雙金屬溫度計是一種基于金屬熱膨脹特性差異實(shí)現溫度測量的儀表,其核心原理在于兩種不同熱膨脹系數的金屬層疊組合后,受熱時(shí)產(chǎn)生的彎曲變形驅動(dòng)指針偏轉,從而指示溫度值。
熱膨脹系數差異:形變的基礎
雙金屬溫度計由兩種金屬(如黃銅與鎳鉻合金)通過(guò)軋制或焊接工藝緊密貼合而成。這兩種金屬的熱膨脹系數(材料單位溫度變化時(shí)的長(cháng)度變化率)存在顯著(zhù)差異。當溫度升高時(shí),熱膨脹系數較大的金屬(如黃銅)伸長(cháng)量更多,而熱膨脹系數較小的金屬(如鎳鉻合金)伸長(cháng)量較少。這種差異導致雙金屬片在受熱時(shí)向熱膨脹系數較小的一側彎曲,形成弧形或螺旋形變形。
形變傳遞與指針偏轉
雙金屬片的彎曲變形通過(guò)機械結構傳遞至指針系統。常見(jiàn)設計有兩種:
平直型:雙金屬片一端固定,另一端自由彎曲,直接連接指針軸。溫度變化時(shí),自由端的位移通過(guò)杠桿放大,驅動(dòng)指針在刻度盤(pán)上偏轉。
螺旋型:雙金屬片繞成螺旋狀,受熱時(shí)螺旋圈數變化,通過(guò)齒輪傳動(dòng)機構將微小形變轉換為指針的大角度偏轉,提高測量靈敏度。
溫度指示與刻度校準
指針的偏轉角度與溫度變化呈線(xiàn)性關(guān)系,刻度盤(pán)根據雙金屬片的材料特性預先標定。例如,若黃銅與鎳鉻合金的熱膨脹系數差為Δα,雙金屬片長(cháng)度為L(cháng),溫度變化ΔT時(shí),彎曲量ΔL=Δα·L·ΔT。通過(guò)設計合理的機械傳動(dòng)比,可將ΔL轉換為指針的角位移,實(shí)現溫度的直觀(guān)讀取。
雙金屬溫度計結構簡(jiǎn)單、成本低廉,廣泛應用于工業(yè)現場(chǎng)的溫度監測,但其精度受材料均勻性、環(huán)境振動(dòng)等因素影響,通常適用于±1℃~±2℃的測量場(chǎng)景。