เทอร์โมมิเตอร์แถบไบเมทัล: วิธีการทำงานและการใช้งาน
เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะคืออะไร?
เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะเป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการของการขยายตัวทางความร้อนของของแข็งที่แตกต่างกันเพื่อวัดอุณหภูมิ มีสองแถบโลหะ (เช่น เหล็กและเหลือง) ที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันซึ่งถูกยึดเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาตามความยาว เมื่อแถบสองโลหะถูกทำให้อุ่นหรือเย็น แถบจะโค้งหรือบิดเนื่องจากการขยายตัวหรือหดตัวที่ไม่เท่ากันของสองโลหะ ปริมาณการโค้งหรือบิดเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและสามารถแสดงโดยตัวชี้บนมาตราส่วนที่ได้รับการปรับแต่งแล้ว
เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมและแอพพลิเคชันต่าง ๆ เนื่องจากความง่ายในการใช้งาน ความทนทาน และต้นทุนที่ต่ำ สามารถวัดอุณหภูมิได้ตั้งแต่ต่ำกว่า -100 °C ถึงมากกว่า 500 °C ขึ้นอยู่กับวัสดุและการออกแบบของแถบสองโลหะ นอกจากนี้ยังเป็นอุปกรณ์เครื่องกลที่สมบูรณ์ไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานหรือวงจรไฟฟ้า
เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะทำงานอย่างไร?
โครงสร้างและหลักการพื้นฐานของเทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะแสดงอยู่ในภาพด้านล่าง แถบสองโลหะประกอบด้วยสองแถบโลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน เช่น เหล็กและเหลือง แถบเหล็กมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำกว่าแถบเหลือง หมายความว่ามันจะขยายตัวหรือหดตัวน้อยกว่าแถบเหลืองสำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเดียวกัน
ภาพ: โครงสร้างและหลักการของแถบสองโลหะ
เมื่อแถบสองโลหะถูกทำให้อุ่น แถบเหลืองจะขยายตัวมากกว่าแถบเหล็ก ทำให้แถบสองโลหะโค้งด้วยด้านเหลืองอยู่ด้านนอกของโค้ง ตรงกันข้าม เมื่อแถบสองโลหะถูกทำให้เย็น แถบเหลืองจะหดตัวมากกว่าแถบเหล็ก ทำให้แถบสองโลหะโค้งด้วยด้านเหลืองอยู่ด้านในของโค้ง
การโค้งหรือบิดของแถบสองโลหะสามารถใช้เพื่อเคลื่อนตัวชี้ที่ติดอยู่ที่ปลายของแถบ ซึ่งแสดงอุณหภูมิบนมาตราส่วนที่ได้รับการปรับแต่งแล้ว หรือสามารถใช้การโค้งหรือบิดของแถบสองโลหะเพื่อเปิดหรือปิดคอนแทคไฟฟ้า ซึ่งสามารถทริกเกอร์ระบบควบคุมอุณหภูมิหรืออุปกรณ์ความปลอดภัย
ประเภทของเทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะ
มีเทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะสองประเภทที่มีจำหน่ายในตลาด: แบบวงกลมและแบบเกลียว ทั้งสองประเภทใช้แถบสองโลหะที่ม้วนเป็นวงเพื่อเพิ่มความไวและความกะทัดรัดของอุปกรณ์
เทอร์โมมิเตอร์แบบวงกลม
เทอร์โมมิเตอร์แบบวงกลมใช้แถบสองโลหะที่ม้วนเป็นวงกลมแบน ปลายภายในของวงกลมถูกตรึงกับตัวเครื่อง ในขณะที่ปลายภายนอกของวงกลมเชื่อมต่อกับตัวชี้ ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลง วงกลมจะบิดมากขึ้นหรือน้อยลง ทำให้ตัวชี้เคลื่อนที่ไปตามมาตราส่วนวงกลม
ภาพ: เทอร์โมมิเตอร์แบบวงกลม
เทอร์โมมิเตอร์แบบวงกลมมีโครงสร้างและการออกแบบที่ง่ายและราคาถูกในการผลิตและใช้งาน แต่มีข้อจำกัดบางประการ เช่น:
