Termòmetre de Tira Bimetàlica: Com Funciona i les Seves Aplicacions

Què és un termòmetre de tira bimetàl·lica?

Un termòmetre de tira bimetàl·lica és un dispositiu que utilitza el principi de l'expansió tèrmica diferent dels sòlids per mesurar la temperatura. Consisteix en dues tires metàl·liques (per exemple, acer i lató) amb coeficients d'expansió tèrmica diferents, que estan firmament unides entre elles al llarg de la seva longitud. Quan la tira bimetàl·lica es calenta o refreda, es corba o torça degut a l'expansió o contractació desigual de les dos metalls. La quantitat de corbament o torsió és proporcional al canvi de temperatura i es pot indicar amb un punter sobre una escala calibrada.

Els termòmetres de tira bimetàl·lica s'utilitzen ampliament en diverses indústries i aplicacions gràcies a la seva simplicitat, robustesa i baix cost. Poden mesurar temperatures des de menys de -100 °C fins a més de 500 °C, depenent dels materials i el disseny de la tira bimetàl·lica. També són dispositius totalment mecànics que no requereixen cap font d'energia ni circuit elèctric.

Com funciona un termòmetre de tira bimetàl·lica?

La estructura bàsica i el principi d'un termòmetre de tira bimetàl·lica es mostren a la figura següent. La tira bimetàl·lica consta de dues tires metàl·liques amb coeficients d'expansió tèrmica diferents, com l'acer i el lató. La tira d'acer té un coeficient d'expansió tèrmica inferior al lató, el que significa que es dilata o contracta menys que el lató per al mateix canvi de temperatura.

Figura: Estructura i principi d'una tira bimetàl·lica

Quan la tira bimetàl·lica es calenta, la tira de lató es dilata més que la tira d'acer, causant que la tira bimetàl·lica es corbi amb la banda de lató a l'exterior de la corba. Al contrari, quan la tira bimetàl·lica es refreda, la tira de lató es contracta més que la tira d'acer, causant que la tira bimetàl·lica es corbi amb la banda de lató a l'interior de la corba.

El corbament o torsió de la tira bimetàl·lica es pot utilitzar per moure un punter aturat a un extrem de la tira, que indica la temperatura en una escala calibrada. Alternativament, el corbament o torsió de la tira bimetàl·lica es pot utilitzar per obrir o tancar un contacte elèctric, que pot activar un sistema de control de temperatura o un dispositiu de seguretat.

Tipus de termòmetres de tira bimetàl·lica

Hi ha principalment dos tipus de termòmetres de tira bimetàl·lica disponibles al mercat: el tipus espiral i el tipus helicoidal. Ambdós tipus utilitzen una tira bimetàl·lica enrampada per augmentar la sensibilitat i la compactesa del dispositiu.

Termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus espiral

Un termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus espiral utilitza una tira bimetàl·lica que està envoltada en una espiral plana. L'extrem interior de la bobina està fixat a la carcassa, mentre que l'extrem exterior de la bobina està connectat a un punter. Com es mostra a la figura següent, quan la temperatura augmenta o disminueix, la bobina es torça més o menys, fent que el punter es mogui al llarg d'una escala circular.

Figura: Termòmetre bimetàl·lic (tipus espiral)

Un termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus espiral és simple i econòmic de fabricar i operar. No obstant això, té algunes limitacions, com:

• El quadrant i el sensor no estan separats, el que significa que tot el dispositiu ha de estar exposat al mitjà cuya temperatura s'ha de mesurar.

• La precisió i resolució del dispositiu depenen de la qualitat i uniformitat de la tira bimetàl·lica i la seva unió.

• El dispositiu pot ser afectat per xocs mecànics o vibracions que poden causar errors o danys.

Termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus helicoidal

Un termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus helicoidal utilitza una tira bimetàl·lica que està envoltada en una bobina helicoidal, similar a una molla. L'extrem inferior de la bobina està fixat a un eix, mentre que l'extrem superior de la bobina és lliure per a moure's. Com es mostra a la figura següent, quan la temperatura augmenta o disminueix, la bobina es dilata o contracta axialment, fent girar l'eix. La rotació de l'eix es pot transmetre a un punter a través d'un sistema de cremallera-i-palanca, que indica la temperatura en una escala lineal.

Figura: Termòmetre bimetàl·lic (tipus helicoidal)

Un termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus helicoidal té algunes avantatges sobre el tipus espiral, com:

• El quadrant i el sensor es poden separar utilitzant un tub capilar flexible, el que permet al dispositiu mesurar la temperatura en ubicacions remotes o inaccessibles.

• La precisió i resolució del dispositiu són superiors al tipus espiral degut a la major desplaçament i palanca de la bobina helicoidal.

• El dispositiu és menys susceptible a xocs mecànics o vibracions que poden afectar l'espiral.

Aplicacions dels termòmetres de tira bimetàl·lica

Els termòmetres de tira bimetàl·lica tenen una àmplia gama d'aplicacions en diversos camps i indústries, com ara:

• Dispositius de control de temperatura: Els termòmetres de tira bimetàl·lica es poden utilitzar per activar o desactivar un sistema de refrigeració o càlida quan la temperatura arriba a un valor preestablert. Per exemple, una tira bimetàl·lica es pot utilitzar per apagar una boulla d'aigua quan bull o per encendre un ventilador quan la temperatura de la sala és massa alta.

• Aire condicionat i refrigera: Els termòmetres de tira bimetàl·lica es poden utilitzar per mesurar i regular la temperatura en conductes d'aire, neveres, congeladors i altres dispositius de refrigeració o càlida. Per exemple, un termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus espiral es pot utilitzar en un termostàt d'aire condicionat per ajustar el flux d'aire segons la temperatura desitjada.

• Processos industrials: Els termòmetres de tira bimetàl·lica es poden utilitzar per monitorar i controlar la temperatura en diversos processos industrials, com la refinació d'oli, la vulcanització de pneumàtics, la soldadura a calor, el càlida per fil, i altres. Per exemple, un termòmetre de tira bimetàl·lica de tipus helicoidal es pot utilitzar en un cremador d'oli per regular el subministrament de combustible segons la temperatura de la flama.

• Mesura i indicació de temperatura: Els termòmetres de tira bimetàl·lica es poden utilitzar per mesurar i mostrar la temperatura de diversos mitjans, com líquids, gasos, sòlids i superfícies. Per exemple, un termòmetre de tira bimetàl·lica es pot utilitzar per mesurar la temperatura de l'aigua en una tuberia de càlida o la temperatura superficial d'un motor.

Els termòmetres de tira bimetàl·lica són adequats per a aquestes aplicacions perquè són:

• Simples i econòmics: Els termòmetres de tira bimetàl·lica tenen una estructura i disseny simples que són fàcils de fabricar i operar. No requereixen cap font d'energia ni circuit elèctric, el que redueix el cost i la manteniment del dispositiu.

• Robusts i duraders: Els termòmetres de tira bimetàl·lica estan fets de materials metàl·lics que són resistents a la corrosió, l'ús i els xocs. Pots suportar temperatures i pressions altes sense perdre la seva precisió o funcionalitat.

• Mecànics i analògics: Els termòmetres de tira bimetàl·lica