Hoe werkt een bimetaal thermometer?
Figuur 1: Bimetaalthermometers
Een bimetaalthermometer is een apparaat voor temperatuurmeting. Het zet de temperatuur van het medium om in mechanische verplaatsing met behulp van een bimetalen strip. De bimetalen strip bestaat uit twee verschillende metalen met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten. Bimetaalthermometers worden gebruikt in huishoudelijke apparaten zoals airconditioners en ovens, en industriële apparaten zoals verwarmers, hete draden, raffinaderijen, enz. Ze zijn een eenvoudige, duurzame en kostenefficiënte manier van temperatuurmeting. Bimetaal thermometers worden ook wel bimetaal thermometers genoemd.
Inhoudsopgave
- Bouw en ontwerp
- Voor- en nadelen van bimetaalthermometers
- Soorten bimetaalthermometers
- Selectiecriteria
- Kalibratie van bimetaalthermometer
- Toepassingen
Bekijk hier onze selectie bimetaalthermometers!
Bouw en ontwerp
Een bimetaalthermometer werkt door gebruik te maken van twee basiseigenschappen van metaal:
- De thermische uitzettingseigenschap van het metaal
- De thermische uitzettingscoëfficiënt van verschillende metalen is verschillend voor dezelfde temperatuur.
Het belangrijkste onderdeel van de bimetaalthermometer is de bimetaalstrip. De bimetalen strip bestaat uit twee dunne stroken van verschillende metalen die elk een verschillende thermische uitzettingscoëfficiënt hebben. Thermische uitzetting is de eigenschap van een metaal om bij verandering van temperatuur van vorm of volume te veranderen. De metalen strips worden over hun lengte met elkaar verbonden door ze samen te smelten of te klinken. De stroken zitten aan één kant vast en kunnen aan de andere kant vrij bewegen.
De twee metalen die meestal worden gebruikt zijn staal en koper, maar ook staal en messing kunnen worden gebruikt. Aangezien hun thermische uitzetting verschillend is, verandert de lengte van deze metalen in een verschillend tempo bij dezelfde temperatuur. Door deze eigenschap zet de metalen strip aan de ene kant uit en aan de andere kant niet, waardoor een buigeffect ontstaat wanneer de temperatuur verandert. Dit is te zien in Figuur 2.
Wanneer de temperatuur stijgt, zal de strip draaien in de richting van het metaal met de lagere temperatuurcoëfficiënt. Wanneer de temperatuur daalt, buigt de strip in de richting van het metaal dat een hogere temperatuurcoëfficiënt heeft. Het buigen van de strip geeft de temperatuurvariatie aan. Deze buigbeweging is verbonden met de temperatuurschaal van de thermometer, die de temperatuur van het medium weergeeft. Kalibratie is een belangrijke stap voor een correcte temperatuurmeting.
Figuur 2: Bimetaalstrook: vast uiteinde (A), vrij uiteinde (B), bimetaalstrook (C) en afbuiging (D)
Voor- en nadelen van bimetaalthermometers
De voordelen van bimetaalthermometers zijn onder andere:
- Eenvoudig en robuust ontwerp
- Minder duur dan andere thermometers
- Ze zijn volledig mechanisch en hebben geen stroombron nodig om te werken.
- Eenvoudige installatie en onderhoud
- Nagenoeg lineaire respons op temperatuurverandering
- Geschikt voor brede temperatuurbereiken
Enkele nadelen van bimetaalthermometers zijn:
- Ze worden niet aanbevolen voor gebruik bij zeer hoge temperaturen.
- Ze moeten mogelijk regelmatig worden gekalibreerd.
- Geeft mogelijk geen nauwkeurige meting bij lage temperatuur.
- De kalibratie wordt verstoord als er ruw mee wordt omgegaan
Soorten bimetaalthermometers
Er zijn twee soorten bimetaalthermometers, helix strip bimetaalthermometers en spiraal strip bimetaalthermometers. De helix- en spiraalvormige strips worden gebruikt om de grootte van de thermometer binnen een beheersbare limiet te houden.
Helix strip bimetaalthermometer
Zoals de naam al aangeeft, wordt bij dit type thermometer een helixvormige bimetalen strip gebruikt om de temperatuur te meten. De wijzer is verbonden via de as aan het vrije uiteinde van de strip. De strip wordt spiraalvormig in de steel gewikkeld, zoals geïllustreerd in Figuur 3. Wanneer de temperatuur stijgt, voelt de spiraalvormige strip de temperatuurverandering. Het stripmetaal met een hogere thermische uitzettingscoëfficiënt zet uit en wikkelt zich op langs de steel, waardoor de as draait. Door deze rotatie verschuift de wijzer zijn positie in de wijzerplaat die de temperatuur van het medium aangeeft. Als de temperatuur daalt, krimpt het metaal met een lagere thermische uitzettingscoëfficiënt en draait de as. De wijzer geeft dan de lagere temperatuur in de wijzerplaat aan.
