CS259501B2 - Gas pressure thermometer - Google Patents

Description

Vynález se týká plynového tlakového teploměru, sestávajícího z ukazatele, z registrační nebo kontrolní části, a s nimi spojené uzavřené měřicí části, obsahující Bourdonovu trubici nebo pružinu, kapilární trubici, spojující plynovou nádrž s Bourdonovou trubicí nebo pružinou.

Podstatnou částí známého plynového teploměru je část měřicí. Plynová nádrž je současně výměníkem tepla a slouží i jako prvek registrující teplotu nebo jako snímač. Bourdonova trubice nebo pružina, je jak známo kovová součást o plochém průřezu, například eliptickém, nebo o průřezu pravoúhlém, která je ohnuta ze tří čtvrtin kruhu nebo může být svinuta do spirály nebo šroubovice. Když se tlak plynu v Bourdonově trubici nebo pružině zvýší, má tato trubice nebo pružina tendenci se roztahovat a dosáhnout kruhového průřezu odpovídajícímu zvětšenému objemu nebo při poklesu tlaku vykonávat pohyb opačný. Pohyb pružiny bude mít za následek posunutí volného konce trubice, který není spojen s trubicí kapilární. Tohoto pohybu je možno využít například к spojení Bourdonovy trubice nebo pružiny s Indikačním členem, například s ukazatelem opatřeným dílky, podle nichž se určuje velikost jevu způsobující změnu v tlakovém plynu, jinými slovy v daném případě pro měření změny teploty.

Kapilární trubice spojující plynovou nádrž s Bourdonovou trubicí nebo pružinou může být značně dlouhá, například 10 až 20 m, takže teploměr je možno konstruovat jako dálkový.

Při výrobě plynových tlakových teploměrů, alespoň jejich měřicích částí, obsahujících plyn o zvýšeném tlaku, se předpokládá, že jejich činnost musí vycházet ze zákona o plynech, platícího pro Ideální plyn o určité specifické hmotnosti a konstantním objemu, například podle rovnice P1/T2 = = P2/T2, čímž se dospěje к lineárnímu vztahu mezi změnou teploty a změnou tlaku. Bourdonova trubice nebo pružina mění při změně tlaku plynu objem, takže není shody mezi počátečním stavem plynového systému, který má stálý objem, čímž je silně nepříznivě ovlivněna měřicí přesnost. Mimoto změny v· okolní teplotě mají rovněž za následek změnu v objemu Bourdonovy trubice nebo pružiny a kapilární trubice, což řovněž nepříznivě ovlivňuje přesnost měření. Tento nepříznivý vliv na přesnost měření je možno odstranit tím, že se objem plynové nádrže ve srovnání s objemem kapilární trubice a Bourdonovy pružiny značně 'zvětší. U známých plynových tlakových teploměrů asi 1 procento, přičemž plynová nádrž má objem 50 až 100 cm³. Vzhledem к tomu, co bylo uvedeno, kombinace objemu plynové nádrže a kvantity je možno tlak plynu v měřicí části volit tak, že měřicí rozsah teploměru přes 270 obloukových stupňů není menší než 100 °C.

Požadovaná, poměrně velká kapacita známé plynové nádrže, nutná pro dosažení přesnosti měření, je jednak nevýhodou při manipulaci, jednak zužuje aplikační možnosti teploměru. Mimoto použití větší plynové nádrže je spojeno s pomalejší indikací, což je výsledkem její zvýšené kapacity. Činnost průmyslových teploměrů se zakládá na vlastnosti hmot roztahujících se vzrůstem teploty a naopak. Tento typ zahrnuje plynové tlakové teploměry a dále lihové teploměry, obsahující jako plnidlo buď organickou kapalinu, jako pentan, nebo rtuť u tak zvaných rtuťoocelových teploměrů. Vzhledem к tlaku plnicího média je pro menší stlačitelnost rtuti u rtuťoocelových teploměrů přípustný plnicí tlak asi do 17,5 MPa. Při použití organické kapaliny jako plnidla je však nutno plnit při menším tlaku než je tomu u rtuti, totiž 0,5 až 5 MPa, poněvadž tyto kapaliny jsou více stlačitelné než rtuť. Podle tohoto principu použitím plnicího 'média s větší stlačitelností při menším tlaku za plnění nebo s menším počátečním tlakem, je možno plnit při menším tlaku než 5 MPa, používá-li se jako plnicího média plynu. Tak je tomu u plynových teploměrů.

