Область применения приборов контроля и защиты от превышения температуры очень широка. Ежедневно на заводах Европы изготавливаются свыше 5 млн. шт. только одного из видов таких приборов – термовыключателей. Если мы внимательно изучим электрическую схему современного автомобиля, то найдем там более 10 таких приборов. Они защищают от перегрева электродвигатели стеклоочистителей, электроподъемников, включают вентилятор при превышении допустимой температуры мотора, поддерживают заданную температуру сидений и т.д.

Все современные электробытовые изделия имеют в своем составе хотя бы одно устройство защиты.

Отдельная сфера применения таких приборов – системы пожарной сигнализации, устанавливаемые во всех бытовых и производственных помещениях, тоннелях, шахтах, каналах прокладки силовых кабелей и т.д.

В зависимости от назначения приборы защиты по температуре подразделяются на:

1) термовыключатели;

2) термосоединители (термопредохранители);

3) приборы защиты по температуре и току электродвигателя (motor protector);

4) термостаты.

Термовыключатели могут быть электронными или механическими.

Механические термовыключатели содержат контакты, которые замыкаются или размыкаются при определенной температуре срабатывания. Чувствительным элементом таких приборов могут быть: газ, расширяющийся при увеличении температуры; подобранная пара металлов, имеющих различный коэффициент линейного расширения (дилатометрические датчики); термобиметалл; материал с памятью формы.

К электронным термовыключателям (термореле) можно отнести приборы, содержащие материал, резко меняющий свои свойства, в том числе и сопротивление. При температуре срабатывания. Одним из наиболее известных и широко применяющихся таких материалов, является двуокись ванадия (VO₂). В данном соединении при 68°С происходит фазовый переход металл-полупроводник, сопровождающийся изменением цвета и электрического сопротивления до 10⁵ раз. Ввиду нестабильности кристаллов техническую ценность представляет только VO₂ в виде тонкой пленки. Выращенной на диэлектрической подложке с подобной VO₂ кристаллической решеткой. Технология нанесения VO₂ является очень сложной, требующей специального оборудования, исходных материалов и навыков. В настоящее время серийной технологией получения тонких пленок VO₂ в России обладает только НПК «Рэлсиб».

На рисунке 1 приведена типичная зависимость сопротивления от температуры терморезистора, изготовленного на основе пленки VO_2.

Рисунок 1.

Кривую можно разделить на три участка:

I. –50…+55°С – монотонное падение сопротивления с температурным коэффициентом сопротивления ТКС = 3…5% К^-1;
II. +55…75°С – скачкообразное падение сопротивления с ТКС до 2000% К^-1;
III. +75… 150°С – сопротивление не меняется (зависимость, характерная для металлов).

Обратная ветвь зависимости (при понижении температуры) сдвинута на 3…5°С, так называемый гистерезис.

Благодаря такому характеру зависимости терморезисторы на основе VO₂ называют пороговыми. Пороговые терморезисторы имеют очень высокую надежность и выдерживают до 10⁶ циклов срабатывания, длительный нагрев до 250°С, выделяемую мощность до 1 Вт.

В НПК «Рэлсиб» разработан на основе терморезистора и запатентован новый прибор – температурный светоизлучатель СИТ68-01. Данный прибор имеет в своем составе кристалла терморезистора еще один или два кристалла светодиода. При температуре срабатывания ток в цепи резко возрастает, а прибор начинает светиться, индицируя срабатывание.

Изготавливаемые в НПК «Рэлсиб» приборы на основе  VO₂ широко применяются при производстве тепловых пожарных извещателей, а также в цепях контроля за превышением температуры ответственных узлов различного оборудования.

Механические термовыключатели по характеру срабатывания можно разделить на плавно-срабатывающие и резко- (скачкообразно) срабатывающие. Приборы с плавным срабатыванием имеют маленькую тепловую инерционность за счет небольших размеров, но и невысокие значения коммутируемых токов и напряжений. Применяют такие приборы в основном в цепях контроля, управляя небольшой нагрузкой.

Большинство изготовителей в качестве чувствительного элемента используют термобиметалл.

В НПК «Рэлсиб» разработаны конструкция и технология производства малогабаритного термовыключателя с плавным срабатыванием контактов – термореле РТ1 на основе материала с памятью формы. Термочувствительный элемент представляет из себя пластинку или кольцо из сплава на основе легированного никелида титана (TiNi) толщиной 30…40 мкм

На рисунке 2 представлена типовая зависимость изгиба от температуры пластинки из материала с памятью формы (1) и термобиметалла (2). 

Благодаря высокой температурной чувствительности материала с памятью формы в узком интервале температур (зона перехода из аустенитного  в мартенитное состояние) можно изготавливать термореле с низким значением разброса по температуре срабатывания.

Для производства термовыключателей с резким срабатыванием в качестве термочувствительного элемента используют термобиметалл в форме диска.

 

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

 

В корпусе 1, выполненном из изоляционного материала, посажены фиксированно две пластинки, проводящие ток. Пластинка 2 представляет собой основание, на котором помещена прижимная пружина 4, поддерживающая подвижный контакт 5.

На цилиндрической части контакта 5 посажен центральным отверстием термобиметаллический диск 6. Контактная пластинка 3 является неподвижным элементом контакта выключателя. От пластинки 2 основания и контактной пластинки 3 отведены присоединительные провода 7. Весь корпус в целом имеет изоляцию 8 из эпоксидной смолы. При температурах окружающей среды выключателя ниже температуры срабатывания биметаллический диск 6 не работает (свободно опирается о фланец подвижного контакта 5).

 

 

 

 

При росте температуры окружающей среды до значения температуры срабатывания выключателя биметаллический диск 6 скачкообразно изменяет положение своего прогиба на противоположный. Внешняя кромка диска опирается на изоляционные выступы 1' корпуса, а центр диска отгибается в сторону прижимной пружины 4, приводя к ее изгибу и отведению подвижного контакта 5 от контактной пластинки.
После охлаждения до температуры ниже температуры срабатывания диск автоматически возвращается в исходное положение, приводя к повторному скачкообразному замыканию контакта.

 

 

Все статьи