In Bimetall-Bandthermometern werden die unterschiedlichen Ausdehnungsraten von Metallen beim Erhitzen zur Messung der Temperatur verwendet!
Funktionsprinzip
Temperaturen können nach dem Prinzip der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Feststoffen gemessen werden. Dazu werden zwei Metallbänder (z.B. Stahl und Messing) mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsgraden fest miteinander verbunden. Beim Erhitzen verformt sich das Metallband aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungsgrade. Die Verformung ist ein Maß für die Temperatur und kann an einer kalibrierten Skala abgelesen werden.
In Bimetallstreifenthermometern werden die unterschiedlichen Ausdehnungsraten von Metallen beim Erhitzen zur Messung der Temperatur verwendet!
Bimetall-Thermometer können aufgrund ihrer metallischen Werkstoffe bei Temperaturen von unter -100 °C bis über 500 °C eingesetzt werden.
Bimetallbänder werden hergestellt, indem die verschiedenen Bleche übereinander gewalzt und dann erhitzt werden, so dass sich die Metalle an der Verbindung durch Diffusionsprozesse verbinden (Kaltschweißen).
Hinweis: Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Bimetallstreifens wird es auch häufig als Sicherheitsbauteil für die automatische Abschaltung verwendet. Bimetallstreifen finden sich beispielsweise in Kesseln, die den Wasserkocher automatisch ausschalten, indem sie den Stromkreis öffnen, wenn die Temperatur zu hoch ist (oder wenn der Siedepunkt erreicht ist).
Arten von Bimetallthermometern
Je länger das Bimetall ist, desto größer ist die Biegung und damit die Empfindlichkeit für die Temperaturmessung. Aus diesem Grund wird ein langer Bimetallstreifen oft in eine Spule gewickelt. Je nachdem, ob die Bimetallspule wie eine Spirale oder eine Schraube verdreht ist, können zwei verschiedene Typen unterschieden werden.
Spiraltyp Bimetallthermometer
Das einfachste Design eines Bimetallthermometers besteht darin, den Bimetallstreifen in eine Spirale zu wickeln. Das innere Ende der Spirale ist fest mit dem Gehäuse verbunden. Am äußeren Ende der Spirale ist ein Zeiger angebracht. Die gemessene Temperatur kann dann von einer kalibrierten Skala abgelesen werden.
Eine solche Konstruktion unter Verwendung einer Bimetallspirale ist nicht nur sehr platzsparend, sondern auch kostengünstig. Nachteilig ist jedoch, dass das Zifferblatt und der Temperatursensor nicht voneinander getrennt sind. Das gesamte Bimetallthermometer muß sich also unmittelbar in dem Medium befinden, dessen Temperatur gemessen werden soll. Derartige Thermometer werden beispielsweise in Kühl- oder Gefrierschränken oder zur Bestimmung der Raumtemperatur eingesetzt.
Spiralförmiges Bimetallthermometer
In vielen Fällen ist es erforderlich, den Indikator (Zeiger) räumlich vom Sensor (Bimetallspule) zu trennen. Zum Beispiel, wenn die Wassertemperatur in einem Heizungsrohr gemessen werden soll, wie es in Heizungsanlagen üblich ist. Der Temperatursensor muss sich dann innerhalb des Rohrs befinden, während sich die Anzeige für die Temperatur außerhalb des Rohrs befinden muss. Oder in der Lebensmittelindustrie ist es auch notwendig, das Display vom Sensor zu trennen, wenn beispielsweise die Temperatur im Inneren des Lebensmittels gemessen werden muss („Piercing Thermometer“).
In diesen Fällen sind Bimetallthermometer mit einem Bimetallstreifen ausgestattet, der in eine schraubenförmige Spule gewickelt ist. Das spiralförmige Bimetall ist an einem Ende fest mit der Innenseite eines Messrohrs verbunden (das Bimetall ist an einem zylindrischen Stift befestigt, der fest in den Schaft gedrückt wird). Durch diese Wendelwendel ist ein drehbarer Metallstab geführt, der am losen Ende mit ihm verbunden ist. Am oberen Ende der Metallstange ist ein Zeiger angebracht. Wird nun das Messrohr erwärmt, windet sich das spiralförmige Bimetall auf und dreht den Metallstab. Auf einer geeichten Skala kann die entsprechende Temperatur abgelesen werden.
Derartige Bimetallthermometer können auch mit Schaltkontakten ausgestattet sein, die bei Über- oder Unterschreiten einer bestimmten Temperatur einen Stromkreis schließen; entsprechend wird ein elektrisches Signal ausgelöst. Schaltkontakte können so Steuerungsaufgaben übernehmen, z.B. als Thermostat für Fußbodenheizungen, der bei zu hohen Temperaturen die Heizungspumpe aus Sicherheitsgründen ausschaltet und bei Unterschreiten eines bestimmten Temperaturniveaus wieder einschaltet.
