圆片双金属温控器

作者:Digi-Key工程师 Robert Fay

简介

本帖旨在介绍我们的圆片双金属温控器(又称温度调节器/热敏开关/双金属断路器)产品。

虽然该产品的设计简单易懂,但我们还是收到了一些相关问题。

此外,还接到了相当多的售后服务电话,客户称零件存在缺陷。

双金属条 / 圆片

双金属条是该热敏开关的关键组件。常见的双金属材料为焊接、铜焊或铆接在一起的钢/铜和钢/黄铜。

由于两种金属的膨胀系数不同,任何温度变化都会导致双金属条呈现不同程度的弯曲(取决于温度的升降)。
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圆片双金属温控器

双金属断路器利用双金属圆片将温度变化转化为机械位移。为达到这一目的,双金属圆片需要包含触点、端子和外壳。

Cantherm产品的这张图所示,双金属式圆片移动了用于分离或连接触点的致动器销。

上图也展示了在此装置中使用的R系列双金属断路器的结构。

下图展示了霍尼韦尔供应的通孔双金属断路器。两种断路器的设计虽不完全相同,但概念是一致的。

随着双金属式圆片的加热和变形,触点被分离。

双金属断路器的价格相对比较贵(根据尺寸和厂家的不同,单价为5-40美元不等),但是它们是非常好用的温控开关。


应用

双金属断路器可以用于以下一些常见应用。供热通风与空气调节设备复印机医疗设备各种尺寸的家用电器电机和变压器火/热探测器*电源

选择标准

在选择圆形双金属温控器时,需要考虑几个规格。

  • 启动温度
  • 环境工作温度
  • 触点额定值
  • 预期使用寿命
  • 湿度
  • 拆卸和安装

启动温度

  • 启动温度就是温控器断开或闭合电路的温度,表示为断开或闭合温度。温控器通常宣传称,其随室温的变化常开或常闭。
  • 启动或跳闸温度与重置温度不同。
    也可参考以下示例:
  • 启动温度具有指定的容差。容差以°C/°F为单位,并根据生产厂家的不同而采用不同方式列出。
    • 例如,Cantherm列出了一整个系列的平均容差,而Sensata则列出了一个系列中几个不同温度范围的容差。霍尼韦尔的信息则特定于pt#。
  • 启动温度越低,启动温度范围就越小。但请记住,10°C温度下的3°C容差比100°C温度下的6°C容差要明显得多。

常见问题
为什么双金属断路器在温度低于其启动温度后不会立即复位?

  • 原因在于双金属圆片的构造。双金属圆片的设计使得它始终呈现出圆顶形而不是平面。
  • 随着温度的变化,由于膨胀系数的不同,力的大小会不断增加,直到将圆顶从一面拉到另一面。
  • 例如,圆形类似于WURTH薄荷糖盖。只要力度足够,就能将圆顶从一边推到另一边,但盖子永远不会保持在平面位置。
  • 温度必须大幅降低到启动点以下,才能累积足够的力使圆顶回到原来的位置。
  • 这种设计有利于即时打开/关闭触点。如果触点随着温度的逐渐变化而缓慢地移动到一起/分开,则电弧就会迅速毁坏触点。

重置温度是多少?

  • 这个问题可以理解,因为其中一些零件可以在低于启动温度5~50℃的任何温度下复位。
  • 这一说明恰如其分地解释了这些零件不会在温度低于其启动温度时立即复位。

环境温度

像其他任何器件一样,圆形双金属温控器可能会因温度过高而损坏。

在某些应用中,双金属断路器与主热源的距离较短。因此,即使电路断开后,余热仍会继续辐射/传导,并继续加热温控器。

如果使用温控器打开冷却系统,可能会出现同样的问题。随着温度继续上升,冷却机制可能需要一到两分钟才能运行,然后将电路冷却到启动温度以下。

在大多数应用中,这都不是问题,因为双金属断路器的工作温度通常较高。此装置中使用的断路器在满载时的连续最高工作温度为175℃。

触点额定值

与其他机械开关或继电器相同,触点额定值是一项重要规格。

额定电流和额定电压能否满足客户的需求?需要考虑以下几点

  • 负载的电流/电压要求是多少?
  • 该应用使用的是交流电还是直流电?
  • 负载是电阻性的还是电感性的?
  • 该应用是否将用于一般用途(例如,热断路器将用于控制继电器而不是实际负载)?

预期使用寿命

温控器的使用寿命为多久?

  • R53系列温控器已经在试验测试下进行了长达100K周期的测试(R53系列温控器用于本装置)。在15A、12VDC负载下,生命周期仅保证20K周期。

双金属断路器在启动温度时会出现一些漂移。这种漂移通常出现在10K和20K周期之间,与负载大小无关。在任一方向上的漂移量通常小于5℃。

湿度

没什么特别情况。湿度过高会对未密封的双金属温控器带来不良影响。此装置中使用的诸如Cantherm系列等温控器均未密封。湿度过高会导致产生电弧双金属条发生氧化*聚合物材料产生变形。

我们还有一些密封的双金属温控器,可以承受过高的湿度和自动化焊接/洗涤过程。

物理尺寸

双金属温控器系列中存在多种封装。温控器尺寸会随着触点额定值的增加而加大,并从PCB安装变为传统贴装。

故障零件

针对圆形双金属温控器的最常见反馈是,该零件本应是常闭或常开,但实际却是断开或闭合的(相反情况)。

在处理低温温控器(15℃~30℃)的情况中,某些零件会在较热的交通工具或仓库中跳闸。当客户将双金属断路器放入他们的设计中时,即使当前环境温度在10℃~25℃左右,也会出现零件跳闸的情况。

在这一点上,旅行/储存温度为何会使温控器跳闸这一问题很容易解释,而且该问题也很容易修复。我们通常会建议客户把零件放入冰箱,一段时间后就可以复位了。

这也是为什么我们必须要了解跳闸和复位点之间的差异。这有时会给客户造成麻烦。如果因为温差而导致客户无法使用简单的双金属断路器,那他们将不得不使用更复杂的产品设计。无论是某种热敏电阻、热电偶、半导体,还是其他器件,客户都必须做一些更复杂的电路设计,因为他们知道不能再使用简单的开关了。

虽然很多有关“故障零件”的电话反馈都与处理低温版本有关,但在高温情况下也会出现同样的问题。在某些情况下,客户可能会尝试使用上述某种设备来密切监视工作温度。

举例说明。 他们可能会使用双金属温控器,以便在超过110°C时打开指示器,并认为只要温度降至110°C以下,指示器就会立即关闭。然而,正如我们所知,即便温度可能已经降至100°C以下,而不知情的操作员还会认为温度仍然在110°C或以上。

其他热敏开关选项

我们还列出了几个其他的热敏开关选项,包括基于热敏电阻的热敏开关(NTC和PTC)。由于是热敏电阻,因此操作电流必须非常低,才不会明显影响热敏电阻的开关温度。在价格方面,这些专用热敏电阻与较小的双金属圆形热敏电阻相似。

精打细算

  • 热熔丝/保险丝也会在特定温度下断开。这些零件的价格要便宜得多(低于1美元),但只是 一次性的
  • 左侧两个使用的是可在特定温度下熔化的易熔合金。采用绿色环氧树脂的零件会采用蜡来固定弹簧触点。当达到跳闸温度时,蜡会熔化,进而使触点弹开。

英文原文链接:Disc Bimetallic Thermostats