Kaksimetallinen nauhatemppari: Toimintaperiaate ja sovellukset

Mikä on bimetallinen termometri?

Bimetallinen termometri on laite, joka käyttää eri materiaalien eri lämpölaajenemisten periaatetta lämpötilan mittaamiseen. Se koostuu kahdesta metallilevystä (esimerkiksi terästä ja pronssia) eri lämpölaajenemuskerroin, jotka on vahvasti yhdistetty toisiinsa pituudeltaan. Kun bimetallinen leveys lämpenee tai jäähtyy, se taipuu tai kääntyy eri aineiden epätasaisen laajenemisen tai tiivistymisen vuoksi. Taipumisen tai kääntymisen määrä on verrannollinen lämpötilamuutokseen ja sitä voidaan ilmaista osoittimen avulla kalibroidulla mittakaavalla.

Bimetalliset termometrit ovat laajalti käytössä eri teollisuudenaloilla ja sovelluksissa niiden yksinkertaisuuden, kestävyyden ja alhaisen hinnan vuoksi. Ne voivat mitata lämpötiloja -100 °C alkaen yli 500 °C asti, riippuen materiaaleista ja bimetallisen leveyden suunnittelusta. Ne ovat myös täysin mekaanisia laitteita, jotka eivät vaadi mitään sähkölähdettä tai sähköistä piiriä.

Miten bimetallinen termometri toimii?

Bimetallisen termometrin perusrakenne ja periaate näkyvät alla olevassa kuvassa. Bimetallinen leveys koostuu kahdesta metallilevystä, joilla on erilaiset lämpölaajenemuskerroin, kuten teräs ja pronssi. Teräksen lämpölaajenemuskerroin on pienempi kuin pronssin, mikä tarkoittaa, että se laajenee tai tiivistyy vähemmän kuin pronssi samassa lämpötilamuutoksessa.

Kuva: Bimetallisen leveyden rakenne ja periaate

Kun bimetallinen leveys lämpenee, pronssileveys laajenee enemmän kuin teräsin leveys, mikä aiheuttaa bimetallisen leveyden taipuvan pronssipuolen ulkopuolelle. Vastaavasti, kun bimetallinen leveys jäähtyy, pronssileveys tiivistyy enemmän kuin teräsin leveys, mikä aiheuttaa bimetallisen leveyden taipuvan pronssipuolen sisäpuolelle.

Bimetallisen leveyden taipuminen tai kääntäminen voidaan käyttää siirtämään osoitin, joka on kiinnitetty leveyden toiselle päässä, mikä ilmaisee lämpötilan kalibroidulla mittakaavalla. Vaihtoehtoisesti bimetallisen leveyden taipuminen tai kääntäminen voidaan käyttää avaamaan tai suljettamaan sähköinen yhteys, mikä voi aktivoida lämpötilan ohjaussysteemin tai turvalaitteen.

Bimetallisten termometrien tyypit

Markkinoilla on pääasiassa kaksi bimetallisen termometrin tyyppiä: spiraalinen ja helikaalis. Molemmat tyypit käyttävät kiertävää bimetallista leveyttä lisätäkseen laitteen herkkyyttä ja kompaktisuutta.

Spiraalinen bimetallinen termometri

Spiraalinen bimetallinen termometri käyttää bimetallista leveyttä, joka on kierretty tasaiseen spiraaliin. Sisäinen pää on kiinnitetty koteloon, kun taas ulkopuolinen pää on yhdistetty osoittimeen. Kuten alla olevassa kuvassa näkyy, kun lämpötila nousee tai laskee, kierros taipuu enemmän tai vähemmän, mikä aiheuttaa osoittimen liikkumisen ympyrämuotoisella mittakaavalla.

Kuva: Bimetallinen termometri (spiraalinen)

Spiraalinen bimetallinen termometri on yksinkertainen ja edullinen valmistaa ja käyttää. Kuitenkin sillä on joitakin rajoituksia, kuten:

• Näyttö ja anturi eivät ole eroteltu toisistaan, mikä tarkoittaa, että koko laite on altistettava mittaamalle lämpötilalle.

