Термометры расширения жидкостные стеклянные применяют для измерения температуры от —100 до 4-650° С. Принцип действия термометров расширения основан на объемном расширении жидкости, находящейся внутри стеклянного расширителя, под действием окружающей среды. Внутри корпуса находится температурная шкала. В нижней части термометра находится расширитель, который соединен с капилляром (трубкой с малым внутренним диаметром).-Верхняя часть капилляра запаяна. При нагревании расширителя жидкость, находящаяся в нем, увеличивается в объеме. Поднимаясь вверх по капилляру, жидкость устанавливается на высоте, пропорциональной температуре нагрева. Отсчет ведется по шкале в °С. В качестве рабочей жидкости в стеклянных термометрах используют ртуть, спирт, керосин или толуол.
В зависимости от формы нижней части термометры подразделяют на прямые — тип А и угловые — тип Б с углом 90 или 135°. Для предохранения стеклянной оболочки термометра от повреждений и для удобства монтажа приборы помещают в защитную металлическую оправу.
Стеклянные термометры выпускают двух видов: технические и лабораторные.
Из-за целого ряда недостатков стеклянных термометров — сравнительно большой тепловой инерционности, отсутствия дистанционной передачи и автоматической записи показаний — эти приборы используют в лабораторных исследованиях и при местном технологическом контроле.
Манометрические термометры используют для измерения температур в диапазоне от —60 до + 400° С. В зависимости от наполнителя системы термометры бывают газовые и паровые. Газовые термометры заполняют азотом, паровые — низкокипящей жидкостью, пары которой при измерении температуры частично заполняют баллон.
Манометрический термометр ТПГ-СК имеет герметично соединенные между собой термобаллон, капилляр и манометрическую пружину измерительного механизма. Термобаллон как датчик устанавливают на контролируемом объекте, а его измерительный механизм (прибор) можно устанавливать в щитах и пультах. При изменении температуры контролируемого объекта изменяется объем рабочего вещества в замкнутом контуре, что приводит к изменению давления в этой системе. Давление преобразуется манометрической пружиной в перемещение указательной стрелки 8 прибора.
По шкале прибора определяется температура объекта. Для защиты капилляра от механических повреждений в приборе предусмотрена специальная оплетка из стальной или медной ленты.
Автоматическое регулирование температуры растворов ванн установок обезжиривания, нагреваемых горячей водой или паром, может осуществляться системами регулирования с применением автоматического регулятора прямого действия типа РПД. Термобаллон, капиллярная трубка и гофрированная мембрана (сильфон) составляют манометрическую систему. Эта система заполняется жидкостью, причем термобаллон заполняется жидкостью частично, а остальная его часть заполняется парами этой жидкости. В манометрической системе устанавливается давление насыщенных паров жидкости.
Давление насыщенного пара увеличивается при нагреве термобаллона, помещенного в ванну с раствором. При этом гофрированная мембрана преодолевает сопротивление пружины и перемещает шток с клапаном вниз, прекращая подачу пара. При понижении температуры раствора ванны и термобаллона давление в манометрической системе понижается и пружина приподнимет шток с клапаном и открывает доступ пара в нагревательные приборы. Меняя натяжение пружины 3 при помощи регулировочного стакана 5, прибор настраивают на нужную температуру.
Преимущества данных приборов — малая стоимость, простота монтажа; недостатки — инерционность, сложность ремонта термосистемы, ограниченное рабочее давление измеряемой среды (до 6,4 МПа).
Термометры сопротивления применяют как датчики для измерения температуры. По материалу чувствительного элемента их подразделяют на термометры сопротивления платиновые— ТСП и термометры сопротивления медные — ТСМ.
Конструктивно термометр сопротивления выполняется намоткой платиновой или медной изолированной проволоки на изоляционный каркас. Для n защиты от механических повреждений и удобства монтажа термометры сопротивления заключают в защитную арматуру. Термометры сопротивления бывают одинарные и двойные. В двойных термометрах сопротивления встроены два изолированных друг от друга чувствительных элемента, их применяют для одновременного измерения температуры одной точки двумя приборами.
Медные термометры сопротивления используют при измерениях от 50 до 180° С, платиновые от —200 до 650° С.
Основными неисправностями термометров сопротивления являются обрыв чувствительных элементов, замыкание элементов на корпус, межвитковое замыкание термометра сопротивления, понижение сопротивления изоляции, повреждение защитной гильзы. .
При обрывах термометров сопротивления их заменяют новыми чувствительными элементами той же градуировки, а при их отсутствии — выполняют ремонт термометров.
Ремонт медных термометров сопротивлений заключается в изготовлении (намотке) чувствительного элемента.
