Wie funktioniert ein Bimetall-Thermometer?

Ein Bimetallthermometer ist ein Temperaturmessgerät. Er wandelt die Medientemperatur über einen Bimetallstreifen in eine mechanische Verschiebung um. Der Bimetallstreifen besteht aus zwei unterschiedlichen Metallen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Bimetall-Thermometer werden in Haushaltsgeräten wie Klimaanlagen, Öfen und Industriegeräten wie Heizungen, Heißdrähten, Raffinerien usw. verwendet. Sie sind eine einfache, langlebige und kostengünstige Art der Temperaturmessung. Bimetall-Thermometer werden manchmal auch als Bimetall-Temperaturfühler bezeichnet.

Inhaltsübersicht

• Konstruktion und Gestaltung
• Vor- und Nachteile von Bimetall-Thermometern
• Arten von Bimetallthermometern
• Auswahlkriterium
• Bimetall-Thermometerkalibrierung
• Anwendungen

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Konstruktion und Gestaltung

Ein Bimetall-Thermometer nutzt zwei grundlegende Eigenschaften von Metall:

1. Die Wärmeausdehnungseigenschaft des Metalls
2. Der Wärmeausdehnungskoeffizient verschiedener Metalle ist bei gleicher Temperatur unterschiedlich.

Der Hauptbestandteil des Bimetall-Thermometers ist der Bimetallstreifen. Der Bimetallstreifen besteht aus zwei dünnen Streifen unterschiedlicher Metalle mit jeweils unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wärmeausdehnung ist die Eigenschaft eines Metalls, seine Form oder sein Volumen bei einer Temperaturänderung zu ändern. Die Verbindung der Metallstreifen erfolgt über ihre Länge durch Verschweißen oder Vernieten. Die Streifen sind an einem Ende fixiert und am anderen Ende frei beweglich.

Die zwei typischerweise verwendeten Metalle sind Stahl und Kupfer, aber auch Stahl und Messing können verwendet werden. Da ihre Wärmeausdehnung unterschiedlich ist, ändert sich die Länge dieser Metalle bei gleicher Temperatur unterschiedlich schnell. Aufgrund dieser Eigenschaft dehnt sich das Metallband bei Temperaturänderungen auf der einen Seite aus und auf der anderen nicht, wodurch ein Biegeeffekt entsteht. Dies ist in Abbildung 2 zu sehen.

Bei steigender Temperatur dreht sich das Band in Richtung Metall mit dem niedrigeren Temperaturkoeffizienten. Wenn die Temperatur sinkt, biegt sich das Band in Richtung Metall mit einem höheren Temperaturkoeffizienten. Die Durchbiegung des Streifens zeigt die Temperaturänderung an. Diese Biegebewegung ist mit dem Zifferblatt des Thermometers verbunden und gibt die Temperatur des Mediums aus. Die Kalibrierung ist ein wichtiger Schritt, um den korrekten Temperaturmesswert sicherzustellen.

Vor- und Nachteile von Bimetall-Thermometern

Die Vorteile von Bimetall-Thermometern sind:

1. Einfaches und robustes Design
2. Günstiger als andere Thermometer
3. Sie sind vollständig mechanisch und benötigen für den Betrieb keine Stromquelle.
4. Einfache Installation und Wartung
5. Nahezu lineare Reaktion auf Temperaturänderungen
6. Für weite Temperaturbereiche geeignet

Einige Nachteile von Bimetall-Thermometern sind:

1. Es wird nicht empfohlen, sie für sehr hohe Temperaturen zu verwenden.
2. Sie müssen möglicherweise häufig kalibriert werden.
3. Kann bei niedrigen Temperaturen keine genauen Messwerte liefern.
4. Bei grober Handhabung wird die Kalibrierung gestört

Arten von Bimetallthermometern

Es gibt zwei Arten von Bimetall-Thermometern, Spiral-Bimetall-Thermometer und Spiral-Bimetall-Thermometer. Die Spiral- und Spiralstreifen dienen dazu, die Thermometergröße in einem überschaubaren Rahmen zu halten.

Spiralförmiges Bimetall-Thermometer

Wie der Name schon sagt, wird bei diesem Thermometertyp ein spiralförmiger Bimetallstreifen zur Temperaturmessung verwendet. Der Zeiger ist durch die Welle am freien Ende des Streifens verbunden. Der Streifen wird spiralförmig innerhalb des Schafts gewickelt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Wenn die Temperatur ansteigt, erfasst der spiralförmige Streifen die Temperaturänderung. Das Bandmetall mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten dehnt sich aus und wickelt sich entlang des Schafts auf, wodurch die Welle gedreht wird. Diese Drehung bewirkt, dass der Zeiger seine Position in der Skala bewegt, die die Temperatur des Mediums anzeigt. Wenn die Temperatur sinkt, schrumpft das Metall mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und dreht die Welle. Der Zeiger liest dann die niedrigere Temperatur im Zifferblatt ab.

