Термометры показывающие

Термометры показывающие: принципы действия, типы, применение и выбор в электротехнике и энергетике

Термометры показывающие (визуальные, стрелочные) – это класс контрольно-измерительных приборов, предназначенных для локального визуального контроля температуры на различных объектах энергетики, электротехники и промышленности. Их ключевая особенность – наличие шкалы и указателя (стрелки), которые в реальном времени отображают текущее значение температуры без необходимости использования внешних источников питания или сложных систем сбора данных. В условиях энергетических объектов, где критически важна надежность и оперативность контроля перегрева оборудования, эти приборы остаются незаменимыми благодаря своей автономности, устойчивости к электромагнитным помехам и долговечности.

Принцип действия и физические основы

Работа показывающих термометров основана на изменении физических свойств материалов при изменении температуры. В энергетике применяются преимущественно два принципа.

Биметаллический принцип

Чувствительным элементом является пластина или спираль, состоящая из двух прочно соединенных металлов с существенно разными коэффициентами линейного расширения (например, инвар и нихром). При нагреве один из слоев расширяется больше, чем другой, вызывая изгиб или раскручивание биметаллического элемента. Это механическое движение через систему передач напрямую преобразуется в угловое перемещение стрелки по калиброванной шкале. Основные достоинства: простота, высокая механическая прочность, полная независимость от источников питания.

Принцип действия на основе манометрической (жидкостной или газовой) системы

Система состоит из термобаллона, капиллярной трубки и трубчатой пружины (манометра), соединенных в герметичную систему, заполненную рабочей средой (жидкость, газ, парожидкостная смесь). Термобаллон, помещаемый в зону измерения, изменяет давление рабочего вещества при изменении температуры. Это давление по капилляру передается на манометрическую пружину, которая деформируется и через механизм перемещает стрелку. Длина капилляра может достигать десятков метров, что позволяет выносить индикаторную часть на расстояние от точки измерения.

Классификация и типы показывающих термометров

Термометры показывающие классифицируются по нескольким ключевым признакам, определяющим их применение.

По принципу действия

• Биметаллические. Диапазон измерения обычно от -70 до +600 °C. Класс точности: 1.0, 1.5, 2.5. Применяются для контроля температуры на корпусах электрических машин, в шкафах управления, на тепловых щитах.
• Манометрические. Диапазон зависит от заполнения: газовые (до +600 °C), жидкостные (до +300 °C), парожидкостные (до +200 °C). Класс точности: 1.0, 1.5. Используются для измерения температуры масла в трансформаторах, температуры теплоносителя в системах охлаждения генераторов.
• Дилатометрические. Основаны на разнице расширения стержня и корпуса. Менее распространены, применяются в сигнальных устройствах.

По типу монтажа и исполнению

• Осевые (радиальные). Стрелка выходит из оси, перпендикулярной плоскости циферблата. Монтаж с задним креплением.
• Радиальные. Стрелка выходит из оси, параллельной плоскости циферблата. Монтаж с нижним (килевым) креплением.
• Панельные (щитовые). Предназначены для встраивания в панели шкафов, пультов управления, щитов. Имеют стандартизированные корпусные размеры.
• Переносные. Компактные модели для периодического контроля (например, биметаллические термометры с щупом).

По степени защиты и климатическому исполнению

• Исполнение для помещений (обычное).
• Влагозащищенные и пылезащищенные (IP54, IP55). Для установки вне помещений или в цехах.
• Взрывозащищенные (Ex d, Ex ia). Для применения во взрывоопасных зонах (например, на объектах нефтегазовой отрасли, связанных с энергоснабжением).

Области применения в электротехнике и энергетике

Контроль температуры – ключевой фактор для предотвращения аварий и обеспечения ресурса оборудования.

Таблица 1. Применение показывающих термометров в энергетике

Объект контроля	Тип термометра	Место установки	Критическая температура (пример)
Силовые масляные трансформаторы	Манометрический, с выносным термобаллоном и капилляром длиной 3-10 м	Термометр на низковольтной стороне бака, термобаллон в кармане на крышке или погружен в масло	+95 °C (рабочая) / +105 °C (аварийная)
Электрические машины (двигатели, генераторы)	Биметаллический, панельный или корпусной	На корпусе статора, в подшипниковых щитах, на системах воздушного охлаждения	Зависит от класса изоляции (B: +130 °C, F: +155 °C)
Распределительные устройства (ячейки КРУ, КСО)	Биметаллический, панельный	На дверях шкафов, на шинных соединениях, на силовых выключателях	+70 °C (для контактов)
Силовые кабельные линии	Биметаллические с поверхностным креплением или инфракрасные (не показывающие в классическом виде)	На кабельных муфтах, в точках перехода, в тоннелях	+65 °C (для изоляции XLPE)
Системы охлаждения (теплообменники, градирни)	Манометрические или биметаллические, в коррозионностойком исполнении	На трубопроводах подачи и возврата охлаждающей воды/антифриза	Определяется технологическим регламентом

Критерии выбора показывающего термометра

Выбор прибора осуществляется на основе технических условий эксплуатации.

