Біметалічні пластини (рис.6.2), що використовуються в якості чутливого елемента біметалічного термометра (БТ), складаються з двох приблизно однакових по товщині пластинок металів або сплавів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення. При зміні температури такої пластини вона згинається в сторону матеріалу з меншим коефіцієнтом лінійного розширення.
Мал. 6.2. біметалічні пластини
При жорсткому кріпленні одного кінця пластини переміщення її протилежного кінця внаслідок вигину передається за допомогою системи важелів на покажчик і служить мірою зміни температури.
Кут вигину біметалічної пластини визначається формулою
де l - довжина біметалічної пластини; h - сумарна товщина біметалічної пластини; # 916; # 952; = T1 - t2 - величина зміни температури.
Для закріпленої з одного кінця біметалічної пластини завдовжки l і товщиною h переміщення А її ненагруженного кінця при зміні температури пластини від t1 до t2 визначиться виразом
В авіаційних приладах застосовують біметалеві пластини, що складаються зі сталі (a1 = 19 · 10 -6) і инвара (a2 = 1 · 10 -6).
Підключення до цього кінця пластини будь-якого механізму для переміщення стрілки по шкалі БТ призводить до виникнення сили F. протидіє переміщенню і частково переважної переміщення на величину А. Така протидіє сила визначиться виразом
де b - ширина пластини; Е - модуль пружності.
Очевидно, що вирази (6.13) і (6.14) справедливі тільки в тому інтервалі температур, в якому обидва, використовуваних металу мають пружною деформацією. Ця обставина визначає принципові температурні межі застосування БТ. Підбором спеціальних сплавів вдається створити БТ з робочим діапазоном температур від -100 до +600 ° С.
При виконанні біметалічного чутливого елемента у вигляді гвинтової або спіральної пластини (рис.6.3, б, в), один кінець якої закріплений нерухомо, а інший зв'язавши з вихідною віссю, можна отримати великий кут повороту вихідного валу (до 360 °), що дозволяє помістити вказує стрілку безпосередньо на цю вісь і виключити з конструкції термометра передавальні-розмножувальний механізм.
Мал. 6.3. Принципові схеми біметалевих чутливих елементів:
а - схема термометра сплоской біметалічною пластиною; б - те ж, з гвинтовою пластиною; в - те ж, соспіральной пластиною;
1 - біметалічний чутливий елемент; 2 - передавальні-розмножувальний механізм;
Біметалічні термометри застосовуються в якості елементів компенсації температурних похибок приладів, а також для вимірювання температури в тих випадках, де необхідні надійні недистанційно прібори.Біметалліческіе термометри засновані на принципі прямого перетворення сигналів ідля нього справедлива структурна схема (рис.6.4).
Мал. 6.4. Структурна схема біметалічного термометра:
y- деформація елемента, l - передавальна характеристика; j- кут відхилення стрілки
Передавальна функція дорівнює:
Для збільшення довжини пластини при збереженні малих габаритів чутливого елемента його виконують у вигляді спіралі. У цьому випадку зміна температури від t1 до t2 викликає поворот ненагруженного кінця спіралі на кут у.
Якщо чутливий елемент БТ не призначений для роботи в агресивних середовищах, то він не вимагає захисного кожуха, і в цьому випадку термометри такого типу мають порівняно невеликий термічної інерцією.
Найбільшого поширення БТ отримали для автоматичного регулювання. В цьому випадку чутливий елемент приводить в дію систему управління контактами реле. Основна похибка БТ становить 1,0-1,5%, а в області підвищених температур - до 3% діапазону вимірювання. Градуювальні характеристики БТ близькі до лінійних. Однак чутливі елементи термометрів не взаємозамінні і прилади вимагають індивідуального градуювання. Вона може здійснюватися в термостатах шляхом порівняння з показаннями відповідного зразкового засобу вимірювань.