固体长度随温度变化的情况可用下式表示，即
L1=L0[1+k（t1-t0）] （1）
式中，L1为固体在温度t1时的长度；L0为固体在温度t0 时的长度；k为固体在温度t0、t1之间的平均线膨胀系数。
基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数相对差异很大的金属片叠焊在一起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。当温度变化时，因双金属片的两种不同材料的线膨胀系数相对差异很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形，如图1所示。
图1 双金属温度计原理图
在一端固定的情况下，如果温度升高，下面的金属B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属A（例如因瓦合金-一种镍铁合金，镍为36％）却几乎不变，致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线膨胀差别越大，引起的弯曲角度也越大。具体可用下式表示
x=G（l2/d）・△t （2）
式中，x为双金属片自由端的位移，mm；l为双金属片的长度，mm；d为双金属片的厚度，mm；△t为双金属片的温度变化，℃；G为弯曲率（将长度为100mm，厚度为1 mm的线状双金属片的一端固定，当温度变化1℃（1K）时，另一端的位移称为弯曲率），取决于金属片的材质，通常为（5～14）×10-6K-1。
目前实际采用的双金属材料及测温范围为：100℃以下，通常采用黄铜与34％镍钢；l50℃以下，通常采用黄铜与因瓦合金；250℃以上，通常采用蒙乃尔高强度耐蚀镍合金与34％～42％镍钢。双金属温度计不仅可用于测量温度，而且还可方便地用作简单温度控制装置（尤其是开关的“通-断”控制）。
双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为-80～600℃，精度等级通常为1.5级左右。由于其测温范围和前两种温度计大致相同，且可作恒温控制，可彻底解决水银玻璃温度计和水银压力温度计易破损造成泄汞危害的问题，所以在测温和控温精度不高的场合，双金属温度计的应用范围不断扩大。双金属片常制成螺旋管状来提高灵敏度。总之，双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般的民用与工业用测温仪表。
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