срез, параллельный направлению потока. Влияние ско­
ростного напора может иметь положительный или отрица­
тельный знак в зависимости от того, как расположен отно°
850
сительно потока срез отборной трубки. Если отверстие
в трубке направлено навстречу потоку газа, то измерен­
ное статическое давление будет завышенным, а при об­
ратном положении трубки — заниженным. Наиболее же­
лательной является установка отборной трубки заподлицо
с внутренней поверхностью стенки. В случае измерения
давления влажных газов отборная трубка располагается
с уклоном в сторону соединительной линии.
Расстояние от места установки отборной трубки до
тягонапоромера во избежание большого запаздывания по­
казаний выбирается в пределах до 30 м. Соединительная
линия внутренним диаметром 6—15 мм прокладывается
с уклоном 0,02—0,03 и имеет в нижних точках отвод вы-
Рис. 3-29. Положение среза на конце отборной трубки.
а — параллельно потону; б навстречу потоку; в — по направлению потока;
г — заподлицо со стенкой.
падающей из газа влаги. Подключение жидкостных тягонапоромеров к соединительной линии производится тол­
стостенной резиновой трубкой с внутренним диаметром
не менее 6 мм.
Для правильной работы тягонапоромера необходима
хорошая плотность соединительной линии. Проверка плот­
ности производится путем отключения работающего тяго­
напоромера от отборной трубки краном. Если показания
прибора при этом не меняются, значит, линия плотна,
в противном случае указательная стрелка будет двигаться
в сторону нулевой отметки шкалы.
Для поочередного присоединения к одному тягонапоромеру нескольких точек измерения иногда применяются
пробковые краны-переключатели типов КП-3 и КП-6 соот­
ветственно на 3 и 6 точек, приспособленные для утоплен­
ного монтажа.
Отборные трубки и соединительные линии периоди­
чески продуваются от золы и сажи сжатым воздухом под
давлением 0,1—0,3 МПа. На время продувки тягонапоромер отключается от линии.
260
Поверка мембранных и силъфонных механических тягонапоромеров в пределах всего диапазона показании
производится как на рабочем месте, так и в лаборатории.
Для этого параллельно с поверяемым прибором, предва­
рительно отключенным от соединительной линии, если
поверка производится на рабочем месте, подключается
лабораторный прибор. Сравнение показаний приборов
производится при искусственно создаваемом (воздушным
насосом, напорным сосудом с водой и т. п.) избыточном
или вакуумметрическом давлении. В качестве лаборатор­
ного прибора до давления 1500 Па применяется однотруб­
ный тягонапоромер с наклонной трубкой или микромано­
метр, а свыше — двухтрубный тягонапоромер. Поверку
прибора производят при увеличении и уменьшении давле*
ния с целью определения вариации показании.
Поверка сильфонных электрических тягонапоромеров
типов ДСЭТ, ДСЭН и ДСЭТН производится в соответст­
вии с той же структурной схемой (рис. 3-22) и методикой,
что и поверка деформационных электрических манометров.
Для поверки в качестве образцовых приборов применяются
жидкостные водяные или спиртовые приборы (микромано­
метры и др.) и миллиамперметры. При выборе образцовых
приборов должно удовлетворяться условие, характери­
зуемое зависимостью (3-26).
Определение основной погрешности сильфопных элект­
рических тяго- и напоромера б в процентах производится
по формуле (3-28), где р и р к — поверяемое и конечное
давления диапазона показании тягомера или напоромера,
Основная погрешность сильфонного электрического тягонапоромера б в процентах находится при измерении
поверяемого вакуумметрического давления по формуле
(3-30)
и при измерении поверяемого избыточного давления —
по формуле
(3-31)
где I — выходной сигнал по миллиамперметру, соответст­
вующий поверяемому вакуумметрическому р а или избы­
точному р давлению, мА;
261
I к — выходной сигнал, соответствующий конечному
значению диапазона показаний тягонапоромера, мА;
р в и р — поверяемые вакуумметрическое и избыточное
давления, Па;
Рв.к и f t — конечные значения вакуумметрического и
избыточного давлений диапазона показаний тягонапоро­
мера, Па.
Кроме поверки тягонапоромеров в диапазоне всей
шкалы через более короткие сроки на рабочем месте про­
изводят поверку нулевой отметки шкалы путем отключе­
ния тягонапоромера от отборной трубки и сообщения его
с атмосферой, а также сравнивают показания работаю­
щего тягонапоромера с показаниями параллельно подклю­
чаемого лабораторного прибора.
3-8. ВАКУУММЕТРЫ И МАНОВАКУУММЕТРЫ
Вакуумметры применяются для измерения значитель­
ного вакуумметрического давления (вакуума) в конденса­
торах паровых турбин, во всасывающих линиях насосов
и т. п. Относительное значение этого давления V, выра­
женное в процентах, широко используется для оценки
эффективности работы конденсационных установок тур­
бин. Оно подсчитывается по формуле
у = 7 3 5 .« -№ -Ц 100_
(3 32)
где В 0 — атмосферное давление, мм рт. ст. при темпера­
туре 0°С;
h0 — вакуумметрическое давление в конденсаторе тур­
бины, мм рт. ст. при температуре 0°С.
Мановакуумметры применяются в тех случаях, когда
измеряемое давление среды может принимать значение
выше или ниже атмосферного. Эти приборы имеют дву­
стороннюю шкалу.
По своему устройству вакуумметры и мановакуумметры
бывают жидкостные (ртутные) и деформационные (трубчато­
пружинные и сильфонные).
а) Ртутные вакуумметры и мановакуумметры
Ртутный вакуумметр сходен по принципу действия
с однотрубным жидкостным манометром. Устройство при262
шой стеклянный сосуд 1 с ртутью опущена стеклянная
измерительная трубка 2 . Верхний конец трубки сооб­
щается с измеряемой средой соединительной линией 3.
На открытую поверхность ртути в сосуде давит атмосфер­
ное давление; следовательно, вакуумметрическое давле­
ние, или разность между давлениями атмосферным и из­
меряемой среды, определяется высотой ртутного столба
над уровнем в сосуде. Поэто­
му при измерении однотруб­
ным вакуумметром нулевая
отметка шкалы должна сов­
падать с уровнем ртути в
сосуде.
Предположим, что при
каком-то вакуумметрическом
давлении Һ' нулевая отмет­
ка неподвижно закрепленной
шкалы вакуумметра находи­
лась на уровне ртути в сосуде.
При увеличении этого давле­
ния до Һ" уровень ртути в
трубке возрос на һх и соот­
ветственно понизился в сосу­
де на һ2- Следовательно, пол­
ное вакуумметрическое давле­
ние определяется равенством
Л" = /г' -j- Н- /г2, (3-33)
Рис. 3-30. Ртутный вакуум­
метр.
где Һ' +
— часть обще
высоты столба ртути, изме­ а —*схема; б — общий вид.
ренная по шкале прибора.
Так как объемы ртути, вытесненной из сосуда и вошед­
шей в измерительную трубку, равны, то, обозначив через /
и Ғ площади отверстий трубки и сосуда, получим:
hif = h2(F — f),
(3-34)
откуда, определив значение /г^ и подставив его в уравне­
ние (3-33), будем иметь:
/
(3-35)
F -f
Из уравнения (3-35) видно, что измеренная по шкале
вакуумметра высота ртутного столба, равная һ’ Ц Һи
будет меньше, чем действительная, на величину һх (р * ,
2G3
что является недопустимым при точных измерениях. Для
уменьшения указанной погрешности можно выбрать более
высокое значение Ғ по сравнению с /, но достигнуть этим
путем существенного понижения отношения f / ( F — /)
трудно, так как с целью уменьшения влияния капиллярных
явлений стеклянная трубка вакуумметра берется сравни­
тельно большого диаметра (10 мм и выше), а это потребует
прйменения сосуда значительных размеров. Поэтому при
измерениях каждый раз производят совмещение нулевой
отметки шкалы прибора с уровнем ртути в сосуде при
помощи подвижного циферблата, перемещаемого, напри­
мер, посредством кремальеры (реечной передачи), или под­
вижного сосуда, передвигаемого ходовым винтом.
На рис. 3-30, б дан общий вид однотрубного вакуум­
метра. Прибор состоит из стеклянного подвижного со­
суда 1 с ртутью, в который опущен конец закрепленной
на деревянном основании 2 стеклянной измерительной
трубки 3, сообщающейся посредством трубки 4 с измеряе­
мой средой. Около измерительной трубки укреплена мил­
лиметровая шкала 5. Нулевая отметка шкалы находится
на нижнем заостренном конце циферблата, касающемся
поверхности ртути в сосуде. Установка сосуда в положе­
ние, при котором острие циферблата касается ртути, про­
изводится ходовым винтом 6.
Для увеличения точности отсчета до десятых долей
миллиметра шкала вакуумметра снабжена подвижной ка­
реткой 7 с нониусом. Нулевая отметка шкалы нониуса
находится на уровне горизонтальной части угольника §,
совмещаемой при отсчете с мениском ртути в измеритель­
ной трубке. Перемещение каретки с нониусом производится
кремальерой 9.
Вакуумметр устанавливается в вертикальном положе­
нии при помощи отвеса 10. Для введения поправки на тем­
пературу столба ртути рядом с измерительной трубкой
расположен ртутный термометр 11.
Вакуумметрическое давление принято выражать в
мм рт. ст. при температуре 0°С. Высоту ртутного столба,
отсчитанную по вакуумметру при температуре £, приводят
к температуре 0°С по формуле (3-19).
Для повышения точности отсчета циферблат ртутных
вакуумметров иногда снабжается зеркалом.
Несмотря на то что ртутный вакуумметр является при­
бором лабораторного типа, он широко применяется на
электростанциях для измерения давления в конденсато2С4
pax паровых турбин, так как обеспечивает высокую точ­
ность и надежность показаний, необходимую для нормаль­
ной эксплуатации и оценки качества работы турбоагре­
гата.
Жидкостный мановакуумметр, имеющий то же устрой­
ство, что и двухтрубный манометр (см. рис. 3-1), предна­
значен для измерений избыточного и вакуумметрического
давлений среды в пределах до 100—1000 мм столба уравно­
вешивающей жидкости (ртути, воды и др.)- При измерении
избыточного давления жидкость в приборе вытесняется
в левую стеклянную трубку, а при измерении вакууммет­
рического давления — в правую.
б) Деформационные вакуумметры и маповакууммстры
Деформационные вакуумметры по своему устройству и
принципу действия аналогичны трубчато-пружинным
манометрам. Под влиянием атмосферного давления, дейст­
вующего снаружи трубчатой пружины, и измеряемого
вакуумметрического давления внутри пружины последняя
изгибается, причем с увеличением разности этих давле­
ний степень изгиба увеличивается.
Деформационные вакуумметры делятся на промышлен­
ные и образцовые. Приборы имеют конечное значение диа­
пазона показаний вакуумметрического давления — 0,6
или — 1 кгс/см2, причем шкала образцовых показываю­
щих вакуумметров содержит 100 условных дедений.
Выпускаются показывающие трубчато-пружинные ва­
куумметры типов ОБВ1, ВОШ1, ВТП, ВТИ, ВО, ЭКВ-1У
и ВП 4-ІІІ, а также бесшкальный с электрической дистан­
ционной передачей показаний типа МЭД модели 22364,
аналогичные по конструкции и основным характеристикам
соответственно манометрам типов ОБМ1, МОШ1, МТП,
МТИ, МО, ЭКМ-1У, МП4-ІІІ и МЭД, и самопишущие
трубчато-пружинные вакуумметры типов BTC, ВТ2С, ана­
логичные трубчато-пружинным манометрам типов МТС,
МТ2С.
Ввиду невысокой точности деформационные вакуум­
метры на тепловых электростанциях применяются главным
образом в качестве вспомогательных приборов, дублирующих показания ртутных вакуумметров.
Деформационные мановакуумметры, так же как и со­
ответствующие им трубчато-пружинные
манометры,
ik
265
выпускаются типов ОБМВ1, МВОШ1, МВТП, МТИ,
ЭКМВ-1У, МВП4-ІІІ, МЭД моделей 22364 и 22365, МВТС,
МВТ2С. Указанные приборы имеют двустороннюю шкалу
(диаграмму), влево от нуля которой нанесены отметки
вакуумметрического давления до — 1 кгс/см2, а вправо —
избыточного до 0,6—24 кгс/см2.
Трубчато-пружинные электрические вакуумметры и
мановакуумметры типа МЭД работают в комплекте со
вторичными автоматическими дифференциально-трансфор­
маторными приборами, как и манометры того же типа (см.
§ 3-6). Шкалы вторичных приборов градуируются в еди­
ницах давления.
Йв) Установка и поверка вакуумметров и мановакуумметров
Ртутные и деформационные вакуумметры и мановаку­
умметры устанавливаются так же, как жидкостные и де­
формационные манометры. Существенное значение при
измерении имеет плотность соединительной линии (трубки).
Погрешность показаний ртутного вакуумметра будет тем
выше, чем больше размеры неплотностей по сравнению
с проходным сечением соединительной трубки и чем больше
ее длина. Поэтому внутренний диаметр трубки выбирают
не менее 8—10 мм и не допускают слишком большой ее
длины. Все места соединений трубки и ее запорной арма­
туры тщательно уплотняются.
Проверка плотности соединительной линии вакуум­
метра и мановакуумметра производится тем же способом,
что и линии тягонапоромера, т. е. отключением работаю­
щего прибора вместе с соединительной линией от места
измерения. При неплотной линии уровень ртути в приборе
или его указательная стрелка (перо) будет перемещаться
к нулевой отметке шкалы (диаграммы). Если скорость
падения уровня в ртутном вакуумметре или мановакуумметре не превышает 10 мм/мин, плотность соединитель­
ной линии считается удовлетворительной.
Образование в соединительной линии водяных пробок
при конденсации в ней пара может сильно отразиться на
показаниях прибора. Поэтому линии вакуумметров про­
кладываются без перегибов и имеют уклон не менее 0,05
в сторону места измерения.
На турбоагрегатах место присоединения вакуумметра
к горловине конденсатора выбирается так, чтобы на ре­
266
зультаты измерении не оказывал влияпия скоростной на­
пор отработавшего в турбине пара.
Поверка промышленных показывающих и самопишу­
щих деформационных вакуумметров и мановакуумметров
производится путем сравнения их показаний с образцо­
выми грузопоршневыми, трубчато-пружинными или ртут­
ными приборами. Для создания при поверке вакуумметрического давления применяется вакуум-насос или водо­
струйный эжектор.
Трубчато-пружинные электрические вакуумметры и мановакуумметры типа МЭД поверяются при помощи образ­
цовых приборов вакуумметрического и избыточного давле­
ний. Уровень выходного сигнала измеряется при поверке
посредством магазина комплексной взаимной индуктив­
ности или потенциометра переменного тока.
3-9. МАНОМЕТРЫ АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ
Для прямого измерепия абсолютного давления, когда
последнее меньше атмосферного, служат манометры абсо­
лютного давления
которые разделяются на ртутные и
мембранные .
а) Ртутный и мембранный манометры абсолютного
давления
На рис. 3-31 показан общий вид ртутного манометра
абсолютного давления. Прибор имеет трехколенную стек­
лянную измерительную трубку 1 высотой 200—300 мм,
частично заполненную ртутью. Левое колено трубки пол­
ностью заполнено ртутью и конец запаян, а правое по­
средством крана 2 сообщается через штуцер 3 с измеряе­
мой средой. Второй штуцер является резервным.
При сообщении манометра с пространством, абсолют­
ное давление в котором меньше конечного значения шкалы
прибора, равного 100 или 160 мм рт. ст., ртуть в левом
колене измерительной трубки опустится, а в среднем _
поднимется. Разность уровней в обоих коленах, отсчи­
тываемая при помощи подвижной миллиметровой шкалы 4 ,
будет равна абсолютному давлению измеряемой среды.
1 ГОСТ 9933-61. Манометры и мановакуумметры U-образные
стеклянные.
267
Если бы прибор был соединен с пространством, в по­
тором абсолютное давление равно нулю, то уровни
ртути в левом и среднем коленах измерительной трубки
оказались бы на одной высоте.
Прибор закреплен на основа­
нии 5, изготовленном из дерева
или пластмассы.