При ремонте платиновых термометров сопротивления чувствительный элемент разбирают, отделяя его от слюдяных накладок, стяжной ленты и каркаса. Обрыв устраняют сваркой платиновой проволоки в электрической дуге или в растворе поваренной соли переменным током напряжением 20—24 В.
При витковом замыкании элемента или заменяют поврежденную слюдяную пластину с насечками, или короткозамкнутые витки раздвигают и укладывают в соответствующие пазы (насечки) в слюдяной пластине.
Термопара представляет собой спай двух разнородных металлических проводников (термоэлектродов), которые предназначены для измерения температуры рабочих объектов. Конец термопары, помещаемый в объект измерения температуры, называют рабочим или «горячим» спаем, свободные или «холодные» концы термопары соединены с измерительным прибором. Термопарой осуществляется преобразование тепловой энергии в электрическую.
Принцип работы термопары заключается в том, что при изменении температуры «горячего» спая на свободных («холодных») концах термопары изменяется термоэлектродвижущая сила (тер-мо-э. д. с.) постоянного тока.
Для технических измерений применяют термопары: хромель-копель (ТХК); хромель — алюмель (ТХА), платинородий — платина (ТПП). Реже используют термопары медь — копель, медь — константан, железо — копель. Для защиты от механических повреждений и при повышенных давлениях термопары заключают в защитную арматуру.
По устойчивости к механическим воздействиям термопары подразделяют на вибротрескоустойчивые, ударопрочные и обыкновенные; по инерционности — малоинерционные (0—1,5 мин), среднеинерционные (1,5—2,5 мин) и высокоинерционные (2,5—8 мин).
Основными неисправностями термопар являются: обрыв чувствительных элементов, замыкание элементов на корпус, понижение сопротивления изоляции, повреждение защитной гильзы.
Ремонт термопар при обрывах и нестабильности работы заключается в разборке и осмотре состояния рабочего конца и термоэлектродов. При обнаружении дефектов (трещин, обрывов) термопары ремонтируют. Места обрывов сваривают. При ремонте термопары из благородных металлов подвергают отжигу, чистке и проверке на однородность электродов.
Приборы, с которыми электрически соединяются термопары, называют милливольтметрами и потенциометрами. Они предназначены для измерения, записи и регулирования температуры.
Милливольтметр является прибором магнитоэлектрической системы; он имеет равномерную шкалу, высокую точность и чувствительность. Принцип измерения температуры милливольтметром заключается в измерении термо- э. д. с., развиваемой термопарой. Под действием термо- э. д. с. датчика в цепи возникает электрический ток, который, проходя через рамку прибора 4, создает магнитное поле. Взаимодействие этого поля с полем постоянного магнита образует вращающий момент рамки с указательной стрелкой, пропорциональной термо-э. д. с. Противодействующий момент создается двумя спиральными пружинами, которые одновременно являются токопроводниками к рамке. В положении равновесия стрелки вращающий момент уравновешивается противодействующим моментом.
Ремонт милливольтметров заключается в определении и устранении неисправностей, возникающих при их эксплуатации, транспортировке и т. д.
Основными неисправностями таких приборов являются обрывы обмотки рамки и спиральных волосков измерительного механизма, износ подпятников и кернов, увеличение трения стрелки и выход элементов электронной схемы регулирующих приборов.
Подпятник не должен иметь следов трещин и неровностей. При наличии дефектов агатовый картер заменяют новым. Изношенные керны со следами нарушений полированной поверхности, конусности и радиуса закругления также подлежат замене. Протирка пружин, имеющие повреждения, заменяют новыми с теми же механическими характеристиками. При обрывах и повреждениях обмотки рамки производится замена или изготовление рамки с намоткой по шаблону. Тин провода, сечение и число витков определяются по техническим данным прибора.
Автоматические потенциометры предназначены для измерения, записи и регулирования температуры или других величин, преобразуемых с помощью датчиков в напряжение постоянного тока.
Работа автоматических потенциометров основана на компенсационном методе измерения э. д. с.
Самопишущие потенциометры имеют устройство автоматической записи показаний; запись производится на круглой или ленточной диаграмме. Привод диаграмм осуществляется синхронным двигателем. В зависимости от количества подключаемых к прибору датчиков потенциометры бывают одноточечные и многоточечные. В одноточечном приборе запись на диаграмме осуществляется пером, в многоточечном — печатающей кареткой, проставляющей номера датчиков.
Автоматические электронные потенциометры КСП-2, КСП-4 относят к наиболее распространенным автоматическим показывающим приборам с записью на ленточной диаграмме. На рис. 134 показан автоматический самопишущий потенциометр КСП-2 с полупроводниковым усилителем типа УПД. Прибор состоит из следующих основных частей: источника постоянного тока ИПС; электронного усилителя для привода измерительной стрелки прибора и контакта реохорда РД; двигателя привода диаграммы ДСМ. Характерными неисправностями автоматических потенциометров являются:
замедленное движение стрелки прибора из-за старения электронных ламп, заниженного коэффициента усиления усилителя, загрязнения реохорда, плохого экранирования входных цепей мерительной стрелки и подвижного контакта реохорда из-за отсутствия напряжения на управляющей обмотке двигателя:
несоответствие показаний прибора значениям измеряемой величины из-за неисправности датчика или несоответствия его градуировки.
