各種雙金屬溫度計(jì)的工作原理

 

    1、概述

 

    雙金屬溫度計(jì)是可以準(zhǔn)確的判斷和測(cè)量溫度的工具，分為指針雙金屬溫度計(jì)和數(shù)字雙金屬溫度計(jì)。

 

    指針雙金屬溫度計(jì)是一種測(cè)量中低溫度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表。指針式雙金屬溫度計(jì)可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中的-80℃～+500℃范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。

 

    數(shù)字雙金屬溫度計(jì)可以準(zhǔn)確的判斷和測(cè)量溫度，以數(shù)字顯示，而非指針或水銀顯示。故稱(chēng)數(shù)字雙金屬溫度計(jì)或數(shù)字溫度表。

 

    數(shù)字雙金屬溫度計(jì)是測(cè)溫儀器類(lèi)型的其中之一。根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍的不同，有煤油雙金屬溫度計(jì)、酒精雙金屬溫度計(jì)、水銀雙金屬溫度計(jì)、氣體雙金屬溫度計(jì)、電阻雙金屬溫度計(jì)、溫差電偶雙金屬溫度計(jì)、輻射雙金屬溫度計(jì)和光測(cè)雙金屬溫度計(jì)、雙金屬雙金屬溫度計(jì)等。

 

    2、原理

 

    根據(jù)使用目的的區(qū)別，已設(shè)計(jì)制造出多種雙金屬溫度計(jì)。其設(shè)計(jì)的依據(jù)有：利用固體、液體、氣體受溫度的影響而熱脹冷縮的現(xiàn)象;在定容條件下，氣體(或蒸氣壓強(qiáng)因區(qū)別溫度而變換;熱電效應(yīng)的作用;電阻隨溫度的變換而變換;熱輻射的影響等。

 

    3、各種雙金屬溫度計(jì)的工作原理

 

    使用目的的不同，已設(shè)計(jì)制造出多種雙金屬溫度計(jì)。其設(shè)計(jì)的依據(jù)有：利用固體、液體、氣體受溫度的影響而熱脹冷縮的現(xiàn)象；在定容條件下，氣體（或蒸汽）的壓強(qiáng)因不同溫度而變化；熱電效應(yīng)的作用；電阻隨溫度的變化而變化；熱輻射的影響等。

 

    一般說(shuō)來(lái)，一切物質(zhì)的任一物理屬性，只要它隨溫度的改變而發(fā)生單調(diào)的、顯著的變化，都可用來(lái)標(biāo)志溫度而制成雙金屬溫度計(jì)。

 

    (1)氣體雙金屬溫度計(jì)：多用氫氣或氦氣作測(cè)溫物質(zhì)，因?yàn)闅錃夂秃獾囊夯瘻囟群艿?，接近于絕對(duì)零度，故它的測(cè)溫范圍很廣。這種雙金屬溫度計(jì)精確度很高，多用于精密測(cè)量。

 

    (2)電阻雙金屬溫度計(jì)：分為金屬電阻雙金屬溫度計(jì)和半導(dǎo)體電阻雙金屬溫度計(jì)，都是根據(jù)電阻值隨溫度的變化這一特性制成的。金屬雙金屬溫度計(jì)主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的；半導(dǎo)體雙金屬溫度計(jì)主要用碳、鍺等。電阻雙金屬溫度計(jì)使用方便可靠，已廣泛應(yīng)用。它的測(cè)量范圍為-260℃至600℃左右。

 

    (3)溫差電偶雙金屬溫度計(jì)：是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的測(cè)溫儀器。利用溫差電現(xiàn)象制成。兩種不同的金屬絲焊接在一起形成工作端，另兩端與測(cè)量?jī)x表連接，形成電路。把工作端放在被測(cè)溫度處，工作端與自由端溫度不同時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，因而有電流通過(guò)回路。通過(guò)電學(xué)量的測(cè)量，利用已知處的溫度，就可以測(cè)定另一處的溫度。它適用于溫差較大的兩種物質(zhì)之間，多用于高溫和低濁測(cè)量。有的溫差電偶能測(cè)量高達(dá)3000℃的高溫，有的能測(cè)接近絕對(duì)零度的低溫。

 

    (4)高溫雙金屬溫度計(jì)：是指專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量500℃以上的溫度的雙金屬溫度計(jì)，有光測(cè)雙金屬溫度計(jì)、比色雙金屬溫度計(jì)和輻射雙金屬溫度計(jì)。高溫雙金屬溫度計(jì)的原理和構(gòu)造都比較復(fù)雜，這里不再討論。其測(cè)量范圍為500℃至3000℃以上，不適用于測(cè)量低溫。

 

    (5)指針式雙金屬溫度計(jì)：是形如儀表盤(pán)的雙金屬溫度計(jì)，也稱(chēng)寒暑表，用來(lái)測(cè)室溫，是用金屬的熱脹冷縮原理制成的。它是以雙金屬片做為感溫元件，用來(lái)控制指針。雙金屬片通常是用銅片和鐵片鉚在一起，且銅片在左，鐵片在右。由于銅的熱脹冷縮效果要比鐵明顯的多，因此當(dāng)溫度升高時(shí)，銅片牽拉鐵片向右彎曲，指針在雙金屬片的帶動(dòng)下就向右偏轉(zhuǎn)（指向高溫）；反之，溫度變低，指針在雙金屬片的帶動(dòng)下就向左偏轉(zhuǎn)（指向低溫）。

 

