Устройство термоэлектрических термометров Для зашиты от механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется, электроды термоэлектрического термометра, защищенные керамической изоляцией, помещаются в специальную защитную арматуру. Схема термоэлектрического термометра приведена на рис. 2.15.
патрубком 5 с сальниковым уплотнением, помещена розетка 4 из изоляционного материала с зажимами для присоединения термоэлектродов 7 и проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором или преобразователем. Длина погружаемой (монтажной) части Ь в измеряемую среду выполняется различной для каждогоконкретного типа
термоэлектрического термометра.
Рис. 2.15-Схема конструкции термоэлектрического термометра
Для термопар устанавливаются общие требования, которым должны удовлетворять изоляция электродов, конструкция термометров и защитная арматура, что вызвано необходимостью их надежной работы.
Эти требования сводятся к следующему:
1.Должно быть обеспечено изготовление надежного спая рабочего конца термоэлектрического термометра.
2.Необходимо обеспечить надежную электрическую изоляцию термоэлектродов термопары. При этом изоляция не должна взаимодействовать с термоэлектродами в диапазоне измеряемых температур.
3.Защитная арматура, используемая для обеспечения механической прочности термометра, должна выбираться с учетом параметров среды, ее свойств и условий измерения температуры. Защитная гильза арматуры термометров в диапазоне измеряемых температур должна быть газонепроницаемой и нечувствительной к действию резких пеоепапов
температуры. Материал защитной гильзы не должен загрязнять термоэлектродов термометра в интервале измеряемых температур.
Конструкция арматуры термоэлектрического термометра должна быть такой, чтобы его электроды не находились в механически напряженном состоянии,
У промышленно используемых термоэлектрических термометров, применяемых для измерения температуры различных сред, арматура состоит из защитной гильзы 1, неподвижного 2 или передвижного штуцера с сальниковым уплотнением (на рис. 2.15 не показан) и головки 3, соединенной с неподвижным штуцером с помощью трубки 6 или непосредственно с гильзой при использовании передвижного штуцера. В головке, снабженной крышкой и
4.как при этих условиях они быстрее изменяют первоначальные термоэлектрические свойства.
5.Головка термоэлектрического термометра должна быть снабжена надежными уплотняющими устройствами, исключающими возможность попадания во внутреннюю ее полость и в гильзу влаги и пыли.
6.Конструкция термоэлектрических термометров для измерения средних и высоких температур различных сред должна обеспечивать возможность в условиях эксплуатации свободно извлекать электрически изолированные термоэлектроды из защитной гильзы для их периодической поверки, а в случае необходимости осуществлять и их замену.
7.Конструкция гильзы термоэлектрических термометров для измерения низких температур должна обеспечивать ее герметичность.
8.Конструкция термоэлектрических термометров лабораторных (повышенной точности) должна обеспечивать возможность термостатирования свободных концов.
9.Необходимо, чтобы материал защитной гильзы обладал хорошей теплопроводностью. Конструкция термоэлектрического термометра была компактной, а те плочу вствительная часть его имела как можно меньшие массу и воздушную прослойку между рабочей частью термоэлектродов и электрической изоляцией, а также защитной гильзой. Спай рабочего конца должен иметь хороший тепловой контакт с нижней частью защитной гильзы. Степень соблюдения этих условий определяет инерционность термоэлектрического термометра, характеризуемую показателем тепловой инерции Е«>
Длительное применение термопары - работаее не менее 1000 часов при изменении первоначальной градуировки не более 1%.
Кратковременное применение термопары - работа ее до нескольких лесяткок часов при изменении первоначальной градуировки не более 1%.
Показатель тепловой инерции Е„,характеризует условия теплообмена для
термопар: малоинерционные - до 5 секунд; средней инерционности - до 60 секунд; большой инерционности - до 180 секунд.
