Thermômetro Bimetal: Cách Hoạt Động và Ứng Dụng

Electrical4u

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

Bộ cảm biến nhiệt hai kim loại là gì

Bộ cảm biến nhiệt hai kim loại là gì?

Bộ cảm biến nhiệt hai kim loại là thiết bị sử dụng nguyên lý khác nhau về sự nở nhiệt của các chất rắn để đo nhiệt độ. Nó bao gồm hai dải kim loại (ví dụ: thép và đồng thau) có hệ số nở nhiệt khác nhau, được gắn chặt với nhau theo chiều dài. Khi dải hai kim loại được làm nóng hoặc làm lạnh, nó uốn cong hoặc xoắn do sự nở hoặc co lại không đều của hai kim loại. Mức độ uốn cong hoặc xoắn tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ và có thể được chỉ ra bằng một con trỏ trên thang đo đã hiệu chỉnh.

Bộ cảm biến nhiệt hai kim loại được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng vì sự đơn giản, bền bỉ và giá thành thấp. Chúng có thể đo nhiệt độ từ dưới -100 °C đến hơn 500 °C, tùy thuộc vào vật liệu và thiết kế của dải hai kim loại. Chúng cũng là thiết bị hoàn toàn cơ khí không cần nguồn điện hoặc mạch điện.

Bộ cảm biến nhiệt hai kim loại hoạt động như thế nào?

Cấu trúc và nguyên lý cơ bản của bộ cảm biến nhiệt hai kim loại được thể hiện trong hình dưới đây. Dải hai kim loại bao gồm hai dải kim loại có hệ số nở nhiệt khác nhau, chẳng hạn như thép và đồng thau. Dải thép có hệ số nở nhiệt thấp hơn dải đồng thau, điều này có nghĩa là nó nở hoặc co lại ít hơn dải đồng thau cho cùng một sự thay đổi nhiệt độ.

Hình: Cấu trúc và nguyên lý của dải hai kim loại

Khi dải hai kim loại được làm nóng, dải đồng thau nở nhiều hơn dải thép, gây ra việc dải hai kim loại uốn cong với dải đồng thau ở bên ngoài đường cong. Ngược lại, khi dải hai kim loại được làm lạnh, dải đồng thau co lại nhiều hơn dải thép, gây ra việc dải hai kim loại uốn cong với dải đồng thau ở bên trong đường cong.

Việc uốn cong hoặc xoắn của dải hai kim loại có thể được sử dụng để di chuyển một con trỏ được gắn ở một đầu của dải, chỉ ra nhiệt độ trên thang đo đã hiệu chỉnh. Hoặc, việc uốn cong hoặc xoắn của dải hai kim loại có thể được sử dụng để đóng hoặc mở tiếp điểm điện, kích hoạt hệ thống điều khiển nhiệt độ hoặc thiết bị an toàn.

Loại bộ cảm biến nhiệt hai kim loại

Có chủ yếu hai loại bộ cảm biến nhiệt hai kim loại trên thị trường: loại xoắn ốc và loại xoắn ốc lò xo. Cả hai loại đều sử dụng dải hai kim loại cuộn để tăng độ nhạy và tính gọn nhẹ của thiết bị.

Thermometer Bimetalic Loại Xoắn Ốc

Thermometer bimetalic loại xoắn ốc sử dụng dải hai kim loại được cuộn thành một xoắn ốc phẳng. Đầu bên trong của cuộn được cố định vào vỏ, trong khi đầu bên ngoài của cuộn được kết nối với một con trỏ. Như được hiển thị trong hình dưới đây, khi nhiệt độ tăng hoặc giảm, cuộn xoắn nhiều hơn hoặc ít hơn, khiến con trỏ di chuyển theo một thang đo hình tròn.

Hình: Thermometer bimetal (loại xoắn ốc)

Thermometer bimetalic loại xoắn ốc đơn giản và rẻ tiền để sản xuất và vận hành. Tuy nhiên, nó có một số hạn chế, chẳng hạn như:

Dial và cảm biến không tách rời khỏi nhau, điều này có nghĩa là toàn bộ thiết bị phải được phơi bày với môi trường mà nhiệt độ cần được đo.
Độ chính xác và độ phân giải của thiết bị phụ thuộc vào chất lượng và đồng nhất của dải hai kim loại và mối ghép của nó.
Thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi các cú sốc cơ học hoặc rung động có thể gây ra lỗi hoặc hư hỏng.

