Биметаллическая пластина своими руками

Согласно закону Джоуля-Ленца, количество тепла, выделяемое участком электрической цепи, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению этого участка. Это дает возможность создавать устройства, выполняющие небольшую механическую работу (например, по замыканию/размыканию контактной пары) при достижении силы тока на исследуемом участке цепи определенного значения. Подобные устройства получили название тепловых (электротепловых) реле или реле тепловой защиты.

Тепловое реле, как правило, служит для защиты (аварийного отключения и/или сигнализации об аварийной ситуации) электрических цепей и электрооборудования от повышения тока потребления сверх некого номинального (нормального) значения. Повышение тока потребления может свидетельствовать, например, о чрезмерной нагрузке на вал двигателя, межвитковом замыкании и т.д.

Биметаллическая пластина

Факт того, что проводник с током греется, не дает возможность напрямую совершить какую-либо существенную механическую работу, так как степень нагрева нуждается в оценке, например, термодатчиком.

Оказывается, есть возможность поступить проще, а именно «научить» проводник закономерно изменять свою геометрическую форму пропорционально изменению температуры. Как известно, линейные размеры металлов при нагреве меняются. Известно также, что у разных металлов коэффициенты теплового расширения различные.

Например, при нагреве на одно и то же значение температуры, полоска из металла, обладающего большим коэффициентом теплового расширения, удлиниться на большее значение, чем полоска из другого металла, коэффициент теплового расширения которого ниже.

Если соединить вместе две одинаковые по форме полоски разнородных металлов, то, при изменении температуры, геометрическая форма этой конструкции тоже будет изменяться — изгибаясь и распрямляясь, в зависимости от температуры. Скрепленные воедино две пластины разнородных металлов получили название биметаллической пластины.

Биметаллическая пластина, как своеобразный прибор для оценки силы тока по его нагреву и последующего воздействия на какой-либо исполнительный механизм, широко применяется в различных бытовых и промышленных устройствах автоматики.

Принцип работы биметаллической пластины.

Устройство теплового реле на примере ИЭК РТИ-1308

Теория принципа действия теплового реле была вкратце рассмотрена выше, обратимся к практике. Вскроем корпус и разберемся с внутренним устройством низковольтного трехфазного теплового (тепломеханического) реле ИЭК РТИ-1308. Его основные технические характеристики представлены в таблице ниже.

Таблица. Основные технические характеристики теплового реле ИЭК РТИ-1308.

Характеристика силовой цепи Значение

Диапазон регулировки тока срабатывания	2,5–4 А
Стандартные рабочие напряжения	230, 400, 660 В
Максимальная частота переменного тока	400 Гц

Характеристика цепи управления Значение

Тип контактов	1 замкнутый + 1 разомкнутый
Максимальная коммутируемая мощность при напряжении 110 В	400 ВА
Максимальная коммутируемая мощность при напряжении 230 В	600 ВА
Максимальная коммутируемая мощность при напряжении 400 В	600 ВА

Принцип работы теплового реле РТИ можно описать следующим образом. При протекании электрического тока по биметаллическим пластинам (каждой из трех фаз предназначается своя пластина), происходит их нагрев.

Чем выше ток, тем сильнее нагрев биметаллических пластин и, следовательно, больше их изгиб в определенную (конструктивно заданную) сторону. Изгибаясь, пластины давят на систему рычагов.

При достижении хотя бы одной из трех пластин критического значения по углу изгиба, вследствие превышения на одной или нескольких фазах номинального установленного рабочего тока, происходит срабатывание исполнительного (контактного) механизма цепи управления, и контактные пары переводятся во взаимно противоположные состояния. В таком, нагретом до момента срабатывания реле, состоянии биметаллические пластины будут удерживать реле до тех пор, пока на все фазах тепловой ток не придет в норму. Ток снижается — биметаллические пластины охлаждаются, переводя систему рычагов в первоначальное состояние. Если у теплового реле активирован режим автоматического пуска, то контактные группы тоже автоматически переключаться в первоначальное состояние, если нет – нужно вручную включать реле после каждого его срабатывания. На фотографиях ниже можно увидеть процесс вскрытия РТИ-1308 и пояснения к нему.

Упаковка.

Вид сбоку (фото слева). Вид на силовые контакты. Расстояния между контактами можно менять благодаря овальным отверстиям корпуса (фото справа).

Органы управления и настройки РТИ-1308.

Под шильдиком прячется подстроечный винт. Благодаря ему, происходит актуализация значений шкалы диска настройки тока. Количество заводсткой краски, нанесенной на резьбу подстроечного винта, оказалось недостаточным (винт легко вращался на пару оборотов). Дополнительно закрашиваем резьбу цапонлаком (фото снизу).