Для определения и отыскания неисправностей к прибору, согласно электрической схеме, подключается напряжение переменного тока 220 В и датчик 1 соответствующей градуировки.
При заклинивании реверсивных двигателей типов РД привода реохорда и измерительной стрелки выполняют разборку и промывку редуктора, осмотр и замену неисправных шестеренок. После сборки и смазки техническим вазелином редуктор проверяют на вращение. Вращение должно быть равномерным и плавным, без заеданий и посторонних шумов. Неисправные шестеренки механизма привода диаграммы подлежат замене на новые.
Пирометры служат для измерения температур от 3000 до 6000° С. Принцип работы этих приборов основан на способности нагретого тела излучать энергию в виде световых и тепловых лучей. С повышением температуры тела интенсивность излучения возрастает, кроме того, появляются излучения различных длин волн. При большей температуре большая часть энергии излучается с меньшей длиной волны. Пирометры выпускают двух типов: оптические и радиационные. К оптическим пирометрам относятся приборы ОППИР и ФЭП-4.
Принцип действия фотоэлектрического пирометра ФЭП-4 заключается в том, что излучение от объекта измерения 1 вместе с излучением от эталонной лампы противофазе попадает на элемент. Разность этих световых потоков усиливается усилителем и подается на выходной каскад, нагрузкой которого является эталонная лампа накаливания, последовательно с которой установлено калиброванное сопротивление. Падение напряжения на калиброванном сопротивлении измеряется электронным потенциометром, шкала которого отградуирована в единицах температуры.
Приборы автоматического регулирования температуры служат для измерения заданной температуры в конвекционных сушильных камерах, которая поддерживается автоматически путем изменения количества подаваемого теплоносителя (пара, горячей воды или газа) в нагревательные приборы и калориферы или путем отключения и включения части нагревательных элементов при электро-нагреве в приборах или калориферах. Автоматическое регулирование температуры воздуха в сушильных камерах при теплоносителях — паре, горячей воде или газе — производится с помощью манометрических газонаполненных термометров типа ТСГ и регулирующих клапанов с пневматическим мембранным приводом.
При нагреве термобаллона давление в термосистеме повышается, в результате чего многовитковая трубчатая пружина раскручивается и приводит в движение передаточный механизм стрелки показывающего прибора или пера самопишущего прибора, или открывает кран подачи сжатого воздуха к регулирующему клапану с пневматической мембраной. Мембрана регулирующего клапана под действием давления сжатого воздуха перегибается и опускает клапан в седло, перекрывая доступ пара или горячей воды в нагревательные приборы сушильной камеры.
При понижении температуры воздуха в сушильной камере до установленного предела давление в термобаллоне понижается, трубчатая пружина сжимается, поворачивая кран в обратную сторону, и подача сжатого воздуха к регулирующему клапану прекращается, причем трубка, соединяющая манометрический термометр с регулирующим клапаном, сообщается с атмосферой. Мембрана выпрямляется, клапан пружиной отделяется от седла и пар или горячая вода вновь поступают в нагревательные приборы камеры.
На щите имеются два манометрических термометра, один из них измеряет и записывает температуру в воздуховоде сушильной камеры, другой автоматически регулирует температуру горячего воздуха, поступающего в сушильную камеру. Последнее достигается с помощью термобаллона, установленного на нагревательном воздуховоде, и регулирующего клапана 6, установленного в паровой магистрали.
Автоматическое регулирование температуры воздуха в сушильных камерах при использовании в качестве теплоносителя электроэнергии производится с помощью электроконтактных термометров ЭКТ.
По принципу действия приборы для измерения давления подразделяют на следующие типы:
жидкостные, в которых давление уравновешивается высотой столба жидкости;
пружинные, в которых давление уравновешивается силой упругой деформации чувствительного элемента;
поршневые, в которых давление уравновешивается силой, действующей на поршень определенного сечения;
комбинированные, принцип действия которых имеет смешанный характер;
электрические, в которых используется изменение э. д. с. термопары, явление электрического разряда и изменение ионизации газа.
По своему назначению приборы подразделяют на рабочие, контрольные и образцовые. Для измерения малых давлений и разрежений применяют жидкостные Приборы ТНЖ и ММН.
