雙金屬溫度計是一種基于金屬熱膨脹特性差異實現(xiàn)溫度測量的儀表,其核心原理在于兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬層疊組合后,受熱時產(chǎn)生的彎曲變形驅(qū)動指針偏轉(zhuǎn),從而指示溫度值。
熱膨脹系數(shù)差異:形變的基礎(chǔ)
雙金屬溫度計由兩種金屬(如黃銅與鎳鉻合金)通過軋制或焊接工藝緊密貼合而成。這兩種金屬的熱膨脹系數(shù)(材料單位溫度變化時的長度變化率)存在顯著差異。當(dāng)溫度升高時,熱膨脹系數(shù)較大的金屬(如黃銅)伸長量更多,而熱膨脹系數(shù)較小的金屬(如鎳鉻合金)伸長量較少。這種差異導(dǎo)致雙金屬片在受熱時向熱膨脹系數(shù)較小的一側(cè)彎曲,形成弧形或螺旋形變形。
形變傳遞與指針偏轉(zhuǎn)
雙金屬片的彎曲變形通過機(jī)械結(jié)構(gòu)傳遞至指針系統(tǒng)。常見設(shè)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,自由端的位移通過杠桿放大,驅(qū)動指針在刻度盤上偏轉(zhuǎn)。
螺旋型:雙金屬片繞成螺旋狀,受熱時螺旋圈數(shù)變化,通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)將微小形變轉(zhuǎn)換為指針的大角度偏轉(zhuǎn),提高測量靈敏度。
溫度指示與刻度校準(zhǔn)
指針的偏轉(zhuǎn)角度與溫度變化呈線性關(guān)系,刻度盤根據(jù)雙金屬片的材料特性預(yù)先標(biāo)定。例如,若黃銅與鎳鉻合金的熱膨脹系數(shù)差為Δα,雙金屬片長度為L,溫度變化ΔT時,彎曲量ΔL=Δα·L·ΔT。通過設(shè)計合理的機(jī)械傳動比,可將ΔL轉(zhuǎn)換為指針的角位移,實現(xiàn)溫度的直觀讀取。
雙金屬溫度計結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉,廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的溫度監(jiān)測,但其精度受材料均勻性、環(huán)境振動等因素影響,通常適用于±1℃~±2℃的測量場景。