Биметаллическая пластина и ее использование в электротехнике

Биметаллическая пластина — это пластина, специально изготовленная из пары различных металлов или из биметалла. Такие пластины традиционно используют в термомеханических датчиках.

Биметалл или соединенные механически два куска различных, с разной степенью теплового расширения, металлов, обладают довольно интересной особенностью, которая состоит в следующем.

Если пару одинаковых пластин, то есть изготовленных из одинакового металла, и имеющих одинаковые размеры, подвергнуть нагреву, то они удлинятся в одинаковой степени. Но если пластины будут изготовлены из разных металлов (скажем, одна из меди, а вторая — из железа), то при их совместном нагреве, из-за различного теплового расширения, пластины удлинятся по-разному.

Сваренные, спаянные или склепанные две пластины образуют единую биметаллическую пластину. Один конец такой пластины, обычно, закрепляют статично в неподвижном держателе внутри устройства, а второй свободен перемещаться в сooтветствии с текущей температурой пластины в целом.

Такие пластины для различных назначений изготавливают обычно из латуни и инвара (инвар — это сплав никеля и железа). В результате нагрева, пластина изогнется в сторону металла с меньшим тепловым расширением, и свободный конец пластины в результате деформации переместится. Пластины работоспособны в весьма широком температурном диапазоне.

Использование биметаллических пластин в электротехнике

В защитных устройствах и термостатах биметаллические пластины управляют состоянием электрических контактов. Пластина размыкает или замыкает цепь нагревательного элемента, отключает питание бойлера и т. п.

В простейших конструкциях контакты сводятся и разводятся медленно, в более прихотливых — на несколько миллиметров резким скачком (характерные щелчки можно слышать от утюга во время глажки или от домашнего обогревателя, отрегулированного на определенную температуру).

В электрическом чайнике контакты биметаллической пластины защищают его от перегрева, а в автоматическом выключателе — проводку от превышения допустимой величины тока.

Так называемые тепловые реле или автоматические выключатели, требующие повторного взвода вручную после устранения персоналом неполадки — и тут и там биметаллическая пластина.

В стартерах люминесцентных ламп и в схемах управления электродвигателями биметаллические пластины служат для переключения режима работы устройства после его включения. Когда устройство запущено в работу, пластина начинает и продолжает разогреваться.

Биметаллические пластины в этом случае оснащаются специальным подогревателем и контактом, имеется подогревающая обмотка из провода высокого сопротивления, либо разогревается непосредственно пластина от пропускаемого по ней тока. Так работают некоторые защитные реле и генераторы импульсов переключения. Если в процессе работы мотор перегреется, то реле сработает и отключит мотор от сети.

Такой прибор энергетически, конечно, прожорлив, однако в нем отсутствуют механически трущиеся части, он отличается вибростойкостью, устойчив к загрязнениям и сам восстанавливается при отсыревании.

Измерительные приборы данного типа, на биметаллических пластинах, по сей день успешно применяются в автоэлектронике.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Устройство и применение биметаллической пластины

Отправим материал на почту

Чтобы яснее представлять себе, что такое биметаллическая пластина, нужно разобраться в её составе, точнее, что подразумевается под определением биметаллов. Это может быть сплав либо механическое соединение двух или более металлов, что необходимо для изменения химических, механических и других качеств. Такие композиты относятся к группе прецизионных материалов (сплавов).

Устройство и применение

По сути, это отрезок ленты из биметалла, где один конец зафиксирован неподвижно, а другой смещается в одну или другую сторону, в зависимости от нагрева. Итак, в общих чертах с вопросом о том, что такое биметаллическая пластина, мы уже разобрались – теперь посмотрим, для чего это нужно.

Когда два разнородных металла зафиксированы между собой и представляют как бы одно целое, то при термическом воздействии они будут вести себя по-разному. Например, если это медь и сталь, то коэффициент расширения Cu гораздо выше, нежели у Fe, следовательно, при нагреве свободный конец будет загибаться в сторону стали. Примерная схема такой деформации показана на изображении выше.

Примечание: есть механизмы, где нужны две биметаллические пластины, когда они закреплены между собой механическим путем (заклепки) или сваркой (пайкой).

Если говорить о применении, то биметаллическая пластина, это подвижная с одной и неподвижная с другой стороны клемма, отвечающая за разъединение или замыкание контактов нагревательного прибора, в зависимости от температуры.

Термостаты

Для самого обыкновенного термостата, где нет никакой электроники, биметаллическая пластина выполняет функцию термореле или термодатчика – как угодно. Это означает, что она управляет контактами электрической цепи – когда полоса под воздействием тепла деформируется в одну или в другую сторону, то она давит на клемму или же этот упор слабеет, что приводит к замыканию-размыканию цепи. Если бы функция клеммы была возложена непосредственно на пластину, то контакты обязательно бы искрили и подгорали. Но так как это только рычаг, то замыкание-размыкание происходит резко, не вызывая искр.

Также биметаллическая пластина является неотъемлемой частью различных термореле и предохранителей. Например, самый обычный электрочайник на вашей кухне или утюг для глажки включается и выключается прибором, где задействована функция, основанная на разнице коэффициентов теплового расширения разнородных металлов. А ваши автоматические пробки или автоматы на электросчетчике срабатывают при повышении допустимой нагрузки, разрывая цепь подачи питания.

Другие приборы

Применение биметаллических пластин необходимо в стартерах люминесцентных ламп и электрических двигателей. Как в одном, так и в другом случае, нагрев биметалла продолжается непрерывно в период активности приборов.

Такой композиционный материал используется в контрольно-измерительных приборах, например, это может быть термометр с функцией подогрева. Такие устройства требуют повышенного потребления энергии, зато там нет механического износа деталей от трения. А ещё такие приборы устойчивы к вибрациям разной частоты, даже можно сказать, что они не реагируют на колебания вообще. Хорошим примером долговечности таких устройств можно назвать вибростойки, которые не реагируют на загрязнения и при этом способны восстанавливаться при увлажнении – это из области автомобилестроения.

Заключение

Для биметаллической пластины в современных технологиях найдется множество вариантов её применения, так как законы физики всегда остаются неизменными. Без этого композиционного материала не обходятся такие отрасли, как машиностроение и авиация, тяжелая промышленность и заводы прецизионных приборов. Также биметаллические пластины необходимы в научно-исследовательских институтах.

Источник