Биметаллические датчики температуры

Что такое биметаллический датчик температуры?

Твердые вещества, как правило, расширяются при нагревании. Величина данных изменений зависит от линейных размеров образца, от материала, из которого он изготовлен и величины изменения температуры. Следующая формула применяется для расчета длины материала в зависимости от его температуры:

где,

   длина материала после нагрева
   первоначальная длина материала
   коэффициент линейного расширения
   изменение температуры

Вот некоторые типичные значения коэффициента линейного расширения α для металлов:

  • алюминий 25×10−6 на градус С
  • медь 16,6×10−6 на градус С
  • железо 12×10−6 на градус С
  • олово 20×10−6 на градус С
  • титана 8.5×10−6 на градус С


Как Вы видите, значения данного коэффициента α являются весьма незначительными. Это означает, что расширение (или сжатие) небольших образцов при малых перепадах температуры почти незаметно. Но мы можем легко увидеть воздействие теплового расширения для объектов, имеющих большие линейные размеры, такие, как например мосты, где деформационные разрывы должны быть включены в конструкцию для предотвращения разрушения в связи с изменением температуры окружающей среды.

Один из способов сделать заметным движение вследствие теплового расширения, заключается в том, чтобы соединить две полоски разнородных металлов, таких как медь и железо. Если мы возьмем две одинаковых полоски меди и железа, положим их рядом, и затем нагреем их, то мы увидим, что медная полоска удлинилась чуть больше, чем железная:

Если мы соединим эти две полосы металла вместе, дифференциальный рост линейных размеров приведет к движению изгиба, значительно превышающего линейное расширение. Это устройство называется - биметаллическая пластина:



Этого движения изгиба достаточно, чтобы перемещать механизм указателя, приводить в движение электромеханический переключатель, или выполнять большое число других механических задач, делая биметаллическую пластину очень простым и полезным сенсором температуры. Домашние термостаты часто используют этот принцип, чтобы и определять температуру в комнате и приводить в действие электрические выключатели для управления этой температурой. В бойлерах, электрочайниках и т. д. используется этот тип устройства (обычно в форме выпуклого диска bi-металла), чтобы определить перегрев и автоматически отключить питающее напряжение от нагревателя, если температура превышает заданный предел. Если биметаллическую полосу изогнуть по винтовой линии, то она будет иметь тенденцию раскручиваться при нагреве. Это движение скручивания может индицироваться стрелкой, указывая по шкале величину температуры. Термометр, использующий данный принцип, показан на следующей фотографии: