Термометр биметаллический – это механический прибор для измерения температуры, работающий за счёт деформации биметаллической пластины или спирали при нагреве и охлаждении.
Различие коэффициентов теплового расширения двух соединённых металлов приводит к изгибу чувствительного элемента, который через передаточный механизм перемещает стрелку по шкале, обеспечивая наглядное считывание значения.
Такие термометры широко применяются в промышленности и коммунальном хозяйстве: в системах отопления и вентиляции, на трубопроводах, в котельных, компрессорных установках, холодильном оборудовании и технологических линиях. Их ценят за автономность, устойчивость к вибрациям и простоту обслуживания, а также за возможность работы в условиях, где использование электронных датчиков затруднено.
Принцип действия спиральной биметаллической пластины
Спиральная биметаллическая пластина в биметаллическом термометре представляет собой упругий элемент, изготовленный из двух прочно соединённых металлов (или сплавов) с различными коэффициентами линейного температурного расширения. При изменении температуры каждый слой стремится изменить свою длину по-разному, но так как слои связаны между собой, пластина вынужденно изгибается.
В спиральном исполнении биметаллическая лента заранее свернута в спираль, чтобы небольшое относительное удлинение слоёв давало заметное угловое перемещение свободного конца. Чем больше разница коэффициентов расширения и чем выше температура (относительно исходной), тем сильнее возникает изгиб и тем значительнее становится поворот спирали.
Как возникает крутящий момент при нагреве и охлаждении
При нагреве слой с большим коэффициентом расширения стремится удлиниться сильнее, поэтому он оказывается на внешней стороне изгиба, а слой с меньшим расширением – на внутренней. В результате спираль либо «раскручивается», либо «закручивается» (в зависимости от того, какой слой расположен снаружи спирали и как ориентирован чувствительный элемент). При охлаждении процесс идёт в обратном направлении, и упругость конструкции обеспечивает возврат к предыдущему положению.
- Разность расширений создаёт внутренние напряжения в ленте.
- Напряжения превращаются в упругий изгиб и поворот спирали.
- Поворот свободного конца используется как измерительный сигнал.
Преобразование расширения в ход стрелки
Поворот свободного конца спиральной пластины передаётся на стрелочный указатель через простую механическую кинематику. Обычно один конец спирали жёстко закреплён на корпусе, а другой соединён с осью или рычажным механизмом, который преобразует небольшой угловой поворот чувствительного элемента в вращение указательной оси.
Далее движение передаётся на стрелку, которая перемещается по шкале, градуированной в единицах температуры. Для повышения стабильности показаний и повторяемости хода используют предварительную настройку и калибровку: фиксируют исходное положение при опорной температуре, а затем добиваются соответствия угла поворота определённым значениям шкалы. Важную роль играет и упругость системы: она обеспечивает возврат стрелки при изменении температуры в обратную сторону и снижает влияние кратковременных механических воздействий.
- Температура изменяет взаимное удлинение слоёв биметалла.
- Спираль поворачивает свободный конец на некоторый угол.
- Передача переводит этот поворот во вращение оси стрелки.
- Стрелка показывает температуру по шкале.
