Термометры биметаллические показывающие общепромышленные
Термометры биметаллические показывающие общепромышленные предназначены для измерения температуры жидких и газообразных сред, в т.ч. на судах и АЭС.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Методика поверки термометров ТБ
Габаритные и присоединительные размеры
*Термометры ТБ с пределами измерения (-20+40)°С, (0+60)°С изготавливаются с минимальной длиной погружения 125 мм.
**Термометры ТБ с пределами измерения (0+100)°С, (-30+60)°С , (-50+50)°С, (-60+40)°С диаметром термобаллона 6 мм изготавливаются с минимальной длиной погружения термобаллона 100 мм.
- По требованию потребителя термометры ТБ с пределами измерения (0+150)°С, (0+200)°С допускается изготавливать с минимальной длиной погружения 40 мм.
- По требованию потребителя и при заказе термометры ТБ с гильзой защитной фланцевого исполнения длина термобаллона термометра может отличаться от рекомендуемого ряда длины погружения
Для измерения температуры горячей воды в системе отопления следует выбрать термометр из двух имеющихся: класса точности
(±0,2%) с пределом измерений qк1 = 200ºС и класса точнос-ти 0,2/0,1 (с / d)
с пределом измерений qк2 = 400ºС. Какой из них позволяет измерить температуру в диапазоне от qmin= 70 ºС до qmax = = 150 ºС с большей относительной точностью?
Для выбора термометра достаточно оценить и сравнить между собой показатели точности в относительных значениях результатов измерений имеющимися приборами для нижней границы q x min указанного диапазона изменения.
Исходя из класса точности пределы допускаемой относительной погрешности измерения первым прибором выражаются в процентах и равны
(Другие составляющие погрешности измерения не рассматриваются).
Для второго прибора
Поэтому следует выбрать первый термометр, так как он обеспечивает большую точность.
Оценивание точности результата измерения с учетом погрешности от несогласования
Определить характеристики точности измерения напряжения постоянного тока в виде границ абсолютной и относительной погрешностей, а также интервала, в котором находится истинное значение измеряемого напряжения, если известны предел измерений
10 В, класс точности вольтметра
(±1%) и показание вольтметра
. Входное сопротивление вольтметра не менее 10 кОм, выходное сопротивление источника измеряемого напряжения не более 100 Ом. Задачу решить для нормальных условий применения.
Точность результата измерения определяется как нормированными характеристиками используемого вольтметра, так и известными влияющими факторами, в данном примере степенью несогласования прибора и источника измеряемой величины.
Применяя принцип независимого суммирования, рассмотрим отдельно каждую из составляющих.
Пределы допускаемых абсолютных значений погрешности измерения, обусловленной классом точности прибора для нормальных условий, определяются следующим образом:
Пределы допускаемых относительных значений погрешности
или в процентах ±1,3%.
Следовательно, истинные значения абсолютной и относительной рассмотренной составляющей погрешности находятся в интервалах
Рассмотрим вторую составляющую, которая определяется погрешностью от несогласования. Источник напряжения представим в виде эквивалентного генератора (
), реальный вольтметр – идеальным вольтметром V с внутренним бесконечно большим сопротивлением и параллельно включенным внутренним сопротивлением Rv(рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Эквивалентная схема вольтметра и источника измеряемого напряжения
Идеальное согласование (отсутствие погрешности от несогласования) очевидно будет, если r = 0 или R v = ∞, либо то и другое вместе.
Погрешность от несогласования по определению отрицательная и выражается отношением сопротивлений
Поскольку точные значения этих сопротивлений неизвестны, а известны минимальное для R v и максимально возможное для r значения, то для наихудшего случая (максимальная по модулю погрешность от несогласования)
или –1 %.
Это значение примем за нижнюю границу интервала погрешности согласования.
Верхняя граница интервала погрешности от несогласования будет близка к нулю, так как нет никаких данных о минимальном сопротивлении r (возможно близко к нулю) и о максимальном сопротивлении R v(возможно очень большом). Тогда примем
Истинное значение погрешности от несогласования в относительной форме находится в интервале
Выраженный в единицах измеряемой величины для конкрет- ного результата измерения
В этот интервал примет вид
Суммируя границы интервалов двух составляющих погрешности измерения (обусловленной классом точности и от несогласования), получим границы абсолютных погрешностей измерения:
Температура. Классификация приборов. Механические и манометрические термометры. Термометры сопротивления, термопары, оптические пирометры.
