Контрольно-измерительные приборы для измерения температуры: виды и применение

Одним из основных показателей, определяемых на производстве, при проведении испытаний в лаборатории и в других областях, является температура. Особое значение этот показатель имеет в случае работы с соляными ваннами, нагревательными установками и печами. При работе с ними используется очень широкий перечень приборов для контроля, регулирования и измерения температуры.

Современное приборостроение предлагает широкий ассортимент измерителей температуры - приборы имеют разнообразную конфигурацию, принцип действия и сферы эксплуатации. Профессиональные и точные термометры незаменимы практически в любом направлении деятельности: их используют для контроля климатических показателей, при исследовании состояния материалов, оценке свойств веществ и расплавов.

Профессиональные термометры особенно востребованы на производствах, где необходим контроль температуры сырья, технологического процесса или оценка свойств готовой продукции. К таким объектам относятся предприятия по изготовлению продуктов питания, химические и металлургические заводы, сельскохозяйственные организации и т. д. Контролировать технологические процессы также необходимо и в условиях лабораторных испытаний. В каждой сфере деятельности востребованы определенные типы термометров.

Основные типы приборов для измерения температуры

В основе измерения температурных параметров могут лежать различные физические процессы. На сегодняшний день промышленность предлагает различные виды термоизмерителей. Рассмотрим основные типы:

1. Термометры расширения (контактные)

Принцип действия таких приборов основывается на необходимости теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется. Как только наблюдается изменение температуры, сразу же объем жидкости либо размеры измерительных устройств реагируют и отвечают на это изменение. Главным плюсом таких термоизмерителей является их достаточно невысокая стоимость. И хотя по конструкции они предельно просты, но точность показаний демонстрируют отличную.

К данной группе относятся устройства, которые отслеживают, каким образом изменяется объем тел в зависимости от того, как меняется воздействующая на него температура. Стандартный разброс температурных перепадов варьируется в пределах -190-+500°C.

Виды термометров расширения:

• Жидкостные: Выполняются в виде корпуса с жидкостью, которой свойственно температурное расширение (чаще всего используют ртуть или спирт). Колба с жидкостью оснащается измерительной шкалой. Они демонстрируют хорошие прочностные характеристики и устойчивость к воздействиям извне. В зависимости от жидкостей, которые в них налиты, разнится и температурный диапазон приборов.
• Газовые: Принцип работы термометров похож с жидкостными, но в качестве заполняющего вещества в колбе используется инертный газ. Благодаря этому термометры данного типа подходят для использования там, где требуется намного большая разница между нижним и верхним измеряемыми температурными порогами. Если в жидкостных верхний предел ограничен +600, то в газовых он достигает +1000°С. Иными словами, этими приборами могут контролироваться температуры в средах, представляющих собой раскаленные жидкости.
• Механические: Основываются на принципе деформации спирали из металла или биметаллической ленты. Такие термометры оснащаются стрелкой и внешне напоминают циферблат часов. Они универсальны, поэтому широко востребованы в промышленности и строительстве. Объясняется специфика областей их применения нечувствительностью к ударам и тряске/вибрации. Основаны они на деформации, которую дает металлическая спираль - главная деталь внутри устройства. Для отображения изменяющихся показаний используются стрелочные циферблаты.
• Биметаллические: Полоска из двух свальцованных друг с другом пластин из металлов с различными коэффициентами расширения (биметалл), искривляется при изменении температуры. Для стационарного измерения температуры в системах кондиционирования, теплоснабжения и водоснабжения чаще всего используют биметаллический термометр, чувствительным элементом которого является погружной шток с биметаллической спиралью. Для контроля температуры отопления в складских помещениях, где не требуется высокая точность показаний, используют биметаллические термометры с пружиной для крепления на трубе. Следующий термометр: биметаллический со штоком в виде иглы - предназначен для измерения температуры густых, сыпучих и вязких сред (например при производстве асфальта и бетона).

Современный аналог жидкостных термометров - жидкостные виброустойчивые термометры. За счет своей конструкции они долговечны. И в заключении поговорим о капиллярных электроконтактных термометрах. Они нужны для дистанционного измерения температуры и за счет электроконтактной приставки их включают в автоматику управления, например, котлом.

2. Термопары

Как работает термопара

Данный прибор (электронная термопара) создан для выполнения задачи термоэлектрического преобразователя. Основными его элементами являются 2 электрода, представляющие собой две детали из разнородных металлов. Одними концами они состыкованы между собой при помощи горячей спайки, а другими подведены к электросхеме, отвечающей за измерительную функцию устройства.

Преобразователь действует следующим образом: при изменении температуры между спаянными электродами возникает термоэлектродвижущая сила. Подобное устройство термометра для измерения температуры отличается повышенной чувствительностью, конструкционной надежностью, отсутствием необходимости подключать систему к внешним источникам питания. Такие термоизмерители можно применять во множестве областей человеческой деятельность. Диапазон включает величины от 0 до +1800°C.