  Вскрываем корпус, подцепляя тонкой плоской отверткой пластмассовые защелки по периметру корпуса. Вскрыть корпус, не отломив ни одной защелки, очень сложно — пластмасса хрупкая (фото справа внизу).

Корпус вскрыт.

Биметаллические пластины смешанного нагрева (ток идет через обмотку нагрева и через саму пластину).

  Изгиб пинцетом любой биметаллической платины инициирует срабатывание реле. Чем выше установленный ток, тем сильнее нужно изгибать пластины.

Реле без биметаллических пластин. Нажимаем пинцетом на рычаг — происходит срабатывание реле (фото справа).

  Система рычагов для объединения изгибающих усилий пластин воедино по логическому закону «ИЛИ». То есть, изгиб хотя бы одной (любой) пластины вызывает пропорциональное смещение верхнего рычага системы.

Система находится в своём крайнем левом положении, соответствующем минимальному изгибу биметаллических пластин (фото слева).

Система находится в своём крайнем правом положении, соответствующем максимальному изгибу биметаллических пластин (фото справа).

Реле сработало (желтый Г-образный флажок в крайнем правом положении) и ждёт ручного пуска, так как синий переключатель в положении ручного управления (фото слева). Нажимаем непосредственно на рычажок, идущий к контактным группам (фото справа).

Съём исполнительного механизма происходит путём откручиванием единственного винта.

Исполнительный механизм со стороны контактных групп. При нажатии на кнопку «Стоп», происходит размыкание замкнутой пары контактов.

Все детали теплового реле ИЭК РТИ-1308.

Время срабатывания теплового реле зависит от кратности превышения тока, то есть от того, во сколько раз реальный ток превысил установленный (см. график ниже).

График (кривые) срабатывания РТИ-1308 (фото сверху). Схематичное обозначение РТИ-1308 (фото снизу).

Кнопкой «тест» можно сымитировать срабатывание реле, то есть принудительно перевести контактные пары исполнительного механизма в противоположные состояния.

Таким образом, можно проверить лишь правильность работы каких-либо электронных устройств (например, контактора), коммутируемых тепловым реле.

Всецело же корректность работы теплового реле проверяется только на специальном испытательном стенде с моделированием прохождения через реле различных токов, как ниже, так и выше установленного тока срабатывания реле.

В заключение, нужно сказать о трех важных вещах, касаемо тепловых (тепломеханических) реле. Во-первых, любое тепломеханическое реле имеет собственное (небольшое, но постоянное) потребление энергии, расходуемое на подогрев биметаллических пластин.

Во-вторых, тепловое реле не предназначено для защиты от токов короткого замыкания, которому характерен сверхбыстрый рост тока. Это обусловлено относительно высокой инертностью биметаллических пластин, которые не способны нагреться так быстро.

Для защиты от короткого замыкания, в паре с тепловыми реле, необходимо применять автоматические выключатели электромагнитного расцепления. В-третьих, ток срабатывания теплового реле зависит от температуры окружающей среды, условий охлаждения корпуса реле и прочих факторов.

Таким образом, в качестве прецизионного устройства защиты, где требуется очень точная оценка электрического тока, тепловое реле тепломеханического типа использовать нельзя, погрешности весьма значительны.

Биметаллы и способы их получения

Применение биметаллов, или слоистых композиций, получает все большее распространение при производстве химической, нефтехимической, пищевой и общемашиностроительной аппаратуры благодаря получению уникальных комплексов свойств (высокая коррозионностойкость и прочность, жаропрочность и высокая коррозионностойкость, электропроводность и теплопроводность, технологичность), которыми не обладают составляющие композиционных материалов по отдельности. При этом композиция может состоять не только из двух, но и из большего количества металлов, обладающих разными характеристиками.По основному назначению современные биметаллы можно разделить на 3 группы:1. Износостойкие.2. Коррозионностойкие.3. Антифрикционные.

Прочность биметаллических материалов практически равна, а иногда и больше прочности материала композиционных слоев (таблица 1).

Схемы предварительной укладки биметаллических заготовок в пакеты показана на рисунке 1.

Разделительные подслои применяют для одновременной прокатки нескольких биметаллических композитов. В результате исключается коробление и прогиб биметаллов при прокатке.При сборке биметаллических пакетов требуется их герметизация, которую чаще всего производят путем электросварки (рис.2).

Полученные пакеты нагреваются в печах и прокатываются до нужной толщины (степень обжатия 8-15%).Прокатка редкоземельных и тугоплавких металлов производится на вакуумных станах.

Рулонная прокатка биметаллов является более производительной, чем пакетная. Процесс можно практически полностью автоматизировать (рис.3).

При заливке в изложницы образование композита происходит за счет заполнения жидким металлом зазора между стенками изложницы и слябами из коррозионностойкой стали (рис. 4).

Сварка взрывом является производительным и малозатратным методом получения биметаллических деталей.