Температура вещества – величина, характеризующая степень нагретости, которая определяется внутренней кинетической энергией теплового движения молекул.
Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел.
Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул.
Молекулярно-кинетическое определение: Температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.
Термодинамическое определение: Температура — величина, обратная изменению энтропии (степени беспорядка) системы при добавлении в систему единичного количества теплоты.
Температура не поддается непосредственному измерению. Поэтому о состоянии теплового равновесия и о значении температуры судят по изменению физических свойств тел.
За единицу измерений температуры в «СИ» принят Кельвин (К). Допускается применять также шкалу Цельсия.
Для пересчета температуры, выраженной в Кельвинах или градусах Фаренгейта, в градусы Цельсия пользуются равенством
где n – число градусов по шкале Фаренгейта.
Прибор для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой называется термометром.
Первым устройством, созданным для измерения температуры, считают водяной термометр Галилея (1597 г.)
Измерительная система температур представляет собой совокупность термометрического преобразователя (датчика) и вторичного измерительного прибора.
А. Термометры для измерения температуры контактным методом:
1) Термометры расширения. Диапазон: от -190 до +500 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве тел под действием температуры изменять объем, а следовательно, и линейные размеры.
– Жидкостные термометры (от -200 до 750°С) используют принцип теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре. В качестве рабочих веществ используются ртуть и органические жидкости – этиловый спирт, толуол и др..
– Дилатометрические (механические) термометры, действие которых основано на относительном удлинении под влиянием температуры двух твердых тел, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения. В свою очередь подразделяются на стержневой и пластинчатый (биметаллический).
2) Термометры сопротивления (электрические). Диапазон: от -200 до +650 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве металлических проводников изменять электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Металлы, как известно, увеличивают при нагреве свое сопротивление. Зная зависимость сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно судить о температуре проводника.
3) Термоэлектрические преобразователи (термопары). Диапазон: 0 до +1800 градусов Цельсия. Принцип действия основан на свойстве разнородных металлов и сплавов создавать термоэлектродвижущую силу (термо-э.д.с.), зависящую от температуры места соединения (спая) концов двух разнородных проводников (термоэлектродов), образующих чувствительный элемент термометра – термопару. Располагая законом изменения термо-э.д.с. термометра от температуры и определяя значение термо-э.д.с. электроизмерительным прибором, можно найти искомое значение температуры в месте измерения.
4) Манометрические термометры. Диапазон: от -200 до +700 градусов Цельсия. Класс точности 1-2. Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления жидкости, газа или пара, помещенных в замкнутый объем, при нагревании или охлаждении этих веществ. В зависимости от заключенного в термосистеме рабочего вещества манометрические термометры разделяются на газовые, жидкостные и конденсационные. Указанные термометры являются промышленными показывающими и самопишущими приборами, предназначенными для измерения температуры в диапазоне до 600 °С. Класс точности их 1-2,5.
Б. Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом. Диапазон: от +100 до 2500 градусов Цельсия.
1) яркостные (оптические) пирометры, измеряющие яркость нагретого тела на данной длине волны;
2) радиационные пирометры, измеряющие температуру по тепловому действию лучеиспускания накаленного тела во всем спектре длин волн.
Манометр (от греческого manos — «неплотный» и metreo — «измеряю») — прибор, измеряющий избыточное давление жидкости или газа в закрытой системе.
В группу приборов, измеряющих избыточное давление, входят:
Манометры (рисунок 42)— приборы с верхним диапазоном измерения от 0,06 до 1000 МПа (измеряют избыточное давление;
Рисунок 42 – Манометр
Вакуумметры(рисунок 43) — приборы, измеряющие разрежение (давление ниже атмосферного);
Рисунок 43 – Вакууметр
Мановакуумметры(рисунок 44) — манометры, измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое давление;
Рисунок 44 – Мановакууметр
Напоромеры — манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
Тягомеры — вакуумметры с пределом измерения до минус 40 кПа;
Тягонапоромеры — мановакуумметры с крайними пределами измерения, не превышающими ±40 кПа;
Большинство манометров изготавливаются в соответствии с общепринятыми стандартами, в связи с этим манометры различных марок могут заменять друг друга.
Выбор манометра осуществляется по следующим параметрам: предел измерения, диаметр корпуса, класс точности прибора, диаметр резьбы штуцера и его расположение (радиальный, осевой)
При выборе манометра для установки на котле необходимо обращать внимание на приведенные ниже требования.
