Біметалева пластина: пристрій, принцип дії, практичне застосування

Складні системи автоматики, що виконують роль перемикання режимів роботи тих чи інших пристроїв, побудовані на простих елементах. Вони мають властивість змінювати який-небудь зі своїх параметрів (форму, об'єм, електропровідність і ін) під впливом одного або декількох факторів. Так, всі сучасні нагрівальні елементи оснащені терморегуляторами, контролюючими ступінь нагрівання поверхні. Основою будь-якого термостата є біметалічна пластина.

Що таке біметалева пластина

Елемент, що має властивість деформуватися (згинатися) в одному напрямку під впливом підвищеної температури, отримав назву біметалева пластина. По назві можна здогадатися, що у складі пластини є два металу. Кожен з них має свою величину коефіцієнта температурного розширення. В результаті при нагріванні такої пластини один компонент її розширюється на певну величину, а другий на іншу.


Це призводить до вигину, форма якого залежить від різниці температурних коефіцієнтів. Швидкість деформації прямо пропорційна зміні температури. При охолодженні пластини вона набуває вихідне положення. Пластина є монолітним з'єднанням і може працювати як завгодно довго.

Які компоненти застосовують у биметаллах

Для того щоб з'єднати метали між собою в єдиний біметал, застосовують способи пайки, зварювання і заклепки. Прикладом поширеною біметалевої пластини служить з'єднання латуні і сталі. Такий композит має високу термочутливість. Існують аналоги біметалу з неметалічних матеріалів (скло, кераміка). Вони покликані працювати в агресивних хімічних середовищах, де не може бути використаний метал.

Як працює біметалева пластина

Пластина з біметалу працює у складі різних систем терморегулювання і термоконтроля, а точніше в термореле багатьох модифікацій. У найпростіше термореле входить:

Термостійкий корпус. В ньому розміщені всі елементи реле.

Клеми – служать для підключення електричної ланцюга.

Механічні перемикачі контактів або контактних груп. Замикають і розмикають електричні контакти, включаючи або відключаючи ланцюг.

Діелектричний шток або прокладка. Передає механічний вплив від пластини до перемикачу.

Біметалева пластина. Є елементом реагування на зміну температури і створює тиск на шток.

Датчик температури. Звичайна металева пластина, безпосередньо з'єднана з елементом контролю. Вона володіє хорошою теплопровідністю і передає тепло на біметал.

Коли поверхня нагрівача має допустиму температуру, біметалева пластина, що знаходиться в певному вигнутому (рівному) стані, електричні контакти при цьому замкнуті, в ланцюзі тече струм нагрівача. При підвищенні температури поверхні біметал починає грітися і поступово деформується, чинячи тиск на шток. При цьому настає момент, коли шток розмикає контакт механічного перемикача, і переривається струм в ланцюзі нагрівача. Далі він остигає, охолоджується пластина, ланцюг замикається, і все повторюється знову.
Часто реле випускають з можливістю регулювання спрацьовування за величиною температури.

Біметалева пластина котла

Системи опалення на природному газі є пристроями підвищеної небезпеки, тому включають в себе різні датчики контролю стану. Так, основний елемент безпеки – це датчик тяги. Він визначає правильний напрямок виходу продуктів згоряння, тобто від камери згоряння в бік димоходу. Це запобігає попадання чадного газу в приміщення і отруєння людей. Основним компонентом датчика тяги є біметалічна пластина для газового котла. Принцип роботи її аналогічний будь-якому біметалу, а розміри і параметри матеріалу розраховані таким чином, що перевищення температури 75 градусів в каналі призводить до деформації пластини і спрацьовування газового клапана.

В яких пристроях використовують біметал

Область застосування біметалевої пластини надзвичайно широка. Практично всі пристрої, де необхідний контроль за температурою, оснащені термостатами на основі біметалу. Це пояснюється конструктивною простотою і надійністю таких релейних систем. У звичній нам техніці термостати стоять:

У побутових нагрівальних приладах: печі, прасувальні системи, бойлери, електрочайники, та ін.

Системи опалення: електричні конвектори, газові та твердопаливні котли з електронікою.

У електропакетниках автоматичного вимикання.

В електроніці в вимірювальних приладах, а також в генераторах імпульсів і тимчасових реле.

У двигунах теплового типу.

У промисловій техніці біметалічні пластини встановлюють у теплових реле, покликаних захищати потужні електричні прилади від температурних перевантажень: трансформатори, електродвигуни, насоси і т. д.

Коли міняють пластину

Всі біметалічні пластини мають тривалий термін служби, але іноді її заміна неминуча. Необхідність настає тоді, коли:

Біметал втратив свої властивості або відбулася зміна, що не відповідає режиму роботи пристрою.

Пластина вигоріла (відноситься до теплових реле).

При порушенні фіксуючого гвинта або виході з ладу пальника запальника (в газових котлах).

Коли заміна пластини передбачається плановими заходами технічного обслуговування.

У побутовій техніці її зазвичай не міняють. Якщо виходить з ладу система терморегуляції, то заміна біметалевої пластини відбувається цілим блоком, які йдуть як запчастини до конкретної моделі пристрою. Але часто причиною виходу з ладу термостата служить підгорання розмикальних контактів, а не біметалева пластина.