二金属ストリップ温度計：その仕組みと応用

双金属条温度计とは？

双金属条温度计是一种利用固体的不同热膨胀原理来测量温度的装置。它由两种具有不同热膨胀系数的金属条（例如，钢和黄铜）沿其长度牢固地结合在一起组成。当双金属条被加热或冷却时，由于两种金属的不均匀膨胀或收缩，它会弯曲或扭曲。弯曲或扭曲的程度与温度变化成正比，并可以通过校准刻度上的指针指示出来。

双金属条温度计因其简单性、坚固性和低成本而在各种行业和应用中广泛使用。根据双金属条材料和设计的不同，它们可以测量从低于-100°C到超过500°C的温度。它们是完全机械的设备，不需要任何电源或电气电路。

双金属条温度计是如何工作的？

双金属条温度计的基本结构和原理如图所示。双金属条由两种具有不同热膨胀系数的金属条组成，例如钢和黄铜。钢条的热膨胀系数低于黄铜条，这意味着对于相同的温度变化，钢条的膨胀或收缩程度小于黄铜条。

図：双金属条の構造と原理

当双金属条被加热时，黄铜条的膨胀程度大于钢条，导致双金属条向黄铜侧弯曲。相反，当双金属条被冷却时，黄铜条的收缩程度大于钢条，导致双金属条向黄铜侧内侧弯曲。

双金属条的弯曲或扭曲可以用来移动连接在条一端的指针，该指针在校准刻度上指示温度。或者，双金属条的弯曲或扭曲可以用来打开或关闭一个电气触点，从而触发温度控制系统或安全装置。

双金属条温度计的种类

市场上主要有两种类型的双金属条温度计：螺旋型和螺旋管型。这两种类型都使用卷曲的双金属条来提高装置的灵敏度和紧凑性。

螺旋型双金属温度计

螺旋型双金属温度计使用缠绕成平面螺旋线圈的双金属条。线圈的内端固定在壳体上，而线圈的外端连接到指针上。如图所示，当温度上升或下降时，线圈会扭动更多或更少，使指针沿着圆形刻度移动。

図：双金属温度計（螺旋型）

螺旋型双金属温度计制造和操作简单且成本低廉。然而，它有一些限制，例如：

• 刻度盘和传感器没有分开，这意味着整个装置必须暴露在要测量温度的介质中。

• 装置的精度和分辨率取决于双金属条及其接合的质量和均匀性。

• 装置可能会受到机械冲击或振动的影响，导致误差或损坏。

螺旋管型双金属温度计

螺旋管型双金属温度计使用类似于弹簧的双金属条缠绕成螺旋管。线圈的下端固定在轴上，而线圈的上端可以自由移动。如图所示，当温度上升或下降时，线圈会轴向膨胀或收缩，导致轴旋转。轴的旋转可以通过齿轮-杠杆系统传递给指针，指针在校准的线性刻度上指示温度。

図：双金属温度計（螺旋管型）

螺旋管型双金属温度计比螺旋型具有一些优势，例如：

• 通过使用柔性毛细管，刻度盘和传感器可以分开，这使得装置可以在远程或难以到达的位置测量温度。

• 由于螺旋管的位移和杠杆作用更大，装置的精度和分辨率高于螺旋型。

• 装置对可能影响螺旋的机械冲击或振动不太敏感。

双金属条温度计的应用

双金属条温度计在各个领域和行业中有着广泛的应用，例如：

• 温度控制装置：当温度达到预设值时，双金属条温度计可用于激活或停用冷却或加热系统。例如，双金属条可用于在水沸腾时关闭电水壶，或在室温过高时开启风扇。

• 空调和制冷：双金属条温度计可用于测量和调节风道、冰箱、冰柜及其他冷却或加热设备中的温度。例如，螺旋型双金属温度计可用于空调恒温器中，根据所需温度调整气流。

• 工业过程：双金属条温度计可用于监测和控制各种工业过程中的温度，例如石油精炼、轮胎硫化、热焊接、热丝加热等。例如，螺旋管型双金属温度计可用于油燃烧器中，根据火焰温度调节燃料供应。

• 温度测量和指示：双金属条温度计可用于测量和显示各种介质（如液体、气体、固体和表面）的温度。例如，双金属条温度计可用于测量供暖管道中的水温或发动机表面温度。

双金属条温度计适用于这些应用，因为它们：

• 简单且廉价：双金属条温度计具有简单的结构和设计，易于制造和操作。它们不需要任何电源或电气电路，从而降低了装置的成本和维护费用。

• 坚固耐用：双金属条温度计由耐腐蚀、耐磨和抗冲击的金属材料制成。它们可以在高温和高压下工作，而不失去精度或功能。

• 机械和模拟：双金属条温度计是产生与温度变化成正比的模拟输出的机械装置。它们不需要任何校准或调整，并且不受电磁干扰或噪声的影响。

双金属条温度计的优点和缺点

与其他类型的温度计相比，双金属条温度计有以下优点和缺点：

双金属条温度计的优点

• 无需电源：双金属条温度计不需要电力或电池即可运行，这使它们方便且经济实用。

• 低成本：双金属条温度计的制造和购买相对便宜，使其适用于各种应用。

• 坚固的构造：双金属条温度计由耐用且耐腐蚀的金属制成，适用于恶劣环境和长期使用。

• 易于使用：双金属条温度计简单易用，不需要任何校准或调整，并且直接在校准刻度或表盘上显示温度。

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