Биметаллические пластины: превращение тепла в механическое движение

Биметаллическая пластина — простое устройство, преобразующее тепловую энергию в механическое движение. Она используется как термически активируемый переключатель или индикатор тепла и работает на принципе дифференциального расширения нагреваемых непохожих металлов. Биметаллическая пластина состоит из двух разных металлов, соединенных вместе для формирования прямой плоской пластины или концентрической катушки. Когда пластина нагревается, один из металлов нагревается и расширяется быстрее другого, заставляя пластину изгибаться. Это механическое отклонение затем используется различными способами для переключения электрических цепей или перемещения стрелки для указания теплового значения.

Когда любое твердое тело, жидкость или газ нагревается, их молекулы начинают удаляться друг от друга, приводя к расширению. Пока нагреваемый материал не сдерживается в какой-то точке, он расширяется сбалансированным образом. Если по какой-то причине материал сдерживается или предотвращается расширение вдоль одной из его поверхностей, неограниченное расширение в остальной части материала заставит его дефлектироваться или изгибаться. Очевидно, что некоторые материалы нагреваются быстрее или расширяются больше других в зависимости от их молекулярной структуры. Если два таких непохожих материала соединены вместе, тот, который нагревается медленнее, будет ограничивать расширение вдоль одной грани другого и вызвать это явление дефлекции.

Этот принцип термической дефлекции непохожих материалов используется для обеспечения теплового механического движения в широком спектре электрического и измерительного оборудования. Биметаллические пластины обычно изготавливаются из двух непохожих металлов с латунью и сталью и медью и сталью как типичными комбинациями. Два материала обычно сварены, припаяны или заклепаны вместе для производства ровного, безопасного соединения между двумя контактными гранями. Биметаллические пластины могут формироваться как прямые или концентрические пружинные элементы. Их физическая дефлекция при нагреве затем используется различными способами для достижения разных функций.

Один из самых распространенных методов использования дефлекции биметаллической пластины — использование пластины как электрического контакта для замыкания или размыкания цепей. Термостаты обогревателей — хороший пример такого применения и используют прямую, не нагретую пластину для поддержания контакта с точкой переключения и поддержания активной цепи обогревателя. Когда температура поднимается до предопределенной точки, пластина нагревается и изгибается, тем самым размыкая цепь и выключая обогреватель. Когда пластина остывает снова, она выпрямляется и повторно активирует цепь обогревателя. Это позволяет поддерживать постоянный температурный диапазон.

Катушечный тип биметаллической пластины склонен разворачиваться при нагреве и поворачивать стрелку циферблатного термометра для указания температурного значения. Биметаллические пластины также используются как термические перегрузочные устройства для отключения питания электрического оборудования, когда оно потребляет чрезмерный ток или физически перегревается. Известные характеристики расширения разных металлов в биметаллической пластине позволяют очень точно настраивать эти устройства для работы при точных температурах. Это делает пластины надежным и доступным методом использования тепла как управляющего или измерительного входа.