Термометры осевые
Термометры осевые: конструкция, применение и технические аспекты
Осевой термометр – это специализированный прибор для измерения температуры поверхности трубопроводов, технологических аппаратов, корпусов электрических машин и силового оборудования в энергетике и промышленности. Его ключевая особенность заключается в конструкции, при которой измерительный элемент (термобаллон) расположен на одной оси со штоком и защитной гильзой, а показания снимаются с циферблата, находящегося в верхней части прибора. Это обеспечивает компактный монтаж в условиях ограниченного пространства и высокую механическую прочность.
Конструктивные особенности и принцип действия
Осевые термометры относятся к классу механических (биметаллических) термометров. Их работа основана на свойстве биметаллической спирали или пластины, состоящей из двух прочно соединенных металлов с разным коэффициентом линейного расширения, деформироваться при изменении температуры. Эта деформация через систему кинематического механизма преобразуется во вращательное движение стрелки, указывающей на температуру по калиброванной шкале.
Основные компоненты осевого термометра:
- Термобаллон (чувствительный элемент): Цилиндрическая гильза, внутри которой размещена биметаллическая спираль. В осевой конструкции расположен соосно с корпусом.
- Шток (гильза, ножка): Полая металлическая трубка, соединяющая термобаллон с головкой. Обеспечивает защиту внутреннего механизма и служит элементом крепления.
- Головка (корпус): Содержит измерительный механизм, циферблат со шкалой и стрелку. Герметизирована для защиты от влаги и пыли. Часто имеет регулировочное кольцо для калибровки.
- Контактная втулка (монтажная гильза): Резьбовой элемент для установки термометра в подготовленное отверстие (бурт, гильзу) на объекте измерения. Стандартные резьбы: G½, G¾, M16x1.5, ½ NPT.
- Защитный колпачок: Прозрачная крышка (обычно из поликарбоната или стекла), закрывающая циферблат.
- Энергетика: Контроль температуры трубопроводов пара, горячей воды, конденсата на ТЭЦ, АЭС, котельных. Мониторинг нагрева корпусов трансформаторов, электродвигателей, турбин, подшипниковых узлов.
- Химическая и нефтегазовая промышленность: Измерение температуры на технологических линиях, емкостях, реакторах, насосных станциях.
- Судостроение и ЖКХ: Контроль систем отопления, вентиляции и судовых энергетических установок.
- Класс 1: Погрешность ±1% от диапазона измерения.
- Класс 1.5: Погрешность ±1.5% (наиболее распространенный).
- Класс 2.5: Погрешность ±2.5% (для задач, не требующих высокой точности).
- Место установки: Термометр должен устанавливаться в зоне с максимальным потоком среды. Следует избегать «мертвых зон». Для трубопроводов – монтаж в колене или на прямом участке против потока.
- Монтажная гильза (бурт): Обязательна для установки на трубопроводах под давлением. Гильза обеспечивает герметичность, позволяет демонтировать термометр без остановки процесса. Материал гильзы должен соответствовать параметрам среды.
- Глубина погружения: Чувствительный элемент должен полностью погружаться в измеряемую среду. Минимальная глубина – не менее 2/3 длины термобаллона.
- Направление оси: Осевой термометр рекомендуется устанавливать вертикально, циферблатом вверх, либо с отклонением не более 45°, чтобы минимизировать влияние гравитации на механизм.
- Усилие затяжки: При установке использовать динамометрический ключ в соответствии с паспортом прибора. Перетяжка может привести к деформации корпуса и заклиниванию механизма.
- Калибровка и поверка: Новые приборы должны иметь свидетельство о первичной поверке. В процессе эксплуатации необходима периодическая поверка в соответствии с регламентом предприятия (обычно раз в 2-4 года).
- Простота конструкции, высокая надежность и долговечность.
- Полная автономность – не требуют внешнего электропитания.
- Устойчивость к вибрациям и перегрузкам.
- Взрывобезопасное исполнение (исключает искрообразование).
- Удобство и наглядность считывания показаний.
- Относительно низкая стоимость владения.
- Запаздывание показаний (инерционность) по сравнению с электронными датчиками.
- Механическая уязвимость при сильных ударах.
- Ограниченная дистанция считывания (необходимость визуального контакта).
- Как правило, отсутствие возможности дистанционной передачи сигнала (хотя существуют модели с дополнительными контактами для сигнализации).
Области применения в энергетике и промышленности
Осевые термометры находят широкое применение благодаря своей надежности, автономности (не требуют питания) и стойкости к вибрациям.
Классификация и технические характеристики
Осевые термометры классифицируются по ряду ключевых параметров, которые определяют выбор для конкретной задачи.
1. По классу точности
Класс точности определяет максимально допустимую погрешность измерения.
