Биметаллические термометры

Разновидностью дилатометрических термометров являются датчики температуры с биметаллическими пластинами. Используя тот же принцип работы – тепловое расширение тел при нагревании – в биметаллических датчиках измеряется не удлинение, а изгиб пластины, состоящей из двух металлов с разными температур-

ными коэффициентами расшире- ния. Схема такого датчика, полу- чившего широкое применение в

различных системах регулирова-

 

Рис. 2.5. Схема измерения би-

металлическим термометром

ния температуры, приведена на рис. 2.5.

При изменении температуры такой пластины она изгибается в сто- рону материала с меньшим коэффициентом линейного расширения (на ри- сунке – металл 2). Для закрепленной с одного конца биметаллической пла- стины длиной l и толщиной s перемещение А ее ненагруженного конца при изменении температуры пластины от t1 до t2 определится выражением:

2

A = γ ⋅ l

s

 

(t2

− t1

 

), (2.7)

где γ – удельный изгиб пластины, зависящий в основном от разности ко-

эффициентов линейного расширения использованных металлов.

Из (2.7) следует, что перемещение ненагруженного конца пластины не зависит от ее ширины. Зависимость перемещения незакрепленного кон- ца биметаллической пластины от температуры справедлива в том интерва- ле температур, в котором оба используемых металла обладают упругой деформацией. Подбором специальных сплавов удается создать биметалли- ческий термометр с рабочим диапазоном температур от -100 до 600°С. Для увеличения длины пластины при сохранении малых габаритов чувстви- тельного элемента его выполняют в виде спирали. В этом случае измене- ние температуры от t1 до t2 вызывает поворот ненагруженного конца спи-

рали на угол ϕ:

2

ϕ = 360 γ l (t

− t)

 

 

. (2.8)

π s 2 1

Наибольшее распространение биметаллические термометры полу- чили для работы при комнатной температуре – как для непосредственного ее измерения, так и для автоматического регулирования (в этом случае чувствительный элемент приводит в действие систему управления контак- тами реле).

Основная погрешность биметаллических термометров составляет 1-

3% диапазона измерения, градуировочная характеристика близка к линей- ной. Однако чувствительные элементы термометров не взаимозаменяемы и приборы требуют индивидуальной градуировки. Она может осуществлять- ся в термостатах путем сравнения с показаниями соответствующего образ- цового средства измерений.