Bimetallic Strip Termometer: Hur den fungerar och dess tillämpningar
Vad är en bimetalltermometer?
En bimetalltermometer är en enhet som använder principen om olika termiska utvidgningar av fasta material för att mäta temperatur. Den består av två metallband (t.ex. stål och mässing) med olika koefficienter för termisk expansion, vilka är fast förenade längs deras längd. När bimetallen värms upp eller svalkas böjer den sig eller vrider på grund av ojämlikt utvidgning eller sammandragning av de två metaller. Mängden böjning eller vrideri är proportionell mot temperaturförändringen och kan indikeras av en pekare på en kalibrerad skala.
Bimetalltermometer används vid många tillämpningar inom olika industrier på grund av sin enkelhet, robusthet och låga kostnad. De kan mäta temperaturer från under -100 °C till mer än 500 °C, beroende på materialet och designen av bimetallen. De är också helt mekaniska enheter som inte kräver någon strömkälla eller elektrisk krets.
Hur fungerar en bimetalltermometer?
Den grundläggande strukturen och principen för en bimetalltermometer visas i figuren nedan. Bimetallen består av två metallband med olika koefficienter för termisk expansion, såsom stål och mässing. Stålbands koefficient för termisk expansion är lägre än mässingsbands, vilket betyder att det utvidgas eller sammandrar mindre än mässingsbandet för samma temperaturförändring.
Figur: Struktur och princip för en bimetalltermometer
När bimetallen värms upp utvidgar mässingsbandet mer än stålbands, vilket gör att bimetallen böjer sig med mässingsidan på yttre sidan av kurvan. Omvänt, när bimetallen svalkas drar mässingsbandet ihop mer än stålbands, vilket gör att bimetallen böjer sig med mässingsidan på inre sidan av kurvan.
Böjningen eller vrideriet av bimetallen kan användas för att flytta en pekare som är fäst vid ett ände av bandet, vilken indikerar temperaturen på en kalibrerad skala. Alternativt kan böjningen eller vrideriet av bimetallen användas för att öppna eller stänga en elektrisk kontakt, vilket kan utlösa ett temperatur kontrollsystem eller en säkerhetsenhet.
Typer av bimetalltermometer
Det finns huvudsakligen två typer av bimetalltermometer tillgängliga på marknaden: spiralformad typ och spiralformad typ. Båda typerna använder en virad bimetall för att öka känsligheten och kompaktheten hos enheten.
Spiralformad bimetalltermometer
En spiralformad bimetalltermometer använder en bimetall som är virad till en platt spiral. Det inre änden av spiralen är fastmonterad till boet, medan det yttre änden av spiralen är ansluten till en pekare. Som visas i figuren nedan, när temperaturen stiger eller sjunker, vrider spiralen mer eller mindre, vilket gör att pekaren rör sig längs en cirkulär skala.
Figur: Bimetalltermometer (spiralformad)
En spiralformad bimetalltermometer är enkel och billig att tillverka och driftsätta. Men den har vissa begränsningar, såsom:
Skivan och sensorn är inte separerade från varandra, vilket betyder att hela enheten måste exponeras för medium vars temperatur ska mätas.
Noggrannheten och upplösningen av enheten beror på kvaliteten och jämnheten av bimetallen och dess limning.
Enheten kan påverkas av mekaniska stöt eller vibrationer som kan orsaka fel eller skada.
Helikalformad bimetalltermometer
En helikalformad bimetalltermometer använder en bimetall som är virad till en helikal spiral, liknande en fjäder. Det nedre änden av spiralen är fastmonterad till en axel, medan det övre änden av spiralen är fri att röra sig. Som visas i figuren nedan, när temperaturen stiger eller sjunker, expanderar eller kontraherar spiralen axiellt, vilket gör att axeln roterar. Rotationen av axeln kan överföras till en pekare genom ett tandhjuls-hävstångssystem, vilket indikerar temperaturen på en linjär skala.
Figur: Bimetalltermometer (helikalformad)
En helikalformad bimetalltermometer har vissa fördelar jämfört med spiralformad typ, såsom:
Skivan och sensorn kan separeras från varandra genom att använda en flexibel kapillarrör, vilket gör att enheten kan mäta temperaturen i avlägsna eller otillgängliga platser.
Noggrannheten och upplösningen av enheten är högre än spiralformad typ på grund av den större placeringen och hävstången av helikal spiralen.
Enheten är mindre känslig för mekaniska stöt eller vibrationer som kan påverka spiralformad typ.
Tillämpningar av bimetalltermometer
Bimetalltermometer har en bred användning inom olika områden och industrier, såsom:
Temperaturkontrollerande enheter: Bimetalltermometer kan användas för att aktivera eller deaktivera en kylande eller värmesystem när temperaturen når en förinställd värde. Till exempel kan en bimetall användas för att stänga av en elektrisk kittel när vattnet kokar eller för att slå på en fläkt när rumstemperaturen är för hög.
Luftkonditionering och kylning: Bimetalltermometer kan användas för att mäta och reglera temperaturen i luftkanaler, kylskåp, frysskåp och andra kyl- eller värmeelement. Till exempel kan en spiralformad bimetalltermometer användas i en luftkonditionerings termostat för att justera luftflödet enligt den önskade temperaturen.
Industriella processer: Bimetalltermometer kan användas för att övervaka och kontrollera temperaturen i olika industriella processer, såsom oljebehandling, däcksvulkanisering, het lötning, hettrådsuppvärmning och andra. Till exempel kan en helikalformad bimetalltermometer användas i en oljebrännare för att reglera bränsleförsörjningen beroende på flamtemperatur.
Temperaturmätning och indikation: Bimetalltermometer kan användas för att mäta och visa temperaturen av olika medier, såsom vätskor, gaser, fasta material och ytor. Till exempel kan en bimetalltermometer användas för att mäta vatentemperaturen i en värmeledningsrör eller motorytans temperatur.
Bimetalltermometer är lämpliga för dessa tillämpningar eftersom de är:
Enkla och billiga: Bimetalltermometer har en enkel struktur och design som är lätt att tillverka och driftsätta. De behöver ingen strömkälla eller elektrisk krets, vilket minskar kostnaden och underhållet av enheten.
Robusta och hållbara: Bimetalltermometer är tillverkade av metalliska material som är motståndskraftiga mot korrosion, nötning och stöt. De kan tåla höga temperaturer och tryck utan att förlora sin noggrannhet eller funktion.
Mekaniska och analoga: Bimetalltermometer är mekaniska enheter som producerar en analog utdata som är direkt proportionell mot temperaturförändringen. De behöver ingen kalibrering eller justering, och de påverkas inte av elektromagnetisk interferens eller brus.
Fördelar och nackdelar med bimetalltermometer