มาตราส่วนและเซ็นเซอร์ไม่แยกออกจากกัน หมายความว่าต้องนำอุปกรณ์ทั้งหมดไปสัมผัสกับสื่อที่ต้องการวัดอุณหภูมิ
ความแม่นยำและความละเอียดของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับคุณภาพและความสม่ำเสมอของแถบสองโลหะและจุดเชื่อมต่อ
อุปกรณ์อาจได้รับผลกระทบจากแรงกระแทกหรือการสั่นสะเทือนที่สามารถทำให้เกิดข้อผิดพลาดหรือความเสียหาย
เทอร์โมมิเตอร์แบบเกลียว
เทอร์โมมิเตอร์แบบเกลียวใช้แถบสองโลหะที่ม้วนเป็นเกลียวคล้ายกับสปริง ปลายล่างของเกลียวถูกตรึงกับแกน ในขณะที่ปลายบนของเกลียวสามารถเคลื่อนที่ได้ ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลง เกลียวจะขยายตัวหรือหดตัวตามแกน ทำให้แกนหมุน การหมุนของแกนสามารถถูกส่งต่อไปยังตัวชี้ผ่านระบบเกียร์-คันโยก ซึ่งแสดงอุณหภูมิบนมาตราส่วนเส้นตรง
ภาพ: เทอร์โมมิเตอร์แบบเกลียว
เทอร์โมมิเตอร์แบบเกลียวนั้นมีข้อดีเหนือกว่าแบบวงกลม เช่น:
มาตราส่วนและเซ็นเซอร์สามารถแยกออกจากกันโดยใช้ท่อแคปปิลารีที่ยืดหยุ่น ซึ่งทำให้อุปกรณ์สามารถวัดอุณหภูมิในสถานที่ที่ไกลหรือเข้าถึงยาก
ความแม่นยำและความละเอียดของอุปกรณ์สูงกว่าแบบวงกลมเนื่องจากมีการเลื่อนและแรงเหวี่ยงของเกลียวที่ใหญ่กว่า
อุปกรณ์นั้นไม่ได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทกที่สามารถส่งผลต่อแบบวงกลม
การใช้งานของเทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะ
เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายสาขาและอุตสาหกรรม เช่น:
อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ: เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะสามารถใช้เปิดหรือปิดระบบทำความร้อนหรือทำความเย็นเมื่ออุณหภูมิถึงค่าที่กำหนดไว้ ตัวอย่างเช่น แถบสองโลหะสามารถใช้ปิดกาต้มน้ำเมื่อน้ำเดือดหรือเปิดพัดลมเมื่ออุณหภูมิในห้องสูงเกินไป
เครื่องปรับอากาศและระบบทำความเย็น: เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะสามารถใช้วัดและควบคุมอุณหภูมิในท่อน้ำลม ตู้เย็น ตู้แช่แข็ง และอุปกรณ์ทำความร้อนหรือทำความเย็นอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น เทอร์โมมิเตอร์แบบวงกลมสามารถใช้ในเทอร์โมสตัทเครื่องปรับอากาศเพื่อปรับการไหลของอากาศตามอุณหภูมิที่ต้องการ
กระบวนการอุตสาหกรรม: เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะสามารถใช้ในการตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิในกระบวนการอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น การกลั่นน้ำมัน การอบยาง การเชื่อมด้วยความร้อน การทำความร้อนด้วยสายไฟ และอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น เทอร์โมมิเตอร์แบบเกลียวสามารถใช้ในเตาเผาเพื่อควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงตามอุณหภูมิของเปลวไฟ
การวัดและแสดงอุณหภูมิ: เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะสามารถใช้วัดและแสดงอุณหภูมิของสื่อต่าง ๆ เช่น ของเหลว แก๊ส ของแข็ง และผิวหน้า ตัวอย่างเช่น เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะสามารถใช้วัดอุณหภูมิน้ำในท่อทำความร้อนหรืออุณหภูมิผิวหน้าของเครื่องยนต์
เทอร์โมมิเตอร์แบบแถบสองโลหะเหมาะสมสำหรับการใช้งานเหล่านี้เพราะมีคุณสมบัติดังนี้:
