20050501 1315 2558-Bimetall-Zeigerthermometer.jpg Das beim Bimetallthermometer verwendete Bimetall besteht aus zwei fest miteinander verbundenen Metallstreifen, die jeweils einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Bei einer Änderung der Temperatur dehnen sich die beiden Metalle unterschiedlich stark aus und erwirken damit eine Krümmung des Bimetalls. Beim Thermometer wird aus der Stärke der Krümmung bzw. des resultierenden Winkels dann von einer Skala die Temperatur abgelesen. Auch eine automatische Auslösung einer Funktion bei einer bestimmten Temperatur ist möglich (z.B. Bügeleisen, Kochplatte, usw.). Daran ist auch der Einsatzbereich zu erkennen, er liegt eher bei höheren Temperaturen im Bereich ab 150°C bis einigen Hundert Celsiusgraden. Durch die rein mechanische Arbeitsweise muss man recht große Toleranzen (10%) in Kauf nehmen, dafür ist das Thermometer aber einfach und kostengünstig herzustellen.

Industrielles Bimetallthermometer

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Das temperaturempfindliche Sensorelement eines Bimetallthermometers ist ein als Spiral- oder Schraubenfeder ausgeführter Bimetallstreifen. Eine Temperaturänderung wird durch die einseitig fest eingespannte Bimetallfeder in eine Drehwinkeländerung umgewandelt. Einfachste Thermometerausführungen bestehen aus einer Spiralfeder mit Zeigerwelle, an deren Ende ein Zeiger aufgesetzt ist. Der Temperaturmeßwert kann an der Skalenteilung des Thermometer-Zifferblattes abgelesen werden

Bimetallthermometer mit Bimetallspirale

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Bei räumlicher Trennung von Meß- und Anzeigeteil wird eine Schraubenfeder in einem längeren Tauchrohr untergebracht. Die temperaturabhängige Drehung wird über eine Welle auf den Zeiger, der sich in einem Gehäuseteil am oberen Ende des Tauchrohres befindet, übertragen. Befindet sich die Zeigerwelle in radialer Position zum Thermometergehäuse, so wird die Drehbewegung durch eine Umlenkfeder oder durch ein Winkelwerk reibungsarm auf den Zeiger übertragen.

Bimetallthermometer mit schraubenförmigem Bimetall (Wendel)

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Bimetallthermometer.png Der Temperatureinsatzbereich von Bimetallthermometern liegt zwischen -70°C und +550°C. Der bevorzugte Anwendungsbereich reicht von -50°C bis etwa 400°C.

Als Basismaterial der Spiralen oder Schraubenfedern werden Schichtverbundwerkstoffe nach DIN1715, sogenannte Thermobimetalle, eingesetzt. Sie bestehen aus zwei etwa gleichstarken mittels Schweißverfahren (Platierverfahren) untrennbar miteinander verbundenen Metallschichten (Komponenten) unterschiedlicher thermischer Ausdehnung. Die Werkstoffkomponenten werden so gewählt, daß sich eine möglichst große Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten ergibt.

Die Komponente mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, der typisch über 15·10-6K-1 liegt, wird oft als die "aktive" Komponente des Bimetalls bezeichnet. Sie besteht in den meisten Fällen aus einer Legierung, die Eisen, Nickel, Mangan oder Chrom in verschiedenen Zusammensetzungen enthält.

Als "passive" Komponente mit dem kleineren, unter 5·10-6K-1 liegenden Ausdehnungskoeffizienten wird häufig eine Eisen-Nickel-Legierung mit 36% Nickel (Invar) verwendet. Dieser preisgünstige Werkstoff weist bei Raumtemperatur (20°C) einen sehr kleinen Ausdehnungskoeffizienten von 1,2·10-6K-1 auf.

Unter Temperatureinfluß krümmt sich der Bimetallstreifen zu der Komponente mit dem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hin, also zur passiven Seite.

Messgerät | Temperaturmessung