Для измерения температуры воды на входе и выходе водогрейного котла и , питательной воды, перегретого пара широко используются различные приборы. Эти приборы делятся на термометры для измерения температуры контактным методом и пирометры для измерения температуры бесконтактным методом. По принципу действия различают термометры расширения (жидкостные, манометрические и дилатометрические), термоэлектрические термометры, термометры сопротивления.
В применяются термометры расширения, принцип действия которых основан на свойстве тел под действием температур изменять свой объем и, следовательно, геометрические размеры.
Жидкостные стеклянные термометры являются показывающими приборами, устанавливаемыми по месту измерения. В качестве рабочих веществ используется ртуть и некоторые органические вещества: толуол, этиловый спирт, керосин.
Стеклянный жидкостный термометр состоит из резервуара 5 и стеклянного капилляра 4. Капилляр расположен вдоль шкалы 3, на которой нанесены отметки температуры в градусах Цельсия. Верхний конец капилляра закрыт. За верхней отметкой шкалы в капилляре оставлен запасной объем 1, заполненный инертным газом, который предохраняет прибор от повреждений при перегреве. Все детали термометра заключены в стеклянную защитную оболочку 2.
Жидкостные термометры имеют следующие пределы измерений: ртутные от -35 до +650°С, толуоловые от -90 до +200°С, керосиновые от-60 до +300°С, спиртовые от-80 до +70°С.
Для измерения температуры среды в трубопроводах, котлах, сосудах, находящихся под давлением, термометры устанавливают в защитных гильзах. Чтобы обеспечить хороший тепловой контакт, гильзу заполняют минеральным маслом.
Твердые вещества, как и жидкости, в зависимости от температуры меняют свои геометрические размеры. На тепловом расширении тел основан принцип действия дилатометрических термометров. Дилатометрические термометры не являются показывающими приборами, а используются, как правило, в схемах сигнализации и защиты. К приборам этого типа относятся температурные реле (ТР-200) и терморегулирующие устройства дилатометрические электрические (ТУДЭ).
Манометрические термометры состоят из баллона, размещаемого в месте измерения температуры, соединительной трубки (капилляра) и пружинного манометра. В баллоне находится газ или легкокипящая жидкость, давление которых передается в трубчатую пружину манометра. Шкала манометра проградуирована в градусах Цельсия.
На рисунке ниже показано устройство манометрического термометра.
Металлический термобаллон 1 соединен с помощью капилляра 2 с трубчатой пружиной манометра, стрелка которого показывает измеренную температуру. В зависимости от вещества, которым заполняется термобаллоп, манометрические термометры бывают газовые, конденсационные и жидкостные.
Действие электрического термометра сопротивления основано на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.
Чувствительный элемент сопротивления выполняют в виде спирали б из проволоки, намотанной на каркас 5 из изоляционного материала. Чувствительный элемент заключен в защитную оболочку 7, которая уплотнена керамической втулкой 3. На защитном чехле 4 имеется штуцер с резьбой, с помощью которого термометр устанавливается на трубопроводе или сосуде. С помощью соединительных проводов, проходящих через штуцер 10, термометр соединяется с вторичным прибором, измеряющим величину тока. Для этой цели используются логометры или автоматические уравновешенные измерительные мосты. На рисунке ниже показан общий вид логометра.
В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.
Принцип действия термоэлектрических термометров (термопар) основан на том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух проводников (например, хромель и копель или железо и копель и т. д.), возникает термоэлектродвижущая сила (ЭДС), если их горячий 5 и холодные 6 спаи имеют различную температуру. Изменение температуры рабочего спая вызовет соответствующее изменение ЭДС, воспринимаемой вторичным электрическим прибором, в качестве которого может использоваться милливольтметр. Значение ЭДС зависит от материала проводов и температуры горячего и холодного спаев. Обозначают термоэлектрические термометры первыми буквами электродов, например ТХК — термометр хромелькопелевый. Для устранения погрешностей в показаниях прибора к свободным концам присоединяют компенсационные провода, которые отводят в зону с постоянной и известной температурой. Компенсационные провода изготавливают из тех же материалов, что и термопары, или создающих такую же ЭДС.
Электроды обычно защищают фарфоровыми и стальными чехлами. В головке термопары электроды соединяются с компенсационными проводами. По внешнему виду термопары и термометры сопротивления похожи. С помощью термопар измеряют температуру в пределах от-50 до + 1300°С.
Пирометры используются, главным образом, при наладке и испытаниях котлов и в данном пособии не рассматриваются.