Каждое измерение температуры следует закону теплового равновесия: объект измерения, термометр и окружающая среда находятся в отношениях, в которых они стремятся к равновесию, обмениваясь теплом друг с другом. Согласно этому принципу термометр поглощает тепло объекта измерения. Он регулирует свою температуру и может измерять это таким образом. В механических термометрах этот процесс основан на расширении твердого тела (биметалл), термометрической жидкости или газа. Степень изменения температуры отображается на дисплее через расширение.
Картинная галерея
Картинная галерея с 5 картинками
Этот процесс соответствовал бы идеальному измерению температуры, если бы можно было исключить окружающую среду на 100% в качестве переменной возмущения. Однако, поскольку это невозможно в соответствии с тепловыми законами, для каждого решения для измерения температуры необходимо учитывать три фактора:
Фактор влияния термометра
Три типа термометров со шкалой обычно используются в промышленности: биметаллические, натяжные и газонапорные. Биметаллические термометры особенно подходят для простого отображения на месте, например, в технологии нагрева на трубах, бойлерах или в резервуаре с горячей водой. Ваш датчик состоит из двух неразрывно скрученных металлических полосок с разными коэффициентами расширения. Он выполнен в виде спиральной или спиральной пружины. Каждое изменение температуры вызывает вращение пружин, которые передаются на вал указателя.
Система измерения термометров напряжения и давления газа основана на блоке датчика температуры, капиллярной линии и трубки Бурдона (в корпусе). Натяжные устройства заполнены термометрической жидкостью, например ксилолом или силиконовым маслом, газовым термометром давления с инертным газом, например азотом или гелием. Изменение температуры влияет на внутреннее давление измерительных систем, что соответственно деформирует измерительную пружину. Отклонение пружины передается непосредственно на вал указателя в натяжном устройстве и на указатель в термометре давления газа через механизм указателя.
Оба типа устройств особенно подходят для приложений, в которых точка измерения и дисплей должны быть разделены. Примеры включают компрессоры, контейнеры и резервуары, а также теплообменные станции в технологии отопления. Оба термометра могут быть объединены с электрическим выходным сигналом или функцией переключения и, таким образом, также выполнять задачи управления или регулирования.
Важными критериями при выборе механического термометра являются диапазон отображения и время отклика. Биметаллические термометры охватывают диапазон измерений от -100 ° C до 600 ° C, натяжные термометры от -50 ° C до 400 ° C и термометры давления газа от -200 ° C до 700 ° C. Классы точности 1 и 2 в соответствии со стандартом EN 13190 соответствуют указанным диапазонам измерения.
Время срабатывания термометра варьируется в зависимости от диапазона измерения, среды и ее расхода. Жидкие среды приводят к более быстрому изменению температуры, чем газообразные. Например, натяжные термометры имеют время срабатывания от 10 с до 20 с (вода), от 30 с до 50 с (масло) и от 90 с до 110 с (воздух), когда достигается 63% изменения температуры. Поведение реакции биметаллических термометров сопоставимо. Термометры давления газа реагируют быстрее, потому что их наполнительные газы имеют меньшую теплоемкость, чем наполняющие жидкости натяжных термометров.
Точка измерения фактора влияния
Первое требование для каждой точки измерения - это то, что она легко доступна. Инвазивные точки измерения всегда следует размещать на хорошо протекающих частях трубопровода, чтобы добиться оптимальной передачи тепла к датчику. Глубина установки зависит от соответствующего диапазона измерения и диаметра трубы. Водолазный вал должен выступать в среду не менее чем на две трети, чтобы биметаллические полосы или газ и жидкость могли расширяться в соответствии с требованиями и уменьшалось тепловыделение. Установка датчика против потока положительно влияет на теплопередачу.
Реле давления
Для больших электрических нагрузок
В суровых условиях эксплуатации, таких как высокое давление, высокие температуры жидкости или агрессивные среды, термометры обычно объединяются с защитной трубкой. В дополнение к своей защитной функции защитная трубка предлагает еще одно преимущество: в случае замены термометра линия остается закрытой.
Защитные трубки должны иметь особую прочность и нечувствительны к изменениям температуры. Кроме того, они не должны генерировать вредных газов. Защита имеет цену, однако: время отклика термометра увеличивается. Поэтому стенка защитной трубки должна быть такой, чтобы передача тепла задерживалась как можно меньше.
В неинвазивной точке измерения температура не регистрируется непосредственно в среде. Поэтому, чтобы оптимизировать время отклика, датчик должен быть надежно прикреплен к поверхности трубы. Во многих случаях вставная втулка альтернативно приварена к трубопроводу, который принимает стандартный погружной стержень термометра. Неизбежный воздушный зазор приводит к рассеиванию тепла и, следовательно, увеличивает погрешность измерения. Этот эффект может быть недостаточно скомпенсирован с помощью проводящей пасты. Вариант с сенсорным креплением также предпочтителен из-за меньшей рабочей нагрузки: измерительное устройство снабжено зажимом для экономии времени.
Экологический фактор
Точность отображения циферблатного термометра определяется в соответствии со стандартом EN 13190 при определенной температуре окружающей среды 23 ° C. Это условие - и, более того, постоянное - вряд ли существует в любом приложении. Поскольку каждый источник тепла и холода вблизи точки измерения влияет на точность измерения температуры, его влияние должно быть отключено, насколько это возможно. При измерении поверхности все точки измерения должны быть надлежащим образом изолированы полиуретановой пеной или аналогичным материалом, независимо от типа термометра.
Биметаллические термометры можно устанавливать с помощью инвазивных методов измерения без защитных мер, поскольку их датчик погружен в среду и не подвержен влиянию окружающей среды. Иная ситуация с устройствами натяжения и давления газа. Их трубопровод и пружина, заполненные жидкостью или газом, подвергаются воздействию температуры окружающей среды. Это означает, что при каждом изменении температуры возникает эффект расширения, который искажает фактическое измеренное значение. В случае измерительной пружины температура окружающей среды действует через корпус. Результирующая погрешность измерения на одно изменение Кельвина составляет 0,1% (натяжение) или 0,05% (давление газа) от диапазона отображения.
Следующее относится к влиянию на трубопровод: чем длиннее капиллярная нить, тем более восприимчив термометр. При использовании термометров натяжения погрешность изменения температуры Кельвина при температуре окружающей среды на погонный метр составляет около 0,03% от диапазона дисплея. В термометрах давления газа можно пренебречь из-за более низкой теплоемкости, но только при одном условии: объем измерительной пружины и капиллярной линии должен составлять не менее 1:30 по отношению к объему датчика.
Измерение температуры
Wika принимает решения по управлению мобильными машинами Hirschmann
Во всех остальных случаях междугородние линии должны быть изолированы и как можно короче. Чтобы свести к минимуму или полностью исключить ошибки измерения, операторы установки могут подвергать кабель и корпус постоянным условиям окружающей среды и соответствующим образом проектировать измерительную систему. Средство защиты от тепловых воздействий окружающей среды также компенсируется температурой окружающей среды: к измерительной пружине прикреплена биметаллическая полоса, которая реагирует противоположным образом на поведение пружины. Это уменьшает влияние температуры окружающей среды и повышает точность отображения.
Ввиду различных влияющих факторов, измерение температуры с помощью термометров со шкалой не может быть выполнено «сбоку». Поэтому операторам завода рекомендуется сотрудничать с производителем измерительных приборов на этапе планирования, чтобы оптимизировать необходимые усилия и исключить ошибки.