Для измерения абсолютного
давления газа (воздуха) приме­
няется бесшкальный мембранный
электрический манометр типа
МАДМЭ с магнитомодуляционным
преобразователем. Этот прибор
имеет в качестве чувствительного
элемента замкнутую упругую мем­
бранную коробку, изготовленную
из медного сплава и помещенную
в цилиндрический корпус, в которыи подводится измеряемое дав­
ление. Из полости коробки воздух
полностью удален. Нижняя часть
коробки закрепляется в корпусе
Рис. 3-31. Ртутный ма­ неподвижно, а верхняя соединя­
нометр абсолютного дав­ ется при помощи штока с магнит­
ления.
ным плунжером. В остальном при­
бор имеет то же устройство, что
и электрический манометр типа ММЭ (рис. 3-18). Конеч­
ное значение измеряемого прибором абсолютного давле­
ния газа 0,1 и 0,6 кгс/см2. Класс точности манометра 2,5 1
о
в) Определение давления отработавшего пара тур­
бины по температуре насыщения
Наряду с прямым измерением абсолютное давление
в выхлопном патрубке турбины может быть определено
косвенным путем — по температуре насыщения отработав­
шего пара. В этом случае значение искомого давления
находится из таблиц теплофизических свойств воды и
водяного пара. Однако следует иметь в виду, что обеспе­
чение достаточной точности измерения температуры отра­
ботавшего пара возможно лишь при определенных усло­
виях.
По данным ВТИ следует, что показание термометра,
расположенного в выхлопном патрубке турбины, сильно
268
зависит от места установки прибора. Причиной этого
служ ит влияние на термометр температуры корпуса вы­
хлопной части турбины, оказываемое вследствие тепло­
проводности защитной арматуры (гильзы или чехла) тер­
мометра. В различных зонах выхлопного патрубка эта
температура отклоняется от температуры насыщения от­
работавшего пара из-за притока тепла по стенкам корпуса
от передней, более нагретой части турбины и оттока в сто­
рону относительно холодных стенок конденсатора.
Измерение давления по температуре насыщения пара
производится обычно медным термометром сопротивления,
установленным в горловине конденсатора и соединенным
с автоматическим уравновешенным мостом типа KGM
с двухстрочной ш калой, градуированной в °С (0—60,4°С)
и в процентах вакуумметрического давления (80—99,4% )
при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па).
Однако, как указано выше, этот метод измерения является
недостаточно точным, так к ак показания термометра со­
противления искаж аю тся из-за теплопроводности его ар­
матуры.
3-10. БАРОМЕТРЫ
Барометры служ ат для измерения атмосферного дав­
ления, в частности, при определении абсолютного давле­
ния среды по вакуумметрическому давлению. Т ак, на­
пример, для определения по показаниям вакуумметра
абсолютного давления отработавшего в турбине пара не­
обходимо согласно равенству (3-3) одновременно измерить
и атмосферное давление.
Барометры разделяю тся на рт ут ны е и мембранные.
Р т у т н ы й б а р о м е т р имеет устройство, пока­
занное на рис. 3-32, а. В стеклянную чаш ку 1 с ртутью
погруж ен нижний конец предварительно зап.олненной
ртутью стеклянной измерительной трубки 2 длиной около
1 м, верхний конец которой запаян. Образующееся в трубке
над уровнем ртути безвоздушное пространство (торричел­
лиева пустота) насыщено ртутными парами. Рядом с из­
мерительной трубкой установлена ш кала 3, градуирован­
н ая в верхней части в мбар *. Прибор закреплен на дере­
вянном основании 4.
* 1 мбар == 0,75 мм рт. ст. при температуре 0°С.
269
В измерительной трубке устанавливается ртутный столб
высотой В , уравновешивающий давление атмосферы на
поверхность ртути в чашке. Естественно, что если бы
атмосферное давление равнялось нулю, ртуть в трубке
опустилась бы до уровня ртути
в чашке.
При отсчете показаний баро­
метра нулевая отметка шкалы,
расположенная на острие цифер­
блата, должна находиться на уров­
не ртути в чашке, для чего цифер­
блат прибора или чашка делаются
подвижными. В некоторых конст­
рукциях циферблат и чашка за­
крепляются неподвижно, а гра­
дуировка шкалы прибора произво­
дится с учетом изменения уровня
ртути в чашке. Шкала таких баро­
метров учитывает одновременно и
поправку на капиллярность ртути.
На рис. 3-32, б показан общий
вид ртутного чашечного барометра
типа СР*. Стеклянная калибро­
ванная трубка 1 опущена откры­
тым концом в чашку 2 с дистилли­
рованной ртутью, состоящую из
б) трех соединенных на резьбе чаРис. 3-32. Ртутный ча­ стеи, из которых средняя имеет
шечный барометр.
диафрагму с отверстиями, предоa = схема; б — общий вид.
храняющую трубку от попадания
воздуха! Измерительная трубка
заключена в металлическую оправу 3 , в верхней части
которой имеются две расположенные одна против дру­
гой вертикальные прорези, через которые виден мениск
ртут
в трубке. На оправе, около края одной из
прорезей, нанесены деления основной шкалы с учетом
изменения уровня в чашке, так как чашка и оправа за­
креплены неподвижно. Диапазон показаний прибора 680—
1100 или 810—1100 мбар. Для защиты шкалы от загрязне­
ния верхняя часть оправы закрыта стеклянным кожухом.
При помощи кремальеры 4 в прорези оправы переме­
щается визир 5, снабженный нониусом для отсчета покаГОСТ 4863-55. Барометры ртутные метеорологические#
270
заний с точностью до 0,1 мбар. Н улевая отметка ш калы
нониуса точно совпадает с нижней кромкой визира, кото­
рая при измерении совмещается с верхом мениска ртути
так, чтобы между ними не было просвета. Вертикальное
расположение барометра обеспечивается подвеской его за
кольцо 6. Д л я приведения ртутного столба к температуре
0°С барометр снабжен встроенным в него ртутным термо­
метром 7. При изготовлении барометра ртуть и стеклянная
трубка тщательно очищаются от загрязнений.
П оказания ртутного барометра приводятся к темпера­
туре 0°С так ж е, как и показания ртутного вакуумметра.
Если при измерении барометр помещен не на том уровне
(отметке), на котором установлен вакуумметр, то для со­
поставления их показаний в случае определения абсо­
лютного давления необходимо показание барометра В п,
выраженное в мм рт. ст. и приведенное к температуре 0°С,
привести такж е и к уровню установки вакуумметра по
следующей приближенной формуле:
В'0 = В 0 + 0,0736 (Лб - Л в) р ср,
(3-36)
где В о — атмосферное давление, приведенное к темпера­
туре 0°С и уровню располож ения вакуумметра, мм рт. ст.;
и 4 В — уровни (отметки) располож ения барометра
и вакуумметра, м;
Рср — средняя плотность воздушного столба между уров­
нями А б и А в, кг/м 3.
В среднем поправка к атмосферному давлению на 1 м
разности высот установки барометра и вакуумметра со­
ставляет около 0,08—0,09 мм рт. ст.
М е м б р а н н ы й б а р о м е т р (барометр-анероид)
имеет меньшую точность, чем ртутный, и поэтому на теп­
ловых электростанциях практически не применяется.
Глава
четвертая
И ЗМ ЕРЕН И Е РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА
4-1. ЕДИНИЦЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА И
КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА
Количество вещества, проходящ ее в единицу времени
по трубопроводу, кан ал у и т. п ., называется расходом
вещества. Количество и расход вещества выражаю т в
объемных или массовых единицах измерения. Объемными
единицами количества обычно служат литр (л) и кубичес­
кий метр (м3), а массовыми — килограмм (кг) и тонна (т).
Объемное количество газа иногда для сравнения представ­
ляют приведенным к нормальному состоянию — абсолют­
ному давлению 101 325 Па, температуре 20°С и относитель­
ной влажности 0%.
Наиболее распространенными единицами объемного
расхода являются л/ч, м3/с и м3/ч, а массового — кг/с,
кг/ч и т/ч.
Переход от объемных единиц расхода к массовым и
обратно производится по формуле
VM
— (?обР
(4-1)
где Qм — массовый расход вещества, кг/ч;
<?об — объемный расход вещества, м3/ч;
р — плотность вещества, кг/м3.
Для приведения объемного расхода сухого газа Q0q
в рабочем состоянии к расходу Q'o6 (м3/ч) в нормальном
состоянии служит зависимость
(4-2)
где р и р' — давления газа в рабочем и нормальном со­
стояниях, Па;
Т и Т' — температуры газа в рабочем и нормальном
состояниях, К;
К — коэффициент сжимаемости газа, характеризую­
щий отклонение его свойств от законов идеального газа.
Приборы, измеряющие расход, называются расходо­
мерами. В зависимости от рода измеряемого вещества они
делятся на расходомеры воды, пара, газа и пр. Расходо­
меры бывают показывающими и самопишущими. Часто
они снабжаются встроенным счетным механизмом (инте­
гратором).
К приборам, измеряющим количество, относятся счет­
чики и весы. С их помощью определяется количество ве­
щества* прошедшего по тракту за известный промежуток
врембйй, для чего отсчитываются показания прибора
в начале и конце периода измерения и вычисляется разность
этих показаний.
Для определения расхода и количества жидкости, газа,
пара и сыпучих тел чаще всего применяются следующие
основные методы измерений: переменного перепада давле272
ния, скоростной, объемный и весовой. В отдельных слу­
чаях используются и другие методы измерений.
Метод переменного перепада давления, имеющий боль­
шое практическое значение, основан на изменеипи стати­
ческого давления среды, проходящей через искусственно
суженное сечение трубопровода; скоростной — на опре­
делении средней скорости движ ения потока; объемный
и весовой — на определении объема и массы веще­
ства.
Достоинствами первых двух методов измерений яв­
ляется сравнительная простота и компактность измери­
тельных приборов, а последних двух — более высокая
точность измерений.
В соответствии с применяемыми методами измерений
расхода и количества вещества измерительные приборы
разделяю тся в основном на следующие группы:
расходомеры с сужающим устройством;
скоростные расходомеры и счетчики;
объемные счетчики;
ротаметры;
элект ромагнит ные расходомеры;
автоматические весы.
4-2. РАСХОДОМЕРЫ С СУЖАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ
Д л я измерения расхода жидкости, газа и пара, проте­
кающих по трубопроводам, широкое применение получили
расходомеры с сужающим устройством. Принцип действия
их основан на изменении потенциальной энергии измеря­
емого вещества при протекании через искусственно су­
женное сечение трубопровода.
Расходомер состоит из сужающего устройства, уста­
навливаемого в трубопроводе и служ ащ его для местного
сж атия струи (первичный преобразователь), дифферен­
циального манометра, предназначенного для измерения
разности статических давлений протекающей среды до
и после сужающ его устройства (вторичпый прибор), и
соединительных л и н и й (двух трубок), связывающих между
собой оба прибора.
С у ж а ю щ е е у с т р о й с т в о обычно имеет круг­
лое отверстие, расположенное концентрично относительно
стенок трубы, диаметр которого меньше внутреннего
диаметра трубопровода.
273
Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й м а н о м е т р (дифманометр-расходомер) выполняется показывающим или само­
пишущим и дополнительно может иметь встроенный
интегратор. Шкала промышленного дифманометра-расходомера градуируется в объемных или массовых единицах
расхода.
Расходомер с сужающим устройством, имеющий элек­
трическую дистанционную передачу показаний содержит,
как правило, бесшкальный дифманометр-расходомер (про­
межуточный преобразователь), работающий в комплекте
с показывающим или самопишущим вторичным прибором.
а) Основные положения
Расходомеры с сужающим устройством пригодны для
измерения протекающего по трубопроводу вещества при
условии заполнения им всего поперечного сечения трубы
и установленного в ней сужающего устройства.
При прохождении потока через сужающее устройство
происходит изменение потенциальной энергии вещества,
часть которой вследствие местного сжатия струи и соот­
ветствующего увеличения скорости потока преобразуется
в кинетическую энергию. Изменение потенциальной энер­
гии приводит к появлению разности статических давлений
(перепада давления), которая определяется при помощи
дифманометра. Так как согласно закону сохранения энер­
гии суммарная энергия движущейся среды уменьшается
только на величину потерь, то по измеренному перепаду
давления может быть определена кинетическая энергия
потока при его сужении, а по ней — средняя скорость
и расход вещества.
При использовании различных типов сужающих уст­
ройств применяются одни и те же исходные уравнения,
в которых изменяются лишь значения отдельных коэф­
фициентов и поправочных множителей.
На рис. 4-1 показаны схема установки в трубопроводе
наиболее простого сужающего устройства (диафрагмы)
в виде тонкого диска с круглым отверстием посредине
и изображение характера потока. Там же дано распределе­
ние статического давления р по длине струи I. Сжатие
потока начинается перед диафрагмой и благодаря действию
сил инерции достигает наибольшей величины на некотором
расстоянии за ней, после чего струя вновь расширяется
до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за
274
ней в углах образуются зоны с вихревым движением,
причем зона вихрей после диафрагмы более значительна,
чем до нее. Давление струи около стенки трубопровода
(сплошная линия) несколько возрастает за счет подпора
перед диафрагмой и понижается до минимума за диафраг­
мой в точке наибольшего сужения струи, где сечение
потока меньше, чем отверстие диафрагмы.
Далее по мере расширения струи давление около
стенки снова повышается, но не достигает прежнего значе­
ния на величину рп ввиду
наличия безвозвратных по­
терь на завихрение, удар
и трение. Изменение дав­
ления струи по оси трубо­
провода практически сов­
падает с изменением дав­
ления около его стенки,
за исключением участка
перед диафрагмой и непо­
средственно в ней, где дав­
ление потока по оси трубы
понижается (пунктирная
линия).
Рассмотрим вывод ос­
новных зависимостей для Рис. 4-1. Характер потока и рас­
пределение
статического
давления
определения расхода жид­ в трубопроводе при установке
кости при помощи сужаю- сужающего устройства.
щего устройства.
По условию неразрывности струи объемный расход
протекающей по трубопроводу жидкости выражается
равенством
Ғгиг = / > 2,
(4-3)
и
где Ғі — площадь наибольшего сечения потока до сужаю­
щего устройства, равная площади сечения трубопровода,
м2;
F
площадь наименьшего сечения потока после
сужающего устройства, м ,
иг
и
и2
—
средние
скорости
потока
в
сечениях
Ғл
и
Ғ*.
/
*
в?
м/с.
Согласно закону сохранения энергии Бернулли для
идеальной жидкости
Р±
Pi
т
V
Е± + i i
2
р2
(4-4)
275
где р[ и р 2 — абсолютные статические давления жидкости
в сечениях Ғ± и Щ Па;
Pi и
— плотности жидкости в сечениях F, и Ц
кг/м3.
2’
Плотность жидкости, проходящей через сужающее
устройство, практически остается постоянной, т. е. рх =
= р2. Тогда из уравнения (4-4) перепад давления жидкости
в результате сужения струи
Рі — Р і = ^ ү [v\ —yf).
(4-5)
Ввиду того что сечение струи F2 неизвестно и зависит от
размера отверстия сужающего устройства, при подсчетах
пользуются так называемым коэффициентом сужения
струи [а, выражающимся отношением
р щ
(4-6)
где F0 — площадь сечения отверстия сужающего устрой­
ства, м2.
Решая совместно уравнения (4-3) и (4-6), находим:
vi В №
или, принимая для отношения площадей обозначение
т = Ғ0Щ :
vi =
(4-7)
Подставляя это значение vx в уравнение (4-5) и решая
последнее относительно v2l будем иметь:
Н ив =?еғҮъ:<*-го.
I
(4-8)
Уравнение (4-8) не учитывает неравномерного распре­
деления скоростей по сечению потока, обусловленного
влиянием вязкости и трения реальной жидкости в трубо­
проводе, вследствие чего действительная средняя скорость
жидкости всегда меньше теоретической. Помимо этого
при определении расхода вместо давлений р[ и | | более
удобно измерять давления й и р2 непосредственно до и
после сужающего устройства в углах около его торцов
(рис. 4-1). Эти давления соответственно больше величин
Pi и P2 .
Учитывая замену теоретических условий течения прак­
тическими и переход от давлений р[ шр'2 к давлениям р х и р2
276
поправочным коэффициентом
получаем:
V* = £i>2,
(4-9)
где v’i — действительная средняя скорость потока в сече­
нии Ғг, м/с.
Тогда согласно уравнению (4-8)
“ VГ t1 ^—г\к2т
tT t? VY —
pi ( й - Л ) •
^ 10*
Объемный расход жидкости фоб (м3/с) может быть най­
ден по уравнению
Q k=
( 4
- 1
1
)
Подставляя в это выражение значения F2 и из урав­
нений (4-6) и (4-10) и учитывая, что
— р2 = Ар, нахо­
дим:
(« 2 )
Коэффициенты и | зависят друг от друга и не~могут
быть определены аналитически. Поэтому их объединяют
в общий, так называемый коэффициент расхода а, кото­
рый находится опытным путем и имеет выражение
а = -ygj * .
