4-8. Устройство термоэлектрических термометров

Общие сведения. Для защиты от механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется, электроды термоэлектрического термометра, армированные изоляцией, помещаются в специальную защитную арматуру. У рабочих термоэлектрических термометров (рис. 4-8-1), применяемых для измерения температуры различных сред, арматура состоит из защитной гкльзы 1, неподвижного 2 или передвижного Штуцера с сальниковым уплотнением (на рис. 4-8-1 не показан) и головки 3, соединенной с неподвижным штуцером с помощью трубки 6 или непосредственно с гильзой при передвижном штуцере. В головке, снабженной крышкой и 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 в среду, температуру которой измеряют, выполняется различной для каждого конкретного типа термоэлектрического термометра.

Рис. 4-8-1. Конструктивная схема термоэлектрического термометра.

Прежде чем рассматривать различные конструктивные формы термоэлектрических термометров, целесообразно установить некоторые общие требования, которым должна удовлетворять изоляция термоэлектродов, защитная арматура и конструкция термометров для обеспечения надежной их работы. Эти требования в основном сводятся к следующему:

1. Должно быть обеспечено изготовление надежного спая рабочего конца термоэлектрического термометра.

2. Необходимо обеспечить надежную электрическую изоляцию термоэлектродов термометра. При этом изоляция не должна загрязнять термоэлектроды в диапазоне измеряемых температур.

3. Защитная арматура, придающая термоэлектрическому термометру механическую стойкость, должна выбираться с учетом параметров среды, ее свойств и условий измерения температуры. Защитная гильза арматуры термометров в пределах измеряемых температур должна быть газонепроницаемой и нечувствительной к действию резких изменений температуры. Материал защитной гильзы не должен загрязнять термоэлектродов термометра в интервале измеряемых температур.

4. Конструкция арматуры термоэлектрического термометра должна быть такой, чтобы его электроды не находились в механически напряженном состоянии, так 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 теплочувствительная 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 Их условий определяет инерционность термоэлектрического термометра, характеризуемую показателем тепловой инерции

Термоэлектрические термометры выпускаются со следующими значениями показателя тепловой инерции: до 5 с - малоинерционные; до 60 с - средней инерционности; до 180 с — большой инерционности. Для термоэлектрических термометров с значением показателя тепловой инерции более 180 с инерционность не нормируется (ГОСТ 6616-74).

Показатель тепловой инерции термоэлектрического термометра, определяемый согласно ГОСТ 6616-74 при определенном значении коэффициента теплоотдачи, характеризует инерционность термометра только при данных условиях теплообмена. Динамические свойства термоэлектрических термометров, необходимые в некоторых случаях для практики, следует характеризовать передаточной функцией.

Термоэлектрические термометры выпускаются с различной степенью устойчивости к механическим воздействиям (обыкновенные и виброустойчивые) и могут изготовляться во взрывозащищенном исполнении (ГОСТ 6616-74).

Рис. 4-8-2. Способы изготовления рабочего конца термоэлектрического термометра.

Изготовление спая рабочего коица термоэлектрического термометра. Рабочий конец термоэлектрического термометра можно выполнять путем сварки, пайки или скрутки. Наибольшее распространение получил способ изготовления спая с помощью сварки, а пайку применяют только в специальных случаях. Скрутку рабочего конца часто применяют для термоэлектрических термометров вольфрамрениевой и вольфраммолибденовой групп.

Сварку электродов термоэлектрического термометра производят как с предварительной скруткой термоэлектродов, так и без скрутки (рис. 4-8-2). Не рекомендуется делать скрутку более двух оборотов. Если скрутка будет сделана с большим числом оборотов и с большим шагом, то спай рабочего конца может фактически находиться не в месте сварки, а на конце скрутки, в том месте, где термоэлектроды расходятся. Это может привести к значительным и не поддающимся учету погрешностям при измерении температуры. Поэтому лучше не прибегать к излишней скрутке термоэлектродов или не делать ее вообще.

Другим вариантом изготовления спая рабочего конца является приварка электродов к дну защитной гильзы. Это позволяет уменьшить инерционность термометра, но не обеспечивает возможности в условиях эксплуатации производить периодическую поверку термометра, а в случае необходимости замену термоэлектродов. Это является существенным недостатком конструкции, так как арматура термометра имеет значительно больший срок работы, чем его термоэлектроды.

Изоляционные материалы для армировки термоэлектрических термометров. Для электрической изоляции электродов термоэлектрических термометров, предназначенных для измерения температур до применяют одноканальные и двухканальные бусы или трубки из специального фарфора. Для термоэлектрических термометров, применяемых для измерения температур в области используются бусы или трубки из окиси алюминия и другие керамические изоляторы. При применении термоэлектрических термометров ТВР для измерения температуры жидкой стали часть электродов и рабочий конец термометра изолируют кварцевой трубкой.

Более подробные сведения о свойствах электроизоляционных материалов, применяемых для изоляции электродов термоэлектрических термометров, приводятся в специальной литературе.

Термоэлектрические термометры, предназначенные для измерения температуры среды, находящейся под давлением, близким к атмосферному, или под избыточным давлением, имеют различные конструктивные формы. Для термоэлектрических термометров ТПП, ТПР, ТХА и ТХК, выпускаемых серийно Луцким приборостроительным заводом, используется унифицированная конструкция защитной арматуры, разработанная НПО «Термсприбор». В качестве примера рассмотрим термоэлектрические термометры типа Унифицированная конструкция защитной арматуры показана на рис. 4-8-3. Эта защитная арматура используется также и для термометров сопротивления отличается в основном конструкцией защитных гильз, рассчитанных на различные условные давления и штуцеров. Головка же для всех модификаций термоэлектрических термометров используется одна и та же. Головка к защитным гильзам присоединяется к неподвижному штуцеру с помощью трубки, находящейся обычно вне среды, температура которой измеряется.