Для начала определимся с классом точности для устанавливаемого манометра. Он будет зависеть от рабочего давления, создаваемого в котле:
1. При эксплуатации котлов с рабочим давлением не более2,5 МПа необходимо применять манометры с классом точности не ниже2,5.
2. При эксплуатации котлов с рабочим давлением более 2,5 МПа до 14 МПа включительно необходимо применять манометры с классом точности не ниже 1,5.
3. При эксплуатации котлов с рабочим давлением более 14 МПа необходимо применять манометры с классом точности не ниже 1.
Манометр должен быть установлен так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу, при этом шкала его должна быть расположена вертикально или с наклоном вперед до 30° для улучшения видимости показаний.
Размер устанавливаемого манометра будет зависеть от того, насколько он удален от площадки наблюдения за его показаниями:
1. Номинальный диаметр корпуса манометров, устанавливаемых на высоте менее 2 м от уровня площадки наблюдения за манометром, должен быть не менее 100 мм;
2. Устанавливаемых на высоте от 2 до 5 метров – не менее 160 мм;
3. Устанавливаемых на высоте более 5 метров – не менее 250 мм. При установке манометра на высоте более 5 метров должен быть установлен сниженный манометр в качестве дублирующего.
Шкалу манометра выбирают исходя из условия, что при рабочем давлении стрелка манометра должна находиться во второй трети шкалы.
На шкале манометра должна быть нанесена красная черта на уровне деления, соответствующего рабочему давлению для данного элемента с учетом добавочного давления от веса столба жидкости.
Взамен красной черты допускается прикреплять к корпусу манометра пластинку из металла (или иного материала соответствующей прочности), окрашенную в красный цвет и плотно прилегающую к стеклу манометра.
Перед каждым манометром должны быть установлены трехходовой кран или другое аналогичное устройство для продувки, проверки и отключения манометра. Перед манометром, предназначенным для измерения давления пара, кроме того должна быть сифонная трубка внутренним диаметром не менее 10 мм.
На котлах с рабочим давлением 4 МПа и более должны быть установлены запорные устройства, позволяющие отключать манометр от котла, обеспечивать сообщение его с атмосферой и производить продувку сифонной трубки.
Проверка исправности действия манометров должна проводиться в следующие сроки:
1. Для котлов с рабочим давлением до 1,4 МПа включительно – не реже одного раза в смену;
2. Для котлов с рабочим давлением более 1,4 МПа до 4,0 МПа включительно – не реже одного раза в сутки (кроме котлов, установленных на тепловых электростанциях);
3. Для котлов, установленных на тепловых электростанциях, по инструкции в соответствии с графиком, утвержденным техническим руководителем (главным инженером) электростанции.
О результатах проверки делается запись в сменном журнале.
Проверку исправности манометра производят с помощью трехходового крана или заменяющих его запорных вентилей путем установки стрелки манометра на нуль.
Не реже одного раза в 12 месяцев (если иные сроки не установлены документацией на конкретный тип манометра) манометры должны быть поверены в установленном порядке.
Манометры не допускаются к применению в следующих случаях:
1. Если на манометре отсутствует пломба или клеймо с отметкой о проведении поверки;
2. Если истек срок поверки манометра;
3. Если стрелка манометра при его отключении не возвращается к нулевой отметке шкалы на величину, превышающую половину допускаемой погрешности для данного манометра;
4. Если разбито стекло или имеются другие повреждения манометра, которые могут отразиться на правильности его показаний.
Вопросы для закрепления темы:
1. Что наносится владельцем на шкалу манометра?
2. В каких случаях манометр подлежит выбраковке?
3. Какова периодичность поверки манометра?
4. Какие требования предъявляются к манометрам в зависимости от рабочего давления в котле?
Прежде, чем разобраться, что такое класс допуска термометров сопротивления, нужно затронуть понятие класса точности. Многие путают эти понятия, ставя их рядом, хотя они далеки друг от друга. Класс точности и класс допуска термометров сопротивления — не одно и то же!
“Класс точности” – это метрологическая характеристика измерительного прибора. Но задача термометра сопротивления не показать температуру, а преобразовать ее в электрическое сопротивление, представив ее в более удобный для измерения сигнал. То есть термометр сопротивления, по сути, не является измерительным прибором для температуры, а участвует в начальном этапе ее измерения — преобразовании, первичном преобразовании. Поэтому, если мы этим прибором не измеряем, то как мы можем использовать понятие класса точности?
