Термометры осевые биметаллические типа БТ: конструкция, принцип действия и применение в электроэнергетике

Термометры осевые биметаллические типа БТ представляют собой класс показывающих приборов для измерения температуры поверхностей, преимущественно трубопроводов (пар, горячая вода, масло, другие технологические жидкости и газы) в энергетике, ЖКХ и промышленных установках. Их ключевая особенность – осевое (аксиальное) расположение биметаллического чувствительного элемента относительно корпуса, что определяет специфику монтажа и применения. Данные приборы относятся к приборам прямого действия, не требующим внешнего источника питания, и ценятся за надежность, простоту, наглядность и долговечность.

Принцип действия и конструктивные особенности

В основе работы термометра лежит физическое свойство биметаллической спирали или пластины, состоящей из двух прочно соединенных металлов с разными коэффициентами линейного расширения (например, инвар и немагнитная сталь). При изменении температуры измеряемой среды, теплота через защитную гильзу (трубку) передается на чувствительный элемент. Вследствие разного расширения слоев биметалл деформируется, изгибается или скручивается. Это механическое движение через кинематическую передачу (ось, трибко-секторный механизм) преобразуется во вращательное движение стрелки, которая указывает на значение температуры на проградуированной шкале.

Осевая конструкция (обозначаемая индексом «Т» в маркировке) подразумевает, что ось вращения стрелки и шток (гильза) термометра соосны, то есть расположены на одной прямой линии. Это отличает их от радиальных термометров (индекс «Р»), у которых ось стрелки перпендикулярна оси штока. Осевое исполнение часто предпочтительнее при ограниченном пространстве вокруг точки измерения, так как циферблат располагается прямо над точкой монтажа.

Полная расшифровка маркировки термометров БТ

Маркировка по ГОСТ 20490-75 «Термометры биметаллические. Технические условия» имеет следующий вид: БТ — ХХХ Х Х Х Х

• БТ – Термометр биметаллический.
• ХХХ – Диаметр корпуса (цифробуквенное обозначение). Примеры: 80, 100, 125, 160.
• Следующий символ – Исполнение по расположению циферблата относительно штока: «Т» – осевое.
• Следующий символ – Исполнение по материалу корпуса: «нж» – нержавеющая сталь, «сп» – сталь обычная, «а» – алюминий.
• Следующий символ – Исполнение по типу присоединения: «ж» – жесткое (жесткоприсоединяемый, т.е. с неподвижной гильзой), «у» – универсальное (с подвижной гильзой для регулировки глубины погружения).
• Последний символ – Длина погружаемой части (гильзы), L, в мм. Стандартный ряд: 63, 100, 125, 160, 200, 250 и более.

Пример: БТ-100Тнжу160 – Термометр биметаллический, диаметр корпуса 100 мм, осевое исполнение, корпус из нержавеющей стали, с универсальным (регулируемым) присоединением, длина погружаемой части 160 мм.

Технические характеристики и параметры выбора

Основные параметры, которые необходимо учитывать при подборе термометра типа БТ для конкретного применения:

Таблица 1. Основные технические характеристики термометров БТ

Параметр	Типовые значения / Описание	Примечание
Класс точности	1.0; 1.5; 2.5	Определяет допустимую основную приведенную погрешность в % от диапазона измерения. Для энергетики обычно требуется 1.0 или 1.5.
Диапазон измерения	От -40 до +600 °C	Выбирается исходя из рабочих параметров среды. Стандартные ряды: -40…+60°C, 0…100°C, 0…150°C, 0…200°C, 0…300°C, 0…400°C, 0…500°C, 0…600°C.
Диаметр корпуса	63, 80, 100, 125, 160 мм	Определяет размер шкалы и удобство считывания показаний с расстояния.
Присоединительная резьба гильзы	М16х1.5; G½; G¾; ½» NPT	Должна соответствовать резьбе в устанавливаемой гильзе (трубной бобышке) на трубопроводе.
Длина погружаемой части (L)	От 63 до 2000 мм	Критически важный параметр. Гильза должна погружаться в среду на глубину, достаточную для корректного измерения (обычно до оси трубопровода).
Рабочее давление	До 6.3 МПа (63 бар)	Зависит от прочности гильзы и корпуса. Указывается в паспорте.
Степень защиты	IP54, IP55	Защита от пыли и брызг воды.
Климатическое исполнение	У, УХЛ, Т	Для работы в умеренном, холодном или тропическом климате.

Монтаж и эксплуатация

Правильный монтаж – залог точных показаний и долгого срока службы. Для осевых термометров БТ необходимо соблюдать следующие правила:

• Выбор места установки: Устанавливать на прямых участках трубопровода, где обеспечено полное погружение гильзы в поток среды. Избегать мест за задвижками, после мест расширения или сужения, где поток турбулентный или может быть застой.
• Установка гильзы (бобышки): Термометр монтируется в специальную трубную бобышку (гильзу), приваренную или вваренную в трубопровод. Бобышка выполняет роль защиты чувствительного элемента от давления и коррозии, а также позволяет извлекать термометр без остановки процесса. Для осевого термометра бобышка должна быть ориентирована вертикально или с наклоном, чтобы ось прибора была в удобном для считывания положении.
• Глубина погружения: Чувствительный элемент (кончик гильзы термометра) должен находиться в центре потока среды. Минимальное погружение – не менее 40-50 мм для труб малого диаметра. На практике длину L выбирают так, чтобы конец гильзы доходил до центральной оси трубопровода.
• Герметизация: Резьбовое соединение термометра с бобышкой уплотняется с помощью термостойкого уплотнительного материала (лента ФУМ, графитовая набивка, асбестовый шнур) в зависимости от температуры среды.
• Калибровка и проверка: После монтажа рекомендуется проверить показания эталонным прибором. В процессе эксплуатации термометры должны проходить периодическую поверку в соответствии с регламентом предприятия и межповерочным интервалом (обычно 2-5 лет).