Thermometer Bimetalic Loại Lò Xo

Thermometer bimetalic loại lò xo sử dụng dải hai kim loại được cuộn thành một lò xo, tương tự như một lò xo. Đầu dưới của lò xo được cố định vào một trục, trong khi đầu trên của lò xo được tự do di chuyển. Như được hiển thị trong hình dưới đây, khi nhiệt độ tăng hoặc giảm, lò xo nở hoặc co lại theo trục, khiến trục quay. Sự quay của trục có thể được truyền đến một con trỏ thông qua hệ thống bánh răng - đòn bẩy, chỉ ra nhiệt độ trên thang đo tuyến tính.

Hình: Thermometer bimetal (loại lò xo)

Thermometer bimetalic loại lò xo có một số ưu điểm so với loại xoắn ốc, chẳng hạn như:

Dial và cảm biến có thể được tách rời khỏi nhau bằng cách sử dụng ống capillary mềm, cho phép thiết bị đo nhiệt độ ở các vị trí xa xôi hoặc khó tiếp cận.
Độ chính xác và độ phân giải của thiết bị cao hơn loại xoắn ốc do sự dịch chuyển lớn hơn và lực đòn bẩy của lò xo.
Thiết bị ít bị ảnh hưởng bởi các cú sốc cơ học hoặc rung động có thể ảnh hưởng đến loại xoắn ốc.

Ứng dụng của thermometer bimetalic

Thermometer bimetalic có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và ngành công nghiệp, chẳng hạn như:

Thiết bị điều khiển nhiệt độ: Thermometer bimetalic có thể được sử dụng để kích hoạt hoặc tắt hệ thống làm mát hoặc sưởi ấm khi nhiệt độ đạt đến giá trị đã đặt trước. Ví dụ, dải bimetalic có thể được sử dụng để tắt ấm điện khi nước sôi hoặc bật quạt khi nhiệt độ phòng quá cao.
Điều hòa không khí và làm lạnh: Thermometer bimetalic có thể được sử dụng để đo và điều chỉnh nhiệt độ trong các ống dẫn khí, tủ lạnh, tủ đông và các thiết bị làm mát hoặc sưởi ấm khác. Ví dụ, thermometer bimetalic loại xoắn ốc có thể được sử dụng trong thermostat điều hòa không khí để điều chỉnh lưu lượng gió theo nhiệt độ mong muốn.
Quá trình công nghiệp: Thermometer bimetalic có thể được sử dụng để giám sát và kiểm soát nhiệt độ trong các quá trình công nghiệp, như lọc dầu, vulcan hóa lốp, hàn nóng, sưởi ấm dây nóng và các quá trình khác. Ví dụ, thermometer bimetalic loại lò xo có thể được sử dụng trong máy đốt dầu để điều chỉnh nguồn cung cấp nhiên liệu theo nhiệt độ của ngọn lửa.
Đo và chỉ báo nhiệt độ: Thermometer bimetalic có thể được sử dụng để đo và hiển thị nhiệt độ của các môi trường, như chất lỏng, khí, chất rắn và bề mặt. Ví dụ, thermometer bimetalic có thể được sử dụng để đo nhiệt độ nước trong ống sưởi hoặc nhiệt độ bề mặt của động cơ.

Thermometer bimetalic phù hợp cho các ứng dụng này vì chúng:

Đơn giản và rẻ tiền: Thermometer bimetalic có cấu trúc và thiết kế đơn giản dễ sản xuất và vận hành. Chúng không cần nguồn điện hoặc mạch điện, giảm chi phí và bảo trì thiết bị.
Chắc chắn và bền bỉ: Thermometer bimetalic được làm từ các vật liệu kim loại chịu được ăn mòn, mài mòn và sốc. Chúng có thể chịu được nhiệt độ và áp suất cao mà không mất độ chính xác hoặc chức năng.
Cơ khí và analog: Thermometer bimetalic là thiết bị cơ khí tạo ra đầu ra analog tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ. Chúng không cần hiệu chỉnh hoặc điều chỉnh, và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ hoặc tiếng ồn.