Melyek a bimetallikus hőmérők fő alkalmazásai az iparban?

Áttekintés: Mik azok a bimetál hőmérők?

Bimetall hőmérők olyan mechanikus eszközök, amelyek a hőmérséklet mérésére két, különböző hőtágulási együtthatóval rendelkező, összekötött fém differenciális tágulása segítségével történik. A hőmérséklet-változásokat forgó vagy lineáris mozgássá alakítják, általában egy tárcsán jelennek meg. Mivel nem igényelnek külső áramot, robusztusak, valamint egyszerű telepítést és olvashatóságot kínálnak, a bimetál hőmérőket továbbra is széles körben használják számos ipari környezetben, ahol az egyszerűség, a megbízhatóság és az alacsony költség a prioritás.

A bimetál hőmérők működése (elv)

A bimetál hőmérő érzékelőeleme általában két egymáshoz laminált fémből készült szalag vagy tekercs. Amikor a hőmérséklet változik, a fémek különböző sebességgel tágulnak, ami a szalag vagy tekercs meghajlását vagy csavarodását okozza. Ez a mechanikai elmozdulás a hajtóművön keresztül egy kalibrált tárcsán lévő mutatóra vagy egy másik mechanikus kimenetre kerül át. Két általános elemkonfiguráció létezik:

Csík típusú elemek

A szalagelemek laposak és a hőmérséklettel arányosan hajlanak. Gyakran használják őket, ha lineáris reakcióra és kompakt formára van szükség, felületi vagy levegőhőmérséklet mérésekhez.

Tekercses elemek

Tekercses elemek (spiral or helix) amplify movement in a compact space and are commonly found inside dial thermometers used for liquid or gaseous media. The coil unwinds or tightens, rotating the pointer with predictable, repeatable motion.

Elsődleges ipari alkalmazások

A bimetál hőmérők különféle iparágakban szolgálnak, ahol a robusztusság és az elektromos áram nélküli működés előnyös. Az alábbiakban bemutatjuk a fő alkalmazási területeket, gyakorlati részletekkel arról, hogyan alkalmazzák őket, és miért választják őket más érzékelési technológiákkal szemben.

HVAC és épületgépészeti szolgáltatások

A fűtési, szellőztetési és légkondicionáló rendszerekben bimetál hőmérőket használnak a légcsatornák hőmérsékletének, az előremenő/visszatérő víz hőmérsékletének és a környezeti szobahőmérsékletnek a figyelésére. Könnyen falra vagy csatornára szerelhető és közvetlen leolvasható tárcsáik alkalmassá teszik őket a terepi technikusok és az épületautomatizálás felülbírálására. A tipikus pontossági követelmények mérsékeltek (±1–2°C), amit a bimetál egységek alacsony költséggel rutinszerűen teljesítenek.

Áramtermelő és kazánrendszerek

A kazánok, tápvízrendszerek és gőzvezetékek gyakran használnak bimetál hőmérőket a hőmérséklet helyi kijelzésére. Robusztus mechanikai kialakításuk elviseli a vibrációt, a széles hőmérsékleti tartományokat és az időnkénti nyomáslökéseket. A gyakori telepítések közé tartoznak a karimás hőmérők a gőzfejeken és a zsebbe helyezett szondák a tápvíztartályokhoz.

Petrolkémia, olaj és gáz

A petrolkémiai üzemekben és finomítókban a bimetál hőmérőket részesítik előnyben a környezet, a csővezeték köpeny-hőmérsékletének és a nem kritikus folyamatpontoknak a megfigyelésére. Kültéri telepítéseknél tartósak, és számos konfigurációban gyújtószikramentesek, mivel nem tartalmaznak elektromos áramkört. Veszélyes területeken a robbanásbiztos házakat és a megfelelő anyagokat úgy választják ki, hogy megfeleljenek a biztonsági előírásoknak.

Élelmiszer- és italgyártás, valamint gyógyszergyártás

A feldolgozósorok, pasztőrözők és tárolótartályok megbízható hőmérséklet-ellenőrzést igényelnek. A bimetál hőmérőket másodlagos/helyi jelzésre használják, ha az elektronikus érzékelőkre nincs szükség, vagy redundáns ellenőrzésként a digitális érzékelők ellenőrzésére. A rozsdamentes acél szondákat és az egészségügyi csatlakozásokat általában úgy határozzák meg, hogy megfeleljenek a tisztítási és higiéniai protokolloknak.

