Механические контактные термометры

4.12.2. Механические контактные термометры

К механическим контактным термометрам относятся: дилатометрические, биметаллические, жидкостные стеклянные, жидкостные манометрические, конденсационные манометрические и газовые.

Дилатометрический термометр (рис. 4.69, а) выполняется в виде металлической трубки с большим температурным коэффициентом линейного расширения и стержня (например, фарфорового) с малым коэффициентом линейного расширения, скрепленных между собой.

Разность перемещений концов трубки и стержня, вызванная изменением температуры, воспринимается рачажно-зубчатой системой и передается на отсчетное устройство.

Биметаллический термометр (рис. 4.69, б) состоит из двухслойной металлической ленты с разными коэффициентами линейного расширения. Наибольшее распространение получили ленты из латуни и инвара. При изменении температуры лента изменяет форму, что передается на отсчетное устройство.

Жидкостный стеклянный термометр (рис. 4.69, в) имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненный термометрической жидкостью. В связи с различием коэффициентов объемного расширения стеклянного баллона с капилляром и термометрической жидкости появляется возможность измерения температуры.

Жидкостный манометрический термометр (рис. 4.69, г) состоит из термобаллона, погружаемого в среду, температура которой подлежит измерению, соединительного металлического капилляра и упругого чувствительного элемента. Вся система заполнена термометрической жидкостью. При повышении температуры жидкость расширяется, что приводит к деформации упругого чувствительного элемента.

Конденсационный манометрический термометр (см. рис. 4.69, г) по конструкции повторяет жидкостный манометрический и отличается только тем, что его термобаллон частично заполняется низкокипящей жидкостью. Давление насыщенных паров над жидкостью, являющееся мерой температуры, преобразуется в перемещение упругого чувствительного элемента.

Газовый термометр рассмотрен в п 4.12.1 (см. рис. 4.68).

4.12.3. Электрические контактные термометры

Термометр сопротивления металлический (рис. 4.70, а) состоит из чувствительного элемента в виде терморезистора, защитного чехла и соединительной головки. Чувствительный элемент металлического термометра сопротивления выполняется в виде обмотки на каркасе из теплостойкого изоляционного материала.

О температуре судят по изменению электрического сопротивления его чувствительного элемента, падению напряжения на нем при постоянном токе или значению тока при постоянном напряжении.

Термометр сопротивления полупроводниковый (рис. 4.70, б) аналогичен металлическому, но его чувствительный элемент выполнен в виде шайбы или бусинки из полупроводникового материала с двумя электрическими выводами.

Термоэлектрический термометр состоит из термопары, защитного чехла и соединительной головки. Термопара служит чувствительным элементом и состоит из двух термоэлектродов из различных материалов. Один (холодный) спай термопары поддерживается при постоянной температуре. ТермоЭДС, развиваемая термопарой, является мерой температуры второго (горячего) спая. На рис. 4.70, в приведена схема стандартной термоэлектрической термопары, а на рис. 4.70, г – термопары в тонком чехле.

4.12.4. Пирометры излучения

Все физические тала, температура которых превышает абсолютный нуль, испускают тепловые лучи. Средства измерения, определяющие температуру тел по их тепловому излучению, называют пирометрами излучения, или пирометрами.

Тепловое излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет его внутренней энергии.

Ввиду того, что интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением температуры тел, пирометры используются в основном для измерения температуры от 300 до 6000 °С и выше. Для измерения температур выше 3000°С методы пирометрии являются единственными, так как они не требуют непосредственного контакта датчика прибора с объектом измерения.

В качестве величин, характеризующих тепловое излучение тел, в пирометрии используется спектральная энергетическая светимость (интенсивность монохроматического излучения, или излучательность) Е*l, полная энергетическая светимость (интегральная излучательность) Е*, а также спектральная энергетическая яркость В*l (индекс * относится к абсолютно черному телу).

Пирометры, измеряющие яркостную температуру по спектральной яркости в видимой части спектра, называют оптическими и фотоэлектрическими.

Яркостной температурой Тя реального тела называют такую температуру абсолютно черного тела, при которой его спектральная яркость В*l,Тя равна спектральной яркости реального тела Вl при его действительной температуре Т.

Приборы, измеряющие температуру по значению отношения энергетических яркостей в двух спектральных интервалах, называют цветовыми пирометрами, или пирометрами спектрального отношения.

Цветовой температурой Тц реального тела, имеющего истинную температуру Т, называется такая температура черного тела, при которой отношение его спектральных энергетических яркостей В*l1Тц/В*l2Тяц при длинах волн l1 и l2 равно отношению спектральных энергетических яркостей реального тела Вl1/Вl2 при тех же длинах волн.

Приборы, измеряющие температуру тела по интегральной излучательности, называют радиационными пирометрами, или пирометрами полного излучения. Если чувствительный элемент радиа­ционного пирометра воспринимает интегральную излучательность не во всем диапазоне длин волн от 0 до ¥, а в некотором ограниченном интервале длин волн от l1 до l2, то такой пирометр называют пирометром частичного излучения.

Радиационной температурой Тр реального тела, имеющего истинную температуру Т, называют такую температуру черного тела, при которой его интегральная излучательность Е* равна интегральной излучательности реального тела Е.