Comment fonctionne un thermomètre bimétallique ?

Un thermomètre bimétallique est un dispositif de mesure de la température. Il convertit la température du support en déplacement mécanique à l'aide d'un bilame. Le bilame est constitué 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 chauffages, les fils chauds, les raffineries, etc. Ils constituent un moyen simple, durable et économique de mesurer la température. Les thermomètres bimétalliques sont parfois également appelés thermomètres à bilame.

Table des matières

• Construction et conception
• Avantages et inconvénients des thermomètres bimétalliques
• Types de thermomètres bimétalliques
• Critères de sélection
• Etalonnage des thermomètres bimétalliques
• Applications

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Construction et conception

Un thermomètre bimétallique fonctionne en utilisant deux propriétés fondamentales du métal :

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

Le composant principal du thermomètre bimétallique est la bande bimétallique. Le bilame est constitué de deux fines bandes de métaux différents, ayant chacun 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 de métal sont reliées sur toute leur longueur par fusion ou rivetage. 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 une même température. En raison de cette propriété, lorsque la température varie, la bande de métal d'un côté se dilate et l'autre non, ce qui crée un effet de flexion. C'est ce que montre la figure 2.

Lorsque la température augmente, la bande tourne dans le sens du métal ayant le coefficient de température le plus faible. Lorsque la température diminue, la bande se plie dans le sens du métal ayant un coefficient de température plus élevé. La déviation de la bande indique la variation de température. Ce mouvement de flexion est relié au cadran du thermomètre, qui indique la température du support. L'étalonnage est une étape importante pour garantir une lecture correcte de la température.

Avantages et inconvénients des thermomètres bimétalliques

Les avantages des thermomètres bimétalliques sont les suivants :

1. Conception simple et robuste
2. Moins cher que les autres thermomètres
3. Ils sont entièrement mécaniques et ne nécessitent aucune source d'énergie pour fonctionner.
4. Installation et entretien faciles
5. Réponse quasi linéaire aux variations de température
6. Convient à une large gamme de températures

Les thermomètres bimétalliques présentent certains inconvénients :

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 en cas de basse température.
4. L'étalonnage est perturbé en cas de manipulation brutale

Types de thermomètres bimétalliques

Il existe deux types de thermomètres bimétalliques : le thermomètre bimétallique à hélice et le thermomètre bimétallique à spirale. Les bandes hélicoïdales et spirales sont utilisées pour maintenir la taille du thermomètre dans une limite raisonnable.

Thermomètre bimétallique à bande hélicoïdale

Comme son nom l'indique, ce type de thermomètre utilise une bande bimétallique en forme d'hélice pour mesurer la température. L'aiguille est connectée à l'extrémité libre de la bande par l'intermédiaire de l'arbre. La bande est enroulée de manière hélicoïdale 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 de métal ayant un coefficient de dilatation thermique plus élevé se dilate et s'enroule le long de la tige, faisant tourner l'arbre. Cette rotation entraîne le déplacement de l'aiguille sur le cadran qui indique la température du support. Lorsque la température diminue, le métal ayant un coefficient de dilatation thermique plus faible se rétracte et fait tourner l'arbre. L'aiguille indique alors la température la plus basse du cadran.

Ils sont principalement utilisés pour des applications industrielles, car ils peuvent être placés à l'intérieur d'un puits thermométrique qui permet de fonctionner dans des environnements à haute température et à haute pression.

Thermomètre bimétallique à spirale

Un ruban en forme de spirale est utilisé pour mesurer la température dans un thermomètre bimétallique à ruban spiralé, comme le montre la figure 4. Lorsque la température augmente, les deux bandes de métal se dilatent différemment. Cela crée un effet de flexion et la bande s'enroule de telle sorte que le métal ayant un coefficient thermique plus élevé forme le côté extérieur de l'arc. Lorsque la température diminue, le métal ayant un coefficient thermique plus faible forme la couche interne de l'arc. L'aiguille et le cadran fixés à la spirale lisent cette déformation qui indique la température du milieu.

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

Critères de sélection

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

1. Plage de température: Le thermomètre bimétallique doit se situer entre les températures limites supérieure et inférieure. Sous l'effet de températures extrêmes, les métaux peuvent atteindre leurs limites de dilatation et ne pas rebondir, ce qui endommage le thermomètre de façon permanente.
2. Tige: La longueur et le diamètre de la tige du thermomètre bimétallique à tige doivent être déterminés en fonction de l'application. Il peut être nécessaire de déterminer la longueur d'immersion ou la profondeur du réservoir dans lequel le thermomètre sera utilisé.
3. Les puits thermométriques: Un doigt de gant est un raccord de tube cylindrique qui protège les capteurs de température installés dans les applications industrielles. Il agit comme une barrière pour protéger le coûteux thermomètre de tout dommage potentiel causé par le fluide du processus. Les doigts de gant doivent être utilisés lorsque la tige peut être exposée à des températures extrêmes, à la pression, à une vitesse élevée ou à un fluide de nature corrosive. Lorsqu'un doigt de gant est installé, les thermomètres peuvent être facilement retirés et remplacés sans interrompre le processus. Comme le doigt 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 avoir une bande hélicoïdale ou une bande spirale. Le thermomètre à bande hélicoïdale est préféré pour les applications industrielles telles que les raffineries, les brûleurs de pétrole, etc. Les bilames sont enroulés de façon hélicoïdale à l'intérieur de la tige et peuvent être soutenus par des fourreaux pour fonctionner à des températures et des pressions extrêmes. Les thermomètres à bande spirale sont utilisés dans les thermostats pour leur sensibilité aux variations de basse température.

Etalonnage des thermomètres bimétalliques

La méthode la plus précise pour étalonner le thermomètre bimétallique est la méthode du point de glace. Pour étalonner un thermomètre bimétallique selon cette méthode, remplissez complètement un verre de glace, ajoutez de l'eau froide et laissez reposer pendant 4 à 5 minutes. Insérez ensuite la tige du thermomètre dans l'eau glacée. Veillez à ce que le pied ne touche pas le fond ou les parois 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. Si ce n'est pas le cas, tournez l'écrou situé sous le cadran pour qu'il indique 0°C. Vérifier à intervalles réguliers pour s'assurer de l'exactitude des données. Un processus d'étalonnage hebdomadaire ou mensuel des thermomètres doit être mis en place en fonction des exigences de votre application.

Applications

Les thermomètres bimétalliques sont utilisés à des fins résidentielles et commerciales. Les applications les plus courantes du thermomètre bimétallique sont les suivantes :

1. Climatiseurs
2. Thermostats
3. Dispositifs de contrôle
4. Chauffage
5. Fours
6. Fils chauds
7. Raffineries
8. Brûleurs à huile

FAQ

L'ensemble du tube doit-il être immergé dans le milieu ou la pointe suffit-elle ?

Le tube entier doit être immergé dans le milieu. Le tube contient une bobine bimétallique qui est déformée par la température. Pour une mesure précise, il doit être complètement en contact avec le milieu.

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