Биметаллические термометры представляют собой надежные механические устройства, предназначенные для измерения температуры в различных промышленных системах. Их принцип работы основан на различии коэффициентов теплового расширения двух металлов, соединенных в пластину. При нагреве пластина изгибается, передавая движение на стрелку индикатора. Такие приборы широко применяются в трубопроводах благодаря простоте конструкции и отсутствию необходимости в источниках питания.

В трубопроводных системах контроль температуры критически важен для обеспечения безопасности и эффективности процессов. Например, в нефтегазовой отрасли отклонение температуры на 10–15 °C может привести к изменению вязкости жидкости или риску кристаллизации. Биметаллические термометры устанавливаются непосредственно на трубах или в гильзах, позволяя оперативно фиксировать значения от -50 °C до +600 °C в зависимости от модели. Их корпус обычно изготавливается из нержавеющей стали AISI 304 или AISI 316, что обеспечивает стойкость к коррозии в агрессивных средах.

Исторически биметаллические термометры появились в начале XX века и с тех пор эволюционировали в точные инструменты с классом точности 1,0 или 1,5 по ГОСТ 16920-93. Они не требуют калибровки в полевых условиях чаще одного раза в год, что снижает эксплуатационные затраты. В современных трубопроводах такие термометры интегрируются с системами SCADA для удаленного мониторинга.

Принцип действия и конструктивные особенности

Принцип действия биметаллического термометра заключается в использовании спиральной или пластинчатой биметаллической пружины. Два металла, такие как инвар (с низким коэффициентом расширения 1,2×10⁻⁶ К⁻¹) и латунь (18–20×10⁻⁶ К⁻¹), сплавлены в единую полосу. При изменении температуры пружина деформируется, вращая ось стрелки на циферблате с ценой деления 1–5 °C.

Конструкция включает чувствительный элемент длиной от 60 мм до 300 мм, погружаемый в среду. Диаметр корпуса варьируется от 63 мм до 160 мм, что позволяет выбирать модель под конкретный трубопровод. Защитная гильза изготавливается с резьбовым соединением G1/2″ или G3/4″, выдерживая давление до 25 МПа. Стрелка перемещается по шкале с углом обзора 270°, обеспечивая читаемость с расстояния до 5 метров.

В отличие от электронных аналогов, биметаллические термометры не подвержены электромагнитным помехам. Их инерционность составляет 10–30 секунд, что достаточно для большинства стационарных процессов. Материалы проходят испытания на вибрацию по ГОСТ 12997-84 с амплитудой до 2 мм и частотой 50 Гц.

Компания «СнабТула» занимается комплексными поставками промышленного, строительного и коммунального оборудования для предприятий и организаций различных сфер. На сайте snabtula.ru представлен широкий ассортимент продукции: запорная арматура, трубы и фитинги, приборы КИПиА, РТИ и АТИ, пожарное оборудование, спецодежда, метизы, полимеры, электроизоляционные материалы, а также хозинвентарь и сантехника. «СнабТула» обеспечивает своевременные поставки, гибкую ценовую политику и возможность отсрочки платежа постоянным клиентам, предоставляя все необходимое для бесперебойной работы предприятий и ЖКХ.

Преимущества применения в трубопроводах

Биметаллические термометры идеально подходят для трубопроводов благодаря механической прочности и долговечности. Срок службы достигает 10–15 лет при правильной эксплуатации. Они выдерживают температуру окружающей среды от -40 °C до +70 °C без потери точности. В химической промышленности такие приборы контролируют процессы с агрессивными жидкостями, где электронные датчики выходят из строя за 1–2 года.

Установка занимает не более 15 минут с использованием стандартного ключа. Нет необходимости в прокладке кабелей, что снижает затраты на монтаж на 30–50% по сравнению с термопарами. Класс защиты IP65 или IP67 гарантирует работу в условиях повышенной влажности или пыли. В нефтепроводах диаметром 300–1200 мм термометры фиксируют перепады температуры на участках длиной до 10 км.

Для повышения точности применяются модели с жидкостным заполнением корпуса, снижающим вибрацию стрелки. Диапазон измерений расширяется до 0–800 °C в специальных исполнениях с термостойкими сплавами. Такие термометры сертифицированы по ATEX для взрывоопасных зон класса 1 и 2.

