Strip Bimetalik : Konstruksi dan Jenisnya

Setiap bahan logam di alam semesta memiliki sifatnya masing-masing seperti sifat listrik, sifat mekanik, sifat magnet, sifat kimia, sifat panas, dan sifat optik. Artikel ini menjelaskan tentang strip bimetalik yang didasarkan pada properti ekspansi panas. Biasanya diamati dalam aplikasi seperti kotak besi, pemanas, ceret, dll. Strip bimetalik mengubah energi panas menjadi perpindahan mekanis.

Apa itu Strip Bimetalik?

Definisi: Strip bimetalik bekerja berdasarkan prinsip ekspansi panas, yang didefinisikan sebagai perubahan volume logam dengan perubahan suhu. Strip bimetalik bekerja pada dua dasar dasar logam.

Dasar pertama adalah ekspansi panas, yang menyatakan bahwa logam mengembang atau berkontraksi berdasarkan variasi suhu
Dasar kedua adalah koefisien suhu, di mana setiap logam (memiliki koefisien suhu sendiri) mengembang atau menyusut secara berbeda pada suhu konstan.

Sifat Strip Bimetalik

Beberapa sifat penting dari strip bimetalik adalah

Koefisien ekspansi: Ini didefinisikan sebagai perubahan sifat fisik logam sebagai respons terhadap perubahan suhu seperti bentuk, luas, dan volume.
Modul elastisitas: Ini didefinisikan sebagai rasio tegangan terhadap regangan di daerah deformasi elastis.
Batas elastis pada pendinginan: Ini adalah batas standar di mana logam kembali ke keadaan normal saat pendinginan. Sifat ini bervariasi dari logam ke logam.
Konduktivitas listrik: Ini didefinisikan sebagai jumlah arus yang melewati material.
Daktilitas
Kemampuan metalurgi.

Kontruksi Strip Bimetalik

Strip bimetalik dibentuk dengan mengikat dua strip tipis logam yang berbeda biasanya baja (12 * 10^-6 K^-1) & kuningan (18,7 * 10^-6 K^-1), atau tembaga (16,6 * 10^-6 K^-1), di mana salah satu ujung logam ini dipasang dengan mengelasnya dan ujung lainnya dibiarkan bebas.

Saat menerapkan suhu pada bahan-bahan ini, maka mereka akan mulai mengubah keadaan fisiknya baik dengan mengembang atau dengan deformasi.

Ini dapat dijelaskan dalam dua kasus berikut,

Kasus (i): Ketika suhu meningkat, strip memungkinkan untuk mengembang ke arah logam dengan nilai koefisien suhu yang lebih rendah, yang dapat diamati pada gambar di bawah.

Kasus (ii): Ketika suhu menurun, strip memungkinkan untuk mengembang ke arah logam dengan nilai koefisien suhu yang lebih tinggi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Dari sini, kita dapat memahami bahwa

Rentang defleksi = logam yang digunakan

Defleksi logam = (panjang strip + variasi suhu)/ketebalan strip

Representasi Matematika

Pertimbangkan dua logam seperti A dan B pada dua suhu berbeda 'T1' dan 'T2'. Radius kelengkungan strip bimetalik dapat ditentukan secara matematis dari persamaan di bawah ini.

R = t {3 (1+m)² + (1+m * n) [m² + 1/m * n]} / 6 (α '_A - α '_B) (T₂ - T₁) (1+m)² …… 1

Dimana,

R = radius kelengkungan pada suhu 'T2'

t = (t1 + t2) = jumlah dari tebal strip bimetalik

n = E_A / E_B = rasio elastisitas dua logam

m = t1 / t2 = (Ketebalan lebih rendah - ekspansi logam) / (ketebalan lebih tinggi - ekspansi logam)

α '_A - α '_B = Koefisien panas logam ekspansi A dan B

T₁ = suhu awal

T₂ = suhu akhir.

Persamaan untuk strip logam yang lentur ke arah logam dengan koefisien suhu rendah diberikan sebagai

r = 2 t / [6 * (α _A - α _B) (T₂ - T₁)] ..... (2)

Dalam dunia praktis, rasio modulus elastisitas logam dan ketebalannya harus dijaga sama sehingga logam kembali ke posisi normalnya ketika suhu yang diterapkan berubah. Jika ketebalan logam t/2 maka

[r + (t/2)]/r = Panjang Diperluas dari Strip A yang Diperluas/Panjang Strip B yang Diperluas

= L [1 + α _A (T₂ - T₁)] / L [1 + α _B (T₂ - T₁)]

= t / 2 [[1 + α _B (T₂ - T₁)] / [(α _A - α _B) (T₂ - T₁)]]

r = t / [2 α _A (T₂ - T₁)] ... .. (3)

Dari persamaan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa jika salah satu ujung strip logam tetap, ujung strip lainnya mengembang atau berkontraksi pada suhu yang bervariasi. Prinsip semacam ini biasanya diamati pada termometer sensitivitas rendah.