Přesnost měření se zvyšuje volbou velkého poměru objemu plynové nádrže vzhledem к Bourdonovu měřidlu a kapilární trubici, například 50 : 1. Průměi’ plynové nádrže může být například 20 mm a její délka 125 mm. Bylo dále zjištěno, že kapacita nádrže plnidla je u plynových tlakových teploměrů vůbec větší než u teploměrů lihových.

Běžný plynový tlakový teploměr musí mít určité vlastnosti, zejména objem plynové nádrže musí být vzhledem к objemu Bourdonova měřidla velký, aby se při měření teploty dosáhlo dostatečně veliké změny tlaku v Bourdonovu měřidlu, která by měla za následek dostatečně veliké přestavení tohoto měřidla. Myšlenka, z níž vyplývá toto řešení, plyne rovněž ze zákona o plynech, podle něhož účinek změny ve stavu plynu závisí také na kvalitě plynu. Aby se dosáhlo u plynových tlakových teploměrů dostatečně silné reakce na změnu teploty, bylo navrženo zvýšení množství plynu. U známých plynových tlakových teploměrů se proto zvětšuje objem plynové nádrže. Je znám plynový tlakový teploměr, jehož plynová nádrž obsahuje pevné látky, které při nižších teplotách pohlcují plyn a při vyšších teplotách plyn uvolňují, což se projevuje ve zvětšeném poměru tlak — teplota, a tím i v menších rozměrech nádrží, takže například u běžných plynových tlakových 'teploměrů má plynová nádrž objem asi 3 cm³, kdežto objem plynové nádrže u známých plynových teploměrů je asi 65 cm³. Tlak plynu v uvedeném teploměru je při asi 15 °C v závislosti na druhu plynu a po hlcování schopnosti použité látky asi 0,18 až 0,56 MPa.

U plynového tlakového teplo-měru dle vynálezu je na rozdíl od obvyklé koncepce, podle níž počáteční výška tlaku při teplotě prostoru 20 °C má být nízká, nikoli vyšší než 5 Mpa, je při teplotě prostoru 20 počáteční tlak plynu nejméně 10 MPa, takže plyn při vzrůstu izotermického tlaku je méně stlačitelný, čímž je dosaženo značně výhodných vlastností, jak bude dále uvedeno.

Podstatou vynálezu je, že počáteční tlak plynové náplně v uzavřené měřicí části je v prostoru o teplotě 20 °C nejméně 10 MPa. Plynovou náplň tvoří zpravidla; dusík, jehož počáteční tlak v uzavřené měřiči části je v prostoru o teplotě 20 °C nejméně 17,5 až 20 MPa.

Výhodou plynového teploměru podle vynálezu je, že je možno použít počátečních tlaků převyšujících 10 MPa, a používá-li se jako plnidla dusíku, převyšujících 17,5 MPa, aniž by tím byla ohrožena spolehlivost výkonu teploměru, například přesnost jeho měření, to jest asi 1 procento měřicího rozsahu, obvyklého u plynových tlakových teploměrů. Nejvyšší tlak přípustný pro měření teploty v měřicím prvku plynového teploměru podle vynálezu bude omezen pouze tím, že při vyšších teplotách plynové plhidlo se může rozptylovat v kovu, z něhož je vyroben měřicí prvek. Teploměr je však možno do jisté míry přetížit bez poškození měřicího prvku.

Vzhledem к velmi vysokému tlaku plynu v plynovém tlakovém potrubí postačí mnohem menší kapacita plynové nádrže nejen bez většího nepříznivého ovlivnění výkonu Bourdonovy trubice nebo· pružiny, nýbrž naopak s tak zlepšeným výkonem, že je možno dosáhnout podstatně užšího měřicího rozsahu na stupnici ukazatele plynového tlakového teploměru než je minimální měřicí rozsah 100 °C, který musí být zachován u plynových tlakových teploměrů.