Термопара представляет собой температурный датчик, с выхода которого непосредственно снимается сигнал напряжения, пропорциональный температуре. При этом не требуется дополнительный источник питания, так как выходное напряжение возникает вследствие термоэлектрических свойств металлов. В зависимости от температуры предлагаются различные типы термопар.

Термопары типов J и K, с изоляцией из стекловолокна и тефлона, идеально подходят для суровых промышленных условий. Эти датчики находят широкое применение в коммерческих сегментах, а также в медицинской и химической промышленности.

Термопары данной серии могут использоваться в сочетании с большим количеством конструкций защитных гильз.

3. Термометры сопротивления

Этот вид электронных термоизмерительных приборов устанавливает температуру через разницу электрического сопротивления. Термометры сопротивления используются для металлов и полупроводников, чья зависимость от температурных перепадов хорошо исследована. Зато варьирование температур, которое они в состоянии замерять и отображать, вполне впечатляющее. Нижний предел составляет -200, верхний - +650°C. В них располагаются чувствительные термодатчики и сверхточная электронная начинка. Данная оснастка позволяет приборам четко контролировать, как изменяются такие показатели как электрический потенциал, сопротивление и проводимость.

Термометры сопротивления фиксируют электрическое сопротивление веществ, изменяющееся в зависимости от изменения температуры окружающей среды. Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента и наружной (защитной) арматуры. В качестве материала для чувствительного элемента используют медь и платину. Эти материалы выбраны потому, что на их сопротивление заметно влияет изменение температуры окружающей среды (большой температурный коэффициент сопротивления).

Для установки в котельных обычно применяются медные термометры сопротивления. Их температурный диапазон составляет -50-+600°С.

4. Термометры манометрические

Они отображают, насколько температурный показатель зависит от давления, оказываемого газом. Прибор представляет собой специальный термический баллон, к которому при помощи латунного патрубка присоединен манометр. Данное приспособление погружается в измеряемую среду. Когда термобаллон нагревается, в нем начинает повышаться давление. Величину его изменения и фиксирует манометр. Такое устройство для измерения температуры подходит для функционирования в пределах от -160 до +600°С.

5. Пирометры (бесконтактные)

Бесконтактные пирометры - это измерители, которые считывают тепловое излучение от исследуемых объектов. Базовыми элементами в подобных конструкциях служат инфракрасные датчики. Их задача - считывать интенсивность теплового излучения. Существует 2 типа этих термоизмерителей:

• Яркостные: Они производят замеры на основе длин излучаемых волн.
• Радиационные: Они определяют тепловое действие испускаемых лучей. Данный тип пригоден для измерений от -50 до +2000°С.

Зачастую подобные термодатчики находят применение в процессе проведения пуско-наладочных и тестовых работ на различном котловом оборудовании. Также ими можно отслеживать температуры нагреваемых металлов.

Другие типы термометров

Существуют и другие типы термометров, которые используются в различных областях:

• Волоконно-оптические: Оптоволоконные датчики, через которые проходит световой луч, под действием температур изменяют свой объем, в это время прибор регистрирует преломление света. Прибор производит измерения с ошибкой в точности не выше 0,01°С и с температурным максимумом +400°С.
• Кремниевые датчики: Присутствуют в различных электронных устройствах и оборудовании, и выполняют функцию контроля температуры их внутренних поверхностей.
• Акустические измерительные устройства: Эти устройства работают на основе колебаний температуры, которые возникают из-за скорости распространения звука.
• Инфракрасные измерительные устройства: Эти устройства используют тепловое излучение для измерения изменений температуры. Тепловые волны фокусируются на принимающем объекте.

Выбор подходящего прибора

При выборе прибора для измерения температуры необходимо учитывать следующие факторы:

• Диапазон измеряемых температур: Необходимо убедиться, что прибор может измерять температуры в требуемом диапазоне.
• Точность измерений: Точность измерений должна соответствовать требованиям конкретной задачи.
• Условия эксплуатации: Необходимо учитывать условия эксплуатации прибора, такие как температура окружающей среды, влажность и наличие вибраций.
• Тип измеряемой среды: Необходимо учитывать тип измеряемой среды, такую как газ, жидкость или твердое тело.

Правильный выбор контрольно-измерительного прибора для измерения температуры позволит обеспечить точный и надежный контроль технологических процессов, а также повысить качество выпускаемой продукции.

Сравнение различных типов термометров

Тип термометра	Диапазон температур	Точность	Применение
Жидкостные	-200°C до +600°C	±0.1°C	Бытовое использование, лаборатории
Газовые	-200°C до +1000°C	±0.2°C	Промышленность, высокие температуры
Биметаллические	-70°C до +600°C	±1°C	Промышленность, системы отопления
Термопары	0°C до +1800°C	±0.5°C	Промышленность, высокие температуры
Термометры сопротивления	-200°C до +650°C	±0.1°C	Промышленность, точные измерения
Пирометры	-50°C до +2000°C	±2°C	Промышленность, бесконтактные измерения