Placă bimetală

Placă bimetală - o placă realizată din bimetal sau bucăți conectate mecanic din două metale diferite . De regulă, este folosit ca parte principală a senzorului termomecanic.

Dispozitiv

O placă bimetală este o bucată de bandă realizată din bimetal . Un capăt al benzii, de regulă, este fixat în dispozitiv, iar celălalt se mișcă în funcție de temperatura plăcii.

Există dispozitive formate din două plăci din metale diferite , fixate la un capăt și conectate (prin nituire , lipire sau sudură ) la celelalte capete. Când temperatura se schimbă, capătul conectat al plăcilor se mișcă.

Operabil într-o gamă foarte largă de temperaturi [1] .

Aplicație

Termostate și dispozitive de siguranță

Placa bimetalica de indoire controleaza contactele electrice care inchid sau deschid circuitul incalzitorului. (În cazul dispozitivelor de protecție, deconectarea sarcinilor).

Ele pot aduce și separa contacte treptat (design ieftin nefiabil - contactele scânteie și ard), sau pot funcționa brusc ( bifurcare mecanică ), mișcând imediat contactul cu câțiva milimetri (clicuri de la o astfel de comutare se aud atunci când fierele de călcat , ibricurile și alte dispozitive similare) lucrează).

Sunt folosite ca dispozitive de protecție: pentru a proteja împotriva supraîncălzirii (de exemplu, într-un fierbător electric ) sau împotriva curentului excesiv ( siguranțe ). poate fi atât auto-vindecare, cât și necesită intervenția personalului (se presupune că personalul va găsi și elimina cauza problemei și abia apoi va întoarce siguranța în starea de pornire).

Generatoare de impulsuri și relee de timp

O placă bimetală cu un contact și un încălzitor (se folosește o înfășurare de sârmă de înaltă rezistență sau placa în sine, prin care trece curentul).

Este folosit pentru a comuta modurile de funcționare ale dispozitivelor după ce acestea sunt pornite (de exemplu, la pornitoarele lămpilor fluorescente și motoarelor electrice ). În acest caz, încălzirea plăcii continuă tot timpul în timp ce dispozitivul este pornit.

Instrumente de măsură

Un fel de termometru bimetalic cu încălzitor. În funcție de metoda de includere, poate fi un voltmetru sau un ampermetru . În timpul funcționării, consumă multă energie, dar nu conține piese mecanice de frecare. Sunt simple, rezistente la vibrații, nu foarte sensibile la poluare, de regulă, se auto-repară atunci când sunt umede. Este încă utilizat pe scară largă în electronica auto.

Orele

Sunt folosite pentru compensarea temperaturii ceasurilor. Ele pot modifica diametrul jantei despicate a balanței , realizată dintr-o placă bimetală, sau pot modifica lungimea efectivă a arcului de echilibru.

Termometre

O bandă bimetală lungă, spiralată, este fixată în centru. Celălalt capăt (exterior) al spiralei se deplasează de- a lungul scării marcate în grade. Un astfel de termometru, spre deosebire de unul lichid (de exemplu, mercur), este complet insensibil la modificările presiunii externe și este mecanic mai durabil.

În termografe , o placă bimetală printr-un sistem de pârghii controlează stiloul înregistratorului , care desenează un grafic al schimbărilor de temperatură (utilizat în meteorologie ). De exemplu, într-un controler de temperatură, o placă bimetală, încălzită la temperatura maximă admisă, se îndoaie într-un anumit fel și deschide circuitul. Ca urmare, nu mai are loc nicio încălzire.

Motoare termice

Transformarea diferenței de temperatură în lucru mecanic. Există jucării simple pentru a demonstra posibilitatea unor astfel de motoare [2] .

Dispozitive pentru micro-mișcări

Obiectele (cum ar fi un „preparat” văzut prin microscop ) pot fi mutate în limite mici folosind plăci bimetalice cu încălzitoare. Cantitatea deplasării este controlată de la distanță prin schimbarea curentului prin încălzitoare.

Dezavantaj: Cantitatea de mișcare nu este constantă și depinde de condițiile de răcire (temperatura mediului ambiant, curenți de aer etc.)

În construcții navale

Plăcile bimetalice (precum și trimetalice) sunt utilizate pentru sudarea metalelor diferite pentru a preveni coroziunea de contact (galvanică). În construcțiile navale, acestea sunt utilizate atât pentru îmbinarea unei suprastructuri din aluminiu cu o cocă de oțel, cât și pentru conectarea elementelor decorative din oțel inoxidabil cu o structură din aluminiu.

Analogi nemetalici

Pentru a lucra în medii agresive, joncțiunile din sticlă sau ceramică cu CTE diferite au proprietăți similare bimetalelor ,

Calcul plăcilor

Îndoirea ( curbura curbei , inversul razei de îndoire) a unei plăci bimetalice [3] :

\kappa ={\frac {6E_{1}E_{2}(h_{1}+h_{2})h_{1}h_{2}\varepsilon }{E_{1}^{2}h_{1} ^{4}+4E_{1}E_{2}h_{1}^{3}h_{2}+6E_{1}E_{2}h_{1}^{2}h_{2}^{2} +4E_{1}E_{2}h_{2}^{3}h_{1}+E_{2}^{2}h_{2}^{4}}}

Unde:

$\varepsilon =(\alpha _{1}-\alpha _{2})\Delta T$ ;
$E_1$ este modulul Young al materialului 1 (aici și mai jos, pentru materialul 2, indicii sunt 2, respectiv);
$h_1$ — grosimea materialului 1;
$\alpha_{1}$ este coeficientul de dilatare termică a materialului 1;
$\Delta T$ este diferența dintre temperatura la care se calculează îndoirea și temperatura la care îndoirea este absentă.

Expresia curburii este dată pentru cazul în care rapoartele lui Poisson ale plăcilor de împerechere sunt egale cu zero. Cazul general a fost luat în considerare în [5].

Istorie

Aparent, plăcile bimetalice au fost create în Anglia în secolul al XVIII-lea de către ceasornicarul John Harrison pentru compensarea termică a cronometrului său marin H3 . [4] .

Note

↑ Benzi bimetalice în azot lichid Arhivat 23 iunie 2011 la Wayback Machine
↑ Leagăn bimetalic (foto) . Preluat la 2 august 2007. Arhivat din original la 21 octombrie 2007. (nedefinit)
↑ Clyne, TW. „Tensiunile reziduale în acoperirile de suprafață și efectele acestora asupra delipării interfațale”. Materiale de inginerie cheie (Elveția). Vol. 116-117, pp. 307-330. 1996 Arhivat 17 aprilie 2007 la Wayback Machine (engleză) , pdf , 36KB
↑ Sobel, Dava. Longitudine, Londra, Fourth Estate, 1995, ISBN 0-00-721446-4 , p . 103

[5] Glagolev V.V., Markin A.A., Pashinov S.V. Placă bimetală într-un câmp uniform de temperatură // Mekhanika kompozitsionnykh materialov i konstruktsii. - 2017. - T. 23. - Nr. 3. - S. 331-343.