Термометры радиальные
Термометры радиальные: конструкция, применение и технические аспекты выбора
Термометры радиальные (или термометры с радиальным расположением шкалы) представляют собой класс биметаллических термометров, у которых ось циферблата расположена параллельно чувствительному элементу (спирали или биметаллической пружине), а соединение с ним осуществляется через поворотный механизм. Это определяет их ключевую особенность: шток (гильзу) прибора устанавливается непосредственно в точку измерения, а циферблат, благодаря угловому соединению, поворачивается на 90 градусов, обеспечивая удобный обзор показаний сбоку, в радиальном направлении от оси установки. Данная конструкция является оптимальной для монтажа на трубопроводах, резервуарах и технологическом оборудовании, где считывание показаний с торцевой части прибора (как у осевых моделей) затруднено или невозможно.
Принцип действия и конструктивные особенности
Основой работы радиального биметаллического термометра является физический принцип разницы коэффициентов линейного расширения двух разнородных металлов, прочно соединенных друг с другом. Чувствительный элемент, выполненный в виде спирали или винтовой пружины из биметалла, помещен в герметичный шток (гильзу). При изменении температуры контролируемой среды происходит деформация этого элемента. Его вращательное движение через передаточный механизм (ось, трибки) преобразуется в угловое перемещение стрелки на градуированном циферблате.
Конструктивно прибор состоит из следующих ключевых узлов:
- Чувствительный биметаллический элемент: Сердцевина прибора, определяющая точность и диапазон измерения. Изготавливается из прецизионных сплавов (например, инвар/нихром).
- Шток (гильза, погружная часть): Защитная оболочка, обеспечивающая механическую защиту чувствительного элемента и его контакт со средой. Материал – нержавеющая сталь (обычно AISI 304, 316), латунь или углеродистая сталь с покрытием. Имеет стандартизированную присоединительную резьбу (G½, M16x1.5, ¼” NPT и др.).
- Корпус циферблата: Защищает механизм от внешних воздействий. Выполняется из нержавеющей стали, алюминия или термопластов. Класс защиты – не ниже IP54 (пылевлагозащищенный), часто IP65.
- Поворотный механизм (угловое соединение): Узел, соединяющий шток с корпусом циферблата под углом 90° (радиальное исполнение). Обеспечивает возможность поворота циферблата после установки штока для оптимальной ориентации.
- Циферблат со шкалой и стрелкой: Шкала градуируется в °C или °F. Может иметь сигнальные метки или цветовые зоны. Стрелка и шкала должны быть четко видны с расстояния 1-2 метра.
- Кольцевое уплотнение (ободок): Герметизирует соединение стекла и корпуса, часто служит для фиксации стекла и предохраняет от несанкционированного доступа.
- Теплоэнергетика: Контроль температуры теплоносителя на подающих и обратных трубопроводах, в узлах ввода тепловых сетей, на байпасных линиях, расширительных баках.
- Химическая и нефтегазовая промышленность: Мониторинг температуры в технологических линиях, емкостях, колоннах, на насосных станциях. Исполнения из коррозионностойких материалов (AISI 316, с покрытием Halar) для агрессивных сред.
- ЖКХ и ЦТП: Контроль температуры в системах отопления и горячего водоснабжения на тепловых пунктах.
- Машиностроение и металлургия: Мониторинг температуры в системах гидравлики, смазки и охлаждения промышленного оборудования.
- Пищевая промышленность: Контроль температурных режимов в трубопроводах для транспортировки сырья и готовой продукции (в гигиеническом исполнении).
- Класс 1: Погрешность ±1% от диапазона шкалы.
- Класс 2: Погрешность ±2% от диапазона шкалы (наиболее распространен).
- Класс 0,5: Высокая точность, ±0,5%.
- Сигнализация: Наличие одного или двух контактов (микро- или магнитоуправляемых), замыкающих/размыкающих цепь при достижении заданной температуры.
- Корректировочное устройство: Возможность калибровки прибора на месте установки.