• Laitteen tarkkuus ja resoluutio riippuvat bimetallisen leveyden ja sen yhdistämisen laadusta ja tasaisuudesta.

• Laitteeseen voi vaikuttaa mekaaniset sokit tai värinät, jotka voivat aiheuttaa virheitä tai vahinkoa.

Helikaalinen bimetallinen termometri

Helikaalinen bimetallinen termometri käyttää bimetallista leveyttä, joka on kierretty helikaaliin, samankaltaisesti keihään kanssa. Alapuolinen pää on kiinnitetty vaakasuuntaiseen akseliin, kun taas yläpuolinen pää on vapaa liikkua. Kuten alla olevassa kuvassa näkyy, kun lämpötila nousee tai laskee, kierros laajenee tai tiivistyy akselissa, mikä aiheuttaa akselin kiertämisen. Akselin kiertäminen voidaan välittää osoittimeen kulmavälin välityksellä, mikä ilmaisee lämpötilan lineaarisella mittakaavalla.

Kuva: Bimetallinen termometri (helikaalinen)

Helikaalinen bimetallinen termometri on joitakin etuja spiraalisen tyyppiä vasten, kuten:

• Näyttö ja anturi voidaan erotella toisistaan käyttämällä joustavan kapillaariputken, mikä mahdollistaa laitteen käytön etäisissä tai kapeissa paikoissa.

• Laitteen tarkkuus ja resoluutio ovat korkeampia kuin spiraalinen tyyppi, koska helikaalin siirtymä ja vipu ovat suurempia.

• Laitteeseen vaikuttavat vähemmän mekaaniset sokit tai värinät, jotka voivat vaikuttaa spiraaliin.

Bimetallisten termometrien sovellukset

Bimetalliset termometrit ovat laajalti käytössä eri aloilla ja teollisuudenaloilla, kuten:

• Lämpötilan ohjauslaitteet: Bimetalliset termometrit voidaan käyttää aktivoimaan tai deaktivoimaan jäähtymis- tai lämmitysjärjestelmä, kun lämpötila saavuttaa asetetun arvon. Esimerkiksi bimetallinen leveys voidaan käyttää sähköisen keittokattilan sammuttamiseen, kun vesi kiehuu, tai tuuletin kytkemiseen, kun huoneen lämpötila on liian korkea.

• Ilmastointi ja jäädytys: Bimetalliset termometrit voidaan käyttää ilmakehän, jääkaappien, pakastimien ja muiden jäädytys- tai lämmityslaitteiden lämpötilan mittaamiseen ja säätelyyn. Esimerkiksi spiraalinen bimetallinen termometri voidaan käyttää ilmastoinnin termostaatissa säätämään ilman virtausta halutun lämpötilan mukaan.

• Teolliset prosessit: Bimetalliset termometrit voidaan käyttää eri teollisten prosessien lämpötilan valvontaan ja säätelyyn, kuten öljynjalostus, renkaan vulkanisoiminen, kuumasolderaus, kuumaliitoslämmitys ja muut. Esimerkiksi helikaalinen bimetallinen termometri voidaan käyttää öljypolttojärjestelmässä säätämään polttoaineen tarjontaa liekin lämpötilan mukaan.

• Lämpötilan mittaaminen ja ilmaiseminen: Bimetalliset termometrit voidaan käyttää erilaisten medioiden, kuten nestemäisten, kaasumuotoisten, kiinteiden ja pinta-alaisten lämpötilan mittaamiseen ja näyttämiseen. Esimerkiksi bimetallinen termometri voidaan käyttää lämmitysputken veden lämpötilan mittaamiseen tai moottorin pinnan lämpötilan mittaamiseen.

Bimetalliset termometrit sopivat näihin sovelluksiin, koska ne ovat:

• Yksinkertaisia ja edullisia: Bimetalliset termometrit ovat yksinkertaisessa rakenteessa ja suunnittelussa, jotka ovat helppoja valmistaa ja käyttää. Niitä ei tarvitse sähkölähdettä tai sähköistä piiriä, mikä vähentää laitteen kustannuksia ja ylläpitoa.

• Kestäviä ja luotettavia