热敏双金属温度计是一种较为老式的温度计, 但在近年来引进的大型化工设备中,仍采用热敏双金属温度计作为就地指示仪。我国从七十年代已将其列为系列产品, 主要是因为它的抗振性能好, 比玻璃水银温度计坚固, 用以代替水银温度计, 既便于读数,又可避免水银污染。其不足之处是精度不够高, 目前zui高精度也只能达到1 % , 且量程小, 又不能远传。
在工业生产控制中, 既采用热敏电阻等感温元件作为远传显示和控制, 又采用热敏双金属温度计作为就地指示监督。为了满足某些用户对同一检测部位检测元件种类及测点尽可能少的要求, 以及为了使这种温度计在我国的系列产品中, 增加既能就地指示,又能远传温度信息的产品, 我们研制了电容式远传热敏双金属温度计。
二、测温原理及受力分析
把两种膨胀系数不同的金属带焊在一起, 便成为热敏双金属片, 将其制成螺旋管形式, 一端固定, 另一端为自由端。当温度变化时, 自由端就会相应地发生偏转, 其温度变化越大. 偏转角也就越大。根据热敏双金属螺旋管受热后, 自由端产生偏转的原理制成的测温仪器, 称为热敏双金属温度计,一般简称双金属温度计。
热敏双金属温度计的结构, 如图1 所示
它由热敏双金属螺旋管感温元件、连接输出轴、保护管、刻度盘及指针等构成。当温度从七。变化到七时, 在无外力作用的情况下, 热敏双金属螺旋管自由端发生偏转, 其偏转角a 与温度变化的关系为：
a = zk l (土厂t。工(ra d )o
( 1 )
式中, k 一称比弯曲。从( 1 )式可以看出, 温度变化量(t一t0 )越大, 偏转角a 也越大。如果温度变化(七一饥)时, 自由端不发生偏转, 即a = o, 则热敏双金属螺旋管受热所引起的推力p 为:
p 二k e b 6 2 (t 一t。)6t(k g ) ( 3 )
式中, e 一热敏双金属片整个截面的有效弹性模量。
热敏双金属片宽度(m m ),力作用点到螺旋管的半径(m m )。
由于热敏双金属螺旋管自由端与输出轴连接, 在输出轴上还有一指针, 这就等于在其自由端平面上加上了负载, 效果是使螺旋管受压缩。再者, 热敏双金属螺旋管外层金属膨胀系数大, 内层金属膨胀系数小, 两者又是紧密地焊在一起成为一个整体, 所以,当温度变化时, 前者热胀冷缩的伸长量大,后者热胀冷缩的伸长量小, 其结果因两者伸长量不等, 故使热敏双金属螺旋管外层金属受压缩力, 内层金属则受拉伸力。因压缩力的作用, 迫使螺旋管圈间距离减小, 从而使螺旋管的高度下降, 即呈现轴向位移。其感受温度的变化量越大, 所受到的压缩力也越大, 呈现的轴向位移量也越大。因拉伸力和总的热胀冷缩结果, 使得螺旋管伸长, 圈数增加, 自由端中心半径减小, 所以, 呈现输出轴的旋转, 感受的温度变化量越大, 其旋转角也越大。
综上所述, 当热敏双金属螺旋管感受温度变化时, 由于受到拉伸力、压缩力、负载等诸力作用的结果, 自由端不仅绕轴旋转,而且还将产生轴向位移。根据实际观测, 不同的测温范围, 轴向位移量也不同。
测温范围在10 0 ℃ 以下, 轴向位移量约1 毫米。其值取决于热敏双金属的材料、结构尺寸、制造工艺以及测温范围等因素。
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