.
(4г13)
Кроме того, при измерении расхода газа или пара
происходит расширение среды вследствие понижения ее
давления при прохождении через сужающее устройство.
Изменение объема протекает в этом случае по адиабати­
ческому закону и учитывается поправочным множителем
на расширение е, определяемым расчетом. Для газа и пара
е меньше единицы, а для жидкости ввиду ее несжимае­
мости равен единице.
Подставив в формулу (4-12) величины а и 8 и перейдя
от секундного расхода Q'o6 к часовому (?об (м3/ч), имеем
общий вид уравнения для определения объемного расхода
измеряемого вещества
<?об = ЗбООаеҒо | / "
Ар.
(4-14)
В этом уравнении
й 10,785110-е d \ м2,
277
где d — диаметр отверстия сужающего устройства при
температуре ^ измеряемого вещества перед сужением, мм.
Заменив^ в уравнении (4-14) величину F0, после пре­
образований получаем следующее основное выражение для
определения объемного расхода жидкости, газа и пара
<?об (м3/ч):
(4-15)
и согласно равенству (4-1) для определения массового
расхода <?м (кг/ч)
<?м =
0,004ае d21/ А ррх.
(4-16)
Шкалы промышленных дифманометров-расходомеров
или работающих с ними в комплекте вторичных приборов
градуируются непосредственно в единицах расхода изме­
ряемого вещества, поэтому значения величин а , е и
в формулах (4-15) и (4-16) принимаются постоянными,
удовлетворяющими заданным условиям измерения. Тогда
выражения для определения расхода принимают вид:
Qo6—A V Ар\
QM= B y Ар,
(4-17)
(4-18)
где А и В — постоянные, соответственно равные
Расчетные параметры (давление и температура) изме­
ряемой среды обычно указываются в паспорте расходо­
мера. При значительном их отклонении в выражения
(4-17) и (4-18) вводятся поправочные множители. Тогда
в общем случае будем иметь:
(4-19)
(4-20)
где s' — действительный поправочный множитель на расширение измеряемой среды;
Pi — действительная плотность измеряемой среды пе­
ред сужающим устройством.
При определении расхода вещества и расчете сужаю­
щего устройства характерной величиной является отно­
сительная площадь отверстия сужающего устройства т ,
278
выражающая отношение площадей проходных сечений
сужающего устройства и трубопровода, равная для круг­
лой формы отверстий:
сР
(4-21)
где D —
внутренний диаметр трубопровода при темпе­
ратуре tx измеряемой среды перед сужающим устройством,
мм.
Измерение диаметра сужающего устройства и внутрен­
него диаметра трубопровода производится обычно при
температуре окружающего воздуха 20°С. Тогда величины
d и D (мм) определяются по формулам?
d —d20kt ;
(4-22)
d = а д ,
(4-23)
где d2о и Z)20 — диаметры отверстий сужающего устрой­
ствами трубопровода при температуре 20°С, мм;
kt и Щ — поправочные множители на тепловое расши­
рение материала сужающего устройства и трубопровода
при температуре tt измеряемой среды перед сужающим
устройством.
Значения kt для некоторых металлов в зависимости от
температуры приведены в табл. 4-1.
Т а б л и ц а 4-1
Поправочные множители на тепловое расширение металлов
Наименование
металла
Сталь 20
Сталь Х17
Сталь Х18Н10Т
Бронза
Температура, °С
100
200
300
400
500
600
1,0010
1,0008
1,0043
1,0014
1,0022
1,0019
1,0030
1,0032
1,0037
1,0031
1,0048
1,0051
1,0051
1,0046
1,0066
1,0070
1,0066
1,0062
1,0083
Щ
у
1,0101
В диапазоне температур от —20 до 60 °С можно прини­
мать к. = 1.
Диаметр
±0
б) Сужающие устройства!
Для измерения расхода среды получили распростра­
нение три вида нормализованных сужающих устройств:
расходомерная диафрагма, расходомерное сопло и сопло
279
Вентури, имеющие посредине круглое отверстие. Опытным
путем для этих сужающих устройств найдены точные зна­
чения коэффициента расхода а, что позволяет применять
их без предварительной градуировки.
Нормализованные сужающие устройства могут при­
меняться в трубопроводах диаметром не менее 50 мм При
значениях т: 0,05—0,7 — для диафрагм, 0,05—0,65 —
для сопл и 0,05—0,6 — для сопл Вентури.
н к дифманометру расхододиафрагмы
:тся на камерные и бескамерные (с точечным отбором).
Более совершенными і
них являются камерные
устройства.
На рис. 4-2, а вверху
показана половина камер­
ной диафрагмы, а внизу —
бескамерной. Внутренний
диаметр корпуса диафраг­
мы равен (с допускаемым
отклонением + 1 % ) диа­
метру трубопровода Dz0.
В камерной диафрагме
давления к дифманометру
передаются
посредством
двух кольцевых уравни­
тельных камер, располо­
Рис. 4-2. Нормализованные диа­
женных в ее корпусе пе­
фрагмы и сопла.
ред
и
за
диском
с
отвер­
а — камерная (вверху) и бескамерная
диафрагмы; б — камерное (вверху) и
стием, соединенных с по­
бескамерное сопла.
лостью трубопровода дву­
мя кольцевыми щелями
или группой равномерно расположенных по окружности
радиальных отверстий (не менее четырех с каждой сто­
роны Диска). Кольцевая камера перед диском называется
плюсовой, а за ним
мину совой.
иафрагмы
кольцевых камер позволяет усреднить давление по ок­
ружности трубопровода, что обеспечивает более точное
измерение перепада давления. Площадь аЪ поперечного
сечения кольцевой камеры должна составлять не менее
половины площади кольцевой щели или группы отвер­
стий, площадь каждого из которых равна 12—16 мм2.
Толщина Һ внутренней стенки Кольцевой камеры берется
не менее двойной ширины кольцевой щели.
РІР
280
Отбор перепада давления в бескамерной диафрагме
производится с помощью двух отдельных отверстий в ее
корпусе или во фланцах трубопровода перед и за диском.
В этом случае измеряемый перепад давления является
менее представительным, чем при кольцевых камерах.
Ш ирина с кольцевой щели и диаметр отдельного отвер­
стия для отбора давления у камерных и бескамерных диа­
фрагм при т d g 0,45 не превышает 0,03 D w , а при т. ЩВ
НК 0,45 леж ит в пределах 0,01—0,02 £>20. Одновременно
размер с не должен выходить за пределы 1—10 мм.
Толщ ина Е диска диафрагм не превышает 0,05 р|Щ
Отверстие в нем диаметром d2о является расчетной вели­
чиной. Со стороны входа потока оно имеет острую входную
кром ку под углом 90°, за которой расположена цилиндри­
ческая часть длиной е, составляющей 0,005—0,02 Z?20.
П ри толщине диска Е > 0,02 Z?20 цилиндрическая часть
отверстия оканчивается на выходе потока коническим
расширением под углом ф, равным 30—45°. При т > 0,5
величина е примерно равна 1/3 Е . .
Точность измерения расхода при помощи диафрагм
зависит от степени остроты входной кромки отверстия,
влияющей на значение коэффициента расхода а . Кромка
не долж на иметь скруглений, заусенцев и зазубрин.
П ри <2го < 125 мм она долж на быть настолько острой,
чтобы луч света не давал от нее отражения.
Н а рис. 4-2, б вверху и внизу изображены соответ­
ственно половины камерного и бескамерного сопла. Вход­
ной профиль сопла, изготовляемый по специальному
ш аблону, образован сопряжением дуг радиусов Гі = 0,2d20
и г2 = 0,333 dao, дающих плавный переход от передней
торцевой поверхности сопла к сильно развитой цилиндри­
ческой части отверстия с расчетным диаметром
При
т > 0,444 профиль сопла имеет усеченную форму, так
к ак в этом случае дуга радиусом гх доходит только до
точки пересечения ее с внутренней образующей камеры
сопла диаметром Щ 0. Остальные части сопла имеют раз­
меры: Jj = 0,604 1^20’
== 1 ^ 20і
= 0,304 djji
—*
= 0,3 dao и Е =sg; 0,1 £>20- Значения величин а, Ь, с и Һ —
те ж е, что и д ля диафрагмы. Д л я предохранения прямо­
угольной выходной кромки цилиндрической части сопла от
повреждения в конце профиля делается небольшой уступ.
Допускаемое смещение оси отверстия сужаю щ их уст­
ройств относительно оси трубопровода не долж но превы ­
ш ать 0 .5 —1 мм.
Для изготовления проточной части диафрагм и сопл
применяются материалы, устойчивые против коррозии и
эрозии, т. ө. нержавеющая сталь, а в некоторых случаях _
лаіунь или бронза.
На ободе сужающего устройства или на прикрепленной
маркировочной пластинке обычно наносятся: обозначение
типа устройства и заводской номер; диаметры d20 и Z>20;
стрелка, указывающая направление потока; марка мате­
риала; знаки + и — соответственно со стороны входа
и выхода потока. Кроме того, к сужающему устройству
Рис, 4-3. Установка диафрагм в трубопроводе.
а
камерной типа ДК; б — бескамерной типа Д Б.
прилагается выпускной аттестат, в котором указываются:
наименование и расчетные параметры измеряемой среды;
величины, полученные при расчете сужающего устройства
\т, а, е, d20 и др.); формула, по которой проверялась
правильность расчета; основные характеристики сужаю­
щего устройства и дифманометра.
Изготовляются следующие нормализованные диафраг­
мы: камерные типа ДК на условное давление до 10 МПа
для трубопроводов диаметром 50—500 мм * и бескамерные
типа ДЬ на давление до 32 МПа для диаметров 50—3000 мм.**
На рис. 4-3, а показана камерная диафрагма типа ДК
установленная между фланцами трубопровода. Отбор
•* г о г т й э д * ? ? ' З иа| Р агмы камерные на Ру до 10 МПа.
і и і л iioZZ-П, Диафрагмы бескамерные на ру до 32 МПа,
282
давления в кольцевые камеры производится здесь посред­
ством шести равномерно распределенных радиальных
пазов с каждой стороны диска. Уплотнение камер и диска
обеспечивается тонкой промежуточной прокладкой. Для
точной установки диафрагмы по оси трубопровода на
обоих ее торцах имеются концентрические выточки под
прокладки и центрирующие выступы фланцев глубиной
4 мм.
Устройство бескамерной диафрагмы типа Д Б изобра­
жено на рис. 4-3, б . Диафрагма расположена между флан­
цами трубопровода и уплотнена прокладкой. Тонкий диск
диафрагмы с отверстием прикреплен винтами вместе
с промежуточной прокладкой к заднему фланцу трубопро-
Рис. 4-4. Установка диафрагмы и сопла в трубопроводе
с условным давлением от 10 до 40 МПа.
а
— камерной диафрагмы; б — камерного сопла.
вода. Отбор перепада давления выполняется через отдель. ные сверления во фланцах с группой равномерно распре­
деленных по окружности пазов. К ободу диска приварено
ушко для крепления маркировочной пластинки (на рисун­
ке не показаны). Знаки + и —, а также диаметр отверстия
диафрагмы и ее номер выбиваются непосредственно на
диске. Для трубопроводов диаметром более 800 мм диск
диафрагмы может выполняться сварным.
Диафрагмы типов ДК и ДБ выпускаются в коррозион­
ностойком исполнении из стали 12X17, 12Х18Н10Т и
10Х17Н13М2Т. Допускается изготовление корпусов камер­
ных диафрагм из стали 20, 25 и 30.
На тепловых электростанциях получили распростра­
нение камерные диафрагмы (на условное давление 20—
25 МПа) и сопла (па 10—40 МПа), непосредственно ввари­
ваемые в прямые участки трубопроводов диаметром 60—
450 мм (рис. 4-4) *. Эти устройства изготовляются из той
* Нормали машиностроения МН 5058-63 — МН 5060-63«
283
же стали, что и трубопроводы, в которые они встраиваются
(сталь 20 или 12ХМФ). Для уменьшения эрозионного
износа проточной части диафрагм и сопл па их рабочие
поверхности наплавляется специальными электродами
слой прочного металла толщиной 2 мм. Каждая кольцевая
камера сужающего устройства сообщается с полостью
трубопровода через 6—8 радиальных пазов в ее стенке.
В корпусе нормализованных сужающих устройств
может выполняться до четырех пар отверстий для присое­
динения показывающих, самопишущих и бесшкальпых
дифманометров-расходомеров. При измерении расхода жид­
кости в горизонтальных и наклонных трубопроводах от­
верстия делаются по осевой
II
_\
I! линии корпуса и ниже, а
при измерении расхода га­
за и пара — по осевой ли­
нии и выше. В случае уста­
новки сужающего устрой­
ства в вертикальном тру­
бопроводе эти отверстия
располагаются равномерно
по окружности корпуса.
Более сложными сужаю­
щими устройствами являются
Рис. 4-5. Нормализованные сопла обычные и укороченные сопла
Вентури.
Вентури (рис. 4-5), имеющие
входную часть в виде норма­
а — обычное; б ■
— укороченное.
лизованного сопла, неболь. шую цилиндрическую горло­
вину с расчетным диаметром d20 и выходной конус *. У обычных
сопл диаметр конца выходного конуса равен диаметру трубопро­
вода, а у укороченных меньше. В обоих случаях угол <р конуса
выбирается 5—30°. Отбор давления в плюсовую камеру произ­
водится через кольцевую щель перед сужением сопла, а в минусо­
вую — через радиальные отверстия в его горловине, диаметр б
которых составляет не более 0,Ш 20, но не менее 3 мм. Длина L
выходного конуса укороченного сопла Вентури берется не менее
^20. Остальные размеры устройств:
= 0,3d20 и 12 = 0,2—0,4d20.
Профиль сопл Вентури близко соответствует свободному изме­
нению формы потока при прохождении через сужающее устройство.
Выходной конус обеспечивает восстановление большей части пере­
пада давления, создаваемого прибором, и, следовательно, приводит
к значительному снижению остаточной потери давления.
1
Сопла Вентури серийно не изготовляются. Для трубопроводов
диаметром 50—1400 мм (на условное давление до 1,6 МПа) укоро­
ченные сопла Вентури могут выполняться по нормалям машино­
строения МН 4798-63 | | МН 4800-63,
284
Указания по выполнению нормализованных сужающих
устройств, их установке, методу расчета и способу изме­
рения расхода разработаны Госстандартом СССР *.
в) Выбор и установка сужающих устройств
При выборе сужающего устройства учитывают допусти­
мое значение безвозвратной потери давления, требуемую
точность измерения, условия изготовления и установки
сужающего устройства в трубо­
проводе.
На рис. 4-6 показана потеря
давления р а в нормализованных су­
жающих устройствах в зависимости
от величины т, выраженная в
процентах измеряемого перепада
давления Ар. Как : идно из рисунка, остаточная потеря давле­
ния в соплах Вентури благодаря
выходному конусу значительно
меньше, чем в диафрагмах и соп­
лах, поэтому сопла Вентури реко­
мендуется применять там, где не
Рис.
4-6.
Потеря
давле­
допускаются большие сопротив­ ния в нормализованных
ления трубопроводов.
сужающих устройствах.
Нормализованные диафрагмы 1 — в диафрагме; 2 — в соп­
и сопла имеют сравнительно вы­ ле; з — в обычном сопле
Вентури; 4 — в укороченном
сокую потерю давления (в особен­ сопле Вентури.
ности при малых значениях т),
появляющуюся из-за резкого сужения струи и внезапного
увеличения проходного сечения за устройством. Потеря
для сопл несколько ниже, чем для диафрагм, ввиду плав­
ного сжатия струи, исключающего ее отрыв от стенки.
При уменьшении отношения т повышается точность
измерения, поэтому в тех случаях, когда потеря давления
ра не играет роли, максимальный перепад давления в су­
жающем устройстве Дрмакс выбирается таким, чтобы m
равнялось 0,2.
Наиболее простым сужающим устройством является
диафрагма, которая может быть выполнена в любой меха­
нической мастерской. Изготовление сопла связано с труд­
*
Правила 28-64 измерения расхода жидкостей, газов в паров
стандартными диафрагмами и соплами.
285
ностями точного выполнения его профиля по предвари­
тельно сделанному шаблону. Сопло Вентури достаточно
громоздко и сложно в изготовлении.
