Основні характеристики, які повинні бути обов'язково наведені в технічній документації на рідинної термостат наступні:
- діапазон температур
- короткочасна стабільність (початок, середина і кінець діапазону)
- довготривала стабільність (початок, середина і кінець діапазону)
- однорідність температури в робочому обсязі (початок і кінець діапазону)
- точність виходу на задану температуру (при декількох температурах)
Крім того, в термостатах, що працюють в широкому діапазоні, для отримання максимальної стабільності, бажано, щоб була можливість нескладної перенастроювання параметрів регулювання, наприклад, діапазону регулювання, тому що для різних температур змінюються умови теплообміну і в'язкість рідини.
Зустрічаються випадки, коли технічні характеристики на термостат приведена лише одна цифра по стабільності і точності виходу на задану температуру. Треба мати на увазі, що це допустимо тільки у вузьких діапазонах температур і тільки для грубих термостатів. Якщо необхідно досягти стабільності в краще ± 0,02 ° С необхідно запросити у фірми-виробника графік вимірювання стабільності при декількох значеннях температури.
Всі перераховані вище характеристики термостата залежать від конструкції термостата, термостатирует рідини, точності регулятора температури.
Конструкції рідинних термостатів
Найпростіша конструкція - термостат з одним резервуаром, спіральним електронагрівачем всередині резервуара, мішалкою у вигляді пропелера, зануреного в той же резервуар. Як регулюючий термометра часто використовується ртутний контактний термометр. Такі термостати в великій кількості використовувалися і до сих пір використовуються в повірочних лабораторіях. Їх недолік - грубий закон регулювання за принципом включено-виключено, наявність вертикальних і горизонтальних градієнтів температур, як правило, недостатня глибина. Максимально досяжна стабільність становить для води ± 0,05 ° С, для масла - ± 0,2 ° С.
Удосконалення термостатів йде по шляху застосування сучасних регуляторів і датчиків температури, зміни конструкції резервуару і зміни принципу перемішування.
Одна з найбільш вдалих конструкцій - переливної термостат. Він має два резервуари, в одному з яких відбувається перемішування, в інший занурюються повіряти термометри. Рідина повинна переливатися з одного об'єму в іншій, створюючи безперервний вертикальний потік і практично ліквідуючи вертикальний градієнт температури.
Друга сучасна конструкція - термостат з двома резервуарами, розділеними гратами. Всередині одного резервуара безперервно працює мішалка з декількома пропелерами, розподіленими по глибині і перемішують різні горизонтальні шари рідини. Таким чином, вертикальний і горизонтальний градієнт зводяться до мінімуму.
Третій тип - термостати з насосами замість мішалок. Вони дуже добре зарекомендували себе з заповненням дистильованою водою або спиртом, але для масляних термостатів існує проблема забруднення насоса окислюється або полімерізіруется маслом. У термостатів з насосами може також спостерігатися деякий горизонтальний градієнт температури, через існування вертикальних потоків.
У конструкції важливо також продумати розташування нагрівачів і охолоджувачів. З огляду на, що потік тепла спрямовується вгору, хорошим варіантом є розташування нагрівального блоку в днище резервуара. Вбудований охолоджувач може також розташовуватися в днище або в стінці термостата, але іноді виконується у вигляді окремого охолоджувального змійовика, який можна вводити в термостат за бажанням і виводити з нього. Існують також термостати зі змійовиком, до якого подається рідина, охолоджена в іншому термостаті. Такі конструкції менш практичні і зазвичай не такі стабільні, як термостати з вбудованою системою охолодження.
Вибір рідини для термостата
Рідина залежить від необхідного діапазону температур.
Краща рідина - дистильована вода. Єдиний її недолік - обмежений діапазон температур - від 5 до 95 ° С. Всі інші характеристики перевершують інші можливі рідини. Воду можна часто міняти. Вона володіє мінімальної в'язкістю. У кожній лабораторії, що займається перевіркою повинен бути окремий водяний термостат, в який ніколи не заливається масло або інша рідина.
