Un thermomètre bimétallique est un appareil de mesure de la température. Il convertit la température du support en déplacement mécanique à l’aide d’une bande bimétallique. La bande bimétallique est constituée de deux métaux différents ayant des coefficients de dilatation thermique différents. Les thermomètres bimétalliques sont utilisés dans les appareils résidentiels tels que les climatiseurs, les fours et les appareils industriels tels que les appareils de chauffage, les fils chauds, les raffineries, etc. Ils constituent un moyen simple, durable et économique de mesure de la température.

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• Construction et conception
• Avantages et inconvénients des thermomètres bimétalliques
• Types de thermomètre bimétallique
• Critères de sélection
• Étalonnage du thermomètre bimétallique
• Applications

Construction et conception

Un thermomètre bimétallique fonctionne en utilisant deux propriétés de base du métal:

1. La propriété de dilatation thermique du métal
2. Le coefficient de dilatation thermique de différents métaux est différent pour la même température.

Le composant principal du thermomètre bimétallique est la bande bimétallique. La bande bimétallique est constituée de deux bandes minces de métaux différents, ayant chacune des coefficients de dilatation thermique différents. La dilatation thermique est la propriété d’un métal de changer de forme ou de volume avec un changement de température. Les bandes métalliques sont reliées sur leur longueur en les fusionnant ou en les rivetant. Les bandes sont fixées à une extrémité et libres de se déplacer à l’autre extrémité.

Les deux métaux généralement utilisés sont l’acier et le cuivre, mais l’acier et le laiton peuvent également être utilisés. Comme leur dilatation thermique est différente, la longueur de ces métaux change à des vitesses différentes pour la même température. En raison de cette propriété, lorsque la température change, la bande métallique d’un côté se dilate et l’autre ne se dilate pas, ce qui crée un effet de flexion. Cela peut être vu à la figure 2.

Lorsque la température augmente, la bande tourne dans la direction du métal avec le coefficient de température le plus faible. Lorsque la température diminue, la bande se plie en direction d’un métal ayant un coefficient de température plus élevé. La déviation de la bande indique la variation de température. Ce mouvement de flexion est connecté au cadran du thermomètre, produisant la température du support. L’étalonnage est une étape importante pour assurer la lecture correcte de la température.

Avantages et inconvénients des thermomètres bimétalliques

Les avantages des thermomètres bimétalliques comprennent:

1. Conception simple et robuste
2. Moins chers que les autres thermomètres
3. Ils sont entièrement mécaniques et ne nécessitent aucune source d’alimentation pour fonctionner.
4. Installation et entretien faciles
5. Réponse presque linéaire au changement de température
6. Convient à de larges plages de température

Certains inconvénients des thermomètres bimétalliques sont:

1. Il n’est pas conseillé de les utiliser pour des températures très élevées.
2. Ils peuvent nécessiter un étalonnage fréquent.
3. Peut ne pas donner une lecture précise pour les basses températures.
4. L’étalonnage est perturbé s’il est manipulé grossièrement

Types de thermomètre bimétallique

Il existe deux types de thermomètres bimétalliques, le thermomètre bimétallique à bande hélicoïdale et le thermomètre bimétallique à bande spiralée. Les bandes en hélice et en spirale sont utilisées pour maintenir la taille du thermomètre dans une limite gérable.

Thermomètre bimétallique à bande hélicoïdale

Comme son nom l’indique, une bande bimétallique en forme d’hélice est utilisée pour mesurer la température dans ce type de thermomètre. Le pointeur est connecté à travers l’arbre à l’extrémité libre de la bande. La bande est enroulée en hélice à l’intérieur de la tige, comme illustré à la figure 3. Lorsque la température augmente, la bande hélicoïdale détecte le changement de température. La bande métallique avec un coefficient de dilatation thermique plus élevé se dilate et s’enroule le long de la tige, faisant tourner l’arbre. Cette rotation fait que le pointeur déplace sa position dans le cadran qui indique la température du support. Lorsque la température diminue, le métal avec un coefficient de dilatation thermique plus faible se rétrécit et fait tourner l’arbre. Le pointeur lit ensuite la température la plus basse dans le cadran.

Ceux-ci sont principalement utilisés pour des applications industrielles, car ils peuvent être placés à l’intérieur d’un puits de gant qui permet un fonctionnement dans des environnements à haute température et pression.

Thermomètre bimétallique à bande en spirale

Une bande en forme de spirale est utilisée pour mesurer la température dans un thermomètre à bande en spirale bimétallique, comme on le voit à la figure 4. Lorsque la température augmente, les deux bandes métalliques se dilatent différemment. Cela crée un effet de flexion et la bande s’enroule de telle sorte que le métal avec un coefficient thermique plus élevé forme le côté extérieur de l’arc. Lorsque la température diminue, le métal avec un coefficient thermique plus faible forme la couche interne de l’arc. Le pointeur et le cadran fixés à la spirale lisent cette déformation qui indique la température du support.

Ils sont principalement utilisés pour les thermostats ou la mesure de la température ambiante, car ils sont sensibles aux variations de température plus faibles.

Critères de sélection

Les critères de sélection suivants doivent être pris en compte lors de la sélection du thermomètre bimétallique pour votre application:

1. Plage de température: Le thermomètre bimétallique doit se situer dans les températures limites supérieure et inférieure. En raison des températures extrêmes, les métaux peuvent atteindre leurs limites de dilatation et ne pas rebondir, ce qui endommage définitivement le thermomètre.
2. Tige: La longueur et le diamètre de la tige du thermomètre à tige bimétallique doivent être déterminés selon les exigences de l’application. Cela peut nécessiter de déterminer la longueur ou la profondeur d’immersion du réservoir où le thermomètre sera utilisé.
3. Puits de gant: Un puits de gant est un raccord de tube cylindrique qui protège les capteurs de température installés dans des applications industrielles. Il agit comme une barrière pour protéger le thermomètre coûteux de tout dommage potentiel causé par le fluide de traitement. Des puits thermiques doivent être utilisés lorsque la tige peut être exposée à des températures extrêmes, à une pression, à une vitesse élevée ou à un fluide de nature corrosive. Avec un puits de gant installé, les thermomètres peuvent être facilement retirés et remplacés sans arrêter le processus. Comme le puits de gant protège le thermomètre, il dure plus longtemps, ce qui réduit les coûts d’entretien et de remplacement.
4. Type de thermomètre : Le thermomètre bimétallique peut comporter une bande hélicoïdale ou une bande spiralée. Le thermomètre à bande hélicoïdale est préféré pour les applications industrielles telles que les raffineries, les brûleurs à mazout, etc. Les bandes bimétalliques sont enroulées en hélice à l’intérieur de la tige et peuvent être supportées par des puits thermiques pour fonctionner avec des températures et des pressions extrêmes. Les thermomètres à bande spiralée sont utilisés dans les thermostats pour leur sensibilité aux variations de basse température.

Étalonnage du thermomètre bimétallique

La méthode la plus précise pour étalonner le thermomètre bimétallique est la méthode du point de glace. Pour calibrer un thermomètre bimétallique en utilisant cette méthode, remplissez un verre complètement de glace, ajoutez de l’eau froide et laissez reposer 4 à 5 minutes. Ensuite, insérez la tige du thermomètre dans l’eau glacée. Assurez-vous que la tige ne touche pas le fond ou les côtés du verre. Laissez-le reposer jusqu’à ce que le cadran cesse de bouger. Si le thermomètre est précis, il doit mesurer 0 ° C ou 32 ° F. Sinon, tournez l’écrou situé sous le cadran de manière à ce qu’il indique 0 ° C. Vérifiez à intervalles réguliers pour vous assurer de la précision. Un processus d’étalonnage hebdomadaire ou mensuel du thermomètre doit être mis en place en fonction des exigences de votre application.

Applications

Les thermomètres bimétalliques sont utilisés à des fins résidentielles et commerciales. Ils sont couramment utilisés dans:

1. Climatiseurs
2. Thermostats
3. Dispositifs de commande
4. Chauffage
5. Fours
6. Hotwires
7. Raffineries
8. Brûleurs à mazout

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