    (6)玻璃管雙金屬溫度計(jì)：玻璃管雙金屬溫度計(jì)是利用熱脹冷縮的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量的。由于測(cè)溫介質(zhì)的膨脹系數(shù)與沸點(diǎn)及凝固點(diǎn)的不同，所以我們常見(jiàn)的玻璃管雙金屬溫度計(jì)主要有：煤油雙金屬溫度計(jì)、水銀雙金屬溫度計(jì)、紅鋼筆水雙金屬溫度計(jì)。他的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度相對(duì)較高，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是測(cè)量上下限和精度受玻璃質(zhì)量與測(cè)溫介質(zhì)的性質(zhì)限制。且不能遠(yuǎn)傳，易碎。

 

    (7)壓力式雙金屬溫度計(jì)：壓力式雙金屬溫度計(jì)是利用封閉容器內(nèi)的液體，氣體或飽和蒸氣受熱后產(chǎn)生體積膨脹或壓力變化作為測(cè)信號(hào)。它的基本結(jié)構(gòu)是由溫包、毛細(xì)管和指示表三部分組成。壓力式雙金屬溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，不怕震動(dòng)。價(jià)格低廉，不需要外部能源。缺點(diǎn)是：測(cè)溫范圍有限制，一般在-80~400℃；熱損失大響應(yīng)時(shí)間較慢。

 

    (8)水銀雙金屬溫度計(jì)：水銀雙金屬溫度計(jì)是膨脹式雙金屬溫度計(jì)的一種，水銀的凝固點(diǎn)是-38.87℃，沸點(diǎn)是356.7℃，用來(lái)測(cè)量0--150℃或500℃以?xún)?nèi)范圍的溫度，它只能作為就地監(jiān)督的儀表。用它來(lái)測(cè)量溫度，不僅比較簡(jiǎn)單直觀，而且還可以避免外部遠(yuǎn)傳雙金屬溫度計(jì)的誤差。

 

    4、常用雙金屬溫度計(jì)

 

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要，測(cè)溫技術(shù)也不斷地改進(jìn)和提高。由于測(cè)溫范圍越來(lái)越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測(cè)溫儀器。下面介紹幾種。

 

    ●轉(zhuǎn)動(dòng)式雙金屬溫度計(jì)

 

    轉(zhuǎn)動(dòng)式雙金屬溫度計(jì)是由一個(gè)卷曲的雙金屬片制成。雙金屬片一端固定，另一端連接著指針。兩金屬片因膨脹程度不同，在不同溫度下，造成雙金屬片卷曲程度不同，指針則隨之指在刻度盤(pán)上的不同位置，從刻度盤(pán)上的讀數(shù)，便可知其溫度。

 

    ●半導(dǎo)體雙金屬溫度計(jì)

 

    半導(dǎo)體的電阻變化和金屬不同，溫度升高時(shí)，其電阻反而減少，并且變化幅度較大。因此少量的溫度變化也可使電阻產(chǎn)生明顯的變化，所制成的雙金屬溫度計(jì)有較高的精密度，常被稱(chēng)為感溫器。

 

    ●熱電偶雙金屬溫度計(jì)

 

    熱電偶雙金屬溫度計(jì)是由兩條不同金屬連接著一個(gè)靈敏的電壓計(jì)所組成。金屬接點(diǎn)在不同的溫度下，會(huì)在金屬的兩端產(chǎn)生不同的電位差。電位差非常微小，故需靈敏的電壓計(jì)才能測(cè)得。由電壓計(jì)的讀數(shù)，便可知道溫度為何。

 

    ●光測(cè)高溫計(jì)

 

    物體溫度若高到會(huì)發(fā)出大量的可見(jiàn)光時(shí)，便可利用測(cè)量其熱輻射的多寡以決定其溫度，此種雙金屬溫度計(jì)即為光測(cè)雙金屬溫度計(jì)。此雙金屬溫度計(jì)主要是由裝有紅色濾光鏡的望遠(yuǎn)鏡及一組帶有小燈泡、電流計(jì)與可變電阻的電路制成。使用前，先建立燈絲不同亮度所對(duì)應(yīng)溫度與電流計(jì)上的讀數(shù)的關(guān)系。使用時(shí)，將望遠(yuǎn)鏡對(duì)正待測(cè)物，調(diào)整電阻，使燈泡的亮度與待測(cè)物相同，這時(shí)從電流計(jì)便可讀出待測(cè)物的溫度了。

 

    ●液晶雙金屬溫度計(jì)

 

    用不同配方制成的液晶，其相變溫度不同，當(dāng)其相變時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)也會(huì)改變，使液晶看起來(lái)變了色。如果將不同相變溫度的液晶涂在一張紙上，則由液晶顏色的變化，便可知道溫度為何。此雙金屬溫度計(jì)之優(yōu)點(diǎn)是讀數(shù)容易，而缺點(diǎn)則是精確度不足，常用于觀賞用魚(yú)缸中，以指示水溫。

 

    ●數(shù)字雙金屬溫度計(jì)

 

    數(shù)字體溫計(jì)是利用溫度傳感器將（溫度）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)顯示器（如液晶、數(shù)碼管、LED矩陣等）顯示以數(shù)字形式的溫度，能快速準(zhǔn)確地測(cè)量人體溫度的最高值，與傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)相比，具有讀數(shù)字方便，測(cè)量時(shí)間短，測(cè)量精度高,能記憶并有提示音等優(yōu)點(diǎn)，尤其是數(shù)字體溫計(jì)不含水銀，對(duì)人體及周?chē)h(huán)境無(wú)害特別適合于醫(yī)院，家庭使用。

 

    ●水銀雙金屬溫度計(jì)

 

    灑落出來(lái)的汞必須立即用滴管、毛刷收集起來(lái)，并用水覆蓋（最好用甘油），然后在污染處撒上硫磺粉，無(wú)液體后（一般約一周時(shí)間）方可清掃。