Двухметаллическая полоса термометра: принцип работы и области применения

Что такое биметаллический термометр?

Биметаллический термометр — это устройство, которое использует принцип различного теплового расширения твердых тел для измерения температуры. Он состоит из двух металлических полос (например, стали и латуни) с разными коэффициентами теплового расширения, которые прочно соединены вдоль своей длины. При нагревании или охлаждении биметаллической полосы она изгибается или скручивается из-за неравномерного расширения или сжатия двух металлов. Степень изгиба или скручивания пропорциональна изменению температуры и может быть показана указателем на калиброванной шкале.

Биметаллические термометры широко используются в различных отраслях и приложениях благодаря их простоте, прочности и низкой стоимости. Они могут измерять температуры от ниже -100 °C до более 500 °C, в зависимости от материалов и конструкции биметаллической полосы. Они также являются полностью механическими устройствами, которые не требуют никакого источника питания или электрической цепи.

Как работает биметаллический термометр?

Основная структура и принцип работы биметаллического термометра показаны на рисунке ниже. Биметаллическая полоса состоит из двух металлических полос с разными коэффициентами теплового расширения, таких как сталь и латунь. Стальная полоса имеет меньший коэффициент теплового расширения, чем латунная полоса, что означает, что она расширяется или сжимается меньше, чем латунная полоса, при одинаковом изменении температуры.

Рисунок: Структура и принцип работы биметаллической полосы

При нагревании биметаллической полосы латунная полоса расширяется больше, чем стальная, что вызывает изгиб биметаллической полосы с латунной стороной на внешней стороне кривой. Наоборот, при охлаждении биметаллической полосы латунная полоса сжимается больше, чем стальная, что вызывает изгиб биметаллической полосы с латунной стороной на внутренней стороне кривой.

Изгиб или скручивание биметаллической полосы можно использовать для перемещения указателя, прикрепленного к одному концу полосы, который показывает температуру на калиброванной шкале. В качестве альтернативы изгиб или скручивание биметаллической полосы можно использовать для открытия или закрытия электрического контакта, что может запускать систему управления температурой или защитное устройство.

Типы биметаллических термометров

На рынке主要有两种类型的双金属温度计：螺旋型和螺旋管型。这两种类型都使用盘绕的双金属带以提高设备的灵敏度和紧凑性。 ### 螺旋型双金属温度计 螺旋型双金属温度计使用缠绕成扁平螺旋线圈的双金属带。线圈的内端固定在壳体上，而外端连接到指针。如图所示，当温度上升或下降时，线圈会扭转更多或更少，导致指针沿圆形刻度移动。 图：双金属温度计（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，它也有一些局限性，例如： - 表盘和传感器没有分开，这意味着整个设备必须暴露在要测量温度的介质中。 - 设备的准确性和分辨率取决于双金属带及其粘合的质量和均匀性。 - 设备可能会受到机械冲击或振动的影响，从而导致误差或损坏。 ### 螺旋管型双金属温度计 螺旋管型双金属温度计使用缠绕成类似弹簧的螺旋线圈的双金属带。线圈的下端固定在轴上，而上端是自由移动的。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，从而在线性刻度上指示温度。 图：双金属温度计（螺旋管型） 螺旋管型双金属温度计比螺旋型有一些优势，例如： - 通过使用柔性毛细管，表盘和传感器可以分开，这使得设备可以在远程或难以到达的位置测量温度。 - 由于螺旋线圈的位移和杠杆作用较大，设备的准确性和分辨率高于螺旋型。 - 设备对可能影响螺旋的机械冲击或振动不太敏感。 ## 双金属温度计的应用 双金属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**：双金属温度计可用于当温度达到预设值时激活或停用冷却或加热系统。例如，双金属带可用于在水沸腾时关闭电水壶，或在室温过高时打开风扇。 - **空调和制冷**：双金属温度计可用于测量和调节空气管道、冰箱、冷冻柜和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、热线加热等。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**：双金属温度计可用于测量和显示各种介质的温度，例如液体、气体、固体和表面。例如，双金属温度计可用于测量供暖管道中的水温或发动机表面温度。 双金属温度计适用于这些应用，因为它们： - **简单且成本低廉**：双金属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，从而降低了设备的成本和维护。 - **坚固耐用**：双金属温度计由耐腐蚀、耐磨和抗冲击的金属材料制成。它们可以在不失去精度或功能的情况下承受高温和高压。 - **机械和模拟**：双金属温度计是产生与温度变化直接成比例的模拟输出的机械设备。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。 ## 双金属温度计的优点和缺点 与其他类型的温度计相比，双金属温度计有一些优点和缺点，例如： ### 双金属温度计的优点 - **无需电源**：双金属温度计不需要任何电力或电池即可运行，这使它们使用方便且经济。 - **低成本**：双金属温度计的制造和购买相对便宜，这使它们适用于各种应用。 - **坚固的结构**：双金属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**：双金属温度计简单易用，不需要任何校准或调整，并且直接在刻度或表盘上显示温度。 ### 双金属温度计的缺点 - **低精度**：双金属温度计不够精确或可靠，因为它们可能会受到机械冲击、振动、滞后、老化和非线性的影响。它们在低温下的分辨率和灵敏度也有限。 - **手动读数**：双金属温度计仅限于可以接受手动读数的应用，例如家用或户外温度计。它们不能连接到数字或远程显示器或记录设备，这限制了它们的功能和通用性。 - **狭窄的温度范围**：双金属温度计的温度范围较窄，因为它们依赖于所使用的两种金属的特性和兼容性。它们无法测量非常高或非常低的温度，因为双金属带可能会失去弹性或变得过于刚硬。 这些是双金属温度计的主要优点和缺点。根据应用和要求，双金属温度计可能比其他类型的温度计更适合或不适合。 ## 结论 双金属温度计是利用固体不同热膨胀原理来测量温度的设备。它们由两条具有不同热膨胀系数的金属带组成，这两条金属带沿着其长度牢固地结合在一起。当双金属带被加热或冷却时，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，并可以通过标有刻度的指针来指示。 双金属温度计在各种领域和行业中有着广泛的应用，例如温度控制装置、空调和制冷、工业过程以及温度测量和指示。它们具有一些优点，例如不需要电源、低成本、坚固的结构和易于使用。它们也有一些缺点，例如低精度、手动读数和狭窄的温度范围。 双金属温度计是简单且成本低廉的设备，可以以机械和模拟的方式测量温度。它们适用于不需要高精度或数字显示且温度范围在其限制内的应用。它们不适合需要高精度或远程显示或温度范围超出其限制的应用。 声明：尊重原创，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。 请按照上述翻译规则进行翻译，确保译文完整、准确，符合电力科技行业的专业语境。