Các ứng dụng chính của nhiệt kế lưỡng kim trong công nghiệp là gì?

Tổng quan: Nhiệt kế lưỡng kim là gì?

Nhiệt kế lưỡng kim là các thiết bị cơ khí đo nhiệt độ bằng cách sử dụng độ giãn nở vi sai của hai kim loại liên kết với hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Chúng chuyển đổi sự thay đổi nhiệt độ thành chuyển động quay hoặc chuyển động tuyến tính, thường được hiển thị trên mặt số. Bởi vì chúng không yêu cầu nguồn điện bên ngoài, mạnh mẽ, dễ lắp đặt và dễ đọc, nên nhiệt kế lưỡng kim vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều môi trường công nghiệp, nơi ưu tiên tính đơn giản, độ tin cậy và chi phí thấp.

Nhiệt kế lưỡng kim hoạt động như thế nào (Nguyên tắc)

Bộ phận cảm biến của nhiệt kế lưỡng kim thường là một dải hoặc cuộn dây được làm từ hai kim loại ép lại với nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, các kim loại giãn nở với tốc độ khác nhau, làm cho dải hoặc cuộn dây bị uốn cong hoặc xoắn. Sự dịch chuyển cơ học đó được truyền thông qua việc chuyển số tới một con trỏ trên mặt số đã hiệu chỉnh hoặc tới một đầu ra cơ học khác. Có hai cấu hình phần tử phổ biến:

Các phần tử kiểu dải

Các phần tử dải phẳng và uốn cong tỷ lệ với nhiệt độ. Chúng thường được sử dụng khi cần có phản ứng tuyến tính và dạng nhỏ gọn để đo nhiệt độ bề mặt hoặc không khí.

Yếu tố cuộn

Yếu tố cuộn (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.

Ứng dụng công nghiệp cơ bản

Nhiệt kế lưỡng kim phục vụ trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nơi độ chắc chắn và hoạt động không dùng điện mang lại lợi ích. Dưới đây là các lĩnh vực ứng dụng chính với các chi tiết thực tế về cách chúng được triển khai và lý do chúng được lựa chọn thay vì các công nghệ cảm biến khác.

Dịch vụ HVAC và tòa nhà

Trong hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí, nhiệt kế lưỡng kim được sử dụng để theo dõi nhiệt độ ống dẫn khí, nhiệt độ nước cấp/trả và nhiệt độ phòng xung quanh. Mặt số đọc trực tiếp và gắn tường hoặc ống dẫn dễ dàng khiến chúng phù hợp với các kỹ thuật viên hiện trường và kiểm tra ghi đè tự động hóa tòa nhà. Yêu cầu về độ chính xác điển hình là vừa phải (±1–2°C), mà các đơn vị lưỡng kim thường đáp ứng được với chi phí thấp.

Hệ thống phát điện và nồi hơi

Nồi hơi, hệ thống nước cấp và đường dẫn hơi nước thường sử dụng nhiệt kế lưỡng kim để chỉ thị nhiệt độ cục bộ. Thiết kế cơ học mạnh mẽ của chúng chịu được rung động, phạm vi nhiệt độ rộng và thỉnh thoảng bị sốc áp suất. Việc lắp đặt phổ biến bao gồm nhiệt kế gắn mặt bích trên ống góp hơi và đầu dò bỏ túi dành cho bể chứa nước cấp.

Hóa dầu, Dầu khí

Trong các nhà máy hóa dầu và nhà máy lọc dầu, nhiệt kế lưỡng kim được ưa chuộng để theo dõi môi trường xung quanh, nhiệt độ vỏ đường ống và các điểm xử lý không quan trọng. Chúng bền khi lắp đặt ngoài trời và về bản chất là an toàn trong nhiều cấu hình vì chúng không chứa mạch điện. Đối với khu vực dễ cháy nổ, lựa chọn vỏ chống cháy nổ và vật liệu phù hợp để đáp ứng tiêu chuẩn an toàn.

Sản xuất Thực phẩm & Đồ uống và Dược phẩm

Dây chuyền chế biến, máy thanh trùng và bể chứa yêu cầu kiểm tra nhiệt độ đáng tin cậy. Nhiệt kế lưỡng kim được sử dụng để chỉ thị thứ cấp/cục bộ nơi cảm biến điện tử không cần thiết hoặc kiểm tra dự phòng để xác minh cảm biến kỹ thuật số. Đầu dò bằng thép không gỉ và các kết nối vệ sinh thường được chỉ định để đáp ứng các quy trình làm sạch và vệ sinh.

Sản xuất, xử lý nhiệt & lò nung

Đối với lò nướng, máy sấy công nghiệp và một số quy trình xử lý nhiệt nhất định, nhiệt kế lưỡng kim cung cấp khả năng giám sát đơn giản nhiệt độ không khí hoặc bề mặt. Mặc dù không phải là lựa chọn để kiểm soát quy trình chính xác nhưng chúng rất hữu ích cho việc xác minh điểm đặt, kiểm tra bảo trì và khóa liên động an toàn khi chỉ cần chỉ báo cơ học đơn giản là đủ.