Технические характеристики и модели

Современные биметаллические термометры предлагают разнообразие моделей для разных диаметров трубопроводов. Например, серия ТБ-63 имеет корпус 63 мм и погружную часть 100 мм, измеряя от -20 °C до +120 °C. Модель ТБ-100 с диаметром 100 мм охватывает диапазон до +500 °C при давлении 16 МПа.

1. Модель ТБП-160: Этот термометр предназначен для магистральных трубопроводов диаметром от 500 мм. Погружная гильза длиной 200 мм обеспечивает контакт с потоком на глубине 50–100 мм. Точность класса 1,0 позволяет фиксировать изменения с погрешностью не более 1% от шкалы. Корпус из AISI 316L выдерживает сероводородные среды в газопроводах. Установка осуществляется через фланцевое соединение DN50, с моментом затяжки 50 Н·м. В эксплуатации прибор показывает стабильность при скоростях потока до 5 м/с.
2. Модель ТБУ-100: Универсальная версия для технологических труб диаметром 50–200 мм. Диапазон измерений от 0 °C до 400 °C с ценой деления 2 °C. Защитная гильза с резьбой M27×2 выдерживает давление 40 бар. Стрелочный механизм с демпфированием маслом снижает колебания при турбулентности. Сервисный интервал составляет 12 месяцев, с поверкой по методике МИ 2418-97. В системах теплоснабжения такие термометры интегрируются с регуляторами расхода.

Дополнительные опции включают поворотный корпус на 360° и наклонную головку до 90°. Масса приборов варьируется от 0,3 кг для компактных моделей до 1,5 кг для промышленных. Все устройства соответствуют требованиям ТР ТС 012/2011 для взрывозащищенности.

Установка и эксплуатация

Монтаж биметаллического термометра начинается с выбора точки измерения на прямом участке трубопровода длиной не менее 5 диаметров до и после изгиба. Гильза погружается перпендикулярно потоку на глубину 1/3–1/2 диаметра трубы. Используется уплотнительная паста с температурой эксплуатации до 200 °C для герметичности соединения.

Перед вводом в эксплуатацию проводится визуальный осмотр на отсутствие механических повреждений. Поверка осуществляется эталонным термометром в водяной бане с точностью 0,1 °C. В процессе работы стрелка не должна касаться ограничителей при максимальной температуре. Очистка циферблата производится мягкой тканью без растворителей.

При температурах выше 300 °C рекомендуется термогильза с теплопроводностью не менее 15 Вт/(м·К). В системах с пульсациями давления применяются демпферы, снижающие амплитуду колебаний до 0,5 мм. Ремонт ограничивается заменой биметаллической пружины, стоимость которой составляет 10–15% от цены нового прибора.

Сравнение с другими типами термометров

По сравнению с жидкостными термометрами биметаллические устройства имеют меньшую инерционность – 15 секунд против 40–60 секунд. Они превосходят манометрические по диапазону до 600 °C при аналогичной точности. В отличие от термопар, не требуют компенсационных проводов длиной до 100 метров.

Электронные датчики PT100 обеспечивают точность 0,1 °C, но выходят из строя при температуре выше 150 °C без охлаждения. Биметаллические термометры работают автономно в диапазоне -70 °C до +600 °C. Стоимость эксплуатации ниже на 40% за счет отсутствия батарей и электроники.

В трубопроводах с диаметром менее 50 мм предпочтительны компактные модели с погружением 60 мм. Для криогенных систем применяются исполнения с удлиненной гильзой до 500 мм. Выбор зависит от скорости потока и агрессивности среды.

Заключение

Биметаллические термометры остаются востребованными в контроле температуры трубопроводов благодаря надежности и простоте. Их механическая конструкция обеспечивает работу в экстремальных условиях без дополнительных устройств. Правильный выбор модели и соблюдение правил монтажа гарантируют точные измерения на протяжении всего срока службы.

В перспективе развитие материалов позволит расширить диапазон до 1000 °C. Интеграция с цифровыми системами мониторинга повысит эффективность эксплуатации. Эти приборы продолжают играть ключевую роль в обеспечении безопасности промышленных процессов.

