Термометры ТБф

Термометры биметаллические ферромагнитные ТБф: устройство, принцип действия и применение в электроэнергетике

Термометры биметаллические ферромагнитные (ТБф) представляют собой класс показывающих приборов для измерения температуры поверхностей оборудования, преимущественно в электроэнергетике. Их ключевая особенность – сочетание биметаллического чувствительного элемента и ферромагнитной (магнитной) системы крепления, что обеспечивает простой монтаж на стальные и чугунные поверхности без дополнительного крепежа. Основное назначение – локальный контроль температуры силовых трансформаторов, реакторов, масляных выключателей, электродвигателей и другого энергетического оборудования в диапазоне, критически важном для диагностики его состояния.

Устройство и принцип действия термометров ТБф

Конструктивно термометр ТБф состоит из нескольких базовых узлов:

• Чувствительный элемент (биметаллическая спираль или пластина): Изготавливается из двух прочно соединенных металлов или сплавов с существенно разными коэффициентами линейного расширения (например, инвар и немагнитная сталь). При изменении температуры спираль изгибается или раскручивается.
• Механизм передачи перемещения: Система рычагов и трибко-секторного механизма, преобразующая малый изгиб биметалла в значительный поворот стрелки на шкале.
• Ферромагнитное (магнитное) основание: Основа корпуса прибора, оснащенная мощными постоянными магнитами или выполненная в виде магнитной подушки. Обеспечивает надежную фиксацию на контролируемой ферромагнитной поверхности.
• Корпус и защитное стекло: Защищают механизм от пыли, влаги и механических повреждений. Корпус, как правило, герметичен.
• Циферблат (шкала): Проградуирована в градусах Цельсия (°C).

Принцип действия основан на физическом свойстве биметалла. При нагреве слой металла с большим коэффициентом расширения удлиняется сильнее, чем слой с меньшим коэффициентом. Это вызывает изгиб всего элемента в сторону материала с меньшим расширением. Данное механическое перемещение через передаточный механизм вызывает отклонение стрелки по шкале. Ферромагнитное основание не участвует в измерении, а служит исключительно для крепления.

Основные технические характеристики и параметры

Термометры ТБф регламентируются стандартами ГОСТ 6651-2009 «Термометры биметаллические. Общие технические условия» и отраслевыми ТУ. Ключевые параметры представлены в таблице.

Параметр	Типовые значения / Описание
Диапазон измерений	От -60°C до +600°C. Наиболее востребованы в энергетике диапазоны: 0…+100°C, 0…+120°C, 0…+150°C (для трансформаторов, выключателей).
Класс точности	1,0; 1,5; 2,5. Для большинства задач контроля в энергетике достаточен класс 2,5.
Диаметр корпуса	100 мм, 120 мм, 150 мм, 160 мм. Наиболее распространен диаметр 100-150 мм.
Условное давление среды	Работоспособны при атмосферном давлении. Герметичность корпуса обеспечивает защиту от внешней среды.
Степень защиты (IP)	Не ниже IP54 (защита от пыли и брызг воды). Часто достигает IP65.
Магнитная сила крепления	Не менее 150-200 Н (15-20 кгс) для надежного удержания на вертикальной и горизонтальной поверхностях.
Рабочее положение	Любое. Конструкция механизма и магнитного крепления позволяет устанавливать прибор в любом пространственном положении.
Температура окружающей среды	От -40°C до +60°C (для работы самого прибора).

Область применения в электроэнергетике

Термометры ТБф являются штатными средствами контроля на многих видах электрооборудования:

• Силовые масляные и сухие трансформаторы: Контроль температуры верхних слоев масла (ТВМ) или температуры обмоток. Устанавливаются на специальный патрубок на крышке бака или на стенку контрольной трубы.
• Реакторы, дроссели: Мониторинг нагрева магнитопровода и обмоток.
• Масляные выключатели (баковые): Контроль температуры масла в баке выключателя.
• Электродвигатели средней и большой мощности: Установка на станину для контроля температуры корпуса в наиболее нагреваемых местах (подшипниковых щитах).
• Распределительные устройства (РУ) и силовые шины: Контроль температуры в точках соединений (на болтовых или сварных контактах).
• Дизель-генераторные установки (ДГУ): Контроль температуры кожуха, систем охлаждения.

Преимущества и недостатки термометров ТБф

Преимущества:

• Простота и надежность: Отсутствие источников питания и электронных компонентов обеспечивает высокую надежность и долговечность.
• Удобство монтажа и демонтажа: Магнитное крепление позволяет установить или перенести прибор за секунды без инструмента.
• Наглядность: Непрерывная визуальная индикация, не требующая интерпретации.
• Виброустойчивость: Механическая конструкция устойчива к вибрациям, характерным для энергооборудования.
• Независимость от источников питания: Работает без батареек или внешнего электропитания.
• Взрывобезопасность: Может использоваться во взрывоопасных зонах, так как не создает искр.