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами термометров

Преимущества:

• Автономность и энергонезависимость.
• Высокая надежность и механическая прочность.
• Простота конструкции, монтажа и обслуживания.
• Наглядность показаний, отсутствие необходимости в дополнительных устройствах для индикации.
• Устойчивость к вибрациям (по сравнению со стеклянными жидкостными).
• Длительный срок службы при правильной эксплуатации.
• Относительно низкая стоимость.

Недостатки:

• Инерционность (запаздывание показаний) выше, чем у термопар или термосопротивлений.
• Требуется визуальный контакт для снятия показаний, невозможность дистанционной передачи данных без дополнительных устройств (системы телеметрии на основе считывания изображения).
• Механическая система подвержена износу и может требовать юстировки.
• Ограниченная точность по сравнению с прецизионными электронными датчиками.
• Чувствительность к сильным механическим перегрузкам (ударам).

Сфера применения в энергетике и смежных отраслях

Термометры БТ осевые находят широкое применение на объектах, где требуется локальный визуальный контроль температуры:

• Тепловые электростанции (ТЭС): Контроль температуры пара на выходе из пароперегревателя, перед турбиной, в отборах; температура питательной воды, масел в системах смазки турбоагрегатов, температура конденсата.
• Котельные (промышленные и коммунальные): Измерение температуры теплоносителя (воды, пара) на выходе из котла, в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей.
• Тепловые пункты (ИТП, ЦТП): Контроль температуры в подающем и обратном трубопроводах систем отопления и ГВС.
• Промышленные установки: Трубопроводы с технологическими средами (газ, нефтепродукты, химические вещества в пределах допустимых диапазонов), системы обогрева.
• Судовая энергетика: Контроль температур в судовых силовых установках.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем осевой термометр (БТ) отличается от радиального (БР)?

Главное отличие – геометрия. У осевого (БТ) циферблат расположен параллельно оси штока (гильзы), стрелка движется как бы «на себя» или «от себя». У радиального (БР) циферблат перпендикулярен штоку, стрелка движется по плоскости, параллельной плоскости монтажной поверхности. Выбор зависит от удобства считывания показаний в конкретном месте установки. Осевые часто используют при верхнем или боковом монтаже, где пространство над трубой ограничено.

Как правильно выбрать длину погружаемой части (гильзы) L?

Длина L должна быть такой, чтобы чувствительный элемент (конец гильзы) находился в центре потока измеряемой среды. Для трубопровода необходимо знать его наружный диаметр и толщину стенки. Минимальная расчетная длина: L = (высота бобышки) + (1/2 диаметра трубопровода). На практике используют стандартные длины из ряда, выбирая ближайшее большее значение. Недостаточная длина погружения приводит к значительной погрешности из-за охлаждения конца гильзы.

Можно ли отремонтировать биметаллический термометр при сбое показаний?

Частично, да. Распространенные проблемы – запотевание стекла (требуется разборка и герметизация), люфт стрелки или ее залипание (возможна аккуратная юстировка механизма). Однако калибровку и ремонт чувствительного биметаллического элемента в полевых условиях выполнить невозможно. При значительном отклонении показаний или механическом повреждении гильзы прибор подлежит замене и отправке на специализированное предприятие для ремонта/поверки.

Как часто нужно проводить поверку термометров БТ?

Межповерочный интервал (МПИ) устанавливается для каждого типа приборов органом государственной метрологической службы и указывается в свидетельстве о поверке. Для большинства биметаллических термометров общего назначения МПИ составляет 2-3 года. На критически важных объектах энергетики (например, контроль пара высоких параметров) поверка может требоваться чаще – раз в 1-2 года, в соответствии с внутренними регламентами ПТЭ.

Что означает «универсальное присоединение» (индекс «у» в маркировке)?

Универсальное присоединение означает, что гильза термометра соединена с корпусом через подвижное резьбовое соединение (лабиринт). Это позволяет регулировать глубину погружения гильзы в пределах определенного диапазона (обычно 15-20 мм) после установки прибора в бобышку. Это удобно для точной настройки. В термометрах с жестким присоединением («ж») гильза неподвижна относительно корпуса, и глубина погружения фиксирована.

Какой класс точности необходим для контроля пара на турбине?

Для контроля основных технологических параметров пара (перед стопорными клапанами турбины, в камерах отборов) согласно отраслевым требованиям, как правило, применяют термометры с классом точности не ниже 1.0. Для менее ответственных измерений (например, общий контроль на коллекторе) допускается применение приборов класса 1.5.

Заключение

Термометры осевые биметаллические типа БТ остаются востребованным, проверенным временем средством для локального визуального контроля температуры в энергетике и промышленности. Их правильный выбор, основанный на анализе диапазона измерений, длины погружения, условий монтажа и эксплуатации, а также соблюдение правил установки и своевременной метрологической поверки, гарантируют получение достоверной информации о тепловом состоянии оборудования. Несмотря на развитие цифровых систем, простота и надежность этих приборов обеспечивают им стабильное место в комплексе средств контроля на объектах генерации и транспорта тепловой энергии.