Биметаллический термометр — это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел.
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.
Прочность биметаллических термометров делает их приемлемыми для промышленного применения. Более того, биметаллические термометры способны противостоять температурам за пределами диапазона измерений.
Выход за пределы диапазона измерений означает, что термометр подвергается воздействию температур, которые либо выше, либо ниже самых высоких или самых низких показаний температуры на шкале термометра.
Что касается недостатков, то металлы, из которых изготавливаются биметаллические элементы термометров подвержены одному существенному дефекту, который отсутствует в жидкостных системах или манометрических системах. Так металлы могут закаливаться при воздействии температур свыше 1000°C в течение длительного времени. Закаливание биметаллических элементов понижает их чувствительность к изменениям температуры. Когда это происходит, то элемент не будет расширяться и как обычно при нагревании и сжиматься как обычно при охлаждении. Поэтому при повышении температуры стрелка не будет двигаться пропорционально повышению температуры. Когда температура будет понижаться, то стрелка не будет перемещаться пропорционально понижению температуры. Биметаллический элемент с закаленным элементом может слабо реагировать на повышение температуры и сильно реагировать на понижение температуры.
Принцип работы биметаллического термометра
У биметаллического термометра есть стрелка и шкала, с которой ведется отсчет показаний. Трубка биметаллического термометра служит в качестве контейнера, куда помещается для стержня и биметаллического элемента.
Биметаллический стержень (стержень, изготовленный из двух различных металлов, скрепленных вместе) может использоваться в качестве компенсатора в манометрических системах. Биметаллический элемент биметаллического термометра сходен с биметаллическим стержнем. Он также изготовлен из двух различных металлов, которые сжимаются или расширяются с различной степенью при изменениях температуры. Металл верхней части при нагревании расширяется больше, чем нижний, поэтому стержень изгибается в направлении, показанном на рисунке ниже. Металл наверху также сильнее сжимается при охлаждении и заставляет стержень изгибаться в противоположном направлении.
Виды биметаллических термометров
Спиральный
Часто биметаллические элементы биметаллических термометров имеют форму спирали. Большинство элементов биметаллических термометров должны раскручиваться при нагревании. Однако это вовсе не обязательно. Некоторые, наоборот закручиваются при нагревании. Независимо от конструкции, направление движения элемента термометра будет известно и стрелка покажет изменения температуры.
Элемент, показанный на рисунке выше должен раскручиваться при нагревании. Когда этот спиральный элемент нагревается, то в ответ на повышение температуры он старается распрямиться. Подобное движение спирального элемента двигает стрелку в сторону более высоких показаний по шкале. Когда температура понижается, то спираль закручивается и стрелка двигается в сторону более низких показаний. Скручивание и распрямление спирального элемента пропорционально изменениям температуры Спиральные элементы используются в биметаллических термометрах вместо элементов в виде стержня, так как спиральный элемент занимает меньше места, чем элемент прямой формы. Кроме того, спиральный элемент обеспечивает больший ход стрелки, что в свою очередь, означает большую чувствительность к изменениям температуры.
Геликоид
Иногда спиральные элементы оказываются слишком плоскими и широкими, чтобы их можно применять в промышленности. Например, измерение температуры технологической жидкости, проходящей по большой трубе достаточно затруднено, так как потребуется датчик достаточно большой длины, чтобы он соприкасался с жидкостью. Для таких измерений температуры биметаллические термометры должны иметь удлиненный или длинный спиральный элемент. Удлиненный спиральный элемент носит название пространственной спирали или геликоида. Когда пространственная спираль нагревается, то она в результате раскручивается. Подобное раскручивание двигает ось, которая в свою очередь, передвигает стрелку по шкале в сторону более высоких показаний. При охлаждении пространственная спираль скручивается и двигает стрелку в сторону более низких показаний.
С многоступенчатой спиралью
Некоторые биметаллические термометры используют многоступенчатые спирали. Многоступенчатые пространственные спирали состоят из двух или более концентрических витков (витков внутри других витков), но тем не менее, это один биметаллический элемент. Многоступенчатая пространственная спираль работает по такому же принципу, как и унифилярная спираль. Она раскручивается при увеличении температуры и скручивается при понижении температуры. Многоступенчатая пространственная спираль занимает меньше места чем унифилярная спираль, но она способна обеспечить больший ход стрелки, чем унифилярная спираль аналогичного размера. По этой причине многоступенчатые пространственные спирали используются вместо унифилярных спиралей для измерений температуры внутри очень узких труб, или там, где нет места для погружения биметаллического термометра с более длинной унифилярной спиралью.
