Биметаллический термометр – это прибор для измерения температуры. Он преобразует температуру среды в механическое смещение с помощью биметаллической полосы. Биметаллическая полоса состоит из двух разных металлов, имеющих разные коэффициенты теплового расширения. Биметаллические термометры используются в бытовых устройствах, таких как кондиционеры, духовки, а также в промышленных устройствах, таких как нагреватели, нагревательные кабели, нефтеперерабатывающие заводы и т. д. Это простой, надежный и экономичный способ измерения температуры.
Конструкция и дизайн
Биметаллический термометр работает, используя два основных свойства металла:
- Свойство термического расширения металла
- Коэффициент термического расширения разных металлов различен для одной и той же температуры.
Основным компонентом биметаллического термометра является биметаллическая полоска. Биметаллическая полоса состоит из двух тонких полосок разных металлов, каждая из которых имеет разные коэффициенты теплового расширения. Тепловое расширение – это свойство металла изменять свою форму или объем при изменении температуры. Металлические полосы соединяются по длине путем сплавления или клепки. Полоски зафиксированы на одном конце и свободно перемещаются на другом конце.
Обычно используются два металла: сталь и медь, но также можно использовать сталь и латунь. Поскольку их тепловое расширение различно, длина этих металлов изменяется с разной скоростью при одной и той же температуре. Благодаря этому свойству при изменении температуры металлическая полоса с одной стороны расширяется, а с другой нет, что создает эффект изгиба. Это можно увидеть на рисунке.
При повышении температуры полоса развернется в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом. При понижении температуры полоса изгибается в сторону металла, имеющего более высокий температурный коэффициент. Отклонение полоски указывает на изменение температуры. Это изгибающее движение связано с циферблатом термометра, отображающим температуру среды. Калибровка является важным шагом для обеспечения правильных показаний температуры.
Преимущества и недостатки биметаллических термометров
К преимуществам биметаллических термометров относятся:
- Простая и надежная конструкция
- Они дешевле других термометров.
- Биметаллические термометры полностью механические и для работы не требуют источника питания.
- Простота установки и обслуживания
- Почти линейная реакция на изменение температуры
- Подходит для широкого диапазона температур
Некоторые недостатки биметаллических термометров:
- Их не рекомендуется использовать при очень высоких температурах.
- Им может потребоваться частая калибровка.
- Может не давать точных показаний при низкой температуре.
- Калибровка нарушается при грубом обращении.
Виды биметаллических термометров
Существует два типа биметаллических термометров: термометр с биметаллической спиралью и термометр с биметаллической винтовой полосой. Спиральные и винтовые полосы используются для того, чтобы размер термометра оставался в удобных для управления пределах.
Термометр с биметаллической спиралью 1 типа
Как следует из названия, в этом типе термометра для измерения температуры используется биметаллическая полоса в форме спирали. Указатель соединен с валом на свободном конце полосы. Полоса намотана спирально внутри стержня, как показано на рисунке. По мере увеличения температуры спиральная полоса реагирует на изменение температуры. Металл полосы с более высоким коэффициентом теплового расширения расширяется и наматывается вдоль стержня, вращая вал. Это вращение заставляет указатель перемещаться по шкале, что указывает на температуру среды. Когда температура понижается, металл с более низким коэффициентом теплового расширения сжимается и вращает вал. Тогда указатель показывает более низкую температуру на шкале.
Такие термометры в основном используются в промышленных приложениях, поскольку их можно разместить внутри термобарьера, что обеспечивает работу в условиях высокой температуры и давления.
Термометр с биметаллической спиральной полосой тип 2
Для измерения температуры в термометре с биметаллической спиральной полосой используется полоса в форме спирали, как видно на рисунке. По мере повышения температуры две металлические полосы расширяются по-разному. Это создает эффект изгиба, и полоса скручивается таким образом, что металл с более высоким тепловым коэффициентом формирует внешнюю сторону дуги. По мере понижения температуры металл с более низким тепловым коэффициентом формирует внутренний слой дуги. Указатель и шкала, прикрепленные к спирали, считывают эту деформацию, что указывает на температуру среды.
Такие термометры в основном используются для термостатов или измерения окружающей температуры, поскольку они чувствительны к низким температурным колебаниям.
Критерий выбора
При выборе биметаллического термометра для вашего применения следует учитывать следующие критерии выбора:
- Диапазон температур: Температура биметаллического термометра должна находиться в пределах верхнего и нижнего пределов. Из-за экстремальных температур металлы могут достичь предела расширения и не восстановиться, что приведет к необратимому повреждению термометра.
- Стержень: Длина и диаметр стержня термометра с биметаллическим стержнем должны определяться в соответствии с требованиями применения. Для этого может потребоваться определить длину погружения или глубину резервуара, в котором будет использоваться термометр.
- Защитные гильзы: Защитная гильза представляет собой цилиндрический трубный фитинг, который защищает датчики температуры, установленные в промышленных целях. Он действует как барьер, защищающий дорогой термометр от любого потенциального повреждения технологической жидкостью. Защитные гильзы необходимо использовать там, где шток может подвергаться воздействию экстремальной температуры, давления, высокой скорости или жидкости коррозионного характера. Если установлена защитная гильза, термометры можно легко снять и заменить, не останавливая процесс. Поскольку защитная гильза защищает термометр, он прослужит дольше, что снижает затраты на техническое обслуживание и замену.
Калибровка биметаллического термометра
Наиболее точным методом калибровки биметаллического термометра является метод точки льда. Чтобы откалибровать биметаллический термометр этим методом, полностью наполните стакан льдом, добавьте холодную воду и оставьте на 4–5 минут. Затем опустите стержень термометра в ледяную воду. Убедитесь, что ножка не касается дна или стенок стакана. Оставьте до тех пор, пока циферблат не перестанет двигаться. Если термометр точен, он должен показывать 0°C или 32°F. Если нет, поверните гайку, расположенную под циферблатом, так, чтобы она показывала 0°C. Проверяйте регулярно, чтобы обеспечить точность. В зависимости от требований вашего применения следует проводить еженедельную или ежемесячную калибровку термометра.