Диафрагмы и сопла более изучены и поэтому дают более
высокую точность измерения, чем сопла Вентури. Основ­
ная погрешность диафрагм и сопл составляет ± 0 ,6 —2,5%.
1 —I—
о*
1—
1/ _
Һ
1го\
го
■■
1
-
-
т
11
Мш2
/77
/77
Г
- гг
_ 77
6и j
/77
Рис. 4-7. Наименьшие длины прямых у*
нормализованных сужающих устройств.
С повышением значения т она увеличивается, а с ростом
диаметра трубопровода D 2о — уменьшается.
В качестве сужающего устройства чаще всего приме­
няется диафрагма. Сопло выбирается в случаях, когда
необходимо уменьшить влияние коррозии и эрозии су­
жающего устройства на результаты измерения. Кроме
того, сопло используется при малых значениях d20, когда
трудно изготовить и сохранить в процессе измерения доста­
точно острой входную кромку диафрагмы.
286
Большое влияние на точность измерений оказывают
условия установки сужающих устройств в трубопроводах.
При неправильной установке погрешность измерений
значительно возрастает.
Сужающее устройство может быть установлено в гори­
зонтальном, вертикальном или наклонном прямом участке
трубопровода. При этом необходимо обеспечить тщательную
центровку отверстия устройства относительно оси трубы.
Не допускается наличие на внутренней поверхности
трубопровода перед сужающим устройством больших
неровностей, например уступов, сварных швов, высту­
пающих внутрь уплотнительных прокладок.
До и после сужающего устройства необходимо иметь
прямые успокоительные участки трубопровода постоян­
ного диаметра, так как различные местные сопротивления
(колена, вентили, задвижки и т. п.) приводят к искажению
профиля скоростей по сечению потока и, следовательно,
влияют на коэффициент расхода а.
Наименьшие длины 1г и 12 прямых участков трубопро­
вода соответственно перед сужающим устройством и за
ним, выраженные в кратных по отношению к D 20 числах,
указаны в зависимости от характера местных сопротивле­
ний и значения т на рис. 4-7. При установке камерных
сужающих устройств найденные значения длин
и 12
могут быть уменьшены в 2 раза, однако в этом случае
появится дополнительная погрешность измерения рас­
хода, равная 0,5%. Для тех же сужающих устройств при
уменьшении потребной длины
в 3 раза дополнительная
погрешность измерения составит 1%.
При установке перед сужающим устройством регули­
рующего органа (вентиля, клапана, заслонки) необходимо
иметь 1г ^ 100 D 20, а при установке защитной гильзы
термометра — 1г ^ 20 D 20. Рекомендуется указанную ар­
матуру по возможности располагать за сужающим устрой­
ством.
г) Дифманометры
Д и ф м а н о м е т р ы служат для определения пере­
пада давления между двумя точками измерения в жидкой,
газовой или паровой среде. Особенно большое применение
они получили для измерения перепада давления в расходо­
мерах с сужающим устройством. По принципу действия
дифманометры почти не отличаются от манометров1 тяго287
папоромеров, вакуумметров, измеряющих давление веще­
ства по отношению к атмосферному давлению. В зави­
симости от конструкции и назначения дифманометры де­
лятся на лабораторные и промышленные
Лабораторными
дифманометрами
являются жидкостные дифманометры с видимым уровнем,
применяемые для точных измерений перепада давления
при исследовательских и наладочных работах, а также
при поверке промышленных дифманометров-расходомеров.
Ж и д к о с т н ы е д и ф м а н о м е т р ы относятся
к двухтрубным приборам. Они обладают простым устрой­
ством и большой надежностью работы. Дифманометры
выпускаются типов ДТ-5 и ДТ-50 на рабочее давление
соответственно 0,5 и 5 МПа. В первом из них уравно­
вешивающей жидкостью служит вода, а во втором —
ртуть.
На рис. 4-8 показана схема ртутного двухтрубного
дифманометра. Прибор состоит из сообщающихся внизу
стеклянных измерительных трубок 1 и 2, закрепленных
при помощи сальников в стальных колодках 3 и 4
с каналами. Трубки заполнены до половины высоты
ртутью.
В колодке 3 расположены пять игольчатых вентилей.
Вентили 5 и 6 служат для продувки соединительных линий,
7 и 8 — для включения и отключения измерительных тру­
бок, а 9 — для уравнивания в них давления при поверке
пулевой отметки шкалы. Трубки 1 и 2 соединяются с колод­
кой 3 через камерные ртутеуловители 10 и И , предохраняю­
щие от выброса ртути при случайном превышении изме­
ряемым перепадом давления предельно допускаемого
значения. Соединительные линии от сужающего устрой­
ства подключаются к боковым штуцерам 12 (плюсовый)
и 13 (минусовый) колодки 3 посредством накидных гаек.
Штуцер 12 сообщается со штуцером 14, предназначенным
для установки трубчато-пружинного манометра, измеряю­
щего давление среды перед сужающим устройством.
В колодке 4 имеется игольчатый вентиль 15, соединяю­
щий через штуцер 16 полость прибора с атмосферой. При
помощи этого вентиля и штуцера производятся заполнение
прибора ртутью и опорожнение его.
Между измерительными трубками установлена милли­
метровая шкала 17 с нулем посредине. Прибор собран на
плоском основании 18.
283
Общий вид ртутного дифманометра типа ДТ-50 приведен на
рис. 4-9. Диапазон показаний
прибора 0 —700 мм. Для точного
отсчета перепада давления на
шкале имеются два подвижных
указателя. Измерительные труб­
ки помещены в защитные опра­
вы с продольным вырезом для
наблюдений. Прибор закреплен
на алюминиевом основании.
Рис. 4-8. Схема ртутного двухтрубного дифманометра.
Рис. 4-9. Ртутный двухтрубный дифманометр типа ДТ-50.
1 и 2 — измерительные трубки; з и 4 —
колодки; 5 и в — ртутеуловители; 7 —
шкала; 8 и о — подвижные указатели;
10 и 11 — запорные вентили; 12 и 13 —
продувочные вентили; 14 — уравнитель­
ный вентиль; 15 — основание; 16 — кла­
пан для заливки и спуска ртути; п _
трубчато-пружинный манометр.
10
Мурин Г. А
289
Устройство водяного дифманометра типа ДТ-5 анало­
гично ртутному, за исключением ртутеуловителей, кото­
рые у него отсутствуют. Диапазон показаний прибора
О—250 мм.
'
Основная погрешность двухтрубных дифманометров
r t 2 мм высоты столба уравновешивающей жидкости х.
Промышленные дифмапометры-расх о д о м е р ы 2, применяемые в теплоэнергетике, обычно
являются деформационными приборами, работающими
в комплекте с сужающим устройством при измерениях рас­
хода жидкости, газа и пара. По конструкции они разде­
ляются на сильфонные и мембранные и бывают механичес­
кие (показывающие и самопишущие) и бесшкалъные с элек­
трической дистанционной передачей показаний (промежу­
точные преобразователи) на вторичные приборы 3.
Механические дифманометры-расходомеры могут при­
меняться в тех случаях, когда расстояние между сужаю­
щим устройством и прибором не превышает 50 м. При более
значительных расстояниях используются электрические
дифманометры-расходомеры.
Механические и электрические дифманометры-расходо­
меры, а также вторичные приборы могут иметь дополни­
тельные устройства для выпрямления шкалы, сигнализа­
ции и интегрирования расхода. Шкалы и диаграммы этих
приборов градуируются в единицах расхода (кг/ч, т/ч,
м3/ч и др.) с конечным значением, выбираемым из ряда
чисел: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3 и 8 с множителем
Ю", где п — целое (положительное или отрицательное)
число или нуль.
Дифманометры-расходомеры, изготавливаются на пре­
дельный номинальный перепад давления | от 0,001 до
0,63 МПа и рабочее давление до 40 МПа. Класс точности
приборов 1 и 1,5.
Жидкостные дифманометры могут также применяться в ка­
честве жидкостных манометров и тягонапоромеров.
2 ГОСТ 18140-77. Манометры дифференциальные ГСП.
8 Деформационные дифманометры-расходомеры с электричес­
кой дистанционной передачей показаний условно называются сильфонными или мембранными электрическими дифманометрамв-расходо мерами.
4 Предельным номинальным перепадом давления называется
перепад, соответствующий конечному значению шкалы или выход­
ного сигнала дифманометра-расходомера и получаемый при сообще­
нии его минусовой камеры с атмосферой, а плюсовой — с источником
избыточного давления воздуха.
290
Механические дифманометры-расходомеры имеют не­
равномерные шкалы и диаграммы, которые в силу зави­
симости между перепадом давления и расходом, описы­
ваемой уравнением (4-17) или (4-18), получаются квадра­
тичными. Вторичные приборы, работающие в комплекте
с электрическими дифманометрами-расходомерами, имеют,
как правило, равномерные шкалы и диаграммы, так как
для их спрямления используется профильная кулачковая
передача, встраиваемая во вторичный прибор, или спе­
циальное электрическое устройство, называемое квадра­
тором , встраиваемое в дифманометр.
Рекомендуемый диапазон измерений дифманометрамирасходомерами исходя из точности их показаний состав­
ляет от 30 до 100% конечного значения шкалы.
д) Механические дифманометры-расходомеры
Выпускаются сильфонные механические дифманометрырасходомеры — показывающие типа ДСП и самопишущие
типа ДСС. Эти приборы заменяют широко применявшиеся
ранее поплавковые механические дифманометры с ртутным
заполнением. Шкала показывающих приборов — круго­
вая, а диаграмма самопишущих — дисковая, диаметром
250 мм, приводимая в движение синхронным микродвига­
телем или часовым механизмом. Время полного оборота
диаграммного диска 12 или 24 ч.
На рис. 4-10 показана схема самопишущего сильфонного дифманометра-расходомера типа ДСС. Чувствитель­
ным элементом прибора является сильфонный блок, со­
стоящий из сильфонов 1 и 2, связанных со штоком 3 и
закрепленных в камерах 4 (плюсовая) и 5 (минусовая).
Выступающий конец штока в минусовой камере соединен
с винтовыми пружинами растяжения 6 и 7, рассчитанными
на заданный диапазон измеряемого перепада давления.
Сообщающиеся между собой полости сильфонов заполнены
буферной жидкостью (смесью глицерина и дистиллирован­
ной воды), замерзающей при температуре —17°С. В сред­
ней части шток упирается выступом в рычаг 8 , закреплен­
ный на конце выходной оси 9 вместе с концом торзионной
(скручивающейся) упругой металлической трубки 10 ,
служащей для бессальникового вывода наружу оси. На
свободном конце выходной оси расположен ломающийся
рычаг / / , соединенный при помощи тяги 12 и регулировоч­
ного поводка 13 с осью 14 , приводящей в движение рычаг
10*
291
пера 75, записывающего показания на диаграммном диске
1 6 , а также рычаги 17 и 1S интегратора 19.
Под действием измеряемого перепада давления сильфон
1 сжимается и вытесняет жидкость в сильфон 2, вызывая
его растяжение. В результате шток 3 перемещается вправо
и, упираясь в рычаг 8, поворачивает выходную ось, скру­
чивая торзионную трубку. Поворот выходкой оси пере­
дается записывающему и интегрирующему устройствам
прибора.
:
:гі*-МЩям
Рис. 4-10. Схема самопишущего сильфонного дифманометра-расхо­
домера типа ДСС.
Если измеряемый перепад давления превыспт конечное
значение или один из сильфонов окажется под односторон­
ним давлением среды, возможность повреждений сильфо­
нов исключается, так как сидящие на штоке 3 конические
затворы 20 и 21 защитных клапанов плотно закрывают
в конечных положениях штока соответствующее седло,
прекращая перетекание через него жидкости.
Для уменьшения влияния колебаний температуры
окружающего воздуха на показания дифманометра в левой
части сильфона 1 находится температурный компенсатор
в виде трех дополнительных гофр, отделенных от осталь292
ного объема сильфона стаканом 22 с отверстиями. При
изменении температуры жидкости в приборе соответст­
вующее количество ее входит в компенсатор или выходит
из него через отверстия в стакане.
Гипы и характеристики сильфонных механических
дифманометров-расходомеров указаны в табл. 4-2.
Силь
Таблица
иные механические дифманометры-расходомеры
4-2
Тиц
Характеристика
ДСП-780
ДСП-781
ДСП-778
ДСС-710
Показывающий
То же с интегратором
То же с сигнализирующим устройством
Самопишущий с приводом диаграммы синхронным
микродвигателем
То же с интегратором
То же с дополнительной записью давления
То же с интегратором и дополнительной записью
ДСС-712
ДСС-734
ДСС-732
давления
ДСС-710ч
ДСС-734ч
Самопишущий с приводом диаграммы часовым меха
низмом
То же с дополнительной записью давления
Сильфонные механические дифманометры дополнитель­
но обозначаются буквами Н или В, например ДСП-780Н
или ДСП-780В. Приборы, обозначенные буквой Н, вы­
пускаются на рабочее давление 6,3 и 16 МПа. Они рас­
считаны соответственно на предельные номинальные пере­
пады давления 0,0063—0,025 и 0,0063—0,063 МПа. При­
боры, обозначенные буквой В, выпускаются на рабочее
давление 6,3 и 32 МПа и имеют предельные номинальные
перепады давления 0,04—0,16 МПа.
Сигнализирующее устройство показывающего дифманометра, содержащее два фоторезистора, выполнено так же,
как и у сильфонного механического показывающего тяго­
напоромера (см. § 3-7).
Дополнительная запись давления в самопишущем дифманометре производится от встроенной в него трубчатой
пружины, сообщающейся с плюсовой соединительной
. линией прибора. С помощью рычажного передаточного
механизма свободный конец пружины связан с рычагом
пера, записывающего давление среды на общем диаграм293
мном диске. Запись этого давления обычно используется
для корректировки показаний дифманометра при измере­
нии расхода сжимаемой (газ или пар) среды.
На рис. 4-11 показана схема интегратора самопишущего дифманометра-расходомера типа ДСС-712. На ось 1, вращаемую синх­
ронным микродвигателем через редуктор с частотой 10 об/мин
Рис. 4-11. Схема интегратора самопишущего дифмапометра-расходомера типа ДСС-712.
насажен кулачок 2, по которому катится ролик 3, сидящий на
конце коромысла 4, закрепленного на оси 5. Другой конец коро­
мысла несет на себе щуп 6. При каждом обороте кулачок, подни­
мая конец коромысла с роликом, опускает противоположный конец
со щупом в нижнее (нулевое) положение. В это время штифт 7 ку­
лачка отжимает сидящий на оси 8 фигурный рычаг 9 тормоза 10
притягиваемый пружиной 11, и освобождает лекало 12. Последнее’
оканчивающееся угловым рычагом 13, свободно насажено на ось
14, приводимую в движение при помощи рычагов 15 и 16 от выход-
294
пои оси дифманометра, поворачивающейся на угол, пропорциональ­
ный измеряемому перепаду давления. На оси 14 неподвижно зак­
реплен также угловой рычаг 17. Концы угловых рычагов 13 и 17,
расположенные один над другим, зажаты между лапками 18 и 19,
свободпо сидящими на оси 14 и стягиваемыми между собой спираль­
ной пружиной 20.
При зажатом тормозом лекале поворот оси 14 в ту или другую
сторону приводит к отклонению рычагом 17 одной из лапок, тогда
как другая лапка остается прижатой пружиной 20 к рычагу V# ле­
кала. В момент освобождения тормоза упирающаяся в рычаг 13
лапка поворачивает лекало в положение, соответствующее новому
перепаду давления, совмещая при этом между собой по вертикали
угловые рычаги 13 и 17. При дальнейшем вращении кулачка штифт 7
отпускает тормоз, который снова зажимает лекало. В это время
конец коромысла с роликом 3 начинает опускаться, а щуп 6 _
подниматься, пока не упрет­
ся в лекало, после чего ку­
лачок выходит из взаимо­
действия с роликом до тех
пор, пока снова не коснется
ролика, поднимая который
отведет от лекала конец
коромысла со щупом в ниж­
нее положение. При пере­
мещении щупа 6 от точки со­
прикосновения с лекалом
до нижнего положения ко­
ромысло 4 поворачивается
по часовой стрелке на угол,
пропорциональный расходу
Рис. 4-12. Самопишущий
сильфонный дифманометррасходомер типа ДСС-712.
измеряемой среды благодаря выбранному профилю лекала. Следочем больше расход измеряемой среды, тем выше по ложелекала и больше угол поворота коромысла.