Недостатки:

• Ограниченная точность: По сравнению с современными электронными датчиками и пирометрами класс точности 1,5-2,5 считается невысоким.
• Запаздывание показаний (инерционность): Биметаллический элемент имеет значительную тепловую инерцию, что приводит к задержке в отображении быстрых изменений температуры.
• Локальность измерения: Измеряет температуру только в точке контакта основания. Не дает распределенной картины.
• Ограничение по материалу поверхности: Требует ферромагнитной (стальной, чугунной) основы для крепления. На алюминиевых, медных или изолированных поверхностях необходимы адаптеры.
• Механическая уязвимость: Удар или сильная вибрация могут повредить точную механику или сместить стрелку.
• Отсутствие дистанционной передачи данных: Не интегрируются в системы АСУ ТП без дополнительных средств (например, видеокамер).

Монтаж, эксплуатация и поверка

Монтаж: Перед установкой поверхность должна быть очищена от окалины, ржавчины и краски для обеспечения максимального контакта и магнитного сцепления. Прибор устанавливается на ровную или слегка криволинейную поверхность, соответствующую радиусу его основания. Для контроля температуры внутри аппарата (масла) термометр монтируется на гильзу (трубку), погруженную в среду. Важно обеспечить хороший тепловой контакт между гильзой и чувствительным элементом, часто для этого используют теплопроводную пасту.

Эксплуатация: В процессе эксплуатации необходимо периодически визуально проверять целостность стекла, корпуса и четкость показаний. Следует избегать механических воздействий на стрелку. При длительном использовании на сильно нагреваемых поверхностях возможна частичная потеря магнитных свойств основания.

Поверка: Термометры ТБф, используемые для учета и официального контроля технологических параметров, подлежат периодической поверке. Межповерочный интервал обычно составляет 2-4 года. Поверка осуществляется методом сравнения с показаниями эталонного термометра в жидкостных термостатах (термостатируемых ваннах) или суховоздушных печах в нескольких точках шкалы. По результатам поверки выдается свидетельство или на прибор наносится клеймо.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем термометр ТБф отличается от ТП?

ТП – термометр манометрический (дилатометрический), где чувствительным элементом является капиллярная трубка с термобаллоном, заполненная жидкостью или газом. Он измеряет температуру в удаленной точке (до 60 м), но сложнее в монтаже (необходимо крепить капилляр), менее виброустойчив и требует защиты капилляра. ТБф проще, надежнее для локального измерения, но не позволяет дистанционировать шкалу.

Можно ли использовать ТБф на алюминиевом корпусе оборудования?

Нет, напрямую нельзя, так как алюминий не является ферромагнетиком. В этом случае необходимо прикрепить к алюминиевой поверхности стальную пластину-адаптер (например, на винты или с помощью клея), а уже на нее устанавливать термометр ТБф.

Какова инерционность термометра ТБф?

Инерционность (время установления показаний) зависит от массы биметалла и конструкции. Для большинства моделей при скачке температуры время достижения 90% от конечного значения составляет от 30 секунд до нескольких минут. Это необходимо учитывать при оперативном контроле.

Допускается ли эксплуатация ТБф на поверхностях с температурой выше верхнего предела шкалы?

Категорически не допускается. Длительное воздействие температуры, превышающей верхний предел, приводит к необратимой деформации биметаллического элемента, потере упругих свойств и, как следствие, к выходу прибора из строя и значительной погрешности.

Что делать, если стрелка термометра не возвращается к начальному значению после остывания?

Это признак остаточной деформации биметалла. Причины: перегрев сверх предела, механический удар, старение материала. Такой термометр подлежит замене, так как его показания недостоверны. Ремонту и повторной настройке в условиях эксплуатации он не подлежит.

Как выбрать диапазон шкалы для трансформатора?

Исходят из максимально допустимой температуры для данного типа трансформатора (указана в паспорте или ПТЭ). Диапазон шкалы должен перекрывать рабочий диапазон так, чтобы рабочая температура находилась в средней трети шкалы. Например, для масляного трансформатора с нормальной температурой 90-95°C оптимален термометр с диапазоном 0…+150°C.

Заключение

Термометры биметаллические ферромагнитные ТБф остаются востребованным инструментом для локального визуального контроля температуры в электроэнергетике благодаря своей исключительной простоте, надежности и автономности. Несмотря на развитие цифровых систем мониторинга, они выполняют важную функцию резервного, дублирующего и оперативного средства диагностики состояния силового оборудования. Правильный выбор диапазона, класса точности, соблюдение правил монтажа и периодической поверки обеспечивают длительную и безотказную работу этих приборов, способствуя повышению общей надежности энергетических объектов.