<p>Definición: El termómetro bimetálico utiliza la tira bimetálica que convierte la temperatura en el desplazamiento mecánico. El trabajo de la tira bimetálica depende de la propiedad de expansión térmica del metal. La expansión térmica es la tendencia del metal en la que el volumen del metal cambia con la variación de la temperatura.
Cada metal tiene un coeficiente de temperatura diferente. El coeficiente de temperatura muestra la relación entre el cambio en la dimensión física del metal y la temperatura que lo provoca. La expansión o contracción del metal depende del coeficiente de temperatura, es decir, a la misma temperatura los metales tienen diferentes cambios en la dimensión física.
Índice de contenidos
Principio de funcionamiento del termómetro bimetálico
El principio de funcionamiento del termómetro bimetálico depende de las dos propiedades fundamentales del metal.
- El metal tiene la propiedad de expansión térmica, es decir, el metal se expande y contrae en función de la temperatura.
- El coeficiente de temperatura de todo el metal no es el mismo. La expansión o contracción de los metales es diferente a la misma temperatura.
Construcciones de Termómetro Bimetálico
La tira bimetálica se construye uniendo las dos tiras delgadas de diferentes metales. Los metales se unen en un extremo con la ayuda de la soldadura. El enlace se mantiene de tal manera que no hay movimiento relativo entre los dos metales. La dimensión física de los metales varía con la variación de la temperatura.
Ya que la tira bimetálica del termómetro está construida con diferentes metales. Por lo tanto, la longitud de los metales cambia a diferentes velocidades. Cuando aumenta la temperatura, la tira se dobla hacia el metal que tiene un coeficiente de temperatura bajo. Y cuando la temperatura disminuye, la tira se dobla hacia el metal que tiene un alto coeficiente de temperatura.
La siguiente figura muestra la tira bimetálica en forma de viga recta en voladizo. La tira se fija en un extremo y se desvía en el otro extremo.
El rango de deflexión de la tira bimetálica depende del tipo de metales utilizados para la construcción. La deflexión del metal es directamente proporcional a la longitud de la tira ya la variación de temperatura y es inversamente proporcional al espesor de las tiras.
Vamos a entender esto con la ayuda de la fórmula matemática. Considere que la tira bimetálica está hecha de dos metales diferentes, es decir, el metal A y el metal B. Ambos metales tienen un coeficiente de temperatura diferente. El T2 – T1 muestra la variación de temperatura, lo que provoca la expansión de la cuerda.
Donde, t – el espesor total de la tira
n – la relación de módulos de elasticidad = EB/EA
m – la relación del espesor
T2 – T1 – cambio de temperatura
tA, tB – el espesor del metal A y el metal B.
αA, αB– el coeficiente térmico de expansión del metal A y B.
La expansión hace que la tira se mueva en un arco circular uniforme. El radio del brazo viene dado por la fórmula que se muestra a continuación.
La ecuación anterior muestra que la tira se dobla hacia los metales que tienen un coeficiente de temperatura bajo (cuando la temperatura aumenta) y lo contrario sucederá cuando la temperatura disminuya.
Para aplicaciones prácticas, la tira está hecha de metales cuyos módulos de elasticidad y espesor son los mismos. Los módulos de elasticidad muestran la capacidad del material para recuperar su posición o forma original después de la eliminación de la fuerza o carga.
Considere que la tira está fija en un extremo y puede moverse libremente en el otro extremo. Cuando la temperatura alrededor de la tira varía, la tira se dobla hacia el arco circular.
Considere que la tira está hecha del metal que tiene un espesor t/2.
Entonces,
Si uno de los metales tiene un coeficiente de temperatura muy pequeño, entonces el
La ecuación anterior muestra que si un extremo del metal está fijo, la desviación del extremo libre de los metales muestra la variación de la temperatura. Este termómetro no se utiliza para aplicaciones industriales debido a su baja sensibilidad y pequeña desviación. La sensibilidad del termómetro aumenta con el aumento de la longitud de la tira.
Tipos de tira bimetálica
La tira lineal muestra la pequeña desviación. Si aumenta la longitud de la tira, también aumenta el tamaño del termómetro. Para mantener el tamaño del termómetro en un límite manejable, se usa la hélice o tira espiral para hacer el termómetro.
Termómetro bimetálico de tira espiral – En el termómetro de tira bimetálica, se utiliza la tira en forma de espiral. Este tipo de termómetro se utiliza para medir la temperatura ambiente. Debido a la propiedad de expansión térmica del metal, la deformación se produce en el resorte con la variación de la temperatura. El puntero y los diales unidos al resorte, que indica la variación de temperatura.
Tira bimetálica tipo helicoidal – La tira bimetálica tipo hélice se utiliza principalmente para aplicaciones industriales. En este termómetro, la tira en forma de hélice se usa para medir la temperatura. El extremo libre de la tira está conectado al puntero. La deflexión de la tira muestra la variación de temperatura.
Ventajas
El termómetro es de construcción simple, robusto y menos costoso.
Desventajas
El termómetro da el resultado menos preciso al medir la temperatura baja.
Aplicaciones del termómetro bimetálico
El termómetro bimetálico se utiliza en dispositivos domésticos como hornos, acondicionadores de aire y en aparatos industriales como refinerías, cables calientes, calentadores, tanques de templado, etc. para medir la temperatura.
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