Termómetro de tira bimetálica: Como funciona e as súas aplicacións
Que é un termómetro de tira bimetálica?
Un termómetro de tira bimetálica é un dispositivo que usa o principio da diferente expansión térmica dos sólidos para medir a temperatura. Consiste en dúas tiras metálicas (por exemplo, acero e latón) con diferentes coeficientes de expansión térmica, que están unidas firmemente ao longo da súa lonxitude. Cando a tira bimetálica se aquece ou enfría, dobra ou torce debido á expansión ou contracción desigual dos dous metais. A cantidade de dobre ou torción é proporcional ao cambio de temperatura e pode indicarse cunha agulla nunha escala calibrada.
Os termómetros de tira bimetálica son amplamente utilizados en diversas industrias e aplicacións pola súa simplicidade, robustez e baixo custo. Poden medir temperaturas desde abaixo de -100 °C ata máis de 500 °C, dependendo dos materiais e do deseño da tira bimetálica. Tamén son dispositivos totalmente mecánicos que non requiren ningúnha fonte de enerxía ou circuito eléctrico.
Como funciona un termómetro de tira bimetálica?
A estrutura básica e o principio dun termómetro de tira bimetálica amósanse na figura a continuación. A tira bimetálica consiste en dúas tiras metálicas con diferentes coeficientes de expansión térmica, como o acero e o latón. A tira de acero ten un coeficiente de expansión térmica menor que a tira de latón, o que significa que se expande ou contrae menos que a tira de latón para o mesmo cambio de temperatura.
Figura: Estrutura e principio dunha tira bimetálica
Cando a tira bimetálica se aquece, a tira de latón se expande máis que a tira de acero, causando que a tira bimetálica dobre co lado de latón no exterior da curva. Ao contrario, cando a tira bimetálica se enfría, a tira de latón se contrae máis que a tira de acero, causando que a tira bimetálica dobre co lado de latón no interior da curva.
O dobre ou torción da tira bimetálica pode usarse para mover unha agulla adxunta a un extremo da tira, que indica a temperatura nunha escala calibrada. Alternativamente, o dobre ou torción da tira bimetálica pode usarse para abrir ou pechar un contacto eléctrico, que pode activar un sistema de control de temperatura ou un dispositivo de seguridade.
Tipos de termómetro de tira bimetálica
Hai principalmente dous tipos de termómetros de tira bimetálica dispoñibles no mercado: tipo espiral e tipo helicoidal. Ambos os tipos usan unha tira bimetálica enrollada para aumentar a sensibilidade e a compactación do dispositivo.
Termómetro bimetálico de tipo espiral
Un termómetro bimetálico de tipo espiral usa unha tira bimetálica que está envolvida nunha espiral plana. O extremo interior da espiral está fixado ao aloxamento, mentres que o extremo exterior da espiral está conectado a unha agulla. Como se amosa na figura a continuación, cando a temperatura sube ou baixa, a espiral gíra máis ou menos, causando que a agulla se mova ao longo dunha escala circular.
Figura: Termómetro bimetálico (tipo espiral)
Un termómetro bimetálico de tipo espiral é simple e económico de fabricar e operar. No entanto, ten algúns límites, como:
O mostrador e o sensor non están separados entre si, o que significa que todo o dispositivo debe estar exposto ao medio cuxa temperatura se quere medir.
A precisión e resolución do dispositivo dependen da calidade e uniformidade da tira bimetálica e da súa unión.
O dispositivo pode verse afectado por choques mecánicos ou vibracións que poden causar erros ou danos.
Termómetro bimetálico de tipo helicoidal
Un termómetro bimetálico de tipo helicoidal usa unha tira bimetálica que está envolvida nunha espiral helicoidal, similar a un muelle. O extremo inferior da espiral está fixado a un eixe, mentres que o extremo superior da espiral é libre para moverse. Como se amosa na figura a continuación, cando a temperatura sube ou baixa, a espiral se expande ou contrae axialmente, causando que o eixe rote. A rotación do eixe pode transmitirse a unha agulla a través dun sistema de engrenaxe e palanca, que indica a temperatura nunha escala linear.
Figura: Termómetro bimetálico (tipo helicoidal)
Un termómetro bimetálico de tipo helicoidal ten algúns vantaxes sobre o tipo espiral, como:
O mostrador e o sensor poden separarse entre si usando un tubo capilar flexible, o que permite ao dispositivo medir a temperatura en locais remotos ou inaccesibles.
A precisión e resolución do dispositivo son maiores que as do tipo espiral debido ao maior desprazamento e alavancaxe da espiral helicoidal.
O dispositivo é menos susceptible a choques mecánicos ou vibracións que poden afectar a espiral.
Aplicacións dos termómetros de tira bimetálica
Os termómetros de tira bimetálica teñen un amplo rango de aplicacións en diversos campos e industrias, como:
Dispositivos de control de temperatura: Os termómetros de tira bimetálica poden usarse para activar ou desactivar un sistema de refrigeración ou calefacción cando a temperatura alcanza un valor predefinido. Por exemplo, unha tira bimetálica pode usarse para apagar unha chaleira eléctrica cando a auga ferve ou para encender un ventilador cando a temperatura da sala é demasiado alta.
Aire condicionado e refrigeración: Os termómetros de tira bimetálica poden usarse para medir e regular a temperatura en conductos de aire, frigoríficos, congeladores e outros dispositivos de calefacción ou refrigeración. Por exemplo, un termómetro bimetálico de tipo espiral pode usarse nun termostato de aire condicionado para axustar o fluxo de aire segundo a temperatura desexada.
Procesos industriais: Os termómetros de tira bimetálica poden usarse para monitorizar e controlar a temperatura en diversos procesos industriais, como o refinado de petróleo, vulcanización de neumáticos, soldadura a quente, calefacción por hilo caliente e outros. Por exemplo, un termómetro bimetálico de tipo helicoidal pode usarse nun queimador de petróleo para regular o suministro de combustible segundo a temperatura da llama.
Medición e indicación de temperatura: Os termómetros de tira bimetálica poden usarse para medir e mostrar a temperatura de diversos medios, como líquidos, gases, sólidos e superfícies. Por exemplo, un termómetro de tira bimetálica pode usarse para medir a temperatura da auga nunha tubería de calefacción ou a temperatura da superficie dun motor.
Os termómetros de tira bimetálica son adecuados para estas aplicacións porque son:
Simples e económicos: Os termómetros de tira bimetálica teñen unha estrutura e deseño simples que son fáciles de fabricar e operar. Non requiren ningunha fonte de enerxía ou circuito eléctrico, o que reduz o custo e a manutención do dispositivo.
Robustos e duradouros: Os termómetros de tira bimetálica están feitos de materiais metálicos que son resistentes á corrosión, ao desgaste e aos choques. Pódense resistir a altas temperaturas e presións sen perder a súa precisión ou funcionalidade.
Mecánicos e analóxicos: Os termómetros de tira bimetálica son dispositivos mecánicos que producen unha saída analóxica directamente proporcional ao cambio de temperatura. Non necesitan calibración ou axuste, e non se ven afectados pola interferencia electromagnética ou ruido.
Vantaxes e desvantaxes dos termómetros de tira bimetálica
