Bimetallilämpömittarit: miten ne toimivat ja missä niitä käytetään

Mikä on bimetallilämpömittari ja miten se toimii

A bimetallinen lämpömittari on mekaaninen lämpötilan mittauslaite, joka toimii differentiaalisen lämpölaajenemisen periaatteella. Se koostuu kahdesta eri metallista - tyypillisesti teräksestä ja kuparista tai teräksestä ja messingistä - jotka on liitetty yhteen koko pituudeltaan yhdeksi komposiittinauhaksi. Koska eri metallit laajenevat ja supistuvat eri nopeuksilla altistuessaan lämpötilan muutoksille, sidottu nauha taipuu tai kiertyy lämmön vaikutuksesta, ja tämä fyysinen liike muunnetaan lämpötilalukemaksi kalibroidulla kellotaululla.

Bimetallilämpömittarin sisällä oleva ydinelementti on bimetallikela tai heliksi. Kellotaulutyyppisissä bimetallilämpömittareissa metallinauha kierretään tiiviiksi spiraaliksi tai kierteiseksi kelaksi. Toinen pää on kiinteä, kun taas toinen on yhdistetty kellotaulussa olevaan osoittimeen. Lämpötilan noustessa kela löystyy hieman kääntäen osoitinta myötäpäivään. Kun lämpötila laskee, kela kiristyy ja siirtää osoitinta vastakkaiseen suuntaan. Tämä yksinkertainen, tyylikäs mekanismi ei vaadi ulkoista virtalähdettä, ei elektroniikkaa eikä paristoja, joten bimetallilämpömittarit ovat poikkeuksellisen luotettavia jatkuvaan lämpötilan valvontaan vaativissa ympäristöissä.

Bimetallisen lämpömittarin tärkeimmät osat

Bimetallilämpömittarin rakenteen ymmärtäminen auttaa käyttäjiä valitsemaan käyttötarkoitukseensa oikean instrumentin ja ylläpitämään sitä oikein ajan mittaan. Pääkomponentit toimivat yhdessä varmistaakseen tarkat, toistettavat lämpötilalukemat määritellyllä mittausalueella.

• Bimetallinen anturielementti: Instrumentin sydän on kierretty tai kierteinen nauha kahdesta sidotusta metallista, joilla on merkittävästi erilaiset lämpölaajenemiskertoimet. Mitä suurempi ero laajenemisnopeuksissa, sitä suurempi on lämpömittarin herkkyys.
• Varsi: Metallinen putki, jossa anturielementti sijaitsee ja joka työnnetään mitattavaan väliaineeseen – putkeen, astiaan, uuniin tai ympäröivään ilmaan. Varren pituudet vaihtelevat suuresti, pinta-asennussovelluksissa 63 mm:stä yli 500 mm:iin upotettavaan säiliöön.
• Numerotaulu ja osoitin: Asteittainen pyöreä asteikko, jolla lämpötila näytetään. Kellotaulujen halkaisijat vaihtelevat yleensä 40 mm:stä 150 mm:iin, ja suuremmat kellot helpottavat luettavuutta kaukaa. Osoitin on kytketty suoraan bimetallielementin vapaaseen päähän.
• Kotelo ja kehys: Suojakotelo, joka on tyypillisesti valmistettu ruostumattomasta teräksestä tai ABS-muovista, joka ympäröi valitsinmekanismin. Teollisuustason kotelot on usein luokiteltu IP65- tai IP67-luokitukseen pölyn- ja vedenkestävyyden vuoksi.
• Prosessiyhteys: Varren pohjassa oleva liitin, joka yhdistää lämpömittarin putkiin, säiliöihin tai laitteisiin. Yleisiä liitäntätyyppejä ovat mm. messingistä tai ruostumattomasta teräksestä valmistetut NPT-, BSP- ja laippaliittimet.

Bimetallisten lämpömittarien tyypit kellotaulun mukaan

Bimetallisia lämpömittareita valmistetaan useissa eri kokoonpanoissa eri asennussuunnissa ja tilanrajoituksissa. Oikean tyypin valitseminen varmistaa, että kellotaulu on luettavissa ja varsi on oikeassa asennossa suhteessa prosessin liitäntäkohtaan.

Takaisin kytketyt (aksiaaliset) lämpömittarit

Takakytketyissä tai aksiaalisissa bimetallilämpömittareissa prosessiliitäntä sijaitsee kellon takaosassa, ja varsi ulottuu suoraan ulospäin kellotaulun kanssa. Tämä kokoonpano on ihanteellinen asennuksiin, joissa lämpömittari on asennettu suoraan seinään, paneeliin tai putken päähän ja kellotaulun on oltava suoraan tarkkailijaa kohti. Aksiaalityyppejä käytetään laajalti LVI-järjestelmissä, vedenlämmittimissä ja paneeliin asennetuissa instrumenteissa.

Pohjaan kytketyt (radiaaliset) lämpömittarit

Pohjakytketyissä tai säteittäisissä bimetallilämpömittareissa on prosessiliitäntä kellotaulun pohjassa siten, että varsi ulottuu kohtisuoraan kellotauluun nähden. Tämä tekee niistä sopivia asennettavaksi putkien ja astioiden ylä- tai sivuosaan, joissa kellotaulun on oltava luettavissa ylhäältä tai sivulta. Radiaalityypit ovat prosessiputkisovelluksissa yleisimmin käytettyjä konfiguraatioita.

Säädettävät kulmalämpömittarit

Säädettävät bimetallilämpömittarit mahdollistavat kellotaulun kääntämisen 360 astetta ja lukitsemisen mihin tahansa haluttuun kulmaan varteen nähden. Tämä joustavuus tekee niistä erittäin käytännöllisiä monimutkaisissa putkiasennoissa, joissa asennuskulma on rajoitettu, mikä varmistaa, että valitsin on aina helppopääsyiseen lukuasentoon putken suunnasta riippumatta.

Tarkkuus, mittausalue ja suorituskykyvaatimukset

Bimetallilämpömittareita on saatavana laajalla valikoimalla lämpötila-alueita ja tarkkuusluokkia. Teknisten eritelmien ymmärtäminen on välttämätöntä, jotta laite vastaa tietyn sovelluksen vaatimuksia.

Bimetallilämpömittareiden tarkkuus ilmaistaan yleensä prosentteina täyden asteikon mitta-alueesta. Lämpömittarilla, jonka alue on 0–200°C ja tarkkuusluokka 1, suurin sallittu virhe on ±2°C. Vaikka tämä on vähemmän tarkka kuin platinavastuslämpömittarit (RTD) tai termoparit laboratorioasetuksissa, se on täysin riittävä valtaosaan teollisista ja kaupallisista valvontasovelluksista, joissa yksinkertaisuus, kestävyys ja kustannustehokkuus ovat ensisijaisia ​​vaatimuksia.

Bimetallisten lämpömittareiden teolliset ja kaupalliset sovellukset

Bimetallilämpömittareita käytetään poikkeuksellisen laajalla valikoimalla teollisuudenaloja. Niiden kestävyys, riippumattomuus virtalähteistä ja asennuksen helppous tekevät niistä oletusvalinnan paikalliseen lämpötilan ilmaisuun lukemattomissa prosessiympäristöissä.

LVI- ja kiinteistöpalvelut

Lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmissä bimetallilämpömittareita käytetään tulo- ja paluuveden lämpötilojen seuraamiseen kattiloissa, jäähdyttimissä ja lämmönvaihtimissa. Ne asennetaan suoraan putkiin tai upotuskaivoihin, ja ne tarjoavat jatkuvan paikallisen lämpötilan lukemisen ilman sähköinfrastruktuuria. Niiden pitkä käyttöikä – usein yli 20 vuotta vähäisellä huollolla – tekee niistä ihanteellisia talotekniikkaasennuksiin, joissa huoltoon pääsy on rajoitettua.

Ruoanjalostus- ja kaupalliset keittiöt

Bimetallilämpömittareita käytetään laajalti elintarvikkeiden jalostuslaitoksissa ja kaupallisissa keittiöissä ruoanlaitto-, säilytys- ja jäähdytyslämpötilojen tarkistamiseen. Varsityyppiset bimetallilämpömittarit työnnetään suoraan elintarvikkeisiin varmistamaan, että turvallinen sisälämpötila on saavutettu – esimerkiksi 75 °C keitetylle siipikarjalle. Niiden välitön mekaaninen vaste, helppo puhdistaa ja akkujen puuttuminen tekevät niistä käytännöllisen työkalun elintarviketurvallisuuden noudattamiseen korkean suorituskyvyn ympäristöissä.

Öljyn, kaasun ja kemiallinen käsittely

Öljynjalostamoissa, petrokemian tehtaissa ja kemianteollisuuden laitoksissa bimetallilämpömittarit tarkkailevat putkiston lämpötiloja, lämmönvaihtimen suorituskykyä ja astian sisältöä useissa eri käyttöolosuhteissa. Näissä ympäristöissä olevissa instrumenteissa on tyypillisesti ruostumattomasta teräksestä valmistetut varret ja kotelot, paineeristyksen suojasuojusyhteensopivuus ja nestetäytteiset valitsimet, jotka vaimentavat tärinän aiheuttamaa osoittimen värähtelyä – yleinen haaste pumppu- ja kompressoriasennuksissa.