Є сучасні імпортні силіконові масла, що покривають великий діапазон від -80 до 350 ° С. Однак, крім дорожнечі такого масла, є ряд проблем, які роблять повсякденне використання масленого термостата економічно не вигідним. По-перше, масло змінює в'язкість, як правило, нижче 80 ° С стабільність термостата знижується. По-друге, після 100 ° С потрібно витяжна вентиляція, т. К. Пари масла випаровуються і шкодять здоров'ю людей. По-третє окислення, забруднення і перегрів масла ведуть до поступової його полімеризації і затвердіння, що може назавжди вивести термостат з ладу. Отже, масляний термостат слід якомога менший час використовувати, відразу вимикати після калібрування і завжди стежити за кольором масла. Найменше потемніння говорить про те, що починається полімеризація і необхідно замінити масло. Безумовно, масляний термостат необхідний в лабораторії для індивідуальної перевірки термометрів до 300 ° С, але час його включення повинно бути зведене до мінімуму.
Для низьких температур існує кілька прийнятних рідин. Однак, немає нічого кращого простого етилового спирту. Він не отруйний і не дуже дорогий. Використання метанолу дуже небезпечно, тому що це дуже шкідлива для здоров'я рідина, хоча додавши в етанол 5% води можна вийти на температуру мінус 100 ° С. Для температури до -30 ° С можна використовувати суміш етиленгліколю з водою у співвідношенні 1: 1. Хоча навіщо використовувати щось інше, якщо є спирт?
Відзначимо, що широко поширене масло ПМС-100 має кінематичну в'язкість 100 сСт, що в два рази вище вимог до в'язкості для імпортних рідин (від 10 до 50 сСт). Це створює перешкоди для отримання високої стабільності.
Ці термостати використовуються зазвичай в діапазоні від 300 до 550 ° С. У Росії вони практично не застосовуються. В іноземних повірочних лабораторіях - це широко використовується обладнання, особливо для повірки термометрів, які потребують високотемпературної градуировочной точки і термопар. Сіль поставляється в твердому вигляді у вигляді гранул і плавиться в самому термостаті. Сіль дуже гігроскопічна і для її зберігання необхідно підтримувати вологість не більше 50% і не допускати попадання води. Термометри занурюються в розплавлену сіль, і після повірки сіль може бути легко змита з них під струменем води. Після 400 ° С необхідна витяжна вентиляція. Тривала робота при температурі вище 450 ° С призводить до поступової зміни складу і руйнування солі. Необхідна періодична її заміна. Повірка термометрів в сольових термостатах економічно обгрунтована, тому що сіль не дорога. Досяжна стабільність температури ± 0,01 ° С при 550 ° С.
Застосування вирівнюючого блоку
Вирівнюючий блок підвищує теплову інерцію і покращує короткочасну стабільність температури. Однак, застосування блоку має ряд істотних недоліків.
По-перше, діаметр каналів в блоці повинен бути відповідним для термометрів різних типів, або необхідно мати кілька блоків під різні діаметри термометрів.
По-друге, канали блоку забруднюються маслом і необхідно їх очищати
По-третє, сам монтаж блоку в термостат доставляє незручності повірників
Стабільність температури в термостаті багато в чому залежить від вибору датчика і регулятора температури. Найнадійнішими датчиками вважаються мініатюрні платинові термометри опору з індивідуальної градуювання і малої інерційністю. Для температур від 0 до 100 ° С іноді використовуються термістори і кварцові термометри. Термістори мають ту перевагу, що не вимагають чьотирьох схеми включення. Термометри опору можуть працювати в більш широкому діапазоні температур, але часто виявляють гістерезис, тобто їх показання можуть відрізнятися при нагріванні і охолодженні термостата, що впливає на точність виходу на задане значення температури і на точність калібрування при використанні внутрішнього датчика термометра в якості зразкового. Термометри при тривалому використанні можуть мати дрейф індивідуальної градуювальної характеристики і іноді в термостатах передбачена можливість коригування коефіцієнтів внутрішнього термометра, за результатами його звірення з зразковим термометром, занурювані в термостат.
Сучасні регулятори температури далеко відійшли від простого «включено-виключено» і реалізують складний закон регулювання, параметри якого залежать від температури, інерційності термостата, в'язкості рідини і зазвичай старцюють на заводі-виробнику. Однак, якщо високоточний термостат призначений для широкого діапазону температур, в якому в'язкість рідини і умови теплообміну можуть змінюватися, то виробник повинен надати можливість для споживача змінювати параметри регулювання і рекомендувати потрібні для отримання максимальної стабільності значення.
Ознайомтеся з рідинними термометатамі з нашого каталогу >>>