Таким образом, в течение одного оборота кулачка 2 fцикла
интегрирования), продолжающегося 6 с, коромысло, поворачиваясь
с осью 5, совершает поочередно холостой и рабочий ход. При качании коромысла ось 5 с помощью муфты рабочего хода 21 и шестерен
22 и 23 передает оси 24 вращение только в одном направлении
причем для обеспечения четкой работы муфты рабочего хода ось 24
пружиныР 27ЗНОӨ устроиство> состоящее из диска 25, рычага 26 и
Цикличные повороты оси 24 против часовой стрелки переда­
ются системой зубчатых колес счетному устройству интегратора
содержащему стрелочный 28 и роликовый 29 указатели.
’
Общий вид самопишущего сильфонного дифманометрарасходомера типа ДСС-712 с указанием габаритов приведен
на рис. 4-12. Масса прибора 40 кг. В верхней части дифма­
нометра расположена вентильная головка, состоящая из
295
двух запорных вентилей, установленных в плюсовой и
минусовой соединительных трубках, и одного уравнитель­
ного вентиля, установленного в перемычке между труб­
ками. При открытом уравнительном вентиле и закрытых
запорных давления в плюсовой и минусовой камерах дифманометра уравниваю тся. С помощью уравнительного
вентиля производится периодическая поверка нуля дифманометра.
е) Электрические дифманометры-расходомеры
Бесш кальные электрические дифманометры-расходо­
меры, работающие в комплекте со вторичными приборами,
служ ат для дистанционной передачи показаний на щиты
управления агрегатами. Выпускаю тся мембранные диф­
манометры типа ДМ с дифференциально-трансформатор­
ным преобразователем (дифтрансформатором) и мембран­
ные и сильфонные типов ДМЭР и ДСЭР с магнитомодуля­
ционным преобразователем. Принцип действия этих при­
боров тот ж е, что и соответствующих деформационных
электрических манометров типов МЭД (рис. 3-14) и ММЭ
(рис. 3-18).
Мембранный
э л е к т р и ч е с к и й
д и ф94^74
Ходомер
типа
ДМ моделей
z o o / 4 и Z oaoZ , получивш ий широкое распростране­
ние, является взаимозаменяемым прибором с унифициро­
ванным выходным параметром (сигналом). Техническая
характеристика прибора приведена в табл. 4-3.
ШIll Р1 ІЙ
Т а б л и ц а 4-3
Меморанные электрические дифманометры-расходомеры типа ДМ
Моде л ь
23573
23574
о3582
296
Рабочее
давление,
МГІа
6,3
25
63
Предельный номиналь­
ный перепад давления,
МПа
И змеряемая среда
0,0016 и 0,0025
Газ
0,004—0,63
Жидкость, газ п пар
0,0016 и 0,0025
Газ
0,004—•0,63
Жидкость, газ и пар
0 ,0 4 - ■0,63
Жидкость, газ и пар
Выходным параметром
дифманометра
является
взаимная индуктивность
между первичной и вто­
ричной цепями дифтрансформатора, изменяющаяся
в пределах 0—10 мГ про­
порционально измеряемо­
му перепаду давления.
Питание первичной обмот­
ки катушки дифтрансформатора производится от
вторичного прибора пере­
менным током 0,125 А,
частотой 50 Гц. Время
установления выходного
параметра 1 с. Класс точ­
ности дифманометра моде­
лей 23573 и 23574 — 1 и
1,5; модели 23582 — 1,5.
Устройство мембранно­
го дифманометра типа ДМ
модели 23582 показано на
рис. 4-13. Чувствительным
элементом прибора служит
мембранный блок, состо­
ящий из сообщающихся
мембранных коробок І и 2,
изготовленных из дисперсионно-твердеющего спла­
ва или нержавеющей ста­
ли, закрепленных по обе
стороны стальной разде­
лительной диафрагмы 3.
Каждая коробка состоит
из двух гофрированных
мембран с совпадающими
по направлению профи­
лями.
Мембранная
коробка
1 расположена в нижней
(плюсовой) камере при­
бора, а коробка 2 __ в
верхней (минусовой). Ка-
Рис' ~'13‘ Мембранный электрид м Дй “ ™ 1 3 5 8 І“ " Д° " Р
297
меры образованы стальными крыш ками 4 и 5 и диафраг­
мой 3, скрепленными болтами 6. Внутренние полости
мембранных коробок заполнены дистиллированной водой.
В средней части мембранной коробки 2 укреплен шток 7,
несущий стальной сердечник 8, находящ ийся внутри
разделительной трубки 9 из немагнитной стали. Н а тру­
бку надета катуш ка 10 дифтрансформатора, закрытая
экраном 11. Н ад катуш кой располож ены постоянный 12
и переменный 13 резисторы, шунтирующие ее вторичную
обмотку. Дифтрансформатор закры т защитным чехлом 14.
Подключение вторичного прибора производится через
разъемное контактное соединение, сидящее на траверсе 15
с задней стороны дифманометра. Д авление в плюсовую
и минусовую камеры прибора подводится по соединительным трубкам 16 и 17 с вентильной головкой, состоящей
из запорных 18 и 19 и уравнительного 20 вентилей. Пробки
21 и 22 служ ат д л я заполнения жидкостью камер прибора
и их опорожнения. Дифманометр закреплен на металли­
ческой подставке 23. Габариты прибора 580 x 245 x 200 мм
и масса 22 кг.
Под действием разности давлений между камерами
дифманометра мембранная коробка 1 сж имается, вытесняя
часть находящ ейся в ней воды в коробку 2, которая,
расш иряясь, поднимает сердечник 8. Д виж ение сердечника
происходит до тех пор, пока перепад давления не уравно­
весится упругой деформацией мембранных коробок. В за­
висимости от предельного перепада давления в прибор
устанавливаю тся мембранные коробки соответствующей
жесткости.
Если измеряемый перепад давления превысит предель­
ный или одна из мембранных коробок будет поставлена
под одностороннее давление, возможность повреждения
коробки, находящ ейся в камере с большим давлением,
исключается, так как обе ее мембраны слож атся по про­
филю, вытеснив из своей полости воду в другую ко­
робку.
v
. ' ч.
•' :
Мембранный дифманометр-расходомер типа ДМ рабо­
тает в комплекте с одним из вторичных автоматических
дифференциально-трансформаторных
приборов
типов
КСДЗ, КСД2 и др. Э лектрическая схема дистанционной
передачи показаний дифманометра та ж е, что и у трубчато­
пруж инного манометра типа МЭД (рис. 3-15). Описание
этой схемы и вторичного прибора типа КСД2 дано выше
(см. § 3-6).
298
Вторичные автоматические дифференциально-трансфорКСД
1
U CymaW*
щим устройством имеют равномерную шкалу (диаграмму),
спрямленную с помощью профильной кулачковой пере­
дачи. Приборы содержат интегратор, который имеет рео­
хорд, включенный в мостовую схему, питающуюся напря­
жением постоянного тока 5 В от блока управления счетным
устройством. Движок реохорда связан с подвижной карет­
кой отсчетного устройства прибора, благодаря чему на­
пряжение, снимаемое с диагонали моста, пропорционально
измеряемому расходу. Это напряжение поступает в пре­
образователь частоты блока управления, где преобразуется
в электрические импульсы, частота которых пропорцио­
нальна входному напряжению (а значит, и расходу)
и изменяется в диапазоне от 0,375 до 1,5 импульсов в сеунду. Импульсы воспринимаются счетным устройством
состоящим из электромагнита с поворотным якорем, пере­
даточного механизма и роликового счетного указателя.
Передаточный механизм обеспечивает снижение скорости
работы роликового указателя до 1000 единиц в час при
конечном значении расхода. Блок управления питается
от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой
5U 1ц. Погрешность интегратора ± 0 ,6 % диапазона показании расходомера.
Э
л
е
к
т
р
и
ч
е
с
к
и
е
д
и
ф
м
а
н
о
м
е
т
р
ы
р
а
с
ходомеры
ДМЭР
сильфонный
типа ДСЭР с унифицированным выходным сигналом
постоянного тока 0—5 мА относятся к серии приборов
с магнитомодуляционным преобразователем. Ука, « ^ манометРы имеют ту же структурную
(рис. &-16) и электрическую (рис. 3-17) схемы, что
7 Т о Т НПЬШ электрический манометр типа ММЭ
ТТ
А
1Г
Л
TY
-гг
__________ О
гг-»
ГГЧ ^
*
(с м . § о - о ) .
Мембранный электрический дифман о м е т р - р а с х о д о м е р т и п а ДМЭР ыпуска0 0 0 4 НП й ? м п ЛТ Й номинальный перепад давления
и,Ш4—и,ЬЗ МПа. Класс точности прибора 1,5. Допускае­
мое рабочее давление 40 МПа. Устройство дифманометра
показано на рис. 4-14. Прибор имеет такой же чуаствиД М Т и с Т п Г м КаК " ИемҒ‘Равпый Я-Фманометр типа
ДМ (рис. 4-13). Магнитомодуляционный преобразователь
и усилительное устройство его аналогичны соответствую.
типа м м " р Г Ж
; еСКОГО ММб~
»
299
I
Рис. 4-14. Мембранный
типа ДМЭР.
электрический дифманометр-расходомер
и 2 — упругие мембранные коробки; з — разделительная диафрагма; 4 и 5 —
крышки; 6 — шток; 7 — плунжер (магнит); 8 — немагнитная разделительная
трубка; 9 и 10 — магнитопроводы; 11 и 12 — обмотки возбуждения; 13 и
14
0бмотки обратной связи; 1 5 — усилитель; 16 и 17 — соединительные
трубки; 18 и 19 — пробки; 2 0 и 21 — запорные вентили; 2 2 — уравнительный
вентиль.
300
Д ля спрямления шкалы (диаграммы) расходомера в уси­
лительное устройство прибора дополнительно встроен
квадратор,^ в электрической схеме которого извлекается
квадратный корень из измеряемого перепада давления.
Квадратор состоит из автогенераторного регулирую­
щего устройства с широтно-импульсной модуляцией
(АРУ-ШИМ), собранного на интегральной микросхеме, и
функционально-импульсного делителя, выполненного на
транзисторе. Выходным сигналом квадратора являются
прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, частота
которых и коэффициент заполнения 1 определяются уров­
нем входного сигнала.
Дифманометр питается от сети переменного тока напря­
жением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность
8 В -А. Габариты прибора 4 7 5 x 4 0 5 x 2 7 0 мм и масса 28 кг.
Способ установки, условия измерения, тип вторичных
приборов и их присоединение к мембранному дифманометру-расходомеру типа ДМЭР те же, что и для мембранного
манометра типа ММЭ. Шкалы вторичных приборов гра­
дуируются в единицах расхода.
Сильф онный электрический дифман о м е т р - р а с х о д о м е р т и п а ДСЭР имеет то же
устройство, что и сильфонный электрический тягомер
типа ДСЭТ (рис. 3-28). Прибор предназначен только для
измерения расхода газа при рабочем давлении до 0,025 МПа.
Предельный номинальный перепад давления 0,001—
0,004 МПа. Класс точности прибора 1,5. В усилительное
устройство дифманометра встроен квадратор. Дифмано­
метр питается от сети переменного тока напряжением
220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность 8 В • А. Га­
бариты прибора 535 x405 x300 мм и масса 13,5 кг.
ж) Выбор дифманометра-расходомера
Выбор промышленного дифманометра-расходомера про­
изводится исходя из технической характеристики прибора
и условий измерения.
Предельный номинальный перепад давления Ар н дифма­
нометра выбирается из нормального ряда чисел, исходя
из того, что при заданном расходе среды чем больше пере­
пад, тем меньше относительная площадь т сужающего
Коэффициент заполнения импульсов представляет собой
отношение продолжительности действия импульса к его периоду.
301
устройства. Уменьшение т повышает точность измерения
сокращает необходимые длины прямых участков трубо­
провода и понижает влияние отклонения действительного
диаметра трубопровода от расчетного. Однако при этом
возрастает потеря давления рп в сужающем устройстве.
Поэтому если задана допускаемая потеря давления, то
перепад £ р н выбирается с учетом этой величины. Если
потеря давления в сужающем устройстве не имеет сущест­
венного значения, перепад Арн принимается таким, чтобы
величина т была близка к 0,2.
Конечный расход (? 0б.к или QMK дифманометра-расходомера выбирается из указанного выше ряда чисел ^зави­
симости от заданного максимального расхода <?0б.макС или
х м.макс измеряемой среды таким образом, чтобы конечный
расход имел ближайшее большее значение по отношению
к максимальному.
з) Определение расхода среды
Для определения по основному уравнению (4-15) или
(4-16) максимального расхода среды, измеряемой с по­
мощью имеющихся сужающего устройства и дифманометра-расходомера, необходимо перепад давления в сужаю­
щем устройстве Ар заменить на максимальный перепад
давления Ар макс (Па), который для сильфонных и мембран­
ных дифманометров-расходомеров равен предельному но­
минальному перепаду давления Арн (Па), т. е.
Армакс —Ари.
(4-24)
При подключении к сужающему устройству жидкост­
ного дифманометра с видимым уровнем определение рас­
хода среды с помощью уравнения (4-15) или (4-16) произ­
водится путем подстановки значения Ар (Па), подсчитан­
ного по формуле
Ар = 0,001% (р' - р"),
(4-25)
где Һ
высота столба уравновешивающей жидкости в
дифманометре при температуре прибора, мм;
8f местное ускорение свободного падения тел, м/с2;
Р и Р
плотности уравновешивающей жидкости в
дифманометре и находящейся над ней среды при давлении
Pi и температуре прибора, кг/м3.
В этом случае для определения максимального расхода
среды в уравнение (4-15) или (4-16) подставляется наиболь302
шее значение Ар, подсчитанное по формуле (4-25) при Һ,
равном конечному значению шкалы жидкостного дифмано­
метра.
Входящие в формулы для определения расхода значе­
ния а и е находятся из соответствующих таблиц и графи­
ков. Величина Щр точно измеряется при изготовлении
сужающего устройства, а значение Ар или Һ определяется
по показанию дифманометра. Определение плотности рх
измеряемой среды перед сужающим устройством произво­
дится в зависимости от абсолютного давления p t и темпе­
ратуры
по табличным данным, так же как и значений
плотности уравновешивающей жидкости в дифманометре
и находящейся над ней среды. Величина g подсчитывается
по данным географической широты и высоты местности'
над уровнем моря.
Коэффициент расхода а зависит от типа сужающего
устройства и определяется равенством
a—
Re),
(4-26)
где Re — число Рейнольдса, выражающее отношение сил
инерции к силам вязкости потока.
Это число находится по формуле
Re i 0,354 - DVi
% r - 1 0,г
,3 5 4 -Dpi
%^
(4-27)
'
'
1 1 g f§ § § | I
(4-28)
ИЛИ
0 .3 5 4 -^ -,
где фоб — объемный расход среды, м8/ч;
QM — массовый расход среды, кг/ч;
D — внутренний диаметр трубопровода при темпера­
туре tlt мм;
Pi — плотность среды перед сужающим устройством,
кг/м8;
Vj — кинематическая вязкость среды перед сужающим
устройством, ма/с;
ц-1 — динамическая вязкость среды перед сужающим
устройством, Па • с.
Расходомер с сужающим устройством может приме­
няться лишь в случае, когда Re при данном m больше
минимального значения ReMHH, указанного в табл. 4-4.
Зависимость коэффициента расхода а от числа Re,
учитывающая влияние вязкости измеряемой среды, для
303
нормализованных диафрагм и сопл 1 при постоянной вели­
чине т наблюдается только до определенного граничного
значения Rerp, выше которого а не зависит от Re и имеет
Рпс. 4-15. Исходный коэффициент расхода ыбрмал капД Н Я cv®a
ющих устройств.
а — для диафрагм; б — для сопл.
:
постоянное значение. Для нормализованных сужающих уст­
ройств значения Rerp в зависимости от т даны в табл. 4-5
Т а б л и ц а 4-4
Допускаемые минимальные числа Рейнольдса
Диафрагмы
т
0,05—0,2
Свыше 0,2—0,5
Свыше 0,5—0,7
Сопла
Не*мин
m
Re ин
10 000
20 000
40000
0,2—0,4
Свыше 0,4—0,65
40000
30000
Постоянное значение ос, соответствующее Re ЦІ Rerp,
называется исходным коэффициентом расхода, обозначае­
мым а 0. Значения последнего для нормализованных су­
жающих устройств представлены на рис. 4-15.