2. По диапазону измеряемых температур
Диапазон выбирается исходя из рабочих условий. Стандартные диапазоны для биметаллических термометров:
| Диапазон, °C | Типовое применение |
|---|---|
| -60…+40 | Холодильные установки, низкотемпературные среды |
| 0…+100 | Системы ГВС, технологические воды |
| 0…+150 | Перегретая вода, масло, паровые системы низкого давления |
| 0…+300 | Пар, перегретые теплоносители, дымовые газы |
| 0…+400 | Высокотемпературные технологические процессы |
| 0…+500 | Специальные применения (выхлопные системы, печи) |
3. По материалу исполнения
Материалы определяют коррозионную стойкость и механическую прочность.
| Компонент | Материалы | Особенности и применение |
|---|---|---|
| Корпус (головка) | Алюминиевый сплав, нержавеющая сталь AISI 304/316, сталь с покрытием | Нержавеющая сталь – для агрессивных и взрывоопасных сред (Ex-исполнение). |
| Шток (гильза) | Нержавеющая сталь AISI 304, 316, 321 | AISI 316L – повышенная стойкость к кислотам и хлоридам. |
| Контактная втулка | Нержавеющая сталь, латунь | Латунь применяется в неагрессивных средах. |
| Чувствительный элемент | Биметалл на основе инвара и никель-хромового сплава | Обеспечивает стабильные характеристики в заявленном диапазоне. |
| Защитный колпачок | Поликарбонат, закаленное стекло, тритан | Поликарбонат – ударопрочный, тритан – стойкий к царапинам и химикатам. |
4. По диаметру корпуса (циферблата)
Влияет на удобство считывания показаний. Стандартные диаметры: 63 мм, 80 мм, 100 мм, 125 мм, 150 мм.
5. По длине погружной части (штока)
Длина погружной части (L) – критически важный параметр. Она должна быть не менее глубины монтажной гильзы или отверстия, чтобы термобаллон правильно воспринимал температуру среды. Стандартные длины: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300 мм и более.
Монтаж и эксплуатационные требования
Правильный монтаж – залог точных измерений и долговечности прибора.
Преимущества и ограничения осевых термометров
Преимущества:
Ограничения:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем осевой термометр отличается от радиального?
Основное отличие – угол между осью штока и осью циферблата. У осевого термометра они сонаправлены (0°), у радиального – перпендикулярны (90°). Осевые удобны для монтажа в ограниченном пространстве над трубой, радиальные – для монтажа сбоку, когда труба расположена на уровне глаз оператора.
Как правильно подобрать длину погружной части (штока)?
Длина погружной части (L) должна быть равна или превышать длину монтажной гильзы (бурта). Рекомендуется выбирать так, чтобы чувствительный элемент находился в центре потока измеряемой среды. Например, для трубопровода Ду100 с установленной гильзой длиной 100 мм необходим термометр с L=100 мм или 150 мм.
Можно ли установить осевой термометр без монтажной гильзы?
На трубопроводах и сосудах, работающих под давлением, установка без гильзы запрещена правилами безопасности. Гильза обеспечивает герметичность и позволяет производить замену прибора без остановки и разгерметизации системы. Исключение – измерения на открытых поверхностях оборудования (например, корпуса двигателей).
Что означает класс защиты IP на термометре?
Класс защиты IP (Ingress Protection) указывает на степень защиты корпуса от проникновения твердых тел и воды. Для промышленных термометров стандартом является IP65 (пыленепроницаемый и защищенный от струй воды) или IP67 (допускает кратковременное погружение в воду).
Как часто нужно проводить поверку термометров?
Межповерочный интервал (МПИ) устанавливается для конкретной модели при утверждении типа средств измерений и указывается в свидетельстве о поверке. Для большинства промышленных биметаллических термометров МПИ составляет 2-4 года. На объектах критической важности в энергетике интервал может быть сокращен внутренними регламентами.
Что делать, если стрелка термометра не двигается или показывает явно неверные значения?
Возможные причины: повреждение биметаллического элемента от перегрева выше верхнего предела шкалы, попадание влаги внутрь корпуса и коррозия механизма, механическая деформация штока, разгерметизация. Такой прибор подлежит демонтажу и отправке на ремонт/поверку в специализированную организацию. Самостоятельный ремонт не рекомендуется.
Существуют ли осевые термометры с возможностью передачи данных?
Да, существуют комбинированные модели. Помимо циферблата, они оснащаются дополнительным устройством: электрическим контактным устройством для сигнализации (одна или две уставки) или даже малогабаритным термопреобразователем сопротивления (например, Pt100), встроенным в термобаллон. Это позволяет одновременно вести локальный визуальный контроль и дистанционную передачу сигнала на АСУ ТП.
Заключение
Осевые биметаллические термометры остаются незаменимым инструментом для надежного и наглядного локального контроля температуры в энергетике и на промышленных предприятиях. Их выбор требует учета множества параметров: диапазона измерений, класса точности, длины погружения, материалов исполнения и условий монтажа. Правильный подбор, квалифицированная установка и соблюдение регламентов поверки обеспечивают длительную и безотказную работу этих приборов, способствуя безопасной и эффективной эксплуатации технологического оборудования.