Cos'è il nastro bimetallico: costruzione e suoi tipi

Ogni materiale metallico nell'universo ha le sue proprietà come proprietà elettriche, proprietà meccaniche, proprietà magnetiche, proprietà chimiche, proprietà termiche e proprietà ottiche. Questo articolo spiega una striscia bimetallica che si basa sulla proprietà di espansione termica. Di solito si osserva in applicazioni come una scatola di ferro, riscaldatori, bollitori, ecc. Una striscia bimetallica converte energia termica in spostamento meccanico.

Cos'è il nastro bimetallico?

Definizione: Una striscia bimetallica funziona secondo il principio della dilatazione termica, che è definita come la variazione di volume del metallo con la variazione di temperatura. La striscia bimetallica funziona su due fondamenti fondamentali dei metalli.

• Il primo fondamentale è la dilatazione termica, che afferma che i metalli si espandono o si contraggono in base alla variazione di temperatura
• Il secondo fondamentale è il coefficiente di temperatura, dove ogni metallo (avendo il proprio coefficiente di temperatura) si espande o si contrae in modo diverso a temperatura costante.

Proprietà del nastro bimetallico

Alcune delle proprietà importanti della striscia bimetallica sono

• Coefficiente di espansione: è definito come un cambiamento nella proprietà fisica di un metallo in risposta al cambiamento della temperatura come forma, area e volume.
• Moduli di elasticità: è definito come il rapporto tra sollecitazione e deformazione in una regione di deformazione elastica.
• Limite elastico al raffreddamento: è il limite standard al quale il metallo torna al suo stato normale durante il raffreddamento. Questa proprietà varia da metallo a metallo.
• Conducibilità elettrica: è definita come la quantità di corrente che passa attraverso il materiale.
• Duttilità
• Capacità metallurgica.

Costruzione del nastro bimetallico

Una striscia bimetallica è formata unendo due diverse strisce sottili di metalli solitamente acciaio (12 * 10^-6PER^-1) e ottone (18,7 * 10^-6PER^-1) o rame (16,6 * 10^-6PER^-1), dove un'estremità di questi metalli viene fissata saldandoli e l'altra estremità viene lasciata libera. Quando si applica la temperatura a questi materiali, inizieranno a cambiare il loro stato fisico espandendosi o deformandosi.

Costruzione

Può essere spiegato nei seguenti due casi,

Caso (i): Quando la temperatura aumenta, permette al nastro di espandersi verso il metallo con un valore di coefficiente di temperatura inferiore, che si può osservare nella figura sottostante.

Striscia fissata a un'estremità

Case (ii): Quando la temperatura diminuisce, consente al nastro di espandersi verso il metallo con un valore più alto del coefficiente di temperatura, come mostrato di seguito.

Deflessione del nastro bimetallico

Da questo possiamo capire che il file

Gamma di deflessione = metallo utilizzato

Flessione del metallo = (lunghezza del nastro + variazione di temperatura) / spessore del nastro

Rappresentazione matematica

Considera due metalli come A e B a due diverse temperature 'T1' e 'T2'. Il raggio di curvatura della striscia bimetallica può essere determinato matematicamente dall'equazione sottostante.

R = t {3 (1 + m)^Due+ (1 + m * n) [m^Due+ 1 / m * n]} / 6 (α ‘_PER- α '_B) (T_Due-T₁) (1 + m)^Due…… 1

Dove,

R = raggio di curvatura alla temperatura 'T2'

t = (t1 + t2) = somma dello spessore del nastro bimetallico

n = E_PER/ E_B = rapporto di elasticità di due metalli

m = t1 / t2 = (spessore inferiore - espansione del metallo) / (spessore maggiore - espansione del metallo)

un'_PER, a ’_B = Coefficiente termico di dilatazione del metallo A e B

T₁ = temperatura iniziale

T_Due = Temperatura finale.

L'equazione per la flessione del nastro metallico verso il metallo con coefficiente di bassa temperatura è data come

r = 2 t / [6 * (α_PER- α_B) (T_Due-T₁)] ……………(Due)

In un mondo pratico, il rapporto tra i moduli di elasticità dei metalli e il loro spessore deve essere mantenuto uguale in modo che il metallo ritorni alla sua posizione normale quando la temperatura applicata cambia. Se lo spessore del metallo è t / 2 allora

[r + (t / 2)] / r = Lunghezza espansa della striscia espansa A / Lunghezza espansa della striscia espansa B

= L [1 + α_PER(T_Due-T₁)] / L [1 + α_B(T_Due-T₁)]

= t / 2 [[1 + α_B(T_Due-T₁)] / [(a_PER- α_B) (T_Due-T₁)]]

r = t / [2 α_PER(T_Due-T₁)] ………… .. (3)

Dall'equazione di cui sopra, possiamo concludere che se un'estremità della striscia metallica è fissa, l'altra estremità della striscia si espande o si contrae al variare della temperatura. Questo tipo di principio si osserva solitamente nei termometri a bassa sensibilità.