Teploměry, které mají malý minimální měřicí rozsah, jsou zvláště důležité pro použití při přípravě a skladování konzumního zboží jako potravin, lahůdek, nápojů a podobně. I poměrně malý vzestup teploty může způsobit u tohoto druhu zboží jeho zhoršení a snížení chuti.

Dosud se užívalo v praxi pro kontrolu teploty v těch případech, kdy šlo o tento druh zboží, rtuťoocelových teploměrů, jelikož pouze tyto rtufoocelové teploměry je možno vyrábět s dostatečně malým nominálním měřicím rozsahem, který umožňuje s dostatečnou přesností kontrolu teploty ve velmi malém měřicím rozsahu. Používání rtuťového teploměru je však nežádoucí u spotřebního zboží vzhledem к nebezpečí znečištění při úniku rtuti.

U příkladného provedení plynového tlakového teploměru podle vynálezu má při jeho použití u spotřebního zboží počáteční tlak plynu hodnotu, při níž měřicí rozsah teploměru je 40 ^CC na stupnici 270 obloukových stupňů. Takovýto plynový tlakový teploměr může velmi vhodně nahradit rtuťoocelové teploměry, zvláště při jejich použití u shora zmíněného spotřebního zboží, což dosud nebylo možné.

Použití vysokého tlaku plynu se projevuje i značně velikou regulační silou Bourdonovy trubice nebo pružiny, takže plynový tlakový teploměr podle vynálezu mimo to, že se ho používá jako teploměru indikačního, může být také konstruován jako teploměr dálkový a je rovněž vhodný pro konstrukci teploměru registračního nebo kontrolního.

Plynový tlakový teploměr běžné konstrukce je znázorněn na připojeném výkresu znázorňujícím svislý řez tímto teploměrem.

Do neznázorněné plynové nádrže ústí kapilární trubice 1 spojená s Bourdonovou trubicí nebo pružinou 2. Na Bourdonovu trubici nebo pružinu 2 je napojeno přenosové ústrojí 3 s ukazatelem 4. Měřicí část plynového tlakového teploměru, to jest kapilární trubice 1, Bourdonova trubice nebo pružina 2 a přenosové ústrojí 3 jsou vzduchotěsně uzavřeny ve skříni 5. Plynový tlakový teploměr dále obsahuje neznázorněné registrační a kontrolní části. Na přední straně skříně 5 je stupnice, překrytá skleněnou deskou, jejímž účelem je ochrana proti přímému styku vnitřku skříně 5 s atmosférou.

Pokud jde o plyny, jichž se užívá к plnění, používá se к tomuto účelu obvykle dusíku vzhledem к jeho dostupnosti, způsobu plnění, nastavování a kalibrování plynových tlakových teploměrů. Jestliže je to nutné z hlediska přesnosti měření, provádí se kompenzace Bourdonovy trubice nebo pružiny 2 při změně objemu zahříváním nebo ochlazováním při měření nebo při změnách okolní teploty, pomocí dvojkovu.

Bourdonova trubice nebo pružina 2 je u plynového tlakového teploměru podle vynálezu vyrobena z kalené chrommolybdenové slitinové oceli, obsahující 0,25 až 0,30 procent uhlíku — C, 0,15 až 0,35 procent křemíku — Si, 0,50 až 0,70 procent manganu — Mn, méně než 0,030 procent fosforu — P, méně než 0,020 procent síry —S, 0,9 až 1,2 procent chrómu — Cr a 0,15 až 0,25 procent molybdenu — Mo.