Уникальность этого процесса заключается в одновременном создании высокого давления 10 000-50 000 атмосфер и скорости нанесения плакируемого слоя порядка 500-1000 м/с. В зоне контакта происходит упрочнение металла.

Сварка взрывом позволяет соединять металлы с разнородными свойствами, при этом без применения специализированного оборудования (рис.6).

Ее применяют как для получения плоских листовых биметаллических заготовок, так и для цилиндрических обечаек.

Однако этот метод имеет и существенные недостатки: несоблюдение режима сварки взрывом может привести к образованию трещин, оплавлению в зоне контакта и даже к разрушению биметалла, метод эффективен для толстолистовых материалов и требует рихтовки после проведения основных работ.

Вакуумно-диффузионная сварка (ВДС) состоит из нескольких этапов работ: нагрев и сближение элементов композита до возникновения межатомного взаимодействия, образование прочного химического соединения на границе контакта поверхностей в вакуумной среде (или в среде инертных газов), выдержка биметалла под нагрузкой (10…20 МПа) для образования диффузионного процесса. Технология ВДС похожа на сварку взрывом по характеру взаимодействия металлов. Однако в этом случае давление воздействует более длительно. ВДС имеет те же преимущества — возможность соединения материалов с различными свойствами, экономичность ввиду отсутствия дополнительных материалов. При этом остаточные деформации меньше, чем при сварке взрывом, что уменьшает объем заключительных работ. Различные схемы установок ВДС показаны на рис.7.

Биметаллические элементы электрических аппаратов и электроприборов

Биметаллический элемент представляет собой жесткое соединение двух металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения.

Если такой элемент нагреть, то каждый из двух указанных металлов будет удлиняться на определенную величину, характеризующуюся коэффициентами линейного расширения. Так как эти коэффициенты неодинаковый металлы жестко связаны друг с другом биметаллический элемент будет изгибаться в сторону металла, имеющего меньшее значение коэффициента линейного расширения.

Этим свойством биметалла пользуются для построения реле и регуляторов, предназначенных приходить в действие или от температуры среды, в которой расположен элемент, или от величины тока, питающего защищаемый объект.

В последнем случае этот ток пропускают или непосредственно через биметалл (при малых токах), пли через специальный нагреватель (обычно металлическую спираль), охватывающий биметалл.

При нагреве биметаллический элемент деформируется и размыкает электрическую цепь или непосредственно, или приводит в действие механизм, размыкающий контакты данной цепи (например, отбрасывает собачку, удерживающую контакты во включенном положении).

Принцип действия биметаллического элемента:

• Биметаллический элемент чаще всего имеет (в холодном состоянии) форму прямых или U-образных пластин, реже — выполняется в форме плоских спиралей или цилиндрических пружин.
• В зависимости от рода и назначения аппарата, в котором применяется биметалл, к последнему могут предъявляться различные требования: давать равные отклонения в широком диапазоне изменения температур, для чего необходима по возможности линейная зависимость между прогибом биметалла и его температурой во всем диапазоне последней, или обеспечить определенную чувствительность только при определенной температуре.
• Конструкция биметаллического теплового расцепителя автоматического выключателя:

Изготовить биметалл для второго случая работы, очевидно, легче, чем для первого. Для некоторых случаев требуется, кроме того, определенный минимум отклонения, обеспечивающий надежное отключение цепи, а также — определенный минимум механической силы (или изгибающего момента), развиваемой биметаллом.

Все эти требования должны быть учтены при выборе формы и материала биметаллического элемента.

Соединение металлов между собой лучше всего производить с помощью сварки и в дальнейшем — прокатки. Спайка дает несколько худшие качества соединения.

Составляющие биметалла должны приблизительно иметь одинаковую механическую прочность, чтобы при прокатке, обработке и нагреве получить одинаковые напряжения в материалах.

Кроме того, для хорошей работы биметалла необходимо, чтобы он не имел остаточных деформаций, т. е. обладал высокими упругими свойствен.

Биметаллические пластины используются в электротепловых реле для защиты электродвигателей от токовых перегрузок. При возрастании тока через пластину, она нагревается, изгибается и отключает контакты реле, которые находятся в цепи катушки магнитного пускателя.

Электротепловое реле РТЛ:

Биметаллические пластины используются в тепловых расцепителях автоматических выключателей. 

Биметаллическая пластина в конструкции автоматических выключателей ПАР:

Очевидно, чем больше разность коэффициентах линейного расширения металлов, тем при прочих равных условиях получим большую чувствительность биметалла, т. е. большее значение стрелы прогиба. Поэтому нужно подбирать пару металлов с большой разностью этих коэффициентов.

В качестве металла с низким коэффициентом линейного расширения обычно берут железо-никелевые сплавы (от 36 до 46% никеля). Очень распространен для этого случая так называемый инвар (36,1% Ni+ 63,1Fe + 0,4%Mn + 0,4%Cu) и ему подобные сплавы.

