Chaque matériau métallique de l'univers a ses propres propriétés telles que la propriété électrique, la propriété mécanique, les propriétés magnétiques, les propriétés chimiques, les propriétés thermiques et les propriétés optiques. Cet article explique une bande bimétallique basée sur la propriété de dilatation thermique. Il est généralement observé dans des applications comme une boîte en fer, des radiateurs, des bouilloires, etc. Une bande bimétallique se transforme l'énérgie thermique en déplacement mécanique.

Qu'est-ce que la bande bimétallique?

Définition: Un bilame fonctionne sur le principe de la dilatation thermique, qui est définie comme le changement de volume de métal avec le changement de température. La bande bimétallique fonctionne sur deux principes fondamentaux de base des métaux.

Le premier élément fondamental est la dilatation thermique, qui indique que les métaux se dilatent ou se contractent en fonction de la variation de température
Le deuxième élément fondamental est le coefficient de température, où chaque métal (ayant son propre coefficient de température) se dilate ou se contracte différemment à température constante.

Propriétés de la bande bimétallique

Certaines des propriétés importantes du bilame sont

Coefficient de dilatation: il est défini comme un changement dans la propriété physique d'un métal en réponse à un changement de température comme la forme, la surface et le volume.
Modules d'élasticité: il est défini comme le rapport de la contrainte à la déformation dans une région de déformation élastique.
Limite élastique de refroidissement: C'est la limite standard à laquelle le métal retrouve son état normal lors du refroidissement. Cette propriété varie d'un métal à l'autre.
Conductivité électrique: elle est définie comme la quantité de courant traversant le matériau.
Ductilité
Capacité métallurgique.

Construction de bande bimétallique

Une bande bimétallique est formée en collant deux bandes minces différentes de métaux généralement en acier (12 * 10^-6À^-1) et laiton (18,7 * 10^-6À^-1) ou cuivre (16,6 * 10^-6À^-1), où une extrémité de ces métaux est fixée en les soudant et l'autre extrémité est laissée libre. Lors de l'application de la température à ces matériaux, ils commenceront à changer leur état physique soit en se dilatant, soit en se déformant.

Construction

Cela peut être expliqué dans les deux cas suivants,

Cas (i): Lorsque la température augmente, cela permet à la bande de se dilater vers le métal avec une valeur de coefficient de température plus faible, ce que l'on peut observer sur la figure ci-dessous.

Bande fixée à une extrémité

Maisons (ii): Lorsque la température diminue, cela permet à la bande de se dilater vers le métal avec une valeur de coefficient de température plus élevée, comme illustré ci-dessous.

Déviation de la bande bimétallique

À partir de là, nous pouvons comprendre que le

Plage de déflexion = métal utilisé

Déflexion du métal = (longueur de bande + variation de température) / épaisseur de bande

Représentation mathématique

Considérons deux métaux comme A et B à deux températures différentes «T1» et «T2». Le rayon de la courbure du bilame peut être déterminé mathématiquement à partir de l'équation ci-dessous.

R = t {3 (1 + m)^deux+ (1 + m * n) [m^deux+ 1 / m * n]} / 6 (α ‘_À- α «_B) (T_deux-T₁) (1 + m)^deux……1

Où,

R = rayon de courbure à la température «T2»

t = (t1 + t2) = somme de l'épaisseur du bilame

n = E_À/ EST_B = rapport d'élasticité de deux métaux

m = t1 / t2 = (épaisseur inférieure - expansion du métal) / (épaisseur supérieure - expansion du métal)

une'_À, une '_B = Coefficient thermique de dilatation des métaux A et B

T₁ = température initiale

T_deux = Température finale.

L'équation de la courbure de la bande métallique vers le métal à faible coefficient de température est donnée par

r = 2 t / [6 * (α_À- α_B) (T_deux-T₁)] ……………(deux)

Dans un monde pratique, le rapport des modules d'élasticité des métaux et de leur épaisseur doit être maintenu égal pour que le métal retrouve sa position normale lorsque la température appliquée change. Si l'épaisseur du métal est t / 2 alors

[r + (t / 2)] / r = Longueur étendue de la bande étendue A / Longueur étendue de la bande étendue B

= L [1 + α_À(T_deux-T₁)] / L [1 + α_B(T_deux-T₁)]

= t / 2 [[1 + α_B(T_deux-T₁)] / [(une_À- α_B) (T_deux-T₁)]]

r = t / [2 α_À(T_deux-T₁)] ………… .. (3)

A partir de l'équation ci-dessus, nous pouvons conclure que si une extrémité de la bande métallique est fixée, l'autre extrémité de la bande se dilate ou se contracte à des températures variables. Ce type de principe est généralement observé dans les thermomètres à faible sensibilité.