Вместо класса точности мы оперируем понятием класс допуска термометров сопротивления. Во многих нормативных документах вы не найдете официального определения термина «класс допуска», там можно найти четкие определения терминов “единица допуска” или “поле”, но не “класса”.
В пункте 3.13 раздела “Термины и определения” международного стандарта МЭК 60751 “Термопреобразователи сопротивления” (введен в 2008 г) и в новом ГОСТ 6651-2009 (введен в России с 1 января 2011) максимум, что можно найти – это значение понятия “допуск”. Допуск – это максимально допустимое отклонение от номинальной статической характеристики (НСХ), выраженное в градусах Цельсия.
Термометр сопротивления преобразует температуру (градусы Цельсия) в сопротивление (Омы). Но нас интересуют только градусы Цельсия, поэтому мы обращаемся к таблице соответствий определённого сопротивления температуры. Разница фактической и вычисленной температур, взятая по модулю, не должна превышать определенного значения. Это значение и будет допуском.
Класс допуска имеет некую аналогию с погрешностью измерения. Точно так же, как величина погрешности определяет значение класса точности прибора, величина допуска определяет класс допуска термометров сопротивления: чем больше величина, тем ниже (“хуже”) класс!
Класс допуска термометров сопротивления
Существует четыре класса допуска (от «лучшего» к «худшему»): AA, A, B, C.
Следует знать, что класс допуска термометров сопротивления никак не зависит от его типа (платиновый, медный, никелевый), так же как и от чувствительного элемента (проволочный или пленочный). Класс допуска зависит только от величины допуска.
В стандарте МЭК 60751 и в ГОСТ 6651-2009 были приняты новые значения предельных отклонений ТС от стандартной функции сопротивление-температура. Также были изменены температурные диапазоны, для которых нормируется точность по стандарту. В классификацию допусков были включены пленочные термометры сопротивления. Рассмотрим таблицу.
Таблица 1. – Классы допусков и диапазоны измерений для термопреобразователей сопротивления и чувствительных элементов
Из таблицы можно увидеть следующее:
- Самые точные термометры сопротивления и комплекты термопреобразователей сопротивления являются платиновые, наименее точные – никелевые;
- Класс допуска в какой-то мере определяется диапазоном измеряемых температур термопреобразователя: чем меньше диапазон, тем выше вероятность получить достоверный результат;
- Класс допуска, к которому относится термометр сопротивления определяет не только максимальное отклонение температуры от номинальной статической характеристики. ГОСТ 6651-2009 показывает, что иметь максимальное отклонение должна не только температура, но и сопротивление термометра.
Что касается последнего пункта, то максимальное отклонение сопротивления можно определить умножив величину допуска температуры (берем из таблицы) на коэффициент чувствительности термометра (вычисляется не только для каждой температуры, но и для каждого типа термометра путем решения интерполяционного уравнения, указанного в ГОСТе).
Таблица 2. – Допуски по сопротивлению платинового термопреобразователя сопротивления (α=0,00391°С-1) номинальным сопротивлением 100 Ом
Чтобы установить класс допуска, нужно провести испытания термометра путем сличения с показаниями эталонного термометра сопротивления. В зависимости от величины отклонения, термометру присваивается класс допуска, который в дальнейшем подтверждается или наоборот опровергается в процессе периодических поверок.
Необходимо отметить, что производитель, согласно п. 5.7 ГОСТ 6651, имеет право расширить диапазон измерений и установить допуски вне диапазона измерений по своим ТУ.
Стандарт МЭК и российский стандарт допускает задание производителем специальных допусков для платиновых термометров сопротивления, на основе допуска класса В. Эти допуски гарантируются заводом и составляют обычно 1/3 В или 1/6 В. Однако необходимо иметь в виду, что эти допуски могут реально означать только приближение термометра к номинальному сопротивлению при 0 °С, при этом зависящая от температуры часть погрешности не изменяется и соответствует классу В.
Какой класс допуска выбрать?
Класс допуска – не первая характеристика, на которую обращают внимание при выборе термометра сопротивления.
Естественно, термометры сопротивления класса С имеют наименьшую стоимость, поэтому они широко используются в сферах, где допустима погрешность, превышающая 1°С.
Оптимальное сочетание класса допуска и цены имеют термометры сопротивления класса В, используемые в промышленности практически повсеместно.
Термометры класса А используют в энергетике для определения температуры теплоносителя с максимальной точностью.
Сверхточные термометры класса АА используют исключительно в исследовательских и научных изысканиях.