1 Здесь и в дальнейшем наименование сопло относится также
и к соплу Вентури.
304
Т а б л и ц а 4-5
Граничные числа Рейнольдса
ill
m
щ
т
диафрагмы
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0.30
0,35
22 000
30 000
42 000
56 000
72 000
90 000
111000
сопла
• Шт
60 000
66 000
76 000
90 000
106 000
123 000
143 000
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
диафрагмы
сопла
134 000
159 000
184 000
211 000
240 000
270 000
300 000
164 000
180 000
190 000
196 000
200 000
200000
1
При Re
R e rp значения а для диафрагм будут больше,
а для сопл (при т
0,55) меньше а (). jd этом случае
показания расходомера алгеораически складываются с по­
правкой ±Оо1 (м3/ч) или Д<?м (кг/ч),
то
определяемой по формулам
г
1
AQОб
2,83 D v xkx = 2,83D -Н*.
Д(?м = І в І Ш
Pi
(4-29)
і 2,83Я ц А .
(4-30)
ш
1100
то
еоо
600
*оо
zoo
гр1
1
и
Т
п
7
1
1
£
Гч
т
где Щ постоянная величина для данУ
о
ного значения т .
т
■
£
<
Для нормализованных сужающих
7
ГП
-4ЛП
устройств значения кх в зависимости
0 0,1 0J 0,6
от т приведены на рис. 4-16.
Рис. 4-16. Величи­
Поправка на число Re не вводится, на k t.
если она не превышает 0,3% конечного 1 д ія диафрагм;
значения шкалы дифманометра или вто­ 2 для сопл.
ричного прибора.
При шероховатости внутренней стенки трубопровода
перед сужающим устройством или притуплении входной
кромки диафрагмы происходит увеличение коэффициента
расхода, которое учитывается соответствующими попра­
вочными множителями.
Значения поправочных множителей к а 0 для нормали­
зованных сужающих устройств — на шероховатость тру­
бопровода к2 и притупление входной кромки диафрагмы
\ •
305
к3 — даны в зависимости от т и D на рис. 4-17. Значения
этих множителей относятся к трубопроводам и диафрагмам, находящимся в длительной эксплуатации, но не
имеющим больших неровностей на внутренней ’поверх­
ности трубы и значительного притупления кромки отвеп
стия диафрагмы.
Диафрагмы
I
1,022
1,0/в
I 112
J
ш .
■
/М
Сопла
* &
^
1
m
J
“1P i
--- v И г '100
1,010
1,006
и
L
1,002
0,388 1__
1
300
Щ
н
В
Я
Я
1
.
1
1
т
I
I
I
!
1
0,1 0,2 0,3 0£ 0,5 0,60,7
а)
I
1,024
г«?\
1,020
1,016
г
1,012
Рис. 4-17. Поправочные мно
жители к исходному коэф
фициенту расхода.
а и б — на шероховатость стен
ки трубопровода; в — на приту
пление входной кромки диа­
фрагмы.
1,008
1Ш
m
1,000
о
Таким образом, в общем случае действительное значеформуле
& = а0к2к3.
(4-31)
формуле (4-3:
я"внии “ 11 произведения гт приведены в табл. 4-6 для
диафрагм и в табл. 4-7 - для сопл.
Справочный множитель е, учитывающий расширение
измеряемого вещества при прохождении через сужающее
устройство, зависит от типа последнего и в общем случае
выражается равенством
!
ГУ
ТТЛ Ү Л Т Т П Ф Л гт
ттл
X
____ ___________
f[m,
Pi
К
(4-32)
где р1
абсолютное давление вещества перед сужающим
устройством, МПа;
306
Ар — перепад давления в сужающем устройстве, МПа;
х — показатель адиабаты вещества (для пара равный
в среднем 1,27, для воздуха и двухатомных газов — 1,4
и для метана — 1,3).
Т а б л и ц а 4-6
Коэффициенты расхода нормализованных диафрагм
D = 50 мм
j
D = 100 мм
d
= :200 мм
D ^ 300 мм
Я Л
Ш.Ш
Л ь
а
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,59
0,60
0,65
0,70
B P
та
0,6126 0,0306
0,6162 0,0616
I 0,6219 0,0933
0,6293 0,1259
0,6385 1 0,1596
0,6492 0,1948
0,6617 0,2316
0,6764 1 0,2706
0,6938 0,3122
0,7134 0,3567
0,7355 0,4045
0,7608 0,4565
0,7909 0,5141
0,8270 0,5789
шшш ж
л
ІНИК
а
та
а
та
а
та
0,6090
0,6118
0,6169
0,6238
0,6325
0,6428
0,6550
0,6695
0,6863
0,7056
0,7272
0,7521
0,7815
0,8169
0,0305
0,0612
0,0925
0,1248
0,1581
0,1928
0,2292
0,2678
0,3088
0,3528
0,4000
0,4513
0,5080
0,5718
0,6041
0,6069
0,6117
0,6183
0,6267
0,6368
0,6488
0,6631
0,6798
0,6987
0,7201
0,7445
0,7733
0,8079
0,0302
0,0607
0,0918
0,1237
0,1567
0,1910
0,2271
0,2652
0,3059
0,3493
0,3960
0,4467
0,5026
0,5655
0,6008
0,6034
0,6084
0,6150
0,6238
0,6340
0,6459
0,6600
0,6764
0,6950
0,7160
0,7398
0,7679
0,8019
0,0300
0,0603
0,0913
0,1230
0,1560
0,ІӘ02
0,2261
0,2640
0,3044
0,3475
0,3938
0,4439
0,4992
0,5614
*
V
/
Т а б л и ц а 4-7
Коэффициенты расхода нормализованных сопл
D = 50 мм
D = 100 мм
D = 200 мм
а
та
а
та
а
та
0,0494
0,0989
0,1489
0,1998
0,2517
0,3052
0,3605
0,4179
0,4784
0,5430
0,6134
0,6914
0,7787
0,9870
0,9890
0,9930
0,9990
1,0070
1,0170
1,0290
1,0434
1,0611
1,0834
1,1118
1,1472
1,1914
0,0494
0,0989
0,1489
0,1998
0,2517
0,3051
0,3601
0,4174
0,4775
0,5417
0,6115
0,6883
0,7744
0,9870
0,9890
0,9930
0,9990
1,0070
1,0170
1,0290
1,0430
1,0600
1,0812
1,1080
1,1415
1.1830
0,0494
0,0989
0,1489
0,1998
0,2517
0,3051
0,3601
0,4172
0,4770
0.5406
0,6094
0,6849
0,7689
m
а
та
0,05 0,9870 0,0494 0,9870
0,10 0,9890 0,0989 0,9890
0,15 0,9930 0,1489 0,9930
0,20 0,9990 0,1998 0,9990
0,25 1,0070 0,2517 1,0070
0,30 1,0176 0,3053 1,0175
0,35 1,0305 0,3607 1,0300
0,40 1,0460 0,4184 1,0447
0,45 1,0653 0,4794 1,0631
0,50 1,0892 0,5446 1,0861
0,55 1,1195 0,6157 1,1153
0,60 1,1573 0,6944 1,1523
0,65 1,2035 0,7823 1,1980
D ^ 300 мм
307
Рис. 4-18. Поправочный множитель на расширение изме­
ряемой среды для диафрагм.
308
Для жидкости ввиду ее несжимаемости е = 1, а для
водяного пара и газа определяется по номограммам,
приведенным на рис. 4-18 или 4-19 *.
Рис. 4-19. Поправочный множитель на расширение измеряемой
среды для сопл.
Определение плотности измеряемой среды рг произво­
дится с помощью соответствующих табличных данных _
для жидкости по ее температуре, а для газа и пара — по
температуре и давлению перед сужающим устройством.
*
На указанных номограммах правая вертикальная шкала
используется при значениях к, выходящих за пределы 1,1—1,67.
В этом случае вначале подсчитываются вспомогательные величины:
для диафрагм — А (рис. 4-18), где р2 = pv — Др, и для сопл — В
(рис. 4-19). Затем по этим величинам и значению т с помощью
номограмм находится множитель е.
309
Для жидкостного дифманометра средняя плотность
ртути в диапазоне температур 10—40°С может быть при­
нята равной 13 530 кг/м3.
Местное ускорение свободного падения тел g (м/с2)
определяется по формуле
g
= 9,80665 (1 -0 ,0 2 6 cos 2cp- 0,2 в И И
(4-33)
где ф — географическая широта местности, град;
Н — высота местности над уровнем моря, м.
и) Расчет сужающих устройств
Расчет нормализованного сужающего устройства сводится к оп­
ределению диаметра отверстия d20 (мм) по заданным максимальному
и среднему измеряемому объемному или массовому расходу среды
(?об.макс и^об.ср (м3/ч) или <?м.маке и <?м.ср (кг/ч); внутреннему диа­
метру трубопровода Z>20 (мм); параметрам измеряемой среды перед
сужающим устройством — абсолютному давлению р г (МПа) и тем­
пературе tt (°С). Кроме того, должен быть указан материал трубо­
провода.
Можно принять следующий порядок расчета.
Выбираются тип сужающего устройства и его материал, а также
тип дифманометра. Для дифманометра-расходомера устанавлива­
ются в соответствии со стандартом 1 конечный расход @0б.к (м3/ч)
или (?м.к (кг/ч), выбираемый в зависимости от заданного макси­
мального расхода среды, и предельный номинальный перепад дав­
ления Дрн (Па), принимаемый исходя из допускаемой потери дав­
ления рп в сужающем устройстве. Для жидкостного дифманометра
конечный расход принимается равным заданному максимальному,
а наибольшая высота столба Л-макс (мм) уравновешивающей жидко­
сти в дифманометре при температуре прибора — конечному значе­
нию шкалы последнего.
Определяются в зависимости от давления р х и температуры и
по табличным данным плотность р* (кг/м3), кинематическая vx
(м2/с) или динамическая (хх (Па*с) вязкость измеряемой среды, а так­
же, в случае применения жидкостного дифманометра — плотности
р и р" (кг/м3) уравновешивающей жидкости в дифманометре и
находящейся над ней среды при давлении p t и температуре при­
бора.
г
Находятся в зависимости от температуры tx по табл. 4-1 попра­
вочные множители на тепловое расширение сужающего устройства
kf и трубопровода kj и определяются по формуле (4-23) диаметр
трубопровода D (мм) в рабочих условиях.
Подсчитывается для сильфонного или мембранного дйфманометра-расходомера в зависимости от предельного номинального
перепада давления Дрн (Па) по формуле (4-24), а для жидкостного
дифманометра — по формуле (4-25), максимальный перепад давле­
ния Аймаке (Па) в сужающем устройстве.
1 ГОСТ 18140-77. Манометры дифференциальные ГСП.
310
Находится вспомогательная величина та по формуле
та: ШвЩ
250
■ -S Лg 2jb 1/
| / — К1__
(4.34)
- =2 5 0 ^ / _ 1 _ .
(4-35)
макс
или
Определяется в зависимости от величин та и D по табл. 4-6
или 4-7 значение т.
Определяется для среднего расхода среды <?0б.ср или <?м.ср
по формуле (4-27) или (4-28) число ReCp, которое сопоставляется
с найденными по табл. 4-4 и 4-5 наименьшим допускаемым числом
йвйШ и граничным Rerp. Если Recp больше Иемин и Rerp, то расчет
может быть продолжен. Следует стремиться, чтобы и при минималь­
ном расходе измеряемой среды, составляющем обычно не менее
30% конечного значения шкалы дифманометра, обеспечивалось ус­
ловие Re > Rerp. ^
Далее, при расчете сужающего устройства для измерения рас­
хода жидкости определяется в зависимости от величин т, D и к[
искомый его диаметр
(мм) по формуле
j
jD ./—
«20 = £ 7- V rn.
(4-36)
Для измерения расхода газа (воздуха) или пара дополнительно
находится отношение среднего перепада давления Дрср в сужающем
устройстве к давлению среды р1У согласно выражению
А/*ср
ЛИ
~ рГ
А/*макс / Qo6. ср \ 2
В
\~ о ^ 7 I
IШ
(4_37)
А/^макс / Qw.cp \ 2
(4-38)
Определяется в зависимости от величин ДрСр/Рі и т по номо­
грамме на рис. 4-18 или 4-19 средний поправочный множитель на
расширение измеряемой среды (еСр)і*
Подсчитывается вспомогательная величина (та)х по формуле
/(таг)*= —т а— .
(®ср)
(4-39)
Находится в зависимости от (та)г и D по табл. 4-6 или 4-7
значение тх, а по нему и отношению ДрСр/Рі определяется по помограмме на рис. 4-18 или 4-19 значение (еср)2.
Подсчитывается вспомогательная величина (тос)2 по формуле
/
( ' л
I
“
) -
гпа
-
а
д
,
•
<
«
°
>
В зависимости от (тос)4 и D по табл. 4-6 или 4-7 находят оконча­
тельное значение щ , по которому определяется диаметр сужающего
311
устройства
$20
по формуле
,,
'
D
г
20 = Ц? V
t
2*
(4-41)
Для измерения расхода жидкости, газа или пара после опре­
деления а20 проверяется правильность выполненного расчета
Для этого по табл. 4-6 или 4-7 в зависимости от т. (пи) и D находится
коэффициент расхода а. Затем по формуле (4-22) подсчитывается зна­
чение d при температуре flt и по формуле (4-15) или (4-16) опреде­
ляется расход среды Q0q и л и Qm, соответствующий перепаду давле­
ния АрМакс и поправочному множителю е = 1 или (е™),. Получен­
ное значение расхода среды не должно отличаться от Ооб к или Hi
более чем на ± 0,25% .
>•
V00-K
Vm-k
Если в результате расчета получается слишком большая потеря
давления р П в сужающем устройстве, величина которой определя­
ется по графику на рис. 4-6 в зависимости от т ( т 2) и Дрмак„ Т0
должен быть выбран дифманометр-расходомер с более низким зна­
чением предельного номинального перепада давления Ар» или жипведенЫ
заноІЖМаНОМеТР 1 меньшим значением Амакс и расчет произчигл?гиГе
4’5 В завис™ ости от т (т2) вновь определяется
число Rerp и подставляется в формулу (4-27) или (4-28), откуда на­
ходится минимально допускаемый расход среды @0б.мин или Ом мин
при котором вязкость последней не влияет на величину а
*
В конце расчета находятся по рис. 4-7 необходимые наименьие длины прямых участков трубопровода І — перед и L — за
сужающим устройством в зависимости от величины т (т,) и харак­
тера местных сопротивлений трубопровода.
к) Установка дпфманометров
Механические и электрические дифманометры и рабо­
тающие с ними в комплекте вторичные приборы устанав­
ливаются в местах, не подверженных вибрации и тряске,
а также действию высокой или низкой температуры и влаж­
ности окружающего воздуха. Влияние температуры не
должно вызывать у электрических дифманометров чрез­
мерный нагрев обмоток.
Во избежание запаздывания показаний длина соедини­
тельных линий обычно не превышает 50 м, а внутренний
диаметр их составляет не менее 10 мм. Для свободного
удаления из соединительных трубок воды (газовые линии)
или воздуха (водяные линии) они прокладываются верти­
кально или с уклоном не менее 0,1 в сторону продувочных
вентилей, газосборников или отстойных сосудов. Образо­
вание в соединительных линиях воздушных пробок при
измерении расхода жидкости или пара и водяных — при
измерении расхода газа (воздуха) ведет к искажению
результатов измерений. Рекомендуется периодически про­
дувать соединительные линии.
312
I
£
j.
t‘
Дифманометр может быть установлен выше или ниже
сужающего устройства. При измерении расхода жидкости
желательна установка его ниже сужающего устройства
(рис. 4-20) с тем, чтобы затруднить попадание из трубопровода воздуха в соединительные линии. Если же дифманометр располагается выше сужающего устройства, то
в верхних точках линий устанавливаются газосборники
с продувочными вентилями.
I
|1
Щ
1
к
I
Рис. 4-20. Схема установки диф­
манометра при измерении расхо­
да жидкости.
Рис. 4-21. Схема установки
дифманометра при измерении
расхода газа (воздуха).
— ниже сужающего устройства; б —
выше сужающего устройства; 1 — су­
жающее устройство; 2 — дифманометр;
з — запорный вентиль; 4 — продувоч­
ный вентиль; 5 — газосборник.
— выше сужающего устройства;
— ниже сужающего устройства;
— сужающее устройство; 2 —
дифманометр; з — запорный вен­
тиль; 4 — продувочный вентиль**
5 — отстойный сосуд.
