Как работает биметаллический термометр?

Истоки некоторых отраслей науки отследить практически невозможно. Как, к примеру, можно определить: кто был первым астрономом или математиком. К таким областям человеческого знания можно отнести вероятно и метеорологию. Погода не могла не интересовать человека, тем более в допотопные времена, когда он был гораздо менее защищён от природных катаклизмов. Одной из базовых характеристик погоды является температура.

Для чего измеряют температуру?

Мы привыкли измерять температуру как внутри жилья так и на улице, привычно смотрим на градусник за окном поутру прежде чем выйти из дома, заботясь вопросом о том, надевать ли шарф и перчатки. Спиртовой, ртутный, биметаллический термометр за окном – привычная картина для большинства граждан. Без измерения температуры тела не обходится практически не одно медицинское обследование.

биметаллический термометр

Но метеорологов величина температуры воздуха интересует не только с точки зрения воздействия на наши кожные покровы. От того, насколько прогреты те или иные слои атмосферы, зависит образование воздушных потоков, ветров, которые и формируют погоду континентов.

Измерение температуры в производстве – вообще отдельная тема. Такие процессы как крекинг, полимеризация, кристаллизация и тысячи других химических и физических явлений, используемых на заводах и фабриках, протекают при чётко заданных температуре и давлении. Причём иногда требуется точность в десятые доли градуса. И в этом случае традиционные термометры, использующие эффект расширения тел при нагревании, применять достаточно сложно. Особенно это становится актуальным при работе в сверхнизких температурах, когда большинство жидкостей теряют текучесть. И тут часто приходит на выручку термометр биметаллический – ТБ, как принято писать сокращенно.

Как учились измерять температуру?

Изобретатель термометра достоверно неизвестен. Некоторые исследователи приписывают эту заслугу великому Галилео. Прибор для измерения температуры, созданный им, использовал сжатие-расширение воздуха. Даже шкалы прибор (называли его термоскоп) не имел. С его помощью, наблюдая за движением границы выталкиваемой воздухом жидкости, можно было лишь определить: растёт температура или падает. Точность такого прибора оставляла, мягко говоря, желать лучшего: на его работу существенно влияло атмосферное давление, к тому же граница воды и воздуха, как насыщение воздуха водяными парами, так и растворение воздуха в воде, постоянно «сбивали» настройку.

Позднее в качестве рабочего тела стали использовать жидкости со значительным коэффициентом температурного расширения. Термометры стали значительно точнее, размеры конструкции уменьшились до приемлемых и прибор этот потихоньку начал становиться массовым.

биметаллический термометр

В качестве рабочих жидкостей в таких термометрах применяют ртуть, различные спирты и даже керосин.

Другими более современными и прогрессивными методами измерения температуры являются способы, основанные на электричестве. Известно, что все проводящие электрический ток материалы меняют сопротивление в зависимости от температуры. Спайка некоторых различных металлов при нагревании (термоэлектрическая пара) вырабатывает электрический ток. Эти и другие физико-химические явления легли в основу средств для измерения температуры.

Биметаллические средства

Биметаллический термометр как и жидкостной использует эффект расширения тел при нагревании. Только в качество рабочего тела используются не жидкости или газы, а твёрдые предметы.

Рассмотрим его принцип действия. Возьмём две пластины из разных материалов с разными коэффициентами температурного расширения.

термометр биметаллический тб

При температуре Т1 размеры пластин будут равны. Но при повышении температуры (до Т2) очевидно, что то изделие, которое сделано из материала с большим коэффициентом расширения, и увеличится больше. Это в случае, если обе пластины сами по себе. Но стоит эти две пластины соединить (клёпка, пайка, горячее прессование и т.д.), как картина изменится.

биметаллический термометр

Различная величина спаянных между собой пластин (∆a < ∆b) вынудит всю конструкцию изогнуться. Причём выпуклость появится со стороны материала с большим коэффициентом расширения. Используя этот нехитрый эффект и работает биметаллический термометр. Величина изгиба показывает температуру окружающей среды. В различных конструкциях отличаются лишь способы измерения этого изгиба.

Преимущества

Какие качества отличают биметаллический термометр от собратьев?

- Жидкость, находящаяся в стеклянном сосуде, сама по себе представляет опасность, особенно если это ртуть, очевидно, что биметаллическая конструкция лишена этого недостатка.

- Ещё такая система не нуждается как термоэлектрические термометры в электропитании и дополнительном оборудовании, что делает её мобильнее и удобнее в использовании.

- Расширение жидкостей под действием температуры происходит неравномерно, оттого и показания их не всегда корректны, подобным недостатком не страдает биметаллический термометр радиальный.

биметаллический термометр радиальный

В его конструкции используется пластина, закрученная в спираль. За счёт большой длины рабочего тела измерение температуры происходит очень точно.

Изделия WIKA

Немецкая компания Wika – признанный лидер в области производства приборов для измерения температуры и давления. Специалисты компании не случайно обратили внимание на эффект изменения геометрии биметаллических пластин. Нужно сказать, что в изготовлении таких средств измерения температуры фирма достигла совершенства. Термометр биметаллический Wika выпускается как в бытовом исполнении, так и в специальных вариантах. Основные потребители продукции Wika – фирмы, занимающиеся тепловыми сетями и котельным оборудованием.

термометр биметаллический wika

Благодаря использованию в производстве передовых технических решений, тщательному выбору самых качественных материалов продукция Wika с успехом продаётся в более чем ста странах мира.