При изготовлении термопар используют различные способы выполнения горячего (рабочего) спая: путем сварки, пайки или скрутки. На рис.2.16 показаны способы изготовления рабочего конца термопары.
Наибольшее распространение получил способ изготовления спая с помощью сварки, а пайку применяют только в специальных случаях. Скрутку рабочего конца часто применяют для термопарвольфрамрениевой и
вольфраммолибденовой групп.
Сварку электродов термопары производят либо со скруткой термоэлектродов, так и без скрутки. Обычно скрутку делают не более двух оборотов, в противном случае спай рабочего конца может фактически находиться не в месте сварки, а на конце скрутки, где расходятся термоэлектроды. Это может привести к значительным и не поддающимся учету погрешностям при измерении температуры.
Другим вариантом изготовления спая рабочего конца является приварка электродов к дну защитной гильзы. Это позволяет уменьшить инерционность термометра, однако это не дает возможности в условиях эксплуатации производить периодическую поверку термометра, а в случае необходимости замену термоэлектродов. Это является существенным недостатком конструкции, т.к. арматура термометра имеет значительно больший срок работы, чем его термоэлектроды.
Термоэлектроды для термопар платиновой группы изготовляются из проволоки
диаметром 0,5 мм, что обеспечивает оптимальное соотношение стоимости термопар и их технических характеристик, а для термопар из
неблагородных металлов диаметр проволоки составляет 1,2 мм при длине
погружаемой части от 120 до 2000 мм.
Для электрической изоляции электродов термопар, предназначенных для
измерения температур до 1300"С. используются фарфоровые бусы или трубки.
При измерении температур в области 1300-1900 С в качестве материала
изолятора используется керамика или окись алюминия. Для изоляции рабочего
конца от внутренней поверхности защитной арматуры в термопарах типа ТХА
и ТХК используют керамический наконечник.
Зашитные гильзы термопар, применяемых в промышленных условиях, изготовляются из нержавеющей стали марки ОХ13 или 1Х18Н9Т и имеют унифицированную конструкцию, которая приведена на рис. 2.17. Эта защитная арматура используется также и для термометров сопротивления, отличающаяся в зависимости от условного давления измеряемой среды Ру, и штуцеров.
Как отмечалось выше, при измерении температуры термоэлектрическими термометрами в промышленных условиях необходимо вводить поправку на температуру свободных концов термометра. Она может быть введена на основании расчетных данных, если их температура известна и постоянна, или автоматически.
При подключении термоэлектрического термометра к измерительному прибору свободные концы его необходимо удалять от нагретых поверхностей оборудования, в котором измеряется температура в зону, где может быть установлено термостабилизирующее оборудование или прибор, обеспечивающий автоматическое введение коррекции на температуру свободных концов. Для этого используются удлинительные провода, которые в паре между собой развивают ту же термо-э.д.с, что и рабочие термоэлектроды. Соблюдение этого условия позволяет избавиться от дополнительной погрешности, а также использовать дешевые материалы.
Эти провода для ряда электродов могут быть изготовлены из тех же материалов, что и электроды термопар, однако при применении термометров из благородных металлов экономически невыгодно ориентироваться на удлинительные провода, сделанные из того же материала. Поэтому в промышленности применяют специальные провода, используемые в соответствиистипомградуировкитермопары.Основные технические
характеристики стандартных удлиняющих термопроводов приведены в таблице 2.1 Г.
К удлиняющим термопроводам не предъявляется требований по жаростойкости, т.к. они обычно эксплуатируются в диапазоне температур 60 -8011С. Это позволяет считать свободными концами термоэлектрического термометра места соединения термопроводов к монтажным медным проводам или с зажимами измерительного прибора.
В некоторых случаях для термоэлектрических термометров типа ТХА применяют термоэлектродные провода с жилами из хромеля и алюмеля, а для термоэлектрических термометров типа ТВР применяют термоэлектродные провода с жилами из меди и медно-никелевого сплава (98,2% Си +1,8% №).