Diese werden hauptsächlich für industrielle Anwendungen verwendet, da sie in einem Schutzrohr platziert werden können, das den Betrieb in Umgebungen mit hohen Temperaturen und Drücken ermöglicht.

Spiralförmiges Bimetall-Thermometer

Ein spiralförmiger Streifen wird verwendet, um die Temperatur in einem Bimetall-Spiralstreifenthermometer zu messen, wie in Abbildung 4 zu sehen. Bei steigender Temperatur dehnen sich die beiden Metallstreifen unterschiedlich aus. Dadurch entsteht ein Biegeeffekt und das Band wickelt sich so auf, dass das Metall mit höherem Wärmekoeffizienten die Außenseite des Lichtbogens bildet. Bei sinkender Temperatur bildet das Metall mit niedrigerem Wärmekoeffizienten die innere Schicht des Lichtbogens. Der Zeiger und die Skala, die an der Spirale angebracht sind, lesen diese Verformung ab, die die Temperatur des Mediums anzeigt.

Diese werden meist für Thermostate oder zur Messung der Umgebungstemperatur verwendet, da sie empfindlich auf geringere Temperaturschwankungen reagieren.

Auswahlkriterium

Bei der Auswahl des Bimetall-Thermometers für Ihre Anwendung sollten folgende Auswahlkriterien berücksichtigt werden:

1. Temperaturbereich: Das Bimetallthermometer sollte innerhalb der oberen und unteren Grenztemperatur liegen. Aufgrund extremer Temperaturen können Metalle ihre Ausdehnungsgrenzen erreichen und nicht zurückprallen, wodurch das Thermometer dauerhaft beschädigt wird.
2. Stem: Die Länge und der Durchmesser des Schafts für das Bimetall-Stabthermometer sollten gemäß den Anforderungen der Anwendung bestimmt werden. Dazu kann es erforderlich sein, die Eintauchlänge oder -tiefe des Tanks zu bestimmen, in dem das Thermometer verwendet werden soll.
3. Schutzrohre: Ein Schutzrohr ist eine zylindrische Rohrverschraubung, die die in industriellen Anwendungen verbauten Temperatursensoren schützt. Es dient als Barriere, um das teure Thermometer vor möglichen Schäden durch die Prozessflüssigkeit zu schützen. Schutzrohre müssen dort verwendet werden, wo der Schaft extremen Temperaturen, Drücken, hoher Geschwindigkeit oder korrosiven Flüssigkeiten ausgesetzt sein kann. Mit installiertem Schutzrohr können Thermometer einfach entfernt und ersetzt werden, ohne den Prozess zu stoppen. Da das Schutzrohr das Thermometer schützt, hält es länger und reduziert die Wartungs- und Austauschkosten.
4. Art des Thermometers: Das Bimetall-Thermometer kann einen Wendelstreifen oder Spiralstreifen aufweisen. Das Wendelstreifenthermometer wird bevorzugt für industrielle Anwendungen wie Raffinerien, Ölbrenner etc. Die Bimetallstreifen sind spiralförmig im Schaft gewickelt und können durch Schutzrohre unterstützt werden, um mit extremen Temperaturen und Drücken zu arbeiten. Spiralstreifenthermometer werden in Thermostaten wegen ihrer Empfindlichkeit gegenüber Niedertemperaturschwankungen verwendet.

Bimetall-Thermometerkalibrierung

Die genaueste Methode zur Kalibrierung des Bimetallthermometers ist die Eispunktmethode. Um ein Bimetall-Thermometer mit dieser Methode zu kalibrieren, füllen Sie ein Glas vollständig mit Eis, fügen Sie kaltes Wasser hinzu und lassen Sie es 4 bis 5 Minuten lang stehen. Stecke dann den Stiel des Thermometers in das Eiswasser. Achte darauf, dass der Stiel nicht den Boden oder die Seiten des Glases berührt. Lassen Sie es sitzen, bis sich das Zifferblatt nicht mehr bewegt. Wenn das Thermometer genau ist, sollte es 0 °C oder 32 °F anzeigen. Wenn nicht, drehen Sie die Mutter unter der Skala, bis sie 0 °C anzeigt. Überprüfen Sie in regelmäßigen Abständen, um die Genauigkeit sicherzustellen. Abhängig von Ihren Anwendungsanforderungen sollte ein wöchentlicher oder monatlicher Thermometerkalibrierungsprozess eingerichtet werden.

Anwendungen

Die Bimetall-Thermometer werden sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich eingesetzt. Die häufigsten Bimetallthermometer-Anwendungen sind:

1. Klimaanlagen
2. Thermostate
3. Steuergeräte
4. Heizung
5. Öfen
6. Hotwires
7. Raffinerien
8. Ölbrenner

FAQ

Muss das gesamte Röhrchen in das Medium eingetaucht werden oder reicht die Spitze aus?

Das gesamte Röhrchen muss in das Medium eingetaucht sein. Das Rohr enthält eine Bimetallspule, die durch die Temperatur verformt wird. Für eine genaue Messung muss er vollständig mit dem Medium in Kontakt kommen.

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