• Диапазон измерения. Рабочая температура должна находиться в пределах 2/3 шкалы для обеспечения наилучшей точности.
• Класс точности. Определяет допустимую погрешность. Для большинства энергетических применений достаточен класс 1.5. Для коммерческого учета или точных испытаний – 1.0.
• Присоединительные размеры. Резьба погружной гильзы (M10x1, G½, ¼ NPT) или диаметр корпуса для панельного монтажа.
• Длина капилляра и материал. Для манометрических термометров: длина должна быть достаточной без лишнего запаса (изгибы не должны быть меньше минимального радиуса). Материал – медь, нержавеющая сталь или с оплеткой в зависимости от агрессивности среды.
• Климатическое исполнение и степень защиты. Для наружной установки – не ниже IP54, УХЛ1 (для умеренного климата).
• Наличие контактов сигнализации. Встроенные электроконтактные группы (одна или две) позволяют организовать простейшую систему сигнализации перегрева или автоматического включения вентиляторов.

Монтаж, эксплуатация и поверка

Правильный монтаж определяет долговечность и точность прибора. Биметаллический термометр должен устанавливаться так, чтобы чувствительный элемент был полностью погружен в среду или имел хороший тепловой контакт с контролируемой поверхностью. При монтаже манометрического термометра запрещается скручивать, натягивать или подвергать ударным нагрузкам капиллярную трубку. Термобаллон должен быть установлен в гильзу с теплопроводной пастой для улучшения теплопередачи.

Эксплуатация требует периодического визуального контроля целостности, отсутствия залипания стрелки и паразитных вибраций. В рамках системы управления техническим обслуживанием (ТОиР) показывающие термометры подлежат периодической поверке в соответствии с межповерочным интервалом (обычно 2-5 лет). Поверка осуществляется методом сравнения с эталонным термометром в термостате или калибраторе.

Преимущества и недостатки по сравнению с электронными системами

Преимущества:

• Абсолютная энергонезависимость.
• Высокая надежность и устойчивость к электромагнитным импульсам, сетевым помехам.
• Длительный срок службы (до 10-15 лет и более).
• Низкая стоимость владения.
• Мгновенное визуальное считывание показаний без необходимости включения системы.

Недостатки:

• Отсутствие возможности дистанционной передачи данных в SCADA-систему (без дополнительных устройств).
• Ограниченная точность по сравнению с прецизионными электронными датчиками.
• Механическая уязвимость (стекло, стрелка, капилляр).
• Инерционность, особенно для манометрических систем с длинным капилляром.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается термометр биметаллический от манометрического в применении к трансформатору?

Биметаллический термометр часто используется для контроля температуры на поверхности бака или в верхних слоях масла (при установке в гильзу на крышке). Он проще и дешевле. Манометрический с погружным термобаллоном обеспечивает более точное измерение температуры масла в конкретной точке (например, в верхних слоях, где температура максимальна), так как чувствительный элемент непосредственно контактирует с средой. Для ответственных силовых трансформаторов предпочтительны манометрические термометры со встроенной сигнализацией.

Можно ли использовать показывающий термометр для записи показаний в систему АСКУЭ?

Непосредственно – нет, так как он не генерирует электрический сигнал. Однако существуют гибридные решения: показывающий термометр со встроенным потенциометрическим или токовым датчиком, который механически связан со стрелочным механизмом. Такие приборы одновременно показывают темперацию локально и формируют стандартный сигнал (4-20 мА, Pt100) для дистанционной передачи.

Что делать, если стрелка термометра залипла или показывает явно неверное значение?

В первую очередь, необходимо запланировать его замену, так как прибор неисправен. До замены можно использовать переносной инфракрасный пирометр или контактный термометр для оперативного контроля. Запрещается механически воздействовать на стрелку для ее «отпускания». Причинами неисправности могут быть: деформация биметалла из-за перегрева, разгерметизация манометрической системы, попадание влаги в корпус или износ механизма.

Как выбрать длину капилляра для манометрического термометра?

Длина должна быть достаточной для прокладки трассы от точки измерения до места установки индикаторной части с учетом всех изгибов и с небольшим технологическим запасом (0.5-1 м). Крайне нежелательно иметь излишнюю длину, свернутую в бухту, так как это может повлиять на точность. При прокладке избегайте острых перегибов (минимальный радиус изгиба указывается в паспорте, обычно не менее 30-50 мм).

Требуется ли поверка показывающих термометров, установленных на энергетическом оборудовании?

Да, обязательно. Термометры, используемые для контроля технологических параметров, влияющих на безопасность и режимы работы оборудования (температура трансформаторного масла, нагрева двигателей), являются средствами измерения и подлежат периодической поверке в аккредитованных лабораториях. Факт поверки подтверждается свидетельством или клеймом на приборе.

Заключение

Термометры показывающие остаются критически важным элементом в системе контроля состояния энергетического и электротехнического оборудования. Их роль – обеспечение надежного, непрерывного и независимого от внешних систем визуального мониторинга температуры в ключевых точках. Несмотря на развитие цифровых систем сбора данных, автономность, устойчивость к помехам и простота этих приборов гарантируют их применение в обозримом будущем. Правильный выбор типа, диапазона, исполнения и соблюдение правил монтажа и поверки позволяют максимально реализовать их потенциал для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с перегревом, и оптимизации сроков проведения профилактического обслуживания.