Jenis Strip Bimetalik

Strip bimetalik tersedia dalam dua jenis, yaitu

Jenis Strip Spiral

Ini terdiri dari struktur seperti spiral dan penunjuk terpasang padanya, yang digunakan untuk mengukur suhu. Ketika struktur pegas ini dipanaskan, logam-logam tersebut menunjukkan sifat muai atau ekspansi panas dan berubah bentuk jika ada penurunan suhu. Pada tahap ini, penunjuk mencatat suhu pada skala. Jenis termometer ini biasanya digunakan untuk mencatat suhu lingkungan.

Jenis Heliks

Ini terdiri dari struktur seperti heliks yang operasinya mirip dengan strip bimetalik. Dimana ujung strip yang bebas terhubung ke sebuah pointer. Setiap kali strip dipanaskan, ia mengalami properti ekspansi panas dan berkontraksi saat pendinginan. Pada tahap ini, penunjuk mencatat pembacaan suhu. Biasanya termometer jenis ini digunakan dalam aplikasi industri.

Kelebihan

Berikut ini adalah keuntungan dari strip bimetalik

Tidak diperlukan sumber daya eksternal
Sederhana dalam penggunaan dan kuat
Biaya lebih murah
Memberikan akurasi antara ± 2 hingga 5%

Kekurangan

Berikut ini adalah kelemahan dari strip bimetalik

Mereka dapat mengukur hingga 4000 C.
Akan ada perubahan kualitas logam pada penggunaan biasa yang dapat menyebabkan kesalahan saat pengukuran.
Pada suhu rendah, sensitivitas dan akurasinya tidak sesuai dengan standar.

Aplikasi Bimetallic Strip

Berikut ini adalah aplikasi strip bimetalik

Jam
Termistor
Kotak besi
Mesin panas
Pemanas

Pertanyaan

1). Perangkat apa yang menggunakan strip bimetalik?

Strip bimetalik digunakan pada perangkat seperti alarm kebakaran, kipas angin, dll.

2). Apa yang terjadi jika strip bimetalik dipanaskan?

Ketika strip bimetalik dipanaskan, logam akan mengembang atau berubah bentuk berdasarkan sifat koefisien panasnya.
Kasus 1: Dengan kenaikan suhu membuat strip mengembang ke arah logam dengan nilai koefisien suhu yang lebih rendah, yang dapat diamati pada gambar dan
Kasus 2: Ketika suhu menurun membuat strip mengembang ke arah logam dengan nilai koefisien suhu yang lebih tinggi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

3). Apakah strip bimetalik digunakan pada kipas?

Ya, mereka digunakan pada kipas untuk mengubah suhu menjadi perpindahan mekanis.

4). Mengapa strip bimetallic menekuk?

Strip bimetalik bengkok karena sifat ekspansi termal logam.

5). Dapatkah strip bimetalik yang terbuat dari kuningan dan perak digunakan di termostat?

Tidak, strip bimetalik yang terbuat dari kuningan dan perak tidak dapat digunakan di termostat. Karena mereka memiliki perbedaan yang dapat diabaikan dalam properti ekspansi termalnya.

Jadi, ini semua tentang ikhtisar strip bimetalik yang bekerja pada dua ekspansi panas dasar utama dan koefisien suhu. Biasanya alat termometer yang mengukur suhu. Ini terdiri dari dua strip logam yang berbeda, di mana keduanya dilas bersama dan salah satu ujungnya dipasang dan ujung lainnya dibebaskan.

Logam ini mengembang atau berubah bentuk pada suhu yang bervariasi. Mereka tersedia dalam dua bentuk heliks dan spiral. Di mana termometer heliks bimetalik strip digunakan di kawasan industri, dan termometer bimetalik spiral digunakan di daerah yang kurang sensitif. Keunggulan utamanya adalah memberikan akurasi antara ± 2 hingga 5%.

Belajar Elektronika