産業におけるバイメタル温度計の主な用途は何ですか?

概要: バイメタル温度計とは何ですか?

バイメタル温度計 は、熱膨張係数が異なる 2 つの結合金属の膨張差を利用して温度を測定する機械装置です。温度変化を回転または直線運動に変換し、通常はダイヤルに表示されます。バイメタル温度計は、外部電源を必要とせず、堅牢で、簡単な設置と読みやすさを提供するため、シンプルさ、信頼性、低コストが優先される多くの産業環境で広く使用され続けています。

バイメタル温度計の仕組み（原理）

バイメタル温度計の感知要素は通常、2 つの金属を積層して作られたストリップまたはコイルです。温度が変化すると、金属は異なる速度で膨張し、ストリップやコイルが曲がったりねじれたりします。その機械的変位は、ギアを介して、校正されたダイヤル上の指針または別の機械的出力に伝達されます。 2 つの一般的な要素構成があります。

ストリップ型エレメント

ストリップ要素は平坦で、温度に比例して曲がります。表面温度や気温の測定など、線形応答とコンパクトな形状が必要な場合によく使用されます。

コイル状要素

コイル状要素 (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.

主な産業用途

バイメタル温度計は、堅牢性と電力不要の動作が利点となるさまざまな業界で使用されています。以下に、主なアプリケーション分野と、それらの導入方法と、他のセンシング技術ではなくそれらが選択される理由に関する実践的な詳細を示します。

HVAC および建築サービス

暖房、換気、および空調システムでは、バイメタル温度計を使用して、空気ダクトの温度、給水/戻り水の温度、周囲の室温を監視します。壁やダクトへの取り付けが簡単で、ダイヤルが直読できるため、現場技術者やビルオートメーションのオーバーライドチェックに適しています。一般的な精度要件は中程度 (±1 ～ 2°C) であり、バイメタル ユニットは通常、低コストでこの要件を満たします。

発電およびボイラーシステム

ボイラー、給水システム、蒸気ラインでは、温度を局所的に示すためにバイメタル温度計が使用されることがよくあります。堅牢な機械設計により、振動、広い温度範囲、および時折の圧力衝撃に耐えます。一般的な取り付けには、蒸気ヘッダーのフランジに取り付けられた温度計や給水タンク用のポケットに挿入されたプローブが含まれます。

石油化学、石油、ガス

石油化学プラントや製油所では、バイメタル温度計は周囲の監視、パイプラインジャケットの温度、および重要ではないプロセスポイントに好まれています。屋外設置でも耐久性があり、電気回路が含まれていないため、多くの構成で本質安全です。危険区域では、安全基準を満たす防爆ハウジングと適切な材料が選択されます。

食品および飲料および医薬品の製造

加工ライン、低温殺菌装置、貯蔵タンクには信頼性の高い温度チェックが必要です。バイメタル温度計は、電子センサーが不要な場合の二次/ローカル表示、またはデジタル センサーを検証するための冗長チェックとして使用されます。ステンレス鋼のプローブとサニタリー接続は、通常、洗浄および衛生プロトコルを満たすように指定されています。

製造、熱処理、炉

オーブン、工業用乾燥機、および特定の熱処理プロセスでは、バイメタル温度計を使用して空気または表面の温度を簡単に監視できます。精密なプロセス制御には適していませんが、単純な機械的表示で十分な設定値の検証、保守点検、および安全インターロックには役立ちます。

選択基準: 適切なバイメタル温度計の選択

正しい機器を選択するには、動作温度範囲、精度、取り付けスタイル、プロセス接続、プローブの長さと直径、材料の適合性、振動や腐食性雰囲気などの環境条件を考慮する必要があります。重要な要素には次のようなものがあります。

• 温度範囲と必要な精度 (標準 ±1 ～ 2°C、特殊単位はより厳密)。
• 挿入対表面実装 — ポケットとサーモウェルは、高圧または腐食性の流体への浸漬からエレメントを保護します。
• 耐薬品性を備えたステンレス鋼やハステロイなどの建築材料。
• ダイヤルのサイズと、リモートまたはローカル表示の読みやすさ。
• コンプライアンス要件 — 防爆ハウジング、衛生器具、または業界標準。

設置、校正、メンテナンス

適切な設置と定期的な校正により、精度が維持され、耐用年数が長くなります。一般的な方法としては、加圧流体に適したサーモウェルに温度計を取り付けること、誤った読み取り値を引き起こす流れの乱れに直接さらされることを避けること、プロセス形状に応じてプローブの浸漬深さを選択することが含まれます。校正間隔は重要度によって異なります。重要でないポイントについては年に一度のチェックが一般的ですが、重要なプロセスではより頻繁な検証が必要になる場合があります。

フィールドキャリブレーションのヒント

校正は、氷浴 (0°C) および温度制御されたオイルまたはドライブロック校正器を使用して実行できます。ダイヤル温度計の場合、ポインタをゼロに合わせて 1 つ以上の点でスパンをチェックすると、直線性を確認できます。調整履歴を文書化することは、規制対象産業におけるトレーサビリティにとって重要です。

利点と制限事項

バイメタル温度計にはいくつかの利点があります。本質的にシンプル、電源不要、低コスト、乱暴な取り扱いに耐え、即座に視覚的な表示を提供します。ただし、RTD や熱電対と比べて精度が中程度で、応答時間が遅く、非常に長期間または極端な温度サイクルでドリフトが発生する可能性があるという制限があります。高精度制御ループやデータロギングアプリケーションでは、電子センサーは通常、バイメタルデバイスよりも優れた性能を発揮します。

実際のケースの比較（表）

ベストプラクティスとトラブルシューティング

信頼性を最大限に高めるには、適切なレンジとステム長を選択し、圧力用途のためにサーモウェルでエレメントを保護し、直接輻射熱の読み取り値が歪む場所への取り付けを避け、定期的なチェックをスケジュールします。測定値がドリフトしたり非線形になった場合は、ムーブメントの機械的結合、検出素子の腐食、または範囲を超えた温度による損傷がないか確認してください。

結論: バイメタル温度計を選択する場合

バイメタル温度計は、重要ではない制御点、電気が望ましくない環境、耐久性のある低コストのソリューションが必要な環境でのローカル表示に最適です。これらは、HVAC、ボイラー、石油化学の二次監視、食品加工のバックアップ、および多くの製造現場で依然として実用的な選択肢です。高精度、高速応答、またはデジタル統合が要求されるアプリケーションの場合は、冗長性と視覚的チェックのためにバイメタル機器を保持しながら、RTD、熱電対、または電子センサーでバイメタル ユニットを補完することを検討してください。