Защитные гильзы термометров предназначенных для измерения температуры от до изготовляют из стали или Защитные гильзы термометров предназначенных для измерения температуры от —50 до выполняют из стали Штуцер передвижной изготовляют из стали или

Электроды термоэлектрических термометров изготовляют из проволоки диаметром Они по всей длине изолированы керамикой. Для обеспечения вибростойкости свободное пространство между изолированными электродами и внутренней стенкой гильзы заполнено сухим керамическим порошком, и гильза загерметизирована эпоксидным компаундом. Рабочий конец термометров изолирован от защитной гильзы керамическим наконечником. Термоэлектрические термометры с гильзой 6 (рис. 4-8-3) изготовляют также с неизолированным рабочим концом. Термометры изготовляют с различной длиной погружаемой (монтажной) части (от 120 до 2000 мм).

Герметизация гильз этих термоэлектрических термометров вызвана тем, что они рассчитаны на нижний предел измерения до однако принятый способ герметизации исключает возможности извлечения термоэлектродов из гильзы для их поверки.

Рис. 4-8-3. Унифицированная конструкция защитной арматуры.

Термоэлектрические термометры с гильзой 1 и передвижным штуцером 2 (рис. 4-8-3) предназначены для измерения температуры среды, находящейся под рабочим давлением, близким к атмосферному. Передвижной штуцер позволяет осуществлять не только крепление термометра на объекте, но и изменять глубину погружения.

Термометры с гильзами 3 и 4, снабженными неподвижным штуцером, могут быть использованы для измерения температуры различных сред, находящихся под давлением.

Термоэлектрические термометры с гильзой 5, снабженной неподвижным штуцером, предназначены для измерения температуры среды, находящейся под высоким рабочим избыточным давлением, например, для измерения температуры перегретого водяного пара до находящегося под избыточным давлением до и при скорости протекания пара 40—45 м/с. Для этих термометров показатель тепловой инерции 120 с.

Термоэлектрические термометры с гильзой 6 используются в энергетике для измерения температуры перегретого водяного пара энергоблоков со сверхкритическими параметрами.

Показатель тепловой инерции этих термометров 60 с (с изолированным рабочим концом) и 40 с (с неизолированным).

Термоэлектрические термометры ТХА, предназначенные для измерения температуры газа до 900-1000°С, например в поворотной камере парогенератора, должны иметь термоэлектроды из проволоки диаметром Опыт эксплуатации показывает, что термоэлектрические термометры с такими электродами работают значительно больший срок, чем термометры из проволоки диаметром При измерении температуры в поворотной камере парогенератора инерционность термометра существенной роли не играет.

На рис. 4-8-4 показан хромель-алюмелевый термоэлектрический термометр Этот тип термометров обладает высокой надежностью и широко применяется в энергетике для измерения температуры перегретого водяного пара до находящегося под рабочим избыточным давлением до и при скорости протекания пара до 40—45 м/с.

Защитная гильза термометра изготовлена из стали и рассчитана на условное давление до

Термоэлектроды термометра, выполненные из проволоки диаметром изолированы двухканальной фарфоровой трубкой.

Как видно из рис. 4-8-4, к рабочему концу термометра приварена круглая металлическая пластина 1 диаметром около и толщиной примерно что увеличивает площадь соприкосновения рабочего конца с дном защитного чехла.

Хороший тепловой контакт металлической пластины, а следовательно, и рабочего конца термометра с дном защитного чехла обеспечивается с помощью спиральной пружины 2, которая, воздействуя на фарфоровую трубку и фарфоровый колпачок прижимает пластину к дну защитной гильзы.

На основании исследований динамических свойств термоэлектрических термометров выполненных на кафедре АСУ ТП МЭИ Н. П. Бувиным под руководством автора, передаточная функция термометров этого типа имеет следующий вид:

Рис. 4-8-4. Хромель-алю-мелевый термоэлектрический термометр

Постоянные времени и время установления показаний (с недоходом в 1 и 5%) зависят от коэффициента теплоотдачи:

Хромель-алюмелевый термоэлектрический термометр типа показанный на рис. 4-8-5, используется в энергетике для измерения температуры перегретого водяного пара до находящегося под рабочим избыточным давлением до и при скорости протекания пара до

Рис. 4-8-5. Хромель-алюмелевый термоэлектрический термометр

Показатель тепловой инерции термометра не более 60 с. Термоэлектроды термометра, выполненные из проволоки диаметром изолированы двухканальными фарфоровыми изоляторами. Для уменьшения инерционности термометра, а вместе с тем и для обеспечения вибростойкости электроды его помещены в стальной чехол 1. При этом рабочий конец термометра приварен к дну чехла, а свободное пространство между изоляторами и чехлом заполнено керамическим порошком.

Собранный стальной чехол с термоэлектродами и герметизированной огнеупорной замазкой вставлен в защитную гильзу 2.

Термоэлектрические термометры с гильзой 6 (рис. 4-8-3) при установке на объектах приваривают к соответствующим бобышкам на паропроводах. У этих термометров нельзя извлечь термоэлектроды из защитной арматуры для их поверки или замены. Опыт эксплуатации показывает, что термоэлектрические термометры, у которых свободное пространство между изолированными электродами и защитной гильзой заполнено керамическим порошком, менее надежны.