Tipi di strisce bimetalliche

Le strisce bimetalliche sono disponibili in due tipi, lo sono

Tipo di striscia a spirale

Consiste in una struttura a spirale e ad essa è collegato un puntatore, che viene utilizzato per ridimensionare la temperatura. Quando questa struttura a molla viene riscaldata, i metalli mostrano proprietà di espansione termica e si deformano quando si verifica un calo di temperatura. In questa fase, il puntatore registra la temperatura sulla bilancia. Questi tipi di termometri vengono solitamente utilizzati per registrare la temperatura ambiente.

Tipo di striscia a spirale

Tipo elicoidale

Consiste in una struttura elicoidale il cui funzionamento è simile al nastro bimetallico. Dove l'estremità libera della striscia è collegata a un puntatore. Ogni volta che il nastro viene riscaldato, subisce la proprietà di espansione termica e si contrae durante il raffreddamento. In questa fase, il puntatore registra la lettura della temperatura. Di solito, questi tipi di termometri vengono utilizzati nelle applicazioni industriali.

Tipo elicoidale

Vantaggi

I seguenti sono i vantaggi della striscia bimetallica

• Non è richiesta alcuna fonte di alimentazione esterna
• Semplice nell'utilizzo e robusto
• Meno costi
• Fornisce una precisione compresa tra ± 2 e 5%

Svantaggi

I seguenti sono gli svantaggi della striscia bimetallica

• Possono misurare fino a 4000 C.
• Ci sarà un cambiamento nella qualità del metallo durante l'uso regolare che potrebbe portare a un errore durante la misurazione.
• A bassa temperatura, la sensibilità e la precisione non sono all'altezza.

Applicazioni del nastro bimetallico

Le seguenti sono le applicazioni della striscia bimetallica

• Orologi
• Termistore
• Scatola di ferro
• Motore termico
• Riscaldatori

Domande frequenti

1). Quali dispositivi utilizzano una striscia bimetallica?

Una striscia bimetallica viene utilizzata in dispositivi come un allarme antincendio, ventilatori, ecc.

2). Cosa succede quando si riscalda una striscia bimetallica?

• Quando una striscia bimetallica viene riscaldata, i metalli si espandono o si deformano in base alle loro proprietà di coefficiente termico.
• Caso 1: Con l'aumento della temperatura il nastro si espande verso il metallo con il valore più basso del coefficiente di temperatura, che si può osservare nella figura sottostante e
• Caso 2: Quando la temperatura diminuisce, la striscia si espande verso il metallo con un valore più alto del coefficiente di temperatura, come mostrato di seguito.

3). La striscia bimetallica viene utilizzata nei ventilatori?

Sì, vengono utilizzati nei ventilatori per convertire la temperatura in spostamento meccanico.

4). Perché le strisce bimetalliche si piegano?

Le strisce bimetalliche si piegano a causa della proprietà di dilatazione termica del metallo.

5). È possibile utilizzare una striscia bimetallica in ottone e argento nel termostato?

No, la striscia bimetallica in ottone e argento non può essere utilizzata nel termostato. Poiché hanno una differenza trascurabile nella loro proprietà di espansione termica.

Quindi, questo è tutto una panoramica di una striscia bimetallica che lavora su due principali dilatazioni termiche fondamentali e coefficiente di temperatura. Di solito è un file dispositivo termometro che misura la temperatura. Consiste di due diverse strisce metalliche, in cui entrambe sono saldate insieme e una delle sue estremità è fissata e un'altra estremità viene liberata. Questi metalli si espandono o si deformano a temperature variabili. Sono disponibili in due forme elicoidali e spirale. Dove il termometro a nastro bimetallico elicoidale viene utilizzato nelle aree industriali e il termometro bimetallico a spirale viene utilizzato nelle aree meno sensibili. Il vantaggio principale è che fornisce una precisione compresa tra ± 2 e 5%. Ecco una domanda per te, qual è la funzione del nastro bimetallico?