Bimetallic Strip Termometer: Hvordan det fungerer og dets anvendelser
Hvad er et Bimetallisk Strip Termometer?
Et bimetallisk strip termometer er en enhed, der bruger principperne om forskellige varmeudvidelser af faste stoffer til at måle temperatur. Det består af to metalstriber (f.eks. stål og messing) med forskellige koefficienter for termisk udvidelse, som er solidt forbundet langs deres længde. Når bimetalliske striber opvarmes eller afkøles, bukker eller drejer de på grund af den ulige udvidelse eller kontraktion af de to metaller. Mængden af bukning eller drejning er proportional med temperaturændringen og kan indikeres ved en pegepind på en kalibreret skala.
Bimetalliske strip termometre anvendes bredt i forskellige industrier og applikationer på grund af deres enkelhed, robusthed og lave omkostninger. De kan måle temperaturer fra under -100 °C til mere end 500 °C, afhængigt af materialerne og designet af bimetalliske striber. De er også fuldt mekaniske enheder, der ikke kræver nogen strømkilde eller elektronisk kredsløb.
Hvordan fungerer et Bimetallisk Strip Termometer?
Den grundlæggende struktur og princippet bag et bimetallisk strip termometer vises i figuren nedenfor. Bimetalliske striber består af to metalstriber med forskellige koefficienter for termisk udvidelse, såsom stål og messing. Stålstriben har en lavere koefficient for termisk udvidelse end messingstriben, hvilket betyder, at den udvider eller kontraherer mindre end messingstriben for samme temperaturændring.
Figur: Struktur og princip for et bimetallisk strip
Når bimetalliske striber opvarmes, udvider messingstriben mere end stålstriben, hvilket får bimetalliske striber til at bukke med messingsiden på den ydre side af kurven. Omvendt, når bimetalliske striber afkøles, kontraherer messingstriben mere end stålstriben, hvilket får bimetalliske striber til at bukke med messingsiden på den indre side af kurven.
Bukningen eller drejningen af bimetalliske striber kan bruges til at flytte en pegepind, der er fastgjort til en ende af striben, hvilket indikerer temperaturen på en kalibreret skala. Alternativt kan bukningen eller drejningen af bimetalliske striber bruges til at åbne eller lukke en elektrisk kontakt, som kan udløse en temperatur kontrolsystem eller en sikkerhedsenhed.
Typer af Bimetallisk Strip Termometer
Der findes hovedsagelig to typer bimetalliske strip termometre på markedet: spiraltype og spiretype. Begge typer bruger en rullet bimetallisk strip for at øge følsomheden og kompaktheden af enheden.
Spiraltype Bimetallisk Termometer
Et spiraltype bimetallisk termometer bruger en bimetallisk strip, der er rullet ind i en flad spiral. Den indre ende af spolen er fastgjort til huset, mens den ydre ende af spolen er forbundet med en pegepind. Som vist i figuren nedenfor, når temperaturen stiger eller falder, drejer spolen mere eller mindre, hvilket får pegepinden til at bevæge sig langs en cirkulær skala.
Figur: Bimetallisk termometer (spiraltype)
Et spiraltype bimetallisk termometer er enkelt og billigt at producere og operere. Dog har det nogle begrænsninger, såsom:
Skiven og sensoren er ikke adskilt fra hinanden, hvilket betyder, at hele enheden skal være udsat for medium, hvis temperatur skal måles.
Præcisionen og opløsningen af enheden afhænger af kvaliteten og uniformiteten af bimetalliske striber og dens forbindelse.
Enheden kan blive påvirket af mekaniske chok eller vibrationer, der kan forårsage fejl eller skade.
Spiretype Bimetallisk Termometer
Et spiretype bimetallisk termometer bruger en bimetallisk strip, der er rullet ind i en spire, ligesom en fjeder. Den nedre ende af spolen er fastgjort til en akse, mens den øvre ende af spolen er fri til at bevæge sig. Som vist i figuren nedenfor, når temperaturen stiger eller falder, udvider eller kontraherer spolen axielt, hvilket får aksen til at rotere. Rotationen af aksen kan overføres til en pegepind gennem en tandhjuls-haandhejs-system, som indikerer temperaturen på en lineær skala.
Figur: Bimetallisk termometer (spiretype)
Et spiretype bimetallisk termometer har nogle fordele sammenlignet med spiraltypen, såsom:
Skiven og sensoren kan adskilles fra hinanden ved hjælp af en fleksibel kapillær-rør, hvilket gør det muligt for enheden at måle temperaturen i fjerne eller utilgængelige steder.
Præcisionen og opløsningen af enheden er højere end spiraltypen pga. den større forskydning og hejsningsstyrke af spiralen.
Enheden er mindre følsom over for mekaniske chok eller vibrationer, der kan påvirke spiraltypen.
Anvendelser af Bimetalliske Strip Termometre
Bimetalliske strip termometre har en bred anvendelsesområde i forskellige felter og industrier, såsom:
Temperaturkontrol-enheder: Bimetalliske strip termometre kan bruges til at aktivere eller deaktivere en køling eller opvarmningssystem, når temperaturen når en forudindstillet værdi. For eksempel kan en bimetallisk strip bruges til at slukke en elektrisk kande, når vandet koger, eller til at tænde en ventilator, når rumtemperatur er for høj.
Klimaanlæg og køling: Bimetalliske strip termometre kan bruges til at måle og regulere temperaturen i luftkanaler, køleskabe, fryseskabe og andre kølings- eller opvarmningsenheder. For eksempel kan et spiraltype bimetallisk termometer bruges i et termostat til klimaanlæg til at justere luftstrømmen i henhold til den ønskede temperatur.
Industrielle processer: Bimetalliske strip termometre kan bruges til at overvåge og kontrollere temperaturen i forskellige industrielle processer, såsom olie-raffinering, dekk-vulkanisering, varm-soldering, varm-tråd-opvarmning og andre. For eksempel kan et spiretype bimetallisk termometer bruges i en oliebrænder til at regulere brændstofleveringen i henhold til flammen's temperatur.
Temperaturmåling og indikation: Bimetalliske strip termometre kan bruges til at måle og vise temperaturen af forskellige medier, såsom væsker, gasser, faste stoffer og overflader. For eksempel kan et bimetallisk strip termometer bruges til at måle vandtemperaturen i en opvarmningsrør eller overfladetemperaturen af en motor.
Bimetalliske strip termometre er egnet til disse anvendelser, fordi de er:
Enkle og billige: Bimetalliske strip termometre har en enkel struktur og design, der er let at producere og operere. De kræver ingen strømkilde eller elektronisk kredsløb, hvilket reducerer omkostningerne og vedligeholdelsen af enheden.
Robuste og holdbare: Bimetalliske strip termometre er lavet af metalmaterialer, der er resistente over for korrosion, slid og chok. De kan klare høje temperaturer og tryk uden at miste præcisionen eller funktionaliteten.
Mekaniske og analoge: Bimetalliske strip termometre er mekaniske enheder, der producerer en analog output, der er direkte proportional med temperaturændringen. De behøver ingen kalibrering eller justering, og de påvirkes ikke af elektromagnetisk støj eller støj.