Výhoda této slitiny spočívá v tom, že je možno ji kalit chlazením v oleji asi z 850 °C nebo ve vodě asi z 830 °C, přičemž se ponechává v chladicí teplotě, načež se popouští ohřevem po dobu nejméně půl hodiny při teplotě asi 400 °C. Zpravidla se kalení provádí ohřevem trvajícím po dobu 20 minut při 880 °C v neutrální atmosféře chlazení v oleji a popouštění po dobu 60 minut při 350 °C v neutrální atmosféře. U Bourdonovy pružiny nebo trubice 2 vyrobené z uvedeného materiálu je možno dosáhnout roz7 tažení asi 50 mm, jak je tomu u plynového tlakového plynoměru, jehož měřicí rozsah je 4 MPa, rozdělených na stupnici o 270 obloukových stupních a při počátečním tlaku asi 33 MPa. Mimoto takováto Bourdnova trubice nebo pružina 3 zcela vyhovuje i při tlaku plynu do asi 60 MPa. Bylo zjištěno, že použitím vysokého tlaku plynu a shora popsaného materiálu pro výrobu Bourdnovy trubice nebo pružiny 2 je možno získat řádně pracující plynové tlakové teploměry, jejichž plynové nádrže nemají větší objem než asi 1 cm³. S takovýmito malými plynovými nádržemi se značně rozšiřují, možnosti použití plynových tlakových teploměrů, neboť takovéto malé nádrže značně podporují rychlou přeměnu naměřené hodnoty na hodnotu číselnou.

Příkladné provedení teploměru podle vynálezu je teploměr číselný s dálkovým snímačem o těchto technických údajích:

měřící rozsah: nejmenší přípustná teplota:

maximální přípustná teplota:

průměr skříně: průměr stupnice: stupňování:

. . . 120 °C °C

120 °C

112 mm mm po jednom stupni Kelvinovy stupnice rozměry snímače: 0 12 X 145 mm materiál snímače: nerezavějící ocel (nerezavějící ocel výše uvedeného druhu, kalená ohřevem po dobu 20 minut při 880 stupňů Celsia v neutrální atmosféře, chlazení v oleji a popouštění po dobu 60 minut při teplotě 350 ^QC v neutrální -atmosféře) rozměry kapilární trubice: materiál kapilární trubice:

(nerezavějící ocel plynové plnidlo: počáteční tlak plnicího plynu: měřící přesnost:

2,5 a 1 890 mm nerezavějící ocel stejná jako u snímače) dusík

MPa + 1 procento celé stupnice

Tímto teploměrem byla provedena měření vodní lázně, jejíž teplota se postupně zvyšovala na 100 °C -a postupně byla opět snižována. Bylo dosaženo měřicích hodnot uvedených v tabulce.

Tabulka

Před přetížením

Po přetížení

Teplota okolí skutečná oprava 1 oprava 1 oprava 1

	teplota	před odměrem	po odměru	před odměrem	po odměru	před odměrem	ipo odměru
	°c			Kelvinovy stupně К
	20	4-0,45		0,0	0,0	+0,55	+0,15
	30	+0,35		-0,65	-0,65
ohřev	40	+0,40	4-0,15	+0,6	—0,3	+0,8	+0,6
	60			+0,2	+0,1	4-0,5	+0,3
	80			+1,1	+1,0	+0,3	+'0,1
	100			+o,3	+0,2	0,0	-0,1
	80			-0,1	0,0	-0,1	—0,1
	60			—0,3	0,0	-0,1	+0,2
chlazení	40			+0,1	+0,3	. +0,2	+0,3
	30			—0,3	-0,1
	20	—0,35	+0,15	—0,3	-0,2	+0,1	+0,4
	0			-0,2	-0,1	-0,4	0,0

1) Skutečná teplota = indikovaná hodnota oprava

Tato šetření dokazují, že přesnost přístroje je v mezích + 1 procento.

Claims (2)

1. Plynový tlakový teploměr, sestávající z ukazatele, z registrační nebo kontrolní částí a s nimi spojené uzavřené měřicí části, obsahující Bourdonovu trubici či pružinu a kapilární trubici spojující plynovou nádrž s Bourdonovou trubicí či pružinou, vyznačující se tím, že počáteční tlak plynové ná plně v uzavřené měřicí části je v prostoru o teplotě 20 °C nejméně 10 MPa.

2. Plynový tlakový teploměr podle bodu 1 vyznačující se tím, že počáteční tlak v uzavřené měřicí části je v prostoru o teplotě 20 °C nejméně 17,5 -až 20 MP-a,, je-li plynová náplň tvořena dusíkem.