Тягонапоромер жидкостный типа ТНЖ (рис. 137) выпускают двух видов: для настенного и щитового монтажа. Принцип действия прибора основан на вытеснении рабочей жидкости из сосуда в измерительную наклонную трубку и уравновешивании измеряемого давления столба жидкости в наклонной трубке.
Прибор состоит из стеклянного сосуда с измерительной трубкой и шкалы. На корпусе прибора имеется уровень, при помощи которого прибор устанавливается в рабочее положение. Прибор заполняют этиловым спиртом до нулевой отметки шкалы. Так как при заполнении прибора довольно трудно совместить уровень жидкости с нулевой отметкой шкалы, то на приборе предусмотрено перемещение шкалы вдоль наклонной стеклянной трубки при помощи маховичка 6. С задней стороны прибора имеются два штуцера 2 и 5; со знаком «-i-» для измерения давления, со знаком «—» для измерения разрежения.
Приборы типа ТНЖ применяют для измерений давления (разрежения) в пределах от 0 до 1600 мм вод. ст. (0—16 000 Па).
Для измерения давления и разности давлений выпускают стрелочные приборы-напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры НМ-П1, ТМ-П1, ТНМ-П1, которые устанавливают на щитах, а также могут использоваться как местные приборы.
Пружинные манометры относят к наиболее распространенным приборам измерения давления. Их изготовляют с трубчатой одновитковой и многовитковой пружинами. По классу точности манометры подразделяют на технические, контрольные и образцовые. Верхние пределы измерений манометров в зависимости от их типов составляют 0,06; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 60,0; 1000,0 МПа.
Манометр имеет резьбовой штуцер для подключения, трубчатую пружину, соединенную со штуцером, стрелку и кинематический узел, состоящий из поводка, зубчатого сектора и зубчатой шестерни, закрепленной соосно со стрелкой, и противодействующей спиральной пружины. Под действием избыточного измеряемого давления трубчатая пружина деформируется, стремясь распрямиться. При этом свободный конец пружины, перемещаясь с поводком, разворачивает относительно оси зубчатый сектор, который, в свою очередь, поворачивает на определенный угол зубчатую шестеренку и стрелку прибора.
Трубчатая пружина в сечении имеет эллипсовидную или овальную форму, которая под действием энергоносителя измеряемого давления газа или жидкости стремится к окружности. При подаче на вход манометра избыточного давления трубка разжимается, а при подаче разрежения — сжимается.
Самопишущие манометры предназначены для измерения и записи на диаграмме измеряемого давления. Принцип действия самопишущего сильфонного манометра типа МСС основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации сильфона и винтовой пружины. Измеряемое давление, подаваемое на вход сильфона, попадает в полость сильфонного механизма и вызывает перемещение дна сильфона, которое через передаточный механизм передается на перо прибора.
Основными неисправностями мембранных приборов — напоромеров, тягомеров и тягонапоромеров — являются деформация мембранных коробок вследствие перегрузок, деформация измерительной стрелки, износ и коррозия кернов оси стрелки.
Сильфонные чувствительные элементы в самопишущих манометрах при эксплуатации подвергаются значительным знакопеременным нагрузкам. Поэтому основными неисправностями в таких приборах являются нарушение герметичности, образование трещин на гофрированной поверхности сильфона, старение и потеря упругости. При обнаружении таких дефектов требуется заменить неисправный сильфон.
Основными неисправностями пружинных приборов являются износы деталей ¦ передаточного механизма, износ пружины, появление в них остаточных деформаций, увеличение зазора в соединениях, неисправности корпуса, стекла, шкалы и т. д.
У самопишущих приборов проверяется точность перемещения диаграммы и правильность движения пера по линии времени — радиальной дуге диаграммы.
Обслуживание устройств контроля в основном состоит в постоянном наблюдении за их работой, создании условий, обеспечивающих нормальную работу приборов и своевременном устранении всех возникающих дефектов; осуществляется специально обученным персоналом.
Для некоторых типов приборов и устройств необходимо периодически осуществлять определенные операции для поддержания качества измерений, например, продувать соединительные линии манометров, проверять и корректировать нулевые точки потенциометров, сменять сухие элементы, смазывать элементы и т. п. Большого внимания требуют автоматические потенциометры и уравновешенные мосты. У многоточечных приборов после смены двух рулонов бумаги следует промывать контакты переключателей, периодически проверять чувствительность электронных приборов, заменять лампы; раз в 2—3 месяца промывать растворителем трущиеся поверхности, реохорды и менять масло в последних.
Работа всех измерительных и регулирующих приборов подвергается систематической проверке с целью определения погрешности приборов, соответствия их требованиям норм и правил (допустимое запаздывание показаний, качество их записи и т. п.). Проверку производят приборами более высокого класса точности, чем проверяемые, на месте установки или в лаборатории, обычно во время ремонта технологической единицы оборудования.