Вопрос-ответ

Вопрос 1. Каков основной принцип работы биметаллического термометра? Основной принцип работы биметаллического термометра основан на различии коэффициентов теплового расширения двух металлов, сплавленных в единую пластину или спираль. При нагреве металл с большим коэффициентом расширения (например, латунь с 18–20×10⁻⁶ К⁻¹) удлиняется сильнее, чем металл с низким коэффициентом (инвар с 1,2×10⁻⁶ К⁻¹), что вызывает изгиб пластины. Этот изгиб преобразуется в поворот стрелки на циферблате через механическую передачу.

Такая конструкция обеспечивает полностью автономную работу без источников питания и электроники. Инерционность прибора составляет 10–30 секунд, что достаточно для стационарных процессов в трубопроводах. При охлаждении пластина возвращается в исходное положение, обеспечивая обратный ход стрелки.

Вопрос 2. Какие диапазоны температур могут измерять биметаллические термометры в трубопроводах? Стандартные модели охватывают диапазон от -50 °C до +600 °C, в зависимости от исполнения чувствительного элемента и материалов. Например, серия ТБ-63 работает от -20 °C до +120 °C, а промышленные версии с термостойкими сплавами достигают +800 °C.

Для криогенных систем выпускаются исполнения от -70 °C. Верхний предел ограничен термостойкостью биметаллической пружины и защитной гильзы. При температурах выше 300 °C обязательна установка термогильзы с теплопроводностью не менее 15 Вт/(м·К).

Вопрос 3. Из каких материалов изготавливают корпус и гильзу термометра? Корпус обычно выполняется из нержавеющей стали марок AISI 304 или AISI 316, устойчивых к коррозии в агрессивных средах. AISI 316L применяется в сероводородных газопроводах благодаря повышенной стойкости к питтинговой коррозии.

Защитная гильза изготавливается из той же стали или из латуни для менее агрессивных сред. Толщина стенки гильзы составляет 1–2 мм, что обеспечивает механическую прочность при давлении до 25 МПа. Внутренняя поверхность полируется до Ra 0,8 мкм для минимизации налипания загрязнений.

Вопрос 4. Какой класс точности имеют биметаллические термометры по ГОСТ? По ГОСТ 16920-93 биметаллические термометры относятся к классам точности 1,0 или 1,5. Класс 1,0 означает, что максимальная погрешность не превышает 1 % от диапазона шкалы.

Например, для прибора 0–200 °C погрешность составит не более ±2 °C. Класс 1,5 допускает погрешность до 1,5 %. Такие значения достигаются за счет прецизионной сборки биметаллической пружины и калибровки на заводе-изготовителе.

Вопрос 5. Как часто требуется поверка биметаллических термометров? Межповерочный интервал составляет 12 месяцев для большинства моделей. Поверка проводится по методике МИ 2418-97 с использованием эталонного термометра в водяной или масляной бане.

В полевых условиях допускается ежегодная проверка на месте установки. При эксплуатации в агрессивных средах или при температурах выше 400 °C интервал может сокращаться до 6 месяцев. Протокол поверки включает три контрольные точки: нижний предел, середина и верхний предел шкалы.

Вопрос 6. Какие соединения используются для установки термометра в трубопровод? Наиболее распространены резьбовые соединения G1/2″, G3/4″ и M27×2. Для магистральных трубопроводов применяются фланцевые соединения DN50 или DN80 по ГОСТ 33259-2015.

Резьбовые гильзы монтируются с моментом затяжки 40–60 Н·м и уплотнительной пастой, выдерживающей температуру до 200 °C. Фланцевые исполнения позволяют демонтаж без опорожнения трубопровода.

Вопрос 7. Как влияет вибрация на работу биметаллического термометра? Приборы испытываются на вибрацию по ГОСТ 12997-84 с амплитудой до 2 мм и частотой 50 Гц. Допустимый уровень вибрации — 20 м/с².

Для снижения влияния турбулентности применяются модели с жидкостным заполнением корпуса (глицерин или силикон). Демпфирование уменьшает колебания стрелки до 0,5 мм при скоростях потока до 5 м/с.

Вопрос 8. В чем преимущество биметаллических термометров перед термопарами? Биметаллические термометры не требуют компенсационных проводов, прокладка которых может достигать 100 метров. Они работают автономно без источников питания.

