Двометалева стрічкова термометр: принцип роботи та його застосування

Що таке біметалевий термометр?

Біметалевий термометр — це пристрій, який використовує принцип різного теплового розширення твердих тіл для вимірювання температури. Він складається з двох металевих стрічок (наприклад, сталі та латуні) з різними коефіцієнтами теплового розширення, які єдною довжиною міцно з'єднані. Коли біметалева стрічка нагрівається або охолоджується, вона гнеться або закручується через нерівномірне розширення або стиснення двох металів. Ступінь загинання або закручування пропорційна зміні температури і може бути позначена стрілкою на каліброваній шкалі.

Біметалеві термометри широко використовуються у різних галузях та застосуваннях завдяки своїй простоті, надійності та невисокій вартості. Вони можуть вимірювати температуру від нижче -100 °C до понад 500 °C, залежно від матеріалів та конструкції біметалевої стрічки. Це повністю механічні пристрої, які не потребують жодного джерела живлення або електричного контуру.

Як працює біметалевий термометр?

Основна конструкція та принцип роботи біметалевого термометра показані на малюнку нижче. Біметалева стрічка складається з двох металевих стрічок з різними коефіцієнтами теплового розширення, таких як сталь і латунь. Коефіцієнт теплового розширення сталевої стрічки нижчий, ніж латунної, що означає, що вона розширюється або стискається менше, ніж латунна стрічка при однаковій зміні температури.

Малюнок: Конструкція та принцип роботи біметалевої стрічки

Коли біметалева стрічка нагрівається, латунна стрічка розширюється більше, ніж стальна, що призводить до загинання біметалевої стрічки, причому латунна сторона знаходиться ззовні кривої. Навпаки, коли біметалева стрічка охолоджується, латунна стрічка стискається більше, ніж стальна, що призводить до загинання біметалевої стрічки, причому латунна сторона знаходиться всередині кривої.

Загинання або закручування біметалевої стрічки можна використовувати для переміщення стрілки, прикріпленої до одного кінця стрічки, яка показує температуру на каліброваній шкалі. Альтернативно, загинання або закручування біметалевої стрічки можна використовувати для відкриття або замикання електричного контакту, що може запускати систему керування температурою або безпеки.

Типи біметалевих термометрів

На ринку доступні два основні типи біметалевих термометрів: спіральний та гвинтовий. Обидва типи використовують намотану біметалеву стрічку, щоб збільшити чутливість та компактність пристрою.

Спіральний біметалевий термометр

Спіральний біметалевий термометр використовує біметалеву стрічку, яка намотана в плоску спіраль. Внутрішній кінець спіралі фіксований до корпусу, а зовнішній кінець спіралі з'єднаний зі стрілкою. Як показано на малюнку нижче, коли температура зростає або зменшується, спіраль більше або менше закручується, що призводить до переміщення стрілки вздовж кругової шкали.

Малюнок: Біметалевий термометр (спіральний тип)

Спіральний біметалевий термометр простий і недорогий у виготовленні та експлуатації. Проте він має деякі обмеження, такі як:

• Шкала та датчик не розділені один від одного, що означає, що весь пристрій має бути відкритим для середовища, температуру якого потрібно виміряти.

• Точність та роздільність пристрою залежать від якості та однорідності біметалевої стрічки та її з'єднання.

• Пристрій може бути вплинутий механічними ударями або вібраціями, які можуть призводити до помилок або пошкодження.

Гвинтовий біметалевий термометр

Гвинтовий біметалевий термометр використовує біметалеву стрічку, яка намотана в гвинтову спіраль, подібну до пружини. Нижній кінець спіралі фіксований до валу, а верхній кінець спіралі вільний для руху. Як показано на малюнку нижче, коли температура зростає або зменшується, спіраль розширюється або стискається аксіально, що призводить до обертання вала. Обертання вала може бути передане стрілці через систему зубчато-лялечну, яка показує температуру на лінійній шкалі.

Малюнок: Біметалевий термометр (гвинтовий тип)

Гвинтовий біметалевий термометр має деякі переваги над спіральним типом, такі як:

• Шкала та датчик можуть бути розділені один від одного за допомогою гнучкої капілярної трубки, що дозволяє пристрою вимірювати температуру в віддалених або недосяжних місцях.

• Точність та роздільність пристрою вищі, ніж у спірального типу, завдяки більшому переміщенню та моменту гвинтової спіралі.

• Пристрій менш чутливий до механічних ударів або вібрацій, які можуть вплинути на спіраль.

Застосування біметалевих термометрів

Біметалеві термометри мають широкий спектр застосувань у різних галузях та виробництвах, таких як:

• Приспособлення для керування температурою: Біметалеві термометри можуть використовуватися для активування або деактивування системи охолодження або нагріву, коли температура досягає попередньо заданого значення. Наприклад, біметалева стрічка може використовуватися для вимкнення електричного чайника, коли вода закипить, або для увімкнення вентилятора, коли температура в кімнаті занадто висока.

• Кондиціювання повітря та холодильна техніка: Біметалеві термометри можуть використовуватися для вимірювання та регулювання температури в повітрових каналів, холодильниках, морозильниках та інших пристроях охолодження або нагріву. Наприклад, спіральний біметалевий термометр може використовуватися в термостаті кондиціонера для налаштування потоку повітря відповідно до бажаної температури.

• Промислові процеси: Біметалеві термометри можуть використовуватися для моніторингу та керування температурою у різних промислових процесах, таких як переробка нафти, вулканізація шин, горячі паяння, нагрівання гарячою проволокою та інші. Наприклад, гвинтовий біметалевий термометр може використовуватися в нафтовому горелку для регулювання поставки палива відповідно до температури пламені.

• Вимірювання та індикація температури: Біметал