- Заполнение жидкостью: Заполнение корпуса глицерином или силиконовым маслом. Гасит вибрацию, предотвращает запотевание стекла, облегчает считывание при вибрации.
- Исполнение для высокого давления (до 100 бар и более): Усиленная конструкция штока и корпуса.
- Полная энергонезависимость и автономность.
- Высокая надежность и долговечность при правильном подборе.
- Устойчивость к перегрузкам, вибрации (особенно в жидкостном исполнении).
- Простота установки, обслуживания и интуитивно понятное считывание показаний.
- Относительно низкая стоимость.
- Широкий диапазон рабочих температур и давлений.
- Меньшая точность по сравнению с эталонными жидкостными стеклянными или современными цифровыми термометрами.
- Инерционность (время установления показаний может составлять от нескольких секунд до минут).
- Механическая уязвимость при сильных ударах.
- Невозможность дистанционной передачи данных (без опции сигнализации).
- Ограниченная применимость для точечного контроля в малых объемах из-за габаритов чувствительного элемента.
Сфера применения в энергетике и промышленности
Радиальные термометры находят повсеместное применение в системах, где необходим локальный визуальный контроль температуры без использования электроэнергии. Их надежность, автономность и устойчивость к электромагнитным помехам делают их незаменимыми.
Ключевые технические характеристики и параметры выбора
Выбор радиального биметаллического термометра осуществляется на основе анализа следующих параметров:
1. Диапазон измерения
Определяется рабочими температурами технологического процесса. Стандартные диапазоны: от -70…0°C до 0…600°C. Для энергетики наиболее востребованы диапазоны 0…120°C, 0…160°C, 0…200°C, 0…300°C.
2. Класс точности
Погрешность измерения, нормируемая стандартами (ГОСТ, EN 13190, ASME B40.3). Основные классы:
Например, для термометра 0…200°C класса 2 допустимая погрешность составит ±4°C.
3. Присоединительная резьба и длина погружной части (штока)
Длина погружной части (L) должна быть достаточной для того, чтобы чувствительный элемент находился в ядре потока измеряемой среды. Выбор зависит от диаметра и типа трубопровода/резервуара.
| Диаметр трубопровода (DN) | Рекомендуемая длина погружной части (L), мм | Стандартная присоединительная резьба |
|---|---|---|
| DN 15 — DN 25 | 50, 80, 100 | G½, M16x1.5, ¼» NPT |
| DN 25 — DN 50 | 100, 160 | G½, ¾» NPT |
| DN 50 — DN 100 | 160, 250 | G½, G¾ |
| Резервуары, воздуховоды | 250, 400, 630 | G½, G1 |
4. Материалы исполнения
| Компонент | Типовые материалы | Применение / Примечание |
|---|---|---|
| Корпус циферблата | Нержавеющая сталь AISI 304/316, черная сталь с покрытием, алюминий, ABS-пластик | AISI 316 – для агрессивных сред; пластик – для неагрессивных, бюджетных решений. |
| Шток (гильза) | Нержавеющая сталь AISI 304, 316, 321; латунь; сталь 20 с покрытием | Материал должен быть химически совместим с измеряемой средой. AISI 316L – универсальный выбор для энергетики. |
| Механизм | Латунь, нержавеющая сталь | Нержавеющая сталь повышает долговечность в условиях вибрации. |
| Стекло | Закаленное минеральное, поликарбонат | Поликарбонат более ударопрочен, но менее устойчив к царапинам. |
5. Диаметр корпуса циферблата
Влияет на удобство считывания показаний. Стандартные размеры: 63 мм, 80 мм, 100 мм, 125 мм, 150 мм. Для установки на высоте или в труднодоступных местах предпочтительны корпуса большего диаметра (100-150 мм).
6. Дополнительные опции
Монтаж, эксплуатация и поверка
Правильный монтаж критически важен для точности измерений. Шток должен быть погружен в среду на всю длину чувствительного элемента. При монтаже на трубопровод малого диаметра рекомендуется установка термометра в расширительную гильзу или карман, либо использование выносной гильзы. Установка производится с помощью штатной присоединительной резьбы, для герметизации применяются уплотнительные материалы (лента ФУМ, нить, паста), стойкие к рабочей температуре. После установки штока циферблат поворачивается в удобное для считывания положение и фиксируется.
Эксплуатация не требует специального обслуживания. Необходимо периодически визуально проверять целостность прибора и отсутствие запотевания стекла. Поверка осуществляется в соответствии с межповерочным интервалом (МПИ), который для биметаллических термометров обычно составляет 2-5 лет, в зависимости от условий эксплуатации и требований технологического регламента. Поверка проводится методом сравнения с эталонным термометром в жидкостных термостатах или суховоздушных печах в нескольких точках шкалы.
Преимущества и ограничения по сравнению с другими типами термометров
Преимущества:
Ограничения:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем основное отличие радиального термометра от осевого?
У радиального термометра ось циферблата параллельна штоку, а соединение выполнено под углом 90°, что позволяет повернуть циферблат для удобного обзора сбоку. У осевого термометра ось циферблата является продолжением оси штока, и считывание показаний происходит с его торца. Радиальное исполнение предпочтительнее для вертикальных или горизонтальных трубопроводов, где оператор смотрит на прибор сбоку.
Как правильно выбрать длину погружной части (штока)?
Длина должна быть такой, чтобы чувствительный элемент (расположенный на конце штока) находился в центре потока измеряемой среды. Для трубопроводов минимальная длина погружения должна быть не менее 40-50% от диаметра трубы, оптимально – 2/3. Для резервуаров длина выбирается исходя из конкретной точки контроля (верх, середина, низ). Нельзя допускать, чтобы шток выступал внутрь трубы менее чем на 10 мм.
Можно ли использовать радиальный биметаллический термометр для измерения температуры газовой среды?
Да, можно. Однако из-за низкой плотности и теплоемкости газа время установления показаний будет значительно больше, а точность может снижаться из-за теплообмена штока с окружающей средой. Рекомендуется выбирать модели с увеличенной длиной штока и, по возможности, устанавливать их в защитную гильзу, помещенную в поток.
Что означает класс точности 1.0 или 1.6? Как это пересчитать в градусы?
Класс точности (например, 1.0 или 1.6) указывает на допустимую приведенную погрешность в процентах от диапазона шкалы. Для пересчета в градусы: (X% (Tmax — Tmin)) / 100. Например, для термометра 0…200°C класса 1.6: (1.6 200) / 100 = ±3.2°C. Это означает, что в любой точке шкалы фактическая погрешность не должна превышать ±3.2°C.
Что дает заполнение корпуса глицерином?
Заполнение корпуса глицерином (или силиконовым маслом) решает три задачи: 1) Демпфирование: Гасит колебания стрелки при вибрации установки, облегчая считывание. 2) Защита от запотевания: Предотвращает конденсацию влаги на внутренней стороне стекла при перепадах температур. 3) Защита механизма: Создает барьер от коррозии и конденсации агрессивных паров внутри корпуса.
Как часто нужно проводить поверку термометров на энергетических объектах?
Межповерочный интервал (МПИ) устанавливается на основе опыта эксплуатации, рекомендаций производителя и требований отраслевых стандартов (РД, СО). Для биметаллических термометров, работающих на ответственных участках энергетических систем (например, на магистральных трубопроводах теплосетей), типичный МПИ составляет 2-4 года. Для менее ответственных участков допускается МПИ до 5 лет. Решение должно быть закреплено в локальных документах по метрологическому обеспечению предприятия.
Что делать, если стрелка термометра не возвращается к нулю после извлечения из среды?
Отсутствие возврата к начальному значению (например, к 0°C при комнатной температуре после измерения в холодной среде) свидетельствует о неисправности. Возможные причины: необратимая деформация биметаллического элемента из-за перегрева (температура выше верхнего предела шкалы), механическое повреждение механизма (изгиб оси, заедание), усталость материала. Такой прибор подлежит замене. Попытки самостоятельной регулировки, как правило, не приводят к восстановлению метрологических характеристик.