Bimetalová deska

Bimetalová deska - deska vyrobená z bimetalu nebo mechanicky spojených kusů dvou různých kovů . Zpravidla se používá jako hlavní součást termomechanického senzoru.

Zařízení

Bimetalová deska je kus pásky vyrobený z bimetalu . Jeden konec pásky je zpravidla upevněn v zařízení a druhý se pohybuje v závislosti na teplotě desky.

Existují zařízení sestávající ze dvou desek z různých kovů , upevněných na jednom konci a spojených ( nýtováním , pájením nebo svařováním ) na druhých koncích. Při změně teploty se spojený konec desek posouvá.

Provozovatelný ve velmi širokém rozsahu teplot [1] .

Aplikace

Termostaty a bezpečnostní zařízení

Ohýbaná bimetalová deska ovládá elektrické kontakty , které uzavírají nebo otevírají okruh topení. (V případě ochranných zařízení odpojování zátěží).

Mohou postupně přivádět a oddělovat kontakty (levné nespolehlivé provedení - kontakty jiskří a hoří), nebo mohou pracovat nárazově ( mechanické rozdvojení ), okamžitě posunout kontakt o několik milimetrů (cvaknutí z takového spínání je slyšet při žehličkách , konvicích a jiných podobných zařízeních pracují).

Používají se jako ochranná zařízení: k ochraně proti přehřátí (například v rychlovarné konvici ) nebo proti nadměrnému proudu ( pojistky ). může být jak samouzdravující, tak vyžadující zásah personálu (předpokládá se, že personál najde a odstraní příčinu problému a teprve poté vrátí pojistku do zapnutého stavu).

Pulzní generátory a časová relé

Bimetalová deska s kontaktem a ohřívačem (je použito vysokoodporové vinutí drátu nebo samotná deska, kterou prochází proud).

Slouží k přepínání provozních režimů zařízení po jejich zapnutí (např. u startérů zářivek a elektromotorů ). V tomto případě ohřev desky pokračuje po celou dobu, kdy je zařízení zapnuté.

Měřicí přístroje

Jakýsi bimetalový teploměr s ohřívačem. V závislosti na způsobu zařazení to může být voltmetr nebo ampérmetr . Při provozu spotřebovává hodně energie, ale vůbec neobsahuje třecí mechanické části. Jsou jednoduché, odolné proti vibracím, málo citlivé na znečištění, zpravidla se za vlhka samy opravují. Stále je široce používán v automobilové elektronice.

Hodiny

Používají se pro teplotní kompenzaci hodin. Mohou měnit průměr děleného ráfku váhy , vyrobeného z bimetalového plechu, nebo měnit účinnou délku vyvažovací pružiny.

Teploměry

Uprostřed je upevněn dlouhý, spirálovitě stočený bimetalový pás. Druhý (vnější) konec spirály se pohybuje po stupnici vyznačené ve stupních. Takový teploměr je na rozdíl od kapalného (například rtuťového) zcela necitlivý na změny vnějšího tlaku a je mechanicky odolnější.

V termografech bimetalová deska prostřednictvím systému páček ovládá pero zapisovače , které vykresluje graf teplotních změn (využívá se v meteorologii ). se určitým způsobem ohne a otevře obvod. V důsledku toho nedochází k dalšímu zahřívání.

Tepelné motory

Přeměna teplotního rozdílu na mechanickou práci. Existují jednoduché hračky, které demonstrují možnost takových motorů [2] .

Zařízení pro mikropohyby

Předměty (jako je „přípravek“ pozorovaný mikroskopem ) lze pohybovat v malých mezích pomocí bimetalových desek s ohřívači. Velikost výtlaku je řízena dálkově změnou proudu topnými tělesy.

Nevýhoda: Rozsah pohybu není konstantní a závisí na podmínkách chlazení (okolní teplota, průvan atd.)

Ve stavbě lodí

Bimetalové (stejně jako trimetalické) desky se používají pro svařování různých kovů, aby se zabránilo kontaktní (galvanické) korozi. Při stavbě lodí se používají jak pro spojení hliníkové nástavby s ocelovým trupem, tak pro spojení nerezových ozdobných prvků s hliníkovou konstrukcí.

Nekovové analogy

Pro práci v agresivním prostředí mají skleněné nebo keramické spoje s různým CTE vlastnosti podobné bimetalům ,

Výpočet desky

Ohyb ( zakřivení křivky , převrácená hodnota poloměru ohybu) bimetalové desky [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}}}

kde:

$\varepsilon =(\alpha _{1}-\alpha _{2})\Delta T$ ;
$E_1$ je Youngův modul materiálu 1 (zde a níže, pro materiál 2 jsou indexy 2, v tomto pořadí);
$h_1$ — tloušťka materiálu 1;
$\alpha_{1}$ je koeficient tepelné roztažnosti materiálu 1;
$\Delta T$ je rozdíl mezi teplotou, při které se počítá ohyb, a teplotou, při které ohyb chybí.

Výraz zakřivení je uveden pro případ, kdy jsou Poissonovy poměry protilehlých desek rovny nule. Obecný případ byl zvažován v [5].

Historie

Bimetalové desky byly zřejmě vytvořeny v Anglii v 18. století hodinářem Johnem Harrisonem pro tepelnou kompenzaci svého námořního chronometru H3 . [4] .

Poznámky

↑ Bimetalický pás v kapalném dusíku Archivováno 23. června 2011 na Wayback Machine
↑ Bimetalová houpačka (foto) . Získáno 2. srpna 2007. Archivováno z originálu dne 21. října 2007. (neurčitý)
↑ Clyne, TW. "Zbytková napětí v povrchových nátěrech a jejich účinky na mezifázové rozpojení." Klíčové inženýrské materiály (Švýcarsko). sv. 116-117, str. 307-330. 1996 Archivováno 17. dubna 2007 na Wayback Machine (anglicky) , pdf , 36 KB
↑ Sobel, Dava. Zeměpisná délka, Londýn, Fourth Estate, 1995, ISBN 0-00-721446-4 , s . 103

[5] Glagolev V.V., Markin A.A., Pashinov S.V. Bimetalová deska v rovnoměrném teplotním poli // Mechanika kompozitních materiálů a konstrukce. - 2017. - T. 23. - č. 3. - S. 331-343.