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Types de bandes bimétalliques

Les bandes bimétalliques sont disponibles en deux types, elles sont

Type de bande en spirale

Il se compose d'une structure en forme de spirale et un pointeur y est attaché, qui est utilisé pour mettre à l'échelle la température. Lorsque cette structure de ressort est chauffée, alors les métaux présentent une propriété de dilatation thermique et se déforme en cas de baisse de température. À ce stade, le pointeur enregistre la température sur l'échelle. Ces types de thermomètres sont généralement utilisés pour enregistrer la température ambiante.

Type de bande en spirale

Type hélicoïdal

Il se compose d'une structure hélicoïdale dont le fonctionnement est similaire à celui du bilame. Où l'extrémité libre de la bande est reliée à un pointeur. Chaque fois que la bande est chauffée, elle présente une propriété de dilatation thermique et se contracte lors du refroidissement. À ce stade, le pointeur enregistre la lecture de la température. Habituellement, ces types de thermomètres sont utilisés dans des applications industrielles.

Type hélicoïdal

Avantages

Voici les avantages de la bande bimétallique

Aucune source d'alimentation externe n'est requise
Utilisation simple et robuste
Moins de coût
Donne une précision de ± 2 à 5%

Désavantages

Voici les inconvénients de la bande bimétallique

Ils peuvent mesurer jusqu'à 4000 C
Il y aura un changement dans la qualité du métal lors d'une utilisation régulière qui peut entraîner une erreur lors de la mesure.
À basse température, la sensibilité et la précision ne sont pas à la hauteur.

Applications de la bande bimétallique

Voici les applications de la bande bimétallique

Horloges
Thermistance
Boîte en fer
Moteur thermique
Radiateurs

FAQ

1). Quels appareils utilisent une bande bimétallique?

Une bande bimétallique est utilisée dans des appareils tels qu'une alarme incendie, des ventilateurs, etc.

2). Que se passe-t-il lorsqu'une bande bimétallique est chauffée?

Lorsqu'une bande bimétallique est chauffée, les métaux se dilatent ou se déforment en fonction de leurs propriétés de coefficient thermique.
Cas 1: Avec l'augmentation de la température, la bande se dilate vers le métal avec la valeur inférieure du coefficient de température, ce qui peut être observé dans la figure ci-dessous et
Cas 2: Lorsque la température diminue, la bande se dilate vers le métal avec une valeur de coefficient de température plus élevée, comme indiqué ci-dessous.

3). La bande bimétallique est-elle utilisée dans les ventilateurs?

Oui, ils sont utilisés dans les ventilateurs pour convertir la température en déplacement mécanique.

4). Pourquoi les bandes bimétalliques se plient-elles?

Les bandes bimétalliques se plient en raison de la propriété de dilatation thermique du métal.

5). Une bande bimétallique en laiton et en argent peut-elle être utilisée dans le thermostat?

Non, la bande bimétallique en laiton et argent ne peut pas être utilisée dans le thermostat. Puisqu'ils ont une différence négligeable dans leur propriété de dilatation thermique.

Ainsi, il s'agit de un aperçu d'un bilame qui fonctionne sur deux principaux facteurs de dilatation thermique et de coefficient de température. C'est généralement un dispositif de thermomètre qui mesure la température. Il se compose de deux bandes métalliques différentes, où les deux sont soudées ensemble et l'une de ses extrémités est fixe et une autre extrémité est libérée. Ces métaux se dilatent ou se déforment à des températures variables. Ils sont disponibles sous deux formes hélicoïdale et spirale. Où le thermomètre à bande bimétallique hélicoïdale est utilisé dans les zones industrielles, et le thermomètre bimétallique à spirale est utilisé dans les zones moins sensibles. Le principal avantage est qu'il offre une précision comprise entre ± 2 et 5%. Voici une question pour vous, quelle est la fonction du bilame?