Двуслойен термометър: Как работи и неговите приложения

Какво е биметален термометър?

Биметалният термометър е устройство, което използва принципа на различното термично разширяване на твърдите вещества за измерване на температурата. Той се състои от две метални ленти (например стомана и месинг) с различни коефициенти на термично разширяване, които са здраво свързани по дължина. Когато биметалната лента е нагрята или охладена, тя се изкривява или завива поради неравномерното разширяване или съкращаване на двата метала. Степента на изкривяване или завиване е пропорционална на промяната в температурата и може да бъде показана от указател на калибрирана скала.

Биметалните термометри се използват широко в различни индустрии и приложения поради техната простота, устойчивост и ниска цена. Те могат да измерват температури от под -100 °C до повече от 500 °C, в зависимост от материалите и конструкцията на биметалната лента. Те са също така напълно механични устройства, които не изискват никакъв източник на енергия или електрическа верига.

Как работи биметалният термометър?

Основната конструкция и принципът на биметалния термометър са показани на фигурата по-долу. Биметалната лента се състои от две метални ленти с различни коефициенти на термично разширяване, като стомана и месинг. Стальнаята лента има по-нисък коефициент на термично разширяване от месинговата лента, което означава, че тя се разширява или съкращава по-малко от месинговата лента за една и съща промяна в температурата.

Фигура: Конструкция и принцип на биметалната лента

Когато биметалната лента е нагрята, месинговата лента се разширява повече от стоманената лента, причинявайки биметалната лента да се изкриви с месинговата страна външно на кривата. Напротив, когато биметалната лента е охладена, месинговата лента се съкращава повече от стоманената лента, причинявайки биметалната лента да се изкриви с месинговата страна вътрешно на кривата.

Изкривяването или завиването на биметалната лента може да се използва за движение на указател, прикрепен към единия край на лентата, който показва температурата на калибрирана скала. Альтернативно, изкривяването или завиването на биметалната лента може да се използва за отваряне или затваряне на електрически контакт, който може да активира системата за регулиране на температурата или защитно устройство.

Типове биметални термометри

На пазара съществуват основно два типа биметални термометри: спираловиден тип и хеликоиден тип. Двата типа използват свито биметално лентово устройство, за да увеличат чувствителността и компактността на устройството.

Спираловиден биметален термометър

Спираловидният биметален термометър използва биметална лента, която е обвита в плоска спиралова пружина. Вътрешният край на пружината е фиксиран към корпуса, докато външният край на пружината е свързан с указател. Както е показано на фигурата по-долу, когато температурата се повишава или понижава, пружината се изкривява повече или по-малко, причинявайки указателя да се движи по кръгова скала.

Фигура: Биметален термометър (спираловиден тип)

Спираловидният биметален термометър е прост и евтин за производство и използване. Обаче, той има някои ограничения, като:

• Диалът и сензорът не са разделени, което означава, че цялото устройство трябва да бъде изложено на средата, чиято температура трябва да бъде измерена.

• Точността и разрешителната способност на устройството зависят от качеството и равномерността на биметалната лента и нейното свързване.

• Устройството може да бъде засегнато от механични удари или вибрации, които могат да причинят грешки или повреди.

Хеликоиден биметален термометър

Хеликоидният биметален термометър използва биметална лента, която е обвита в хеликоидна пружина, подобна на пружина. Долната част на пружината е фиксирана към вал, докато горната част на пружината е свободна да се движи. Както е показано на фигурата по-долу, когато температурата се повишава или понижава, пружината се разширява или съкращава осево, причинявайки вала да се върти. Въртенето на вала може да бъде предадено към указател чрез система от колела и левери, която показва температурата на линейна скала.

Фигура: Биметален термометър (хеликоиден тип)

Хеликоидният биметален термометър има някои предимства пред спираловидния тип, като:

• Диалът и сензорът могат да бъдат разделени, използвайки гъвкава капиларна тръба, което позволява устройството да измерва температурата на отдалечени или труднодостъпни места.

• Точността и разрешителната способност на устройството са по-високи от спираловидния тип, благодарение на по-голямото разместване и механичното предимство на хеликоидната пружина.

• Устройството е по-малко подложено на механични удари или вибрации, които могат да засегнат спираловидния тип.

Приложения на биметалните термометри

Биметалните термометри имат широка област на приложение в различни области и индустрии, като:

• Устройства за контрол на температурата: Биметалните термометри могат да се използват за активиране или деактивиране на охлаждаща или нагреваща система, когато температурата достигне предварително зададена стойност. Например, биметална лента може да се използва за изключване на електрически чайник, когато водата закипи, или за включване на вентилатор, когато температурата в стаята е твърде висока.

• Вентилация и охлаждане: Биметалните термометри могат да се използват за измерване и регулиране на температурата в въздушни каналите, хладилници, замразители и други охлаждащи или нагреващи устройства. Например, спираловиден биметален термометър може да се използва в термостат за вентилация, за да регулира потока на въздуха според желаната температура.

• Индустриални процеси: Биметалните термометри могат да се използват за мониторинг и контрол на температурата в различни индустриални процеси, като рафиниране на масло, вулканизация на гуми, горещо паянтиране, нагреване с жички и други. Например, хеликоиден биметален термометър може да се използва в горивен резервоар, за да регулира доставката на гориво според температурата на пламъка.

• Измерване и индикиране на температурата: Биметалните термометри могат да се използват за измерване и показване на температурата на различни медии, като течности, газове, твърди вещества и повърхности. Например, биметален термометър може да се използва за измерване на температурата на водата в нагревателна тръба или на повърхността на двигател.