Deze worden meestal gebruikt voor industriële toepassingen, omdat ze in een thermowell geplaatst kunnen worden die werking in omgevingen met hoge temperatuur en druk mogelijk maakt.
Figuur 3: Bimetaalthermometer met spiraalvormige strip: temperatuurschaal (A), wijzer (B), bimetalen spiraal (C), bol (D)
Spiraalvormige bimetaalthermometer
Een spiraalvormige strip wordt gebruikt om de temperatuur te meten in een bimetalen spiraalthermometer, zoals te zien is in Figuur 4. Als de temperatuur stijgt, zetten de twee metalen strips anders uit. Dit creëert een buigingseffect en de strip rolt zo op dat het metaal met een hogere thermische coëfficiënt de buitenkant van de boog vormt. Als de temperatuur daalt, vormt het metaal met een lagere thermische coëfficiënt de binnenste laag van de boog. De wijzer en wijzerplaat die aan de spiraal zijn bevestigd, lezen deze vervorming af die de temperatuur van het medium aangeeft.
Deze worden meestal gebruikt voor thermostaten of om de omgevingstemperatuur te meten, omdat ze gevoelig zijn voor lagere temperatuurschommelingen.
Figuur 4: Spiraalvormige bimetaalthermometer met strip: bimetaalstrip (A), vast uiteinde (B)
Selectiecriteria
Bij het kiezen van de bimetaalthermometer voor uw toepassing moet u rekening houden met de volgende selectiecriteria:
- Temperatuurbereik: De bimetaalthermometer moet zich binnen de boven- en ondergrenstemperaturen bevinden. Door extreme temperaturen kunnen metalen hun uitzettingsgrens bereiken en niet terugkaatsen, waardoor de thermometer permanent beschadigd raakt.
- Stam: De lengte en diameter van de steel voor de bimetaalthermometer moeten worden bepaald volgens de eisen van de toepassing. Hiervoor kan het nodig zijn om de dompellengte of diepte te bepalen van de tank waarin de thermometer wordt gebruikt.
- Thermowells: Een beschermbuis is een cilindrische fitting die de temperatuursensoren beschermt die geïnstalleerd zijn in industriële toepassingen. Het fungeert als een barrière om de dure thermometer te beschermen tegen mogelijke schade door de procesvloeistof. Thermowells moeten worden gebruikt op plaatsen waar de stang kan worden blootgesteld aan extreme temperatuur, druk, hoge snelheid of corrosieve vloeistoffen. Als er een thermowell is geïnstalleerd, kunnen thermometers eenvoudig worden verwijderd en vervangen zonder het proces te stoppen. Omdat de beschermbuis de thermometer beschermt, gaat deze langer mee, waardoor de onderhouds- en vervangingskosten lager zijn.
- Type thermometer: De bimetaalthermometer kan een helixstrip of spiraalstrip hebben. De spiraalvormige stripthermometer heeft de voorkeur voor industriële toepassingen zoals raffinaderijen, oliebranders, enz. De bimetalen strips worden spiraalvormig in de steel gewikkeld en kunnen worden ondersteund door thermowells om te werken bij extreme temperatuur en druk. Spiraalvormige bimetaal-thermometers worden gebruikt in thermostaten omdat ze gevoelig zijn voor lage temperatuurschommelingen.
Kalibratie van bimetaalthermometer
De nauwkeurigste methode om de bimetaalthermometer te kalibreren is de ijspuntmethode. Om een bimetaalthermometer volgens deze methode te kalibreren, vul je een glas volledig met ijs, voeg je koud water toe en laat je het 4 tot 5 minuten staan. Steek vervolgens de steel van de thermometer in het ijswater. Zorg ervoor dat de steel de bodem of zijkanten van het glas niet raakt. Laat het zitten tot de wijzerplaat niet meer beweegt. Als de thermometer nauwkeurig is, moet hij 0°C of 32°F meten. Zo niet, draai dan de moer onder de wijzerplaat zodat deze 0°C aangeeft. Controleer regelmatig om de nauwkeurigheid te garanderen. Afhankelijk van de vereisten van de toepassing moet de thermometer wekelijks of maandelijks worden gekalibreerd.
Toepassingen
De bimetaalthermometers worden zowel voor huishoudelijke als commerciële doeleinden gebruikt. Een bimetaalthermometer wordt gebruikt in:
- Airconditioners
- Thermostaten
- Controleapparaten
- Verwarming
- Ovens
- Hotwires
- Raffinaderijen
- Oliebranders
FAQ
Moet de hele buis in het medium worden ondergedompeld of is het uiteinde voldoende?
De hele buis moet ondergedompeld zijn in het medium. De buis bevat een bimetalen spoel die vervormd wordt door temperatuur. Voor een nauwkeurige meting moet het volledig in contact komen met het medium.