Стоимость монтажа ниже на 30–50 %, так как отсутствует необходимость в кабельной инфраструктуре. Срок службы достигает 10–15 лет против 2–5 лет у термопар в агрессивных средах.

Вопрос 9. Как выбрать длину погружной гильзы? Длина гильзы выбирается так, чтобы чувствительный элемент находился в центре потока, на глубине 1/3–1/2 диаметра трубы. Минимальная длина — 60 мм для труб DN25, максимальная — 500 мм для криогенных систем.

Для труб диаметром 300–1200 мм рекомендуется погружение 200–300 мм. При скорости потока выше 3 м/с длина увеличивается на 50 мм для обеспечения репрезентативности измерения.

Вопрос 10. Можно ли использовать биметаллические термометры во взрывоопасных зонах? Да, приборы сертифицированы по ATEX для зон класса 1 и 2. Маркировка Ex ia IIC T4 Gb обеспечивает искробезопасность.

Корпус имеет класс защиты IP67 и выдерживает давление взрыва до 1,5 МПа. В нефтегазовой отрасли применяются в зонах с метаном, пропаном и сероводородом.

Вопрос 11. Как осуществляется монтаж термометра на трубопровод? Монтаж начинается с выбора прямого участка длиной не менее 5 диаметров до и после изгиба. Гильза устанавливается перпендикулярно потоку с использованием динамометрического ключа.

После установки проводится опрессовка соединения давлением 1,5 от рабочего. Время монтажа — не более 15 минут.

Вопрос 12. Какие модели подходят для трубопроводов диаметром 50–200 мм? Для таких диаметров оптимальна модель ТБУ-100 с погружной частью 100–150 мм. Диапазон измерений 0–400 °C, резьба M27×2.

Корпус диаметром 100 мм обеспечивает читаемость с расстояния до 5 метров. Масса прибора — 0,6 кг.

Вопрос 13. Как влияет скорость потока на точность измерений? При скоростях до 5 м/с влияние минимально. При турбулентности выше 3 м/с рекомендуется демпфирование маслом.

Погрешность возрастает на 0,5 % при скорости 10 м/с. Для газовых сред критическая скорость — 20 м/с.

Вопрос 14. Какие требования к обслуживанию термометра в эксплуатации? Ежемесячно проводится визуальный осмотр на предмет повреждений. Очистка циферблата — мягкой тканью без растворителей.

Замена уплотнений — раз в 2 года. Ремонт ограничивается заменой пружины стоимостью 10–15 % от цены прибора.

Вопрос 15. Как сравнить инерционность биметаллических и жидкостных термометров? Биметаллические термометры имеют инерционность 15 секунд против 40–60 секунд у жидкостных.

Это позволяет фиксировать изменения температуры с частотой до 1 раза в 20 секунд. В динамических процессах преимущество очевидно.

Вопрос 16. Какие опции доступны для улучшения читаемости показаний? Доступен поворот корпуса на 360° и наклон головки до 90°. Шкала с углом обзора 270°.

Возможно исполнение с подсветкой циферблата для темных помещений. Цена деления — 1–5 °C.

Вопрос 17. Как защитить термометр от перегрева выше 600 °C? Применяются термогильзы с теплопроводностью 15 Вт/(м·К) и длиной 300–500 мм.

Специальные сплавы позволяют работать до 800 °C. Обязательна тепловая изоляция корпуса.

Вопрос 18. Какие стандарты регулируют производство биметаллических термометров? ГОСТ 16920-93 определяет технические условия. ТР ТС 012/2011 — взрывозащищенность.

ГОСТ 12997-84 — испытания на вибрацию. ISO 9001 — система менеджмента качества.

Вопрос 19. Как интегрировать термометр с системами SCADA? Через контактные группы с переключающим контактом на заданной температуре.

Или через преобразователь 4–20 мА, устанавливаемый в головку прибора. Дальность передачи сигнала — до 1000 м.

Вопрос 20. Каков срок службы биметаллического термометра в трубопроводах? Срок службы составляет 10–15 лет при соблюдении условий эксплуатации.

Гарантийный срок — 24 месяца. Замена пружины продлевает ресурс на 5–7 лет.