Gyártás, hőkezelés és kemencék

Sütőkemencék, ipari szárítók és bizonyos hőkezelési eljárások esetén a bimetál hőmérők a levegő vagy a felület hőmérsékletének egyszerű nyomon követését teszik lehetővé. Noha nem a precíziós folyamatvezérléshez való választás, hasznosak az alapjel ellenőrzéséhez, a karbantartási ellenőrzésekhez és a biztonsági reteszeléshez, ahol elegendő egy egyszerű mechanikus jelzés.

Kiválasztási kritériumok: A megfelelő bimetál hőmérő kiválasztása

A megfelelő műszer kiválasztásához figyelembe kell venni az üzemi hőmérséklet-tartományt, a pontosságot, a szerelési módot, a folyamatcsatlakozást, a szonda hosszát és átmérőjét, az anyagok kompatibilitását és a környezeti feltételeket, például a vibrációt vagy a korrozív atmoszférát. Fontos tényezők a következők:

• Hőmérséklet-tartomány és a szükséges pontosság (standard ±1–2°C; a speciális egységeknél szűkebb).
• Behelyezés vs. felületi szerelés – zsebek és védőcsövek védik az elemet a nagynyomású vagy korrozív folyadékokba való bemerüléstől.
• Építőanyagok, például rozsdamentes acél vagy Hastelloy a vegyszerállóság érdekében.
• Számlapméret és olvashatóság távoli vagy helyi kijelzéshez.
• Megfelelőségi követelmények – robbanásbiztos házak, szaniter szerelvények vagy ipari szabványok.

Telepítés, kalibrálás és karbantartás

A megfelelő telepítés és az időszakos kalibrálás megőrzi a pontosságot és meghosszabbítja az élettartamot. A tipikus gyakorlatok közé tartozik, hogy a hőmérőt egy megfelelő védőcsőbe szerelik a nyomás alatti folyadékok számára, elkerülik az áramlási zavaroknak való közvetlen kitettséget, amelyek hibás leolvasást okoznak, és a szonda bemerülési mélységének kiválasztása a folyamat geometriájának megfelelően. A kalibrálási időközök a kritikusságtól függenek – az éves ellenőrzések gyakoriak a nem kritikus pontoknál, míg a kritikus folyamatok gyakoribb ellenőrzést igényelhetnek.

Helyi kalibrálási tippek

A kalibrálás jeges fürdővel (0°C) és szabályozott hőmérsékletű olajos vagy szárazblokkos kalibrátorral végezhető. A tárcsás hőmérők esetében a mutató nullázása és egy vagy több pontban történő tartomány ellenőrzése segít a linearitás megerősítésében. A szabályozási előzmények dokumentálása fontos a nyomon követhetőség szempontjából a szabályozott iparágakban.

Előnyök és korlátok

A bimetál hőmérők számos előnnyel rendelkeznek: alapvetően egyszerűek, energiamentesek, olcsók, tűrik a durva kezelést, és azonnali vizuális jelzést adnak. Vannak azonban korlátaik: mérsékelt pontosság az RTD-hez vagy hőelemekhez képest, lassabb válaszidő és potenciális eltolódás nagyon hosszú ideig vagy szélsőséges hőmérsékleti ciklusok. A precíziós vezérlőhurkokban és adatnaplózó alkalmazásokban az elektronikus érzékelők általában jobban teljesítenek, mint a bimetál eszközök.

Gyakorlati eset-összehasonlítások (táblázat)

Bevált gyakorlatok és hibaelhárítás

A megbízhatóság maximalizálása érdekében: válassza ki a megfelelő tartományt és szárhosszt, védje az elemet védőcsővel nyomás alatti alkalmazásokhoz, kerülje a felszerelést olyan helyen, ahol a közvetlen sugárzó hő eltorzítja az értékeket, és ütemezze be a rutinellenőrzéseket. Ha a leolvasott értékek elsodródnak vagy nem lineárissá válnak, ellenőrizze, hogy nincs-e mechanikai kötés a mozgás során, nincs-e az érzékelőelem korróziója vagy a hőmérséklet túllépése miatti sérülés.

Következtetés: Mikor válasszunk bimetál hőmérőket?

A bimetál hőmérők ideálisak helyi kijelzésre nem kritikus vezérlési pontokon, olyan környezetben, ahol nem kívánatos az elektromosság, és ahol tartós, alacsony költségű megoldásra van szükség. Praktikus választás marad a HVAC, a kazánok, a petrolkémiai másodlagos felügyelet, az élelmiszer-feldolgozási biztonsági mentések és számos gyártási beállítás területén. A nagy pontosságot, gyors reagálást vagy digitális integrációt igénylő alkalmazások esetén fontolja meg a bimetál egységek kiegészítését RTD-kkel, hőelemekkel vagy elektronikus érzékelőkkel, miközben megtartja a bimetál műszereket a redundanciához és a vizuális ellenőrzésekhez.