Thermomètre bimétallique

Définition: Le thermomètre bimétallique utilise la bande bimétallique qui convertit la température en déplacement mécanique. Le fonctionnement de la bande bimétallique dépend de la propriété d’expansion thermique du métal. L’expansion thermique est la tendance du métal dans lequel le volume de métal change avec la variation de température.

Chaque métal a un coefficient de température différent. Le coefficient de température montre la relation entre le changement de la dimension physique du métal et la température qui le provoque. L’expansion ou la contraction du métal dépend du coefficient de température, c’est-à-dire à la même température que les métaux ont des changements différents dans la dimension physique.

Principe de travail du thermomètre bimétallique

Le principe de travail du thermomètre bimétallique dépend des deux propriétés fondamentales du métal.

1. Le métal a la propriété de l’expansion thermique, c’est-à-dire que le métal se dilate et le contrat concernant la température.
2. Le coefficient de température de tout le métal n’est pas le même. L’expansion ou la contraction des métaux est différente à la même température.

Constructions d’un thermomètre bimétallique

La bande bimétallique est construite en liant ensemble les deux minces bandes de métaux différents. Les métaux sont réunis à une extrémité avec l’aide du soudage. La liaison est maintenue de telle manière qu’il n’y a pas de mouvement relatif entre les deux métaux. La dimension physique des métaux varie avec la variation de température.

Étant donné que la bande bimétallique du thermomètre est construite avec différents métaux. Ainsi, la durée des métaux change à différents taux. Lorsque la température augmente, la bande se plie vers le métal qui a un coefficient à basse température. Et lorsque la température diminue, la bande se plie vers le métal qui a un coefficient à haute température.

La figure ci-dessous montre la bande bimétallique sous la forme de la poutre en porte-à-faux droite. La bande s’est fixée à une extrémité et dévie à l’autre extrémité.

La plage de déviation de la bande bimétallique dépend du type de métaux utilisés pour la construction. La déviation du métal est directement proportionnelle à la longueur de la bande et à la variation de la température et est inversement proportionnelle à l’épaisseur des bandes. Laissez comprendre cela à l’aide de la formule mathématique. Considérez que la bande bimétallique est composée de deux métaux différents, c’est-à-dire le métal A et le métal B. Les deux métaux ont un coefficient de température différent. Le T₂ – t₁ montre la variation de la température, ce qui provoque l’expansion de la chaîne.

Où, t – l’épaisseur totale de la bande
n – le rapport des modules d’élasticité = e_B/ E_UN

M – Le rapport de l’épaisseur
T₂ – t₁ – Changement de température
t_UNt_B – L’épaisseur du métal A et du métal B.
α_UNα_B– Le coefficient thermique d’expansion du métal A et B.

L’expansion fait bouger la bande dans l’arc circulaire uniforme. Le rayon du bras est donné par la formule illustrée ci-dessous. L’équation ci-dessus montre que la bande se penche vers les métaux qui a un coefficient à basse température (lorsque la température augmente) et l’inverse se produira lorsque la température diminuera.

Pour les applications pratiques, la bande est faite de métaux dont les modules d’élasticité et d’épaisseur sont les mêmes. Les modules d’élasticité montrent la capacité du matériau à retrouver sa position ou sa forme d’origine après l’élimination de la force ou de la charge.

Considérez que la bande est fixée à une extrémité et libre de se déplacer à l’autre extrémité. Lorsque l’environnement de température varie, la bande se plie vers l’arc circulaire.

Considérez que la bande est faite du métal ayant une épaisseur t / 2.

Donc, Si l’un des métaux a le très petit coefficient de température, alors le Au-dessus de l’équation montre que si une extrémité du métal est fixe, la déviation de l’extrémité libre des métaux montre la variation de la température. Ce thermomètre n’est pas utilisé pour une application industrielle en raison d’une faible sensibilité et d’une petite déviation. La sensibilité du thermomètre augmente avec l’augmentation de la longueur de la bande.

Types de bande bimétallique

La bande linéaire montre la petite déviation. Si la longueur de la bande augmente, la taille du thermomètre augmente également. Pour maintenir la taille du thermomètre dans la limite gérable, l’hélice ou la bande spirale est utilisée pour fabriquer le thermomètre.

Thermomètre bimétallique à bande spirale – Dans le thermomètre à bande bimétallique, la bande en forme de spirale est utilisée. Ce type de thermomètre est utilisé pour mesurer la température ambiante. En raison de la propriété de dilatation thermique du métal, la déformation se produit au printemps avec la variation de la température. Le pointeur et les cadrans attachés au ressort, ce qui indique la variation de la température.

Types hélicoïdaux Strip bimétallique – La bande bimétallique de type hélice est principalement utilisée pour les applications industrielles. Dans ce thermomètre, la bande de forme d’hélice est utilisée pour mesurer la température. L’extrémité libre de la bande est connectée au pointeur. La déviation de la bande montre la variation de la température.

Avantages

Le thermomètre est simple dans la construction, robuste et moins cher.

Désavantage

Le thermomètre donne le résultat moins précis tout en mesurant la basse température.

Applications du thermomètre bimétallique

Le thermomètre bimétallique est utilisé dans les appareils ménagers aime le four, le climatiseur et dans les appareils industriels comme les raffineries, les fils chauds, le radiateur, les réservoirs de tempérament, etc. pour mesurer la température.