Контрольная работа по метрологии

Отрывок:

Определите изменение показаний манометрического термометра, вызванное увеличением температуры капилляра на  и температуры пружины на 100С относительно градуировочного значения , при следующих условиях: объем капилляра , объем манометрической пружины , объем термобаллона .

Принцип действия манометрических основан на зависимости давления рабочего вещества в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры.
В зависимости от агрегатного состояния рабочего вещества в термосистеме манометрические термометры подразделяют на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные).
Манометрические термометры могут быть использованы для измерения температур от  до . Диапазон измерения определяется наполнителем системы. Термометры со специальными наполнителями (расплавленными металлами) пригодны для измерения температуры от   до .
Термосистема термометра (рис.3.1) состоит из термобаллона 1, капиллярной трубки 3 и манометрической части 2. все системы прибора (термобаллон, манометрическая пружина и капиллярная трубка) заполнены рабочим веществом. Термобаллон погружается в объект измерения. При изменении температуры рабочего вещества в термобаллоне изменяется давление в замкнутой системе, которое через капиллярную трубку передается на манометрическую часть, представляющую собой манометр с трубчатой пружиной, являющийся измерительным прибором манометрического термометра. Термобаллон представляет собой цилиндр, изготовленный из латуни или специальных сталей, стойких к химическому воздействию измеряемой среды. Геометрические размеры термобаллона зависят от типа термометров и задачи измерения. Диаметр термобаллона находится в пределах от 5 до 30 мм, а его длина – от 60 до 500 мм. Капилляр, соединяющий термобаллон с манометрической трубкой, представляет собой медную или стальную трубку с внутренним диаметром 0,1 – 0,5 мм. Длина капилляра может быть до 60 м. медные капилляры имеют стальную защитную оболочку, предохраняющую их от повреждений при монтаже и эксплуатации.

Рис.3.1. Манометрический термометр: 1 – термобаллон, 2 – манометрическая часть, 3 – капиллярная трубка

 Манометрические термометры – достаточно простые устройства, позволяющие осуществлять автоматическую регистрацию измерений и возможность передавать их на большие расстояния. Выпускаются термометры с унифицированными пневматическими и электрическими сигналами. Достоинство этих термометров – возможность их использования во взрывоопасных объектах. К недостаткам относят необходимость частой проверки из-за возможной разгерметизации прибора и сложность ремонта, а так же довольно большие размеры термобаллона.
Газовые манометрические термометры предназначены для измерения температур от   до . Терометрическим веществом служит гелий или азот. Принцип работы основан на законе Шарля:
, где  и — конечная и начальная температуры;  и  — давление газа при температурах  и  соответственно;  — термический коэффициент давления ().
Для реальных систем эта линейная связь строго не сохраняется, т.к. с изменение температуры изменяется объем термобаллона и с изменением давления —  объем манометрической пружины, а также происходит массообмен между термобаллоном и капилляром.
Т.к. действие газового манометрического термометра основано на уравнении термодинамического равновесия идеального газа, то , отсюда , здесь объем соответствует сумме объемов термобаллона, капиллярной трубки и манометрической пружины: . Т.к. измерение температуры проводятся в условиях, когда температура помещения, где расположен термометр не соответствует градуировочной , то происходит температурное расширение капиллярной трубки и манометрической пружины: , где  — температурный коэффициент расширения соответствующего материала, из которого изготовлены капиллярная трубка (как правило, медь, ) и манометрическая пружина (сталь, , примем ).
Определим объем рабочей части манометрического термометра для двух условий:
а) при :
;
б) при ,  и :
.
Определим как изменяться показания термометра:
.
Т.о. показания изменяться в , что не существенно. Это связано с тем, что для максимальной линеаризации характеристики термометра необходимо, чтоб значение отношения  было минимально. В нашем случае оно: .