Tiêu chí lựa chọn: Chọn nhiệt kế lưỡng kim phù hợp

Việc chọn đúng thiết bị yêu cầu xem xét phạm vi nhiệt độ vận hành, độ chính xác, kiểu lắp đặt, kết nối quy trình, chiều dài và đường kính đầu dò, khả năng tương thích vật liệu và các điều kiện môi trường như độ rung hoặc môi trường ăn mòn. Các yếu tố quan trọng bao gồm:

• Phạm vi nhiệt độ và độ chính xác yêu cầu (tiêu chuẩn ±1–2°C; các đơn vị đặc biệt chặt chẽ hơn).
• Chèn so với gắn trên bề mặt - các túi và giếng nhiệt bảo vệ bộ phận khi ngâm trong chất lỏng có áp suất cao hoặc ăn mòn.
• Vật liệu xây dựng như thép không gỉ hoặc Hastelloy để kháng hóa chất.
• Kích thước quay số và khả năng đọc cho chỉ báo từ xa hoặc cục bộ.
• Yêu cầu tuân thủ - vỏ chống cháy nổ, phụ kiện vệ sinh hoặc tiêu chuẩn ngành.

Cài đặt, hiệu chuẩn và bảo trì

Việc lắp đặt đúng cách và hiệu chuẩn định kỳ sẽ duy trì độ chính xác và kéo dài tuổi thọ sử dụng. Các thực hành điển hình bao gồm lắp nhiệt kế vào giếng nhiệt thích hợp cho chất lỏng có áp suất, tránh tiếp xúc trực tiếp với nhiễu dòng chảy gây ra kết quả thất thường và chọn độ sâu ngâm đầu dò theo hình dạng của quy trình. Khoảng thời gian hiệu chuẩn phụ thuộc vào mức độ quan trọng — việc kiểm tra hàng năm là phổ biến đối với các điểm không quan trọng, trong khi các quy trình quan trọng có thể yêu cầu xác minh thường xuyên hơn.

Mẹo hiệu chỉnh hiện trường

Việc hiệu chuẩn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bể nước đá (0°C) và dầu được kiểm soát nhiệt độ hoặc bộ hiệu chuẩn khối khô. Đối với nhiệt kế quay số, việc đưa con trỏ về 0 và kiểm tra khoảng cách tại một hoặc nhiều điểm sẽ giúp xác nhận tính tuyến tính. Việc ghi lại lịch sử điều chỉnh là rất quan trọng để truy xuất nguồn gốc trong các ngành được quản lý.

Ưu điểm và hạn chế

Nhiệt kế lưỡng kim có một số ưu điểm: về bản chất chúng đơn giản, không tốn điện, chi phí thấp, chịu được thao tác thô và cung cấp dấu hiệu trực quan ngay lập tức. Tuy nhiên, chúng có những hạn chế: độ chính xác vừa phải so với RTD hoặc cặp nhiệt điện, thời gian phản hồi chậm hơn và khả năng trôi dạt trong thời gian rất dài hoặc chu kỳ nhiệt độ khắc nghiệt. Trong các vòng điều khiển chính xác và ứng dụng ghi dữ liệu, cảm biến điện tử thường hoạt động tốt hơn các thiết bị lưỡng kim.

So sánh trường hợp thực tế (Bảng)

Các phương pháp hay nhất và khắc phục sự cố

Để tối đa hóa độ tin cậy: chọn phạm vi và chiều dài thân phù hợp, bảo vệ bộ phận bằng giếng nhiệt cho các ứng dụng áp suất, tránh lắp ở nơi nhiệt bức xạ trực tiếp làm lệch chỉ số và lên lịch kiểm tra định kỳ. Nếu kết quả đọc bị lệch hoặc trở nên phi tuyến tính, hãy kiểm tra liên kết cơ học trong chuyển động, sự ăn mòn của bộ phận cảm biến hoặc hư hỏng do nhiệt độ vượt quá phạm vi.

Kết luận: Khi nào nên chọn nhiệt kế lưỡng kim

Nhiệt kế lưỡng kim lý tưởng để chỉ thị cục bộ tại các điểm kiểm soát không quan trọng, môi trường không dùng điện và nơi cần giải pháp bền bỉ, chi phí thấp. Chúng vẫn là sự lựa chọn thiết thực trong HVAC, nồi hơi, giám sát thứ cấp hóa dầu, sao lưu chế biến thực phẩm và nhiều cơ sở sản xuất. Đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, phản hồi nhanh hoặc tích hợp kỹ thuật số, hãy xem xét bổ sung các thiết bị lưỡng kim bằng RTD, cặp nhiệt điện hoặc cảm biến điện tử trong khi vẫn giữ lại các thiết bị lưỡng kim để dự phòng và kiểm tra trực quan.