В качестве термоактивной компоненты могут быть использованы различные металлы: медь, латунь, константан и т. д.

Толщина металлических пластин, образующих биметалл, обычно не превосходит десятых долей миллиметра.

Биметаллическая пластина: устройство, принцип действия, практическое применение

Домашний уют 20 февраля 2017

Сложные системы автоматики, выполняющие роль переключения режимов работы тех или иных устройств, построены на простейших элементах. Они имеют свойство изменять какой-либо из своих параметров (форму, объем, электропроводность и др.) под воздействием одного или нескольких факторов.

Так, все современные нагревательные элементы снабжены терморегуляторами, контролирующими степень нагрева поверхности. Основой любого термостата является биметаллическая пластина.

Что такое пластина биметаллическая

Элемент, обладающий свойством деформироваться (изгибаться) в одном направлении под воздействием повышенной температуры, получил название биметаллическая пластина.

По названию можно догадаться, что в составе пластины имеются два металла. Каждый из них имеет свою величину коэффициента температурного расширения.

В результате при нагреве такой пластины один компонент ее расширяется на определенную величину, а второй на другую.

Это приводит к изгибу, форма которого зависит от разности температурных коэффициентов. Скорость деформации прямо пропорциональна изменению температуры. При охлаждении пластины она приобретает исходное положение. Пластина является монолитным соединением и может работать сколь угодно долго.

Какие компоненты применяют в биметаллах

Для того чтобы соединить металлы между собой в единый биметалл, применяют способы пайки, сварки и заклепки.

Примером распространенной биметаллической пластины служит соединение латуни и стали. Такой композит имеет высокую термочувствительность.

Существуют аналоги биметалла из неметаллических материалов (стекло, керамика). Они призваны работать в агрессивных химических средах, где не может быть использован металл.

Как работает биметаллическая пластина

Пластина из биметалла работает в составе различных систем терморегулирования и термоконтроля, а точнее в термореле многих модификаций. В простейшее термореле входит:

• Термостойкий корпус. В нем размещены все элементы реле.
• Клеммы – служат для подключения электрической цепи.
• Механические переключатели контактов или контактных групп. Замыкают и размыкают электрические контакты, включая или отключая цепь.
• Диэлектрический шток либо прокладка. Передает механическое воздействие от пластины к переключателю.
• Биметаллическая пластина. Является элементом реагирования на изменение температуры и создает давление на шток.
• Датчик температуры. Обыкновенная металлическая пластина, непосредственно соединенная с элементом контроля. Она обладает хорошей теплопроводностью и передает тепло на биметалл.

Когда поверхность нагревателя имеет допустимую температуру, биметаллическая пластина находится в определенном изогнутом (ровном) состоянии, электрические контакты при этом замкнуты, в цепи нагревателя течет ток.

При повышении температуры поверхности биметалл начинает греться и постепенно деформируется, оказывая давление на шток. При этом наступает момент, когда шток размыкает контакт механического переключателя, и прерывается ток в цепи нагревателя. Далее он остывает, охлаждается пластина, цепь замыкается, и все повторяется снова.

Часто реле выпускают с возможностью регулирования срабатывания по величине температуры.

Биметаллическая пластина котла

Системы отопления на природном газе являются устройствами повышенной опасности, поэтому включают в себя различные датчики контроля состояния. Так, основной элемент безопасности – это датчик тяги. Он определяет правильное направление выхода продуктов сгорания, то есть от камеры сгорания в сторону дымохода. Это предотвращает попадание угарного газа в помещение и отравление людей.

Основным компонентом датчика тяги является биметаллическая пластина для газового котла. Принцип работы ее аналогичен любому биметаллу, а размеры и параметры материала рассчитаны таким образом, что превышение температуры 75 градусов в канале приводит к деформации пластины и срабатыванию газового клапана.

В каких устройствах используют биметалл

Область применения биметаллической пластины необычайно широка. Практически все устройства, где необходим контроль за температурой, оснащены термостатами на основе биметалла. Это объясняется конструктивной простотой и надежностью таких релейных систем. В привычной нам технике термостаты стоят:

• В бытовых нагревательных приборах: печи, гладильные системы, бойлеры, электрочайники, и др.
• Системы отопления: электрические конвекторы, газовые и твердотопливные котлы с электроникой.
• В электропакетниках автоматического выключения.
• В электронике в измерительных приборах, а также в генераторах импульсов и временных реле.
• В двигателях теплового типа.

В промышленной технике биметаллические пластины устанавливают в тепловых реле, призванных защищать мощные электрические приборы от температурных перегрузок: трансформаторы, электродвигатели, насосы и т.д.

Когда меняют пластину

Все биметаллические пластины имеют длительный срок службы, но иногда ее замена неизбежна. Необходимость наступает тогда, когда:

• Биметалл потерял свои свойства или произошло их изменение, что не соответствует режиму работы устройства.
• Пластина выгорела (относится к тепловым реле).
• При нарушении фиксирующего болта либо выходе из строя горелки запальника (в газовых котлах).
• Когда замена пластины предполагается плановыми мероприятиями технического обслуживания.

В бытовой технике ее обычно не меняют. Если выходит из строя система терморегуляции, то замена биметаллической пластины происходит целым блоком, которые идут как запчасти к конкретной модели устройства. Но часто причиной выхода из строя термостата служит подгорание размыкающих контактов, а не биметаллическая пластина.

Источник: fb.ru

Как я сделал простой мотобур из триммера своими руками

Этой зимой у одного моего хорошего друга случились неприятности. Ему захотелось развеяться, и позвал он меня на зимнюю рыбалку. Подарил мне его старый ручной бур, попросив сделать из него мотобур, чтобы было легче бурить лёд на рыбалке. Я не отказал, ведь недавно приобрёл дачный участок, и, думаю, он там точно пригодится. За несколько дней до рыбалки сделал мотобур своими руками из своего триммера, этого ручного бура и купленного заводского редуктора. Вернувшись с рыбалки, хочу немного поведать вам о том, как я его собирал.

Немного про сам мотобур

Мотобур – механическое устройство для проведения земельных работ (бурения) на земельных участках. Состоит из трёх частей – мотора, редуктора и шнека.

Триммер – двигатель самого мотобура, он может быть двигателем из дрели, бензопилы или мотокосы. Лучше всего использовать триммер из-под мотокосы, так как он обладает большей мощностью и позволит бурить более твёрдую почву.

Шнек – рабочая часть мотобура, напоминает своего рода винт и представляет собой конструкцию из сердечника (металлическая труба), наконечника и винтового лезвия. Шнек можно купить, но если не хочется тратить деньги, то мы рассмотрим, как изготовить самодельный шнек своими руками.

Редуктор – это переходная часть между триммером и шнеком, именно он их и соединяет. Редуктор уменьшает изначальную скорость вращения триммера, чтобы не сломать шнек, и передаёт её на сам шнек.

Приступим к сборке самого мотобура из триммера.

Изготовление

Для изготовления собственного мотобура вам понадобится:

• Триммер
• Шнек
• Редуктор
• Инструменты

Изготовление самодельного шнека

• Для этого вам понадобится металлическая толстостенная труба, сталь марки 65Г и наконечник из твердосплавного металла.
• Для начала заколите толстостенную трубу, что будет служить сердечником.
• Далее изготовьте лезвие из стали марки 65Г, потому что оно обладает высокой прочностью и лёгкостью к обработке трубогибом.

Напоследок на профиль наконечника необходимо нанести желобки для того, чтобы бур мог без проблем погружаться в любой грунт или лёд.

С обратной стороны наконечника установите хвостик для связи между приводом редуктора и соединительной муфтой.

Про редуктор

Редукторы бывают четырёх типов:

• С валом, вращающиеся по часовой стрелке
• С заводским валом, вращающиеся против часовой стрелке
• Реверсивные
• Планарные

Все из них хороши, особенно в конкретных для каждого ситуациях. Но при сборке самодельного мотобура для хозяйственных работ лучше брать заводской реверсивный редуктор.

В случае, если бур застрял, вращаясь в одну сторону, то, поменяв сторону вращения на данном редукторе, его легко можно будет извлечь.

Сборка редуктора

1. Установите жёсткую устойчивую муфту или гибкую, в случае если ваш бур будет работать на повышенных вибрациях, таким образом, гибкая муфта будет гасить колебания и удары.
2. Далее соедините червячный вал и шестерню 2-разрядного типа.

3. При сборке редуктора оставьте между деталями небольшое отверстие для беспроблемного заливания масла.

Сборка мотобура

Если все комплектующие готовы к сборке, приступим.

Разберите триммер, достав с него штангу с режущим механизмом, и оставьте сам мотор. К мотору подсоедините редуктор, соединив вал мотора с валом редуктора.

• Прикрепите рабочую часть мотобура (шнек) к редуктору, зафиксировав всё болтами.
• Перед тем как идти и работать подобным буром на нужном участке, необходимо заправить его бак и испытать на мягкой рыхлой почве
• Если бур прошёл успешно испытания, то поздравляю, ваш самодельный мотобур из триммера своими руками готов.
• Рекомендую следующее видео, где автор понятно объясняет как своими руками собрать мотобур подобный на вами изготовленный:

Итог

Сегодня мы рассмотрели, как своими руками изготовить мотобур из триммера. Для этого нам понадобились шнек, который можно купить или сделать самому по примеру как было описано выше, редуктор и сам триммер.

Для начала нужно собрать редуктор, установив устойчивую муфту и соединив червячный вал с цельнометаллической шестернёй 2-разрядного типа. Также при сборке редуктора необходимо оставить отверстие между деталями для смазывания механизма редуктора.

Далее мы разобрали триммер, достав с него мотор, к мотору прикрепили редуктор, соединив вал двигателя с валом редуктора. Ну и в конце мы подсоединили шнек к редуктору и зафиксировали его болтами.

Напишите в х, вам было бы интереснее собрать или купить мотобур?

Как поменять биметаллическую пластину в газовом котле

Сложные системы автоматики, выполняющие роль переключения режимов работы тех или иных устройств, построены на простейших элементах. Они имеют свойство изменять какой-либо из своих параметров (форму, объем, электропроводность и др.) под воздействием одного или нескольких факторов.

Так, все современные нагревательные элементы снабжены терморегуляторами, контролирующими степень нагрева поверхности. Основой любого термостата является биметаллическая пластина.

Что такое пластина биметаллическая

Элемент, обладающий свойством деформироваться (изгибаться) в одном направлении под воздействием повышенной температуры, получил название биметаллическая пластина.

По названию можно догадаться, что в составе пластины имеются два металла. Каждый из них имеет свою величину коэффициента температурного расширения.

В результате при нагреве такой пластины один компонент ее расширяется на определенную величину, а второй на другую.

Это приводит к изгибу, форма которого зависит от разности температурных коэффициентов. Скорость деформации прямо пропорциональна изменению температуры. При охлаждении пластины она приобретает исходное положение. Пластина является монолитным соединением и может работать сколь угодно долго.

Расчёт пластины [ править | править код ]

Изгиб (кривизна кривой, обратная величина к радиусу изгиба) биметаллической пластины [3] :

κ = 6 E 1 E 2 ( h 1 + h 2 ) h 1 h 2 ε E 1 2 h 1 4 + 4 E 1 E 2 h 1 3 h 2 + 6 E 1 E 2 h 1 2 h 2 2 + 4 E 1 E 2 h 2 3 h 1 + E 2 2 h 2 4 ^h_^+4E_E_h_^h_+6E_E_h_^h_^+4E_E_h_^h_+E_^h_^>>> 1>

• ε = ( α 1 − α 2 ) Δ T -alpha _)Delta T>;
• E 1 >— модуль Юнга материала 1 (здесь и ниже для материала 2 индексы, соответственно, 2);
• h 1 >— толщина материала 1;
• α 1 >— коэффициент теплового расширения материала 1;
• Δ T — разность между температурой, при которой вычисляется изгиб, и температурой, при которой изгиб отсутствует.

Выражение кривизны приведено для случая равенства нулю коэффициентов Пуассона сопрягаемых пластин. Общий случай рассмотрен в работе [5].

Как работает биметаллическая пластина

Пластина из биметалла работает в составе различных систем терморегулирования и термоконтроля, а точнее в термореле многих модификаций. В простейшее термореле входит:

• Термостойкий корпус. В нем размещены все элементы реле.
• Клеммы – служат для подключения электрической цепи.
• Механические переключатели контактов или контактных групп. Замыкают и размыкают электрические контакты, включая или отключая цепь.
• Диэлектрический шток либо прокладка. Передает механическое воздействие от пластины к переключателю.
• Биметаллическая пластина. Является элементом реагирования на изменение температуры и создает давление на шток.
• Датчик температуры. Обыкновенная металлическая пластина, непосредственно соединенная с элементом контроля. Она обладает хорошей теплопроводностью и передает тепло на биметалл.

Когда поверхность нагревателя имеет допустимую температуру, биметаллическая пластина находится в определенном изогнутом (ровном) состоянии, электрические контакты при этом замкнуты, в цепи нагревателя течет ток.

При повышении температуры поверхности биметалл начинает греться и постепенно деформируется, оказывая давление на шток. При этом наступает момент, когда шток размыкает контакт механического переключателя, и прерывается ток в цепи нагревателя. Далее он остывает, охлаждается пластина, цепь замыкается, и все повторяется снова.

Часто реле выпускают с возможностью регулирования срабатывания по величине температуры.

Биметаллическая пластина: устройство, принцип действия, практическое применение

Биметаллические пластины HTML5. Краткое содержание Объяснение теплового расширения материала нужно искать на атомном уровне.

Эта вибрация зависит от температуры и атомного соседства. Изменение температуры влияет на изменение объема.

Какие компоненты применяют в биметаллах

Это свойство распространяется на любое вещество твердое, жидкое, газообразное. 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.

  Как установить трансформатор тока нулевой последовательности

Биметаллические пластины датчика и приемника дополнительно нагреваются от окружающего воздуха и двигателя, а биметаллическая пластина датчика — и от нагретого масла, поступающего под диафрагму. Повышение температуры биметаллических пластин вызывает их дополнительную деформацию и могло бы вызвать искажение показания приемника. На рабочее, подвижное плечо пластины намотана обмотка, а второе, компенсационное плечо жестко закреплено.

Биметаллическая пластина котла

Системы отопления на природном газе являются устройствами повышенной опасности, поэтому включают в себя различные датчики контроля состояния. Так, основной элемент безопасности – это датчик тяги. Он определяет правильное направление выхода продуктов сгорания, то есть от камеры сгорания в сторону дымохода. Это предотвращает попадание угарного газа в помещение и отравление людей.

Основным компонентом датчика тяги является биметаллическая пластина для газового котла. Принцип работы ее аналогичен любому биметаллу, а размеры и параметры материала рассчитаны таким образом, что превышение температуры 75 градусов в канале приводит к деформации пластины и срабатыванию газового клапана.

В каких устройствах используют биметалл

Область применения биметаллической пластины необычайно широка. Практически все устройства, где необходим контроль за температурой, оснащены термостатами на основе биметалла. Это объясняется конструктивной простотой и надежностью таких релейных систем. В привычной нам технике термостаты стоят:

• В бытовых нагревательных приборах: печи, гладильные системы, бойлеры, электрочайники, и др.
• Системы отопления: электрические конвекторы, газовые и твердотопливные котлы с электроникой.
• В электропакетниках автоматического выключения.
• В электронике в измерительных приборах, а также в генераторах импульсов и временных реле.
• В двигателях теплового типа.

В промышленной технике биметаллические пластины устанавливают в тепловых реле, призванных защищать мощные электрические приборы от температурных перегрузок: трансформаторы, электродвигатели, насосы и т.д.

Согласно закону Джоуля-Ленца, количество тепла, выделяемое участком электрической цепи, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению этого участка.

Это дает возможность создавать устройства, выполняющие небольшую механическую работу (например, по замыканию/размыканию контактной пары) при достижении силы тока на исследуемом участке цепи определенного значения.

Подобные устройства получили название тепловых (электротепловых) реле или реле тепловой защиты.

Тепловое реле, как правило, служит для защиты (аварийного отключения и/или сигнализации об аварийной ситуации) электрических цепей и электрооборудования от повышения тока потребления сверх некого номинального (нормального) значения. Повышение тока потребления может свидетельствовать, например, о чрезмерной нагрузке на вал двигателя, межвитковом замыкании и т.д.

Биметаллическая пластина

Факт того, что проводник с током греется, не дает возможность напрямую совершить какую-либо существенную механическую работу, так как степень нагрева нуждается в оценке, например, термодатчиком.

Оказывается, есть возможность поступить проще, а именно «научить» проводник закономерно изменять свою геометрическую форму пропорционально изменению температуры. Как известно, линейные размеры металлов при нагреве меняются. Известно также, что у разных металлов коэффициенты теплового расширения различные.

Например, при нагреве на одно и то же значение температуры, полоска из металла, обладающего большим коэффициентом теплового расширения, удлиниться на большее значение, чем полоска из другого металла, коэффициент теплового расширения которого ниже.

Если соединить вместе две одинаковые по форме полоски разнородных металлов, то, при изменении температуры, геометрическая форма этой конструкции тоже будет изменяться — изгибаясь и распрямляясь, в зависимости от температуры. Скрепленные воедино две пластины разнородных металлов получили название биметаллической пластины.

Биметаллическая пластина, как своеобразный прибор для оценки силы тока по его нагреву и последующего воздействия на какой-либо исполнительный механизм, широко применяется в различных бытовых и промышленных устройствах автоматики.

Принцип работы биметаллической пластины.

Устройство теплового реле на примере ИЭК РТИ-1308

Теория принципа действия теплового реле была вкратце рассмотрена выше, обратимся к практике. Вскроем корпус и разберемся с внутренним устройством низковольтного трехфазного теплового (тепломеханического) реле ИЭК РТИ-1308. Его основные технические характеристики представлены в таблице ниже.

Таблица. Основные технические характеристики теплового реле ИЭК РТИ-1308.

Характеристика силовой цепи	Значение
Диапазон регулировки тока срабатывания	2,5–4 А
Стандартные рабочие напряжения	230, 400, 660 В
Максимальная частота переменного тока	400 Гц

Характеристика цепи управления	Значение
Тип контактов	1 замкнутый + 1 разомкнутый
Максимальная коммутируемая мощность при напряжении 110 В	400 ВА
Максимальная коммутируемая мощность при напряжении 230 В	600 ВА
Максимальная коммутируемая мощность при напряжении 400 В	600 ВА

Принцип работы теплового реле РТИ можно описать следующим образом. При протекании электрического тока по биметаллическим пластинам (каждой из трех фаз предназначается своя пластина), происходит их нагрев.

Чем выше ток, тем сильнее нагрев биметаллических пластин и, следовательно, больше их изгиб в определенную (конструктивно заданную) сторону. Изгибаясь, пластины давят на систему рычагов.

При достижении хотя бы одной из трех пластин критического значения по углу изгиба, вследствие превышения на одной или нескольких фазах номинального установленного рабочего тока, происходит срабатывание исполнительного (контактного) механизма цепи управления, и контактные пары переводятся во взаимно противоположные состояния. В таком, нагретом до момента срабатывания реле, состоянии биметаллические пластины будут удерживать реле до тех пор, пока на все фазах тепловой ток не придет в норму. Ток снижается — биметаллические пластины охлаждаются, переводя систему рычагов в первоначальное состояние. Если у теплового реле активирован режим автоматического пуска, то контактные группы тоже автоматически переключаться в первоначальное состояние, если нет – нужно вручную включать реле после каждого его срабатывания. На фотографиях ниже можно увидеть процесс вскрытия РТИ-1308 и пояснения к нему.

Упаковка.

Вид сбоку (фото слева). Вид на силовые контакты. Расстояния между контактами можно менять благодаря овальным отверстиям корпуса (фото справа).

  Схема подключения пускателя через кнопку – советы электрика

Органы управления и настройки РТИ-1308.

Под шильдиком прячется подстроечный винт. Благодаря ему, происходит актуализация значений шкалы диска настройки тока. Количество заводсткой краски, нанесенной на резьбу подстроечного винта, оказалось недостаточным (винт легко вращался на пару оборотов). Дополнительно закрашиваем резьбу цапонлаком (фото снизу). Вскрываем корпус, подцепляя тонкой плоской отверткой пластмассовые защелки по периметру корпуса. Вскрыть корпус, не отломив ни одной защелки, очень сложно — пластмасса хрупкая (фото справа внизу).

Корпус вскрыт.

Биметаллические пластины смешанного нагрева (ток идет через обмотку нагрева и через саму пластину).

Изгиб пинцетом любой биметаллической платины инициирует срабатывание реле. Чем выше установленный ток, тем сильнее нужно изгибать пластины.

Реле без биметаллических пластин. Нажимаем пинцетом на рычаг — происходит срабатывание реле (фото справа).

Система рычагов для объединения изгибающих усилий пластин воедино по логическому закону «ИЛИ». То есть, изгиб хотя бы одной (любой) пластины вызывает пропорциональное смещение верхнего рычага системы.

Система находится в своём крайнем левом положении, соответствующем минимальному изгибу биметаллических пластин (фото слева).

Система находится в своём крайнем правом положении, соответствующем максимальному изгибу биметаллических пластин (фото справа).

Реле сработало (желтый Г-образный флажок в крайнем правом положении) и ждёт ручного пуска, так как синий переключатель в положении ручного управления (фото слева). Нажимаем непосредственно на рычажок, идущий к контактным группам (фото справа).

Съём исполнительного механизма происходит путём откручиванием единственного винта.

Исполнительный механизм со стороны контактных групп. При нажатии на кнопку «Стоп», происходит размыкание замкнутой пары контактов.

Все детали теплового реле ИЭК РТИ-1308.

Время срабатывания теплового реле зависит от кратности превышения тока, то есть от того, во сколько раз реальный ток превысил установленный (см. график ниже).

График (кривые) срабатывания РТИ-1308 (фото сверху). Схематичное обозначение РТИ-1308 (фото снизу).

Кнопкой «тест» можно сымитировать срабатывание реле, то есть принудительно перевести контактные пары исполнительного механизма в противоположные состояния.

Таким образом, можно проверить лишь правильность работы каких-либо электронных устройств (например, контактора), коммутируемых тепловым реле.

Всецело же корректность работы теплового реле проверяется только на специальном испытательном стенде с моделированием прохождения через реле различных токов, как ниже, так и выше установленного тока срабатывания реле.

В заключение, нужно сказать о трех важных вещах, касаемо тепловых (тепломеханических) реле. Во-первых, любое тепломеханическое реле имеет собственное (небольшое, но постоянное) потребление энергии, расходуемое на подогрев биметаллических пластин.

Во-вторых, тепловое реле не предназначено для защиты от токов короткого замыкания, которому характерен сверхбыстрый рост тока. Это обусловлено относительно высокой инертностью биметаллических пластин, которые не способны нагреться так быстро.

Для защиты от короткого замыкания, в паре с тепловыми реле, необходимо применять автоматические выключатели электромагнитного расцепления. В-третьих, ток срабатывания теплового реле зависит от температуры окружающей среды, условий охлаждения корпуса реле и прочих факторов.

Таким образом, в качестве прецизионного устройства защиты, где требуется очень точная оценка электрического тока, тепловое реле тепломеханического типа использовать нельзя, погрешности весьма значительны.