а
а
б
1
При измерении расхода газа (воздуха) дифманометр
целесообразно устанавливать выше сужающего устройства
(рис. 4-21). В случае обратного расположения в иижиих
точках соединительных линий помещаются отстойные
сосуды для воды, образующейся при конденсации содер­
жащегося в газе пара.
При измерении расхода пара более желательной яв­
ляется установка дифманометра ниже сужающего устрой­
ства (рис. 4-22). В противном случае в верхних точках
линий обязательно присоединение газосборников. В обоих
случаях необходимо обеспечить постоянство и одинако­
вость уровней конденсата в соединительных трубках
с тем, чтобы давления столбов воды на дифманометр
313
метру, устанавливаются запорные вентили. Установка
вентилеи на трубках, соединяющих сосуды с сужающим
устройством, при измерении расхода газа или пара не
допускается. К одному сужающему устройству могут быті
подключены параллельно несколько пар сосудов.
при измерении расхода пара сверхкритического давлр
иия (свыше 22,5 МПа) в уравнительных сосудах не » ж е ,
оыть четкой границы разделения фаз пар — жидкость
(уровня конденсата). Поэтому в таких случаях вместо
сосудов применяются две неизолированные уравнительные
трубки (плюсовая и минусовая) проложенные петлеобразно
в одной горизонтальной плоскости и подключенные соот­
ветственно к сужающему устройству и соединительным
линиям дифманометра. Поверхность охлаждения (длина)
уравнительных трубок выбирается из условия постепенного образования в них конденсата.
і
измеРении Расхода жидкости с температурой выше
для обеспечения в соединительных линиях равен­
ства плотностей жидкости около сужающего устройства
устанавливаются два вертикальных цилиндрических уравнительных (охлаждающих) сосуда типа СУМ *. В тех
случаях, когда измеряемая жидкость по своим агрессив­
ным или другим свойствам не позволяет осуществить не­
посредственное соединение дифманометра с сужающим
устройством, соединительные линии подключаются к двум
промежуточным разделительным сосудам типа СРС **
заполненным разделительной жидкостью. Измеряемая сре­
да мо®ет быть легче или тяжелее этой жидкости. Сосуды
типов СУМ и СРС изготовляются каждый четьшех исполс о Т Х « % 0 ТаЛИ п ИЛИ Х18Н10Т- Внутренний диаметр
сосудов 90 мм. Они рассчитаны на условное давление
среды 6,3; 25 и 40 МПа.
л) Поверка дифманометров
Поверка промышленных дифманометров-расходомеров
в пределах диапазона показаний выполняется в лаборато­
рии. Перед поверкой дифманометр подвергается осмотру
чистке или ремонту. Одновременно производится ревизия
работающего с ним сужающего устройства.
а л ь н и Гмавд„ет?ов'73' | | j j
альных штметроа°Г73'
316
УРавапте” '-“ы« Щ
Дифферещщ-
ШЙ jjjjljlfjtl ЩДвфферанци-
На рис. 4-25 показана схема поверки сильфонного
механического дифманометра. Поверяемый прибор 1 и
образцовый водяной или ртутный манометр 2 присоеди­
няются со стороны плюсовых трубок к воздушному прессу
3 , служащему для создания перепада давления, соответ­
ствующего поверяемым отметкам шкалы (диаграммы) при­
бора.
Перед началом поверки выявляется плотность установки, для
чего при закрытом уравнительном и открытых запорных вентилях
поверяемого прибора создают прессом давление, потребное для от­
клонения указательной стрелки (пера) ңа конечное значение шкалы
(диаграммы). Если в течение 5 мин указательная стрелка (перо) не
смещается в сторону уменьшения показаний, установка считается
плотной*
• .
*
'
Поверку дифманометра начинают с определения поло­
жения нулевой отметки посредством открытия уравнитель­
ного вентиля. Затем производится сравнение показаний
поверяемого прибора с образцовым манометром не менее
чем в шести отметках шкалы (диаграммы), соответствую­
щих 30, 40, 50, 60, 80 и 100% диапазона показаний при
увеличении (прямой ход) и уменьшении (обратный ход)
перепада давления.
Для поверки промышленных дифманометров-расходомеров на предельный номинальный перепад давления до
0,16 МПа служит также образцовый жидкостный прибор
типа ППР-1 (рис. 4-26), состоящий из спаренных водяного
и ртутного манометров | Он содержит две пары сооб­
щающихся сосудов, из которых сосуды 1 и 2, соединенные
резиновой трубкой 3, залиты водой, а сосуды 4 и 5 с труб­
кой 6
ртутью. Сосуды 1 и 4 представляют собой метал­
лические бачки с вентилями, а сосуды 2 и 5 — прозрачные
стаканы, сообщающиеся с атмосферой. Оба бачка и распо­
ложенная между ними миллиметровая шкала 7 закреплены
на плите 8, имеющей откидную опору 9. Для обеспечения
вертикальной установки прибор снабжен винтовыми нож­
ками 10 и 11 и отвесом 12.
Каждый стакан имеет съемную крышку, несущую ми­
крометрический винт 13 с иглой 14 на конце, выходящей
внутрь стакана. Стакан используемого для поверки мано­
метра (водяного или ртутного) закрепляется на подвижной
каретке 15, сидящей на шкале 7, а другого — временно
Методические указания № 192 Госстандарта СССР по опре­
делению основной погрешности дифманометров-расходомеров.
317
устанавливается на запасной
опоре 16.
Подвижная каретка состо­
ит из верхней и нижней час­
тей, соединенных ходовым
винтом. На верхней части
расположены нониус и крон­
штейн для закрепления ста­
кана, перемещающиеся вме­
Рис. 4-25. Схема поверки диф- сте с кареткой вдоль шкалы,
манометров-расходомеров.
а на нижней — головка хо­
дового винта и зажимной
винт.
Манометр заполняется во­
дой или ртутью через стакан
при снятой крышке, причем
количество жидкости берется
таким, чтобы при открытых
вентилях бачка и нулевых
положениях каретки и бара­
бана микрометрического вин­
та конец иглы касался уров­
ня жидкости в стакане. Точ­
ное соприкосновение иглы с
уровнем жидкости после за­
крепления на стакане крыш­
ки достигается специальной
регулировкой положения ми­
крометрического винта отно­
сительно его барабана, зажа­
того контргайкой.
Рис. 4-26. Схема жидкостного
прибора типа ППР-1.
318
Поверка дифманометра прибором типа ППР-1 производится
в следующем порядке:
1) на верхний штуцер бачка
манометра надевается резиновая
трубка, которая посредством трой­
ника соединяется с воздушным
прессом и плюсовой камерой
поверяемого дифманометра (на
рис. 4-26 не показаны);
2) закрывается верхний вен­
тиль бачка, и каретка прибора
устанавливается по шкале на
высоту, соответствующую пове­
ряемой отметке шкалы дифмано­
метра;
3) прессом создается давление, при котором указатель дифмано­
метра устанавливается на поверяемой отметке шкалы;
4) открывается вентиль бачка, и прессом производится оконча­
тельная установка указателя дифманометра на поверяемую отметку
шкалы.
;
Если показания поверяемого дифманометра имеют погрешность,
то уровень жидкости в стакане не совпадает с концом иглы. Тогда,
не изменяя положения каретки, вращением барабана микрометри­
ческого винта подводят конец иглы до соприкосновения с жидкостью
и определяют по шкале барабана погрешность дифманометра.
Прибор типа ППР-1 имеет шкалу с диапазоном пока­
заний 0—1020 мм. Основная погрешность его при измере­
нии перепадов давления 150—1000 мм вод. ст. и 75—1000 мм
рт. ст. не превышает ±0,3% . Погрешность при измерении
перепадов давления ниже 150 мм вод. ст. и 75 мм рт. ст. не
чпревосходит соответственно ± 0 ,5 мм вод. ст. и ±0,25 мм
рт. ст. Габариты прибора 250 x110 x1123 мм.
Для поверки промышленных дифманометров-расходомеров на более значительные предельные номинальные
перепады давления (до 0,63 МПа) применяются грузопорш­
невые манометры типов МП-2,5 и МП-6 класса точности
0,05 и 0,2, а также образцовые трубчато-пружинные мано­
метры типа МО класса точности 0,16 и 0,25.
В качестве образцового прибора для измерения выход­
ного сигнала при поверке мембранного электрического
дифманометра-расходомера типа ДМ служит магазин
комплексной взаимной индуктивности типа Р5017 с вибра­
ционным гальванометром типа М501 или потенциометр
переменного тока типа Р56/2, а при поверке мембранного
п сильфонного электрических дифманометров-расходомеров типов ДМЭР и ДСЭР — показывающий миллиампер­
метр класса точности 0,1 или 0,2 с диапазоном показаний
0—5 мА.
Поверка электрических дифманометров-расходомеров
типов ДМ, ДМЭР и ДСЭР производится в основном так же,
как и электрических манометров типов МЭД, МПЭ и ММЭ,
т. е. по той же структурной схеме (рис. 3-22). При этом
выбор образцовых приборов должен соответственно удо­
влетворять условию, выраженному формулой (3-26).
Основная погрешность б сильфонных механических
дифманометров-расходомеров, выраженная в процентах,
находится по формуле
где Q — поверяемая отметка шкалы прибора;
319
Рис. 4-25. Схема поверки диф
манометров-расходомеров.
Рис. 4-26. Схема жидкостного
прибора типа ППР-1.
318
устанавливается на запасной
опоре 16.
Подвижная каретка состо­
ит из верхней и нижней час­
тей, соединенных ходовым
На
винтом, н
а верхней части
расположены нониус и крон­
штейн для закрепления ста­
кана, перемещающиеся вме­
сте с кареткой вдоль шкалы,
а на нижней — головка хо­
дового винта и зажимной
винт.
Манометр заполняется во­
дой или ртутью через стакан
при снятой крышке, причем
количество жидкости берется
таким, чтобы при открытых
вентилях бачка и нулевых
положениях каретки и бара­
бана микрометрического вин­
та конец иглы касался уров­
ня жидкости в стакане. Точ­
ное соприкосновение иглы с
уровнем жидкости после за­
крепления на стакане крыш­
О
ки достигается специально
регулировкой положения ми­
крометрического винта отно­
сительно его барабана, зажа­
того контргайко
Поверка дифманометра при­
бором типа ППР-1 производится
в следующем порядке:
1) на верхний штуцер бачка
манометра надевается резиновая
трубка, которая посредством трой­
ника соединяется с воздушным
прессом и плюсовой камерой
поверяемого дифманометра (на
рис. 4-26 не показаны);
2) закрывается верхний вен­
тиль бачка, и каретка прибора
устанавливается по шкале на
высоту, соответствующую пове­
ряемой отметке шкалы дифмано­
метра;
3) прессом создается давление, при котором указатель дифмано­
метра устанавливается на поверяемой отметке шкалы;
4)
открывается вентиль бачка, и прессом производится оконча­
тельная установка указателя дифманометра на поверяемую отметку
шкалы.
Если показания поверяемого дифманометра имеют погрешность,
то уровень жидкости в стакане не совпадает с концом иглы. Тогда,
не изменяя положения каретки, вращением барабана микрометри­
ческого винта подводят конец иглы до соприкосновения с жидкостью
и определяют по шкале барабана погрешность дифманометра.
Прибор типа ППР-1 имеет шкалу с диапазоном пока­
заний 0—1020 мм. Основная погрешность его при измере­
нии перепадов давления 150—1000 мм вод. ст. и 75—1000 мм
рт. ст. не превышает ± 0 ,3 % . Погрешность при измерении
перепадов давления ниже 150 мм вод. ст. и 75 мм рт. ст. не
чпревосходит соответственно ± 0 ,5 мм вод. ст. и ± 0,25 мм
рт. ст. Габариты прибора 250x110x1123 мм.
Для поверки промышленных дифманометров-расходомеров на более значительные предельные номинальные
перепады давления (до 0,63 МПа) применяются грузопорш­
невые манометры типов МП-2,5 и МП-6 класса точности
0,05 и 0,2, а также образцовые трубчато-пружинные мано­
метры типа МО класса точности 0,16 и 0,25.
В качестве образцового прибора для измерения выход­
ного сигнала при поверке мембранного электрического
дифманометра-расходомера типа ДМ служит магазин
комплексной взаимной индуктивности типа Р5017 с вибра­
ционным гальванометром типа М501 или потенциометр
переменного тока типа Р56/2, а при поверке мембранного
п сильфонного электрических дифманометров-расходомеров типов ДМЭР и ДСЭР — показывающий миллиампер­
метр класса точности 0,1 или 0,2 с диапазоном показаний
0—5 мА.
Поверка электрических дифманометров-расходомеров
типов ДМ, ДМЭР и ДСЭР производится в основном так же,
как и электрических манометров типов МЭД, МПЭ и ММЭ,
т. е. по той же структурной схеме (рис. 3-22). При этом
выбор образцовых приборов должен соответственно удо­
влетворять условию, выраженному формулой (3-26).
Основная погрешность 6 сильфонных механических
дифманометров-расходомеров, выраженная в процентах,
находится по формуле
319
ч?к — конечный расход диапазона показаний поверяе­
мого прибора;
Ар — перепад давления по образцовому прибору, соответствующий поверяемой отметке шкалы;
4Р н — предельный номинальный перепад давления
поверяемого прибора.
Определение основной погрешности б мембранных
электрических дифманометров-расходомеров типа ДМ, вы­
раженной в процентах, производится по формуле
б = 1 0 Л /(Д р )-ю о -^ ,
(4-46)
I
АРн
а мембранных и сильфонных электрических дифманомет­
ров-расходомеров типов ДМЭР и ДСЭР — по формуле
(4-47)
где М (Ар) — взаимная пндуктивность по магазину, соот­
ветствующая поверяемому значению перепада давления
Ар, мГ;
/ — выходной сигнал по миллиамперметру, соответ­
ствующий поверяемому значению перепада давления Ар,
мА;
/ к — выходной сигнал, соответствующий конечному
значению диапазона показаний поверяемого прибора, мА.
м) Расходомеры топочного мазута
Для измерения расхода вязких жидкостей находят
применение специальные сужающие устройства (диафрагма
с входным конусом, двойная диафрагма, сопло «четверть
круга», цилиндрическое сопло и др.), у которых в области
небольших чисел Re в отличие от нормализованных су­
жающих устройств (диафрагм и сопл) коэффициент расхода
а имеет постоянные значения.
На тепловых электростанциях для измерения и регули­
рования расхода топочного мазута обычно используется,
как наиболее изученное, сопло «четверть круга» (рис. 4-27),
профиль отверстия которого диаметром d образуется дугой
радиуса г. Если центр радиуса г лежит в пределах внут­
реннего диаметра D трубопровода, то профиль сопла
описывается дугой, равной четверти длины окружности,
плавно сопрягающейся с торцевой поверхностью сопла.
Если же центр радиуса г выходит за пределы £>, то профиль
320
сопла пересекает торцевую поверхность под углом. С воз­
растанием d значение г увеличивается. Толщина Е диска
сопла выбирается в зависимости от необходимой его
прочности для данных условий измерения. При малых
значениях относительной площади отверстия сопла т тол­
щина Е больше г, при средних — равна г и при больших —
меньше г. Значение ш изменяется при этом в пределах
0,05—0,48.
Рис. 4-27. Сопло «четверть круга».
а
ПРИ г <
б
— при г =
Е\ в
— при г >
Е\ г
при г
Область применения сопла «четверть круга», опреде­
ляемая в зависимости от ту лежит между предельными
числами Renp мин и Непр макс, указанными в табл. 4-8.
Таблица
Предельные числа Рейнольдса сопл «четверть круга»
Представленные в табл. 4-8 значения чисел Renp миа
являются ориентировочными, так как получены путем
интерполяции современных опытных данных. Для сопла
«четверть круга» наиболее целесообразные значения т
лежат в пределах от 0,25 до 0,36. При этом значение г
должно составлять не менее 0.6 мм.
11 Мурин г. А.
321
При измерении расхода мазута сопло «четверть круга»
работает в комплекте с мембранным электрическим дифманометром-расходомером типа ДМ или ДМЭР. В качестве
вторичного прибора применяются соответственно диффе­
ренциально-трансформаторный прибор или миллиампер­
метр, градуированные в единицах расхода.
Дифманометр-расходомер подключается к соплу с по­
мощью особых (обогреваемых мазутом) разделительных
сосудов. Последние заполня­
ются разделительной жидко­
стью, в качестве которой
служит этиленгликоль или
диэтиленгликоль. Эти жидко­
сти более тяжелые, чем ма­
зут, не смешиваются и не
реагируют с ним.
На рис.4-28 показана уста­
новка в горизонтальном тру­
бопроводе с мазутом камер­
ного сопла «четверть круга».
Сопло 1 посредством двух
(плюсовой и минусовой) ко­
ротких трубок 2 с запорны­
ми вентилями (на рисунке
видна одна трубка) соединя­
ется с горизонтальными раз­
делительными сосудами 3 и
4 внутренним диаметром 98
и длиной 250 мм *, С целыо
Рис. 4-28. Установка в трубо­ повышения надежности ра­
боты сосудов они обогрева­
проводе камерного сопла «чет­
верть круга».
ются протекающим по тру­
бопроводу нагретым мазутом. Д
этого сосуды частично охватывают трубо­
провод с противоположных сторон, привариваются к нему
и покрываются вместе с ним общей теплоизоляцией (на
рис. 4-28 не показана). В верхней части сосудов располо­
жены пробки 5, а в нижней — штуцера 6 для присоедине­
ния дифманометра. При установке сопла на вертикальном
трубопроводе с нисходящим потоком сосуды располагаются
тоже вертикально, причем пробки привариваются к верхним торцам сосудов, а штуцера — к нижним.
ТЭЦ.
322
Конструкция разделительных сосудов предложена Волжской
Заполнение дифманометра, соединительных линий и
сосудов разделительной жидкостью производится при
закрытых вентилях около сопла и открытых пробках
через продувочные вентили дифманометра до появления
разделительной жидкости в пробках.
Р а с ч е т с о п л а «четверть круга» производится в основном
так же, как и нормализованных сужающих устройств. Он состоит
в определении диаметра отверстия d2o (мм) и радиуса закругления
(профиля) г20 (мм) сопла при температуре 20°С. Для этого должны
быть заданы: внутренний диаметр />20 (мм) при температуре 20°С
и материал трубопровода; марка мазута и его максимальный и ми­
нимальный массовые расходы фм .м акс и фм.мин (кг/ч); параметры ма­
зута перед соплом — абсолютное давление р г (МПа), температура
(°С) и плотность рг (кг/м3); допускаемая потеря давления р п (Па)
в сопле прп конечном (наибольшем) расходе мазута.
Принимается следующий порядок расчета.
Выбирается материал сопла.
Если пеизвестна плотность мазута р1? то ориентировочное ее
значение может быть определено по формуле
р1 = р20+Р(20 — ti),
(4-48)
іде Р20 — плотность мазута при температуре 20°С, кг/м3; р — сред­
ний температурный коэффициент плотности мазута, К”1.
Значения р20 находятся по справочным материалам в зависимо­
сти от предприятия-поставщика и марки мазута, а величина р —
по табл. 4-9.
Т а б л и ц а 4-9
Средние температурные коэффициенты плотности мазута
при температуре 20°С
Р*о
890—899
900—909
910—919
920 929
930—939
940—949
950—959
960—969
Рго
0,647
0,633
0,620
0,607
0,594
0,581
0,567
0,554
970—979
980—989
990—999
1000—1009
1010—1019
1020—1029
1030—1039
1040—1049
&
0,541
0,528
0,515
0,502
0,489
0,476
0,463
0,450
Определяется по справочным материалам в зависимости от
марки мазута и температуры t i9 кинематическая вязкость мазута
v* (м2/е) *.
Находятся по табл. 4-1 в зависимости от температуры t x попра­
вочные множители па тепловое расширение сопла k't и трубопро­
вода №.
* ГОСТ 10585-63. Топливо нефтяное (мазут).
11*
323
Вычисляется по формуле (4-23) внутренний диаметр трубопро­
вода D (мм) при температуре tx.
Выбираются тип дифманометра-расходомера и согласно стан­
дарту 1 конечный массовый расход <7М.К (кг/ч), который должен
иметь ближайшее большее значение по сравнению с QM маКс, а также
предельный номинальный перепад давления Ар н (Па), принимае­
мый с учетом допускаемой потери давления р п в сопле. При измере­
нии расхода мазута обычно применяются дпфманометны с Лп
равным 25 • 103, 40 • 403 или 63 • 103 Па.
’
Находится по формуле (4-24) максимальный перепад давления
АР л,акс (Па) в сопле.
.щ
Вычисляется по формуле (4-35) вспомогательная величина та.
Определяются по табл. 4-10 в зависимости от т а значения т
СС Я Г I (І •
Т а б л п н а 4-10
Коэффициенты расхода сопл «четверть круга»
та
г
т
СС
d
I
0,0386
0,0619
0,0777
0,0937
0,1101
0,1267
0,1438
0,1614
0,1793
0,1966
0,2168
0.05
0,771
0,03 І 0,774
0,10
0,777
0,12
0,781
0,14
0,786
0,16
0.792
0,18
0.799
0,20
0,807
0,22
0,815
0,24
0,819
0,26
0,834
•1
&
4
ш
0,100
| 0,103
ОД05
0,108
0,111
0,114
0,118
0.122
0,126
0,132
0,139
0,2369
0,2574
0,2737
0,3009
0,3247
0,3504
0.3784
0,4087
0,4374
0,4646
0,490о
0.28
0,30
0,32
0.34
0.36
0,38
0,40
0,42
0.44
0.46
0,48
0.846
0.858
0.87 І
0.385
0.S02
0.922
0,946
0,973
0,994
1.010
1,022
0,148
0.160
0.174
0.189
0,209
0.242
0.324
0,364
0,395
0,422
0.446
Р|
Находятся по формуле (4-36) искомое значение диаметра отвепстия сопла *20 (мм) | по формуле (4-22) - диаметр отаерстгк Я
прн температуре
F
' '
Вычисляются значения радиуса закругления сопла г (ъш) ппи
температуре tx и искомое его значение г20 (мм) по формулам
(4-49)
Г20
где
к
}
(4 50)
отношение, найденное по табл. 4-10.
зута о"1*6”6Ли ЛТСЯ глп?°РМуЛе (4'28) в зависпмости от расходов ма­
зута (^м.мин и Q m.k соответствующие значения часел Rc-nH., и R e ..„„„
Re НаХТ к е Я П° ТабкЛ‘ І І В 3«висимости от * п р е д ^ н ы е S
«впр.мин И к е пр.макс, которые сравниваются с полненны ми значоГОСТ 18140-77. Манометры дифференциальные ГСП.
324
ниями Ивмин и ReMaKC. В результате должны соблюдаться условия
^ еМИНj|ft Renp. минI
ReMaKC^ Renp. максттл жЙоизводится проверка правильности расчета сопла, для чего
по формуле (4-16) подсчитывается конечный расход мазута Q'
который не должен отличаться от принятого конечного расхода
<?м.к более чем на ± 0,25% .
Определяется потеря давления мазута в сопле
(Па). Для
РИС/ Л'6 Находится в зависимости от m относительная потеря
я Рц' ^манс» которая берется как среднее значение между
ЫМИ 1 И 2 для ноРмализованных диафрагм и сопл. Если полу­
ченное из указанного отношения значение р^ заметно превышает
П0ТерЮ Рп’ ТО выбиРается Дифманометр-расходомер
с более низким значением предельного номинального перепада дав­
ления Др„ и расчет сопла производится заново.
конце расчета по рис. 4-7 зависимости от т, D и характера
местных сопротивлений определяются необходимые при установке
сопла наименьшие длины прямых участков трубопровода U и I
перед соплом и за ним.
а
1
2
н) Расходомеры воздуха эжекторов
На рис. 4-29 изображена схема показывающего расходо­
мера воздуха типа РВ для пароструйных эжекторов паро­
вых турбин. Прибор, предложенный автором, служит для
контроля воздушной плотности турбоагрегатов, оказываю­
щей большое влияние на экономичность их работы. Расхо­
домер устанавливается на выхлопном патрубке эжектора
турбины и имеет три диапазона показаний, выбираемых
в зависимости от расхода проникающего в конденсатор
атмосферного воздуха.
Прибор представляет собой водяной однотрубный мано­
метр, совмещенный с сужающим устройством. Отсутствие
у расходомера соединительной линии исключает образо­
вание в ней водяных пробок, что повышает точность и
надежность измерений.
Расходомер выполнен в виде патрубков / и 2 из нер­
жавеющего материала, служащих для выхода воздуха
(паровоздушной смеси) из эжектора в атмосферу. Распо­
ложенные соосно, патрубки образуют смежными торцами
кольцевую щель шириной 3 мм. Сверху на патрубке 1
закреплено винтовой втулкой 3 сужающее устройство
(диск) 4 с двумя круглыми отверстиями, большим и малым
изготовленное из стали X18H10T. Над диском на подвиж­
ном рычаге 5 находится винтовой затвор 6, позволяющий
325
в зависимости от требуемого
диапазона показания закрывать
то или другое отверстие.
Нижний патрубок 2 и чаш­
ка 7 с фланцем образуют коль­
цевой сосуд для воды, сообща­
ющийся через щель с внутрен­
ним пространством прибора.
Чашка, служащая одновремен­
но для присоединения расходо­
мера к эжектору, имеет два
боковых канала, сообщающих
полость сосуда со стеклянной
измерительной трубкой 1 и с
пробковым краном 9.
Стеклянная измерительная
трубка внутренним диаметром 8
и высотой 400 мм закреплена
на фланце чашкн с помощью
сальника 10. Рядом с трубкой
вертикально установлен цифер­
блат 11 с двухстрочной шка­
лой, левая сторона которой слу­
Рис. 4-29. Расходомер воз
жит
для
малого
отверстия,
а
духа типа РБ для эжекто­
правая
—
для
большого.
Шка­
ров паровых турбин.
ла градуирована в кг/ч расхода
сухого воздуха при постоянной
температуре. При значительном
к
60= 7Ч5ммрт.ст.
расходе отсасываемого эжекто­
ром воздуха винтовой затвор
IIюжет быть поднят в конечное
положение, благодаря чему для
прохода смеси одновременно от­
крываются оба отверстия. В этом
случае расход воздуха опреде­
ляется как сумма показаний по
обеим
шкалам,
умноженная
на
❖0 50
90°С
поправочный множитель 1,05.
Указатель 12 шкалы появ­
Рис. 4-30. Поправочный
множитель к показаниям ляется в виде стрелки в правом
расходомеров типа РВ на илп левом окне циферблата в
температуру измеряемого
зависимости от того, какое из
воздуха.
отверстий
включено
в
работу.
1 — для типа РВ-40; 2 — для
(шпа FB-80,
При открытии обоих отверстий
І1
326
стрелки видны в каждом окне. Перестановка указателя
шкалы производится одновременно с перемещением ры­
чага затвора.
В процессе измерения расхода вода, необходимая для
уравновешивания давления воздуха перед сужающим
устройством, вытесняется из сосуда в стеклянную трубку,
по которо отсчитываются показания прибора. Для обеспечения правильного положения нулевой отметки шкалы
прибор непрерывно подпитывается конденсатом через
кран 9 из напорной линии холодильников эжектора. Избы­
ток воды сливается через кольцевую щель в выхлопной
патрубок эжектора.
Расходомеры воздуха эжекторов изготовляются типов
РВ-40 и РВ-80 и имеют соответственно малый и болІЙпбй
диапазон показаний. Первый из них предназначей Для
установки на двухступенчатом эжекторе, а второй — на
трехступепчатом. Техническая характеристика расходомеров дана в табл. 4-11.
Т а б л и ц а 4-11
Расходомеры воздуха эжекторов
Гип
РВ-40
РВ-80
Диаметр
патруб­
ков,
мм
40
80
Диаметр
отверстия,
мм
мало­
го
7,8
13,8
Диапазон показаний, кг/ч
боль­
Малое
Большое
Оба
шого отверстие отверстие отверстия
12,5
22,1
8
20
20
50
29.5
73.5
Темпера­
тура
воздуха,
°С
55
70
В случае значительного отклонения температуры выхо­
дящею из эжектора воздуха от принятой при градуи­
ровке шкалы расходомера к показаниям последнего вводится поправочный множитель ІТ, определяемый по
графику, приведенному на рис. 4-30. Класс точности
Для установки расходомера к выхлопному патрубку
эжектора присоединяется дополнительный патрубок, из­
готовляемый комплектно с прибором. Конденсат для под­
питки расходомера подводится от эжектора по трубке
из нержавеющего металла. На дополнительном патрубке
расположены защитная гильза с жидкостным термометром
для контроля температуры отсасываемого воздуха и атмо­
сферный вентиль для выключения прибора.
4-3. СКОРОСТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ЕГ СЧЕТЧИКИ
Скоростной метод определения расхода и количества
жидкости и газа положен в основу ряда расходомеров
и счетчиков, обладающих достаточно простым устройством
и значительным диапазоном показаний. Принцип действия
этих приборов заключается в измерении средней скорости
потока, связанной с объемным расходом Q0g (м3/с) вещества
зависимостью
Q o6
— Ш йІІ»
(4-51)
где г;ср — средняя скорость потока, м/с;
F — поперечное сечение потока, м2.
По устройству и назначению скоростные расходомеры
и счетчики разделяются на скоростные расходомеры и счет­
чики жидкости, напорные трубки и анемометры.
а) Скоростные расходомеры и счетчики жидкости
Скоростные счетчики жидкости чаще всего применяются
для измерения количества воды и поэтому называются
счетчиками воды. Чувствительным элементом их является
вертушка с лопастями, приводимая во вращение потоком
жидкости. Ось вертушки при помощи передаточного меха­
низма (редуктора), уменьшающего частоту вращения,
связана со счетным устройством прибора.
Средняя скорость потока vep пропорциональна частоте
вращения п (об/с) вертушки, т. е.
п
уср —~с>
(4-52)
где С — постоянный коэффициент.
Подставляя значение vcp из уравнения (4-52) в урав­
нение (4-51), получаем:
(4-53)
Из формулы (4-53) следует, что частота вращения
вертушки пропорциональна расходу жидкости, благодаря
чему устройство прибора значительно упрощается. Однако
при очень малых расходах наблюдается отклонение от
этой зависимости вследствие перетока жидкости через
зазоры между вертушкой и корпусом прибора и трения
328
механизма в опорах. Д ля уменьшения сил трения вертушку
и ее ось выполняют по возможности легкими, применяя
соответствующие материалы и пустотелые конструкции.
Частота вращения вертушки заметно изменяется в зави­
симости от вида профиля скоростей потока до и после
прибора. Поэтому формула (4-53) справедлива лишь при
отсутствии возмущений движущейся жидкости местными
сопротивлениями (изгибами трубопровода, вентилями и
пр.) вблизи счетчика.
С целью выравнивания (успокоения) потока перед
вертушкой располагают струевыпрямитель и предусмат­
ривают до счетчика и после него прямые участки трубо­
провода, длины которых выбираются в зависимости от
вида местных сопротивлений.
Характерной величиной скоростных счетчиков жид­
кости (как и других счетчиков) является так называемый
порог начала показаний, выражающий наименьший расход
вещества, ниже которого счетчик перестает давать непре­
рывные показания.
Скоростпые счетчики изготовляются для измерения
количества холодной (до температуры 30°С) и горячей
(до 90°С) воды при рабочем давлении до 1 МПа. Вертушка
их выполняется из пластмассы или металла.
По форме вертушки скоростные счетчики разделяются
на крылъчатые 1 и турбинные 2. Вертушка первых имеет
прямые лопасти, направленные радиально к ее оси, а вто­
рых — изогнутые по винтовой линии. Ось вертушки
у крыльчатых счетчиков расположена перпендикулярно
направлению потока, а у турбинных — параллельно ему.
К р ы л ь ч а т ы е с ч е т ч и к и предназначены для
установки в горизонтальных трубопроводах и применяются
при измерении малых расходов воды (до 9,5 м3/ч). Турбин­
ные счетчики могут устанавливаться в любом положении
® пслУжат Для измерения больших расходов воды (до
150 м3/ч).
На рис. 4-31 приведена схема крыльчатого счетчика воды.
И корпусе 1 с присоединительными штуцерами выполнены два тан­
генциально направленных канала для входа и выхода воды, посту­
пающей на крыльчатку 2. В верхней части корпуса расположен
стрелочно-роликовыи счетный указатель 3, отделенный от крыльчат­
ки и редуктора 4 перегородкой с сальником 5 выходной оси.
г і Ш ! Ш Ш И ! сДетчики плодной воды крыльчатые.
* vJUx 141b /-оУ. Счетчики холодырй воды турбинные*
329
Выпускаются унифицированные крыльчатые счетчики
холодной воды типа УВК и горячей — типа УВКГ, имею­
щие характеристики,