Farmaseuttiset ja puhdastilasovellukset

Farmaseuttiset valmistusympäristöt vaativat lämpötilainstrumentteja, jotka ovat helposti puhdistettavia, kestäviä aggressiivisia puhdistusaineita ja joissa ei ole rakoja, joissa saattaa olla epäpuhtauksia. Terveysluokan bimetallilämpömittarit, joissa on tri-clamp-prosessiliitännät, sähkökiillotetut ruostumattomasta teräksestä valmistetut varret ja sileät pinnat, on suunniteltu erityisesti näitä vaatimuksia varten, ja ne täyttävät standardit, kuten 3-A saniteettistandardit meijeri- ja farmaseuttisille laitteille.

Bimetalliset lämpömittarit vs. muut lämpötilanmittaustekniikat

Lämpötilamittausratkaisua valitessaan insinöörien ja hankinta-ammattilaisten on punnittava bimetallilämpömittareiden suhteellisia etuja ja rajoituksia verrattuna elektronisiin vaihtoehtoihin, kuten lämpöpareihin, RTD:iin ja digitaalisiin lämpötilalähettimiin.

• Virtaa ei tarvita: Toisin kuin elektroniset anturit, bimetallilämpömittarit toimivat täysin mekaanisesti. Tämä on kriittinen etu vaarallisten alueiden luokituksissa (ATEX/IECEx-vyöhykkeet), joissa sähkölaitteet vaativat kallista sertifiointia, ja etäasennuksissa ilman sähköinfrastruktuuria.
• Vain paikallinen luku: Bimetallilämpömittarit antavat vain paikallisen visuaalisen osoituksen. Ne eivät voi lähettää signaaleja logiikkajärjestelmiin, SCADA-järjestelmiin tai dataloggereihin ilman erillistä elektronista lähetintä - rajoitusta, jota elektroniset anturit eivät jaa.
• Matalampi tarkkuus kuin RTD:t: Platinum RTD:t tarjoavat tarkkuuden ±0,1 °C:n tarkkuudella tai paremmalla, mikä on huomattavasti parempi kuin bimetallilämpömittarit tarkkuuslaboratorio- tai validointisovelluksissa. Useimpiin prosessinvalvontatehtäviin bimetalliinstrumenttien tarkkuus ±1–2 % on kuitenkin täysin riittävä.
• Tärinänkestävyys: Tavalliset bimetallilämpömittarit voivat kärsiä osoittimen lepatusta voimakkaassa tärinäympäristössä. Nestetäytteisiä tai glyseriinin vaimennettuja versioita on saatavana tämän korjaamiseksi, ja ne tarjoavat vertailukelpoisen tärinänkestävyyden vankoihin elektronisiin antureihin.
• Pienemmät kokonaiskustannukset: Bimetallisilla lämpömittareilla on alhaisempi ostohinta, ne eivät vaadi signaalinkäsittelyelektroniikkaa ja niillä on minimaaliset jatkuvat huoltovaatimukset. 10–20 vuoden asennuksen elinkaaren aikana niiden kokonaiskustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat kuin vertailukelpoiset elektroniset mittausratkaisut.

Parhaat asennuksen käytännöt ja huolto-ohjeet

Oikea asennus on välttämätöntä tarkkojen lukemien ja pitkän käyttöiän varmistamiseksi. Karan tulee olla kokonaan upotettu prosessiväliaineeseen vähintään valmistajan ilmoittamaan minimi upotussyvyyteen asti – tyypillisesti 50–75 mm putken reikään. Lämpömittarin asentaminen ylimitoitettuun putkeen, jossa varren kärki ei yletä virtaavaan väliaineeseen, johtaa systemaattisiin lämpötilavirheisiin, jotka johtuvat ympäristön lämmön johtumisesta vartta pitkin.

Thermowells - suojaavia metalliputkia, jotka on asennettu pysyvästi prosessiliitäntään - on erittäin suositeltavaa sovelluksiin, joissa on korkea paine, syövyttävä aine tai prosessiolosuhteet, jotka vaativat lämpömittarin säännöllistä vaihtoa ilman prosessin pysäyttämistä. Lämpömittarin varsi työnnetään suojakuoppaan, joka siirtää lämpöä prosessinesteestä anturielementtiin ja samalla eristää instrumentin fyysisesti prosessista.

Bimetallilämpömittareiden rutiinihuolto on yksinkertaista. Säännöllinen kalibroinnin tarkastus – laitteen lukeman vertaaminen vertailustandardiin yhdessä tai useammassa tunnetussa lämpötilassa – on ensisijainen huoltotehtävä. Useimmissa teollisissa bimetallilämpömittareissa on nollasäätöruuvi kellon takana, mikä mahdollistaa kentän uudelleenkalibroinnin korjaamaan poikkeaman. Laitteet, joita ei voida kalibroida uudelleen määritysten mukaisesti, tulee vaihtaa sen sijaan, että niitä jatkettaisiin.