はじめに
この投稿では、ディスク型バイメタルサーモスタット（別名：温度レギュレータ/サーマルスイッチ/バイメタルカットアウト）の製品の紹介をします。
製品デザインは簡単に理解できますが、いくつか質問があります。
カスタマーサービスからかなりの量の問い合わせがあり、顧客は部品に欠陥があると主張しています。
バイメタルストリップ/ディスク
バイメタルストリップはサーマルスイッチの重要なコンポーネントです。 一般的なバイメタル材料は、２つの金属を溶接、ろう付け、またはリベット留めされた鋼/銅および鋼/真鍮です。
2つの金属は膨張係数が異なるため、温度の変化によってバイメタルストリップが（温度の上昇または下降に応じて）どちらか一方に曲がります。
ディスク型バイメタルサーモスタット
バイメタルカットアウトは、温度変化を機械的変位に変換するためにバイメタルディスクを利用します。 これを行うには、バイメタルディスクを接点、端子、およびハウジングと組み合わせる必要があります。
Cantherm製品のこの図に示されているように、バイメタルディスクは、接点を分離または接続するアクチュエータピンを動かします。
上の図は、Rシリーズバイメタルカットアウトの構造を示しています。
下の図は、Honeywellのバイメタルカットアウトの1つを示しています。 全く同じデザインではありませんが、コンセプトは同じです。
バイメタルディスクが加熱および変形すると、接点が分離されます。
バイメタルカットアウトは比較的高価です（サイズと製造元によりますが、1個当たり$ 5〜$ 40）。 ただし、温度依存スイッチとしては非常に使いやすいものです。
用途
バイメタルカットアウトが使用されるいくつかの一般的なアプリケーションをつぎに示します。 * HVAC機器コピー機医療機器小型または大型のさまざまな家電製品モータと変圧器火災/熱検知器電源
選択基準
ディスク型バイメタルサーモスタットを選択する際に考慮すべき仕様がいくつかあります。
- 作動温度
- 使用周囲温度
- 接点の定格
- 製品寿命
- 湿度
- 終端と取り付け
作動温度
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作動温度は、サーモスタットが回路を開く、または閉じる温度です。 開弁温度または閉弁温度として表されます。 サーモスタットは、室温に対して通常は開いているかまたは閉じているかが示されています。
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作動温度またはトリップ温度はリセット温度と同じではありません。
つぎの投稿をご参照ください：
- 作動温度には、指定された許容範囲があります。 この許容誤差は°C /°Fで指定され、メーカーによって表示が異なります。
- たとえば、Canthermは1つのシリーズ全体の平均許容誤差をリストし、Sensataは1つのシリーズにおいていくつかの異なる温度範囲での許容誤差をリストします。 Honeywellは、固有の情報を持ったpt番号をリストしています。
- 作動温度が低いほど、作動温度の許容誤差範囲は狭くなります。 ただし、10°Cでの3°C許容誤差は、100°Cでの6°C許容誤差よりもはるかに影響が大きいということを覚えておいてください。
よくある質問
バイメタルカットアウトが作動温度を下回った時に即座にリセットされないのはなぜですか？
- バイメタルディスクの構造がこの問題の原因です。 バイメタルディスクは、フラットではなくドーム型になるように設計されています。
- 温度が変化するにつれて、膨張係数の違いによる力の量が、ドームが一方の面からもう一方の面に十分に引っ張られるまで増加します。
- 例として、ディスクはここに含まれるWURTHミントキャンディの蓋に似ています。 十分な力を加えると、ドームは片側から反対側に移動しますが、蓋は平らなままにとどまることはありません。
- ドームを元の位置に戻すのに十分な