Dubbelmetaal thermometer: Hoe het werkt en zijn toepassingen
Wat is een bimetallische strook thermometer?
Een bimetallische strook thermometer is een apparaat dat gebruik maakt van het principe van verschillende thermische uitbreiding van vaste stoffen om temperatuur te meten. Het bestaat uit twee metalen stroken (bijvoorbeeld staal en messing) met verschillende coëfficiënten van thermische uitbreiding, die stevig langs hun lengte zijn verbonden. Wanneer de bimetallische strook wordt verhit of afgekoeld, buigt of draait deze door de ongelijke uitzetting of samentrekking van de twee metalen. De mate van buigen of draaien is evenredig aan de temperatuurverandering en kan worden aangegeven door een wijzer op een gekalibreerde schaal.
Bimetallische strook thermometers worden breed gebruikt in diverse industrieën en toepassingen vanwege hun eenvoud, robuustheid en lage kosten. Ze kunnen temperaturen meten van onder -100 °C tot meer dan 500 °C, afhankelijk van de materialen en ontwerp van de bimetallische strook. Ze zijn ook volledig mechanische apparaten die geen externe energiebron of elektrisch circuit nodig hebben.
Hoe werkt een bimetallische strook thermometer?
De basisstructuur en het principe van een bimetallische strook thermometer worden getoond in de figuur hieronder. De bimetallische strook bestaat uit twee metalen stroken met verschillende coëfficiënten van thermische uitbreiding, zoals staal en messing. De staalstrook heeft een lagere coëfficiënt van thermische uitbreiding dan de messingstrook, wat betekent dat hij minder uitzet of samentrekt dan de messingstrook bij dezelfde temperatuurverandering.
Figuur: Structuur en principe van een bimetallische strook
Wanneer de bimetallische strook wordt verhit, uitzet de messingstrook meer dan de staalstrook, waardoor de bimetallische strook buigt met de messingzijde aan de buitenkant van de kromming. Omgekeerd, wanneer de bimetallische strook wordt afgekoeld, samentrekt de messingstrook meer dan de staalstrook, waardoor de bimetallische strook buigt met de messingzijde aan de binnenkant van de kromming.
Het buigen of draaien van de bimetallische strook kan worden gebruikt om een wijzer die aan één einde van de strook is bevestigd te bewegen, wat de temperatuur aangeeft op een gekalibreerde schaal. Alternatief kan het buigen of draaien van de bimetallische strook worden gebruikt om een elektrisch contact te openen of te sluiten, wat een temperatuur regelsysteem of een veiligheidsmechanisme kan activeren.
Soorten bimetallische strook thermometers
Er zijn voornamelijk twee soorten bimetallische strook thermometers beschikbaar op de markt: spiraaltype en helicaal type. Beide types gebruiken een opgerolde bimetallische strook om de gevoeligheid en compactheid van het apparaat te vergroten.
Spiraaltype bimetallische thermometer
Een spiraaltype bimetallische thermometer gebruikt een bimetallische strook die is gewikkeld in een plat spiraalkoil. Het binnenste einde van de spoel is vastgemaakt aan de behuizing, terwijl het buitenste einde van de spoel is verbonden met een wijzer. Zoals in de figuur hieronder wordt getoond, wanneer de temperatuur stijgt of daalt, draait de spoel meer of minder, waardoor de wijzer zich langs een cirkelvormige schaal verplaatst.
Figuur: Bimetallische thermometer (spiraaltype)
Een spiraaltype bimetallische thermometer is eenvoudig en goedkoop te produceren en te bedienen. Echter, het heeft enkele beperkingen, zoals:
De wijzerplaat en de sensor zijn niet gescheiden van elkaar, wat betekent dat het hele apparaat blootgesteld moet zijn aan het medium waarvan de temperatuur gemeten moet worden.
De nauwkeurigheid en resolutie van het apparaat hangen af van de kwaliteit en uniformiteit van de bimetallische strook en haar verbinding.
Het apparaat kan beïnvloed worden door mechanische schokken of trillingen die fouten of schade kunnen veroorzaken.
Helicaal type bimetallische thermometer
Een helicaal type bimetallische thermometer gebruikt een bimetallische strook die is gewikkeld in een helicaal coil, vergelijkbaar met een veer. Het onderste einde van de spoel is vastgemaakt aan een as, terwijl het bovenste einde van de spoel vrij kan bewegen. Zoals in de figuur hieronder wordt getoond, wanneer de temperatuur stijgt of daalt, expandeert of contracteert de spoel axiaal, waardoor de as roteert. De rotatie van de as kan worden overgebracht naar een wijzer via een tandwielliftsysteem, wat de temperatuur aangeeft op een lineaire schaal.
Figuur: Bimetallische thermometer (helicaal type)
Een helicaal type bimetallische thermometer heeft enkele voordelen ten opzichte van het spiraaltype, zoals:
De wijzerplaat en de sensor kunnen van elkaar worden gescheiden door middel van een flexibele capillaire buis, wat het apparaat in staat stelt om de temperatuur in afgelegen of ontoegankelijke locaties te meten.
De nauwkeurigheid en resolutie van het apparaat zijn hoger dan bij het spiraaltype, vanwege de grotere verplaatsing en hefboomwerking van de helicaal coil.
Het apparaat is minder gevoelig voor mechanische schokken of trillingen die het spiraaltype kunnen beïnvloeden.
Toepassingen van bimetallische strook thermometers
Bimetallische strook thermometers hebben een breed scala aan toepassingen in diverse sectoren en industrieën, zoals:
Temperatuurregelingssystemen: Bimetallische strook thermometers kunnen worden gebruikt om een koel- of verwarmingssysteem in- of uit te schakelen wanneer de temperatuur een vooraf ingestelde waarde bereikt. Bijvoorbeeld, een bimetallische strook kan worden gebruikt om een waterkoker uit te schakelen wanneer het water kookt of om een ventilator in te schakelen wanneer de kamertemperatuur te hoog is.
Luchtbehandeling en koeling: Bimetallische strook thermometers kunnen worden gebruikt om de temperatuur in luchtduktjes, koelkasten, vriezers en andere koel- of verwarmingsapparaten te meten en te regelen. Bijvoorbeeld, een spiraaltype bimetallische thermometer kan worden gebruikt in een luchtbehandelingsthermostaat om de luchtstroom aan te passen volgens de gewenste temperatuur.
Industriële processen: Bimetallische strook thermometers kunnen worden gebruikt om de temperatuur in diverse industriële processen te monitoren en te regelen, zoals olieverfijnung, bandensulfering, warm soldeerwerk, warmdraadverwarming en andere. Bijvoorbeeld, een helicaal type bimetallische thermometer kan worden gebruikt in een olieverbrander om de brandstoftoevoer te regelen volgens de temperatuur van de vlam.
Temperatuurmeting en weergave: Bimetallische strook thermometers kunnen worden gebruikt om de temperatuur van diverse media te meten en weer te geven, zoals vloeistoffen, gassen, vaste stoffen en oppervlakken. Bijvoorbeeld, een bimetallische strook thermometer kan worden gebruikt om de watertemperatuur in een verwarmingspijp of de oppervlaktemperatuur van een motor te meten.
Bimetallische strook thermometers zijn geschikt voor deze toepassingen omdat ze:
Eenvoudig en goedkoop: Bimetallische strook thermometers hebben een eenvoudige structuur en ontwerp die gemakkelijk te produceren en te bedienen zijn. Ze vereisen geen externe energiebron of elektrisch circuit, wat de kosten en onderhoud van het apparaat verlaagt.
Robuust en duurzaam: Bimetallische strook thermometers zijn gemaakt van metallische materialen die bestand zijn tegen corrosie, slijtage en schok. Ze kunnen hoge temperaturen en druk weerstaan zonder hun nauwkeurigheid of functionaliteit te verliezen.
Mechanisch en analoog: Bimetallische strook thermometers zijn mechanische apparaten die een analoge uitvoer produceren die recht evenredig is aan de temperatuurverandering. Ze hebben geen kalibratie of aanpassing nodig, en ze worden niet beïnvloed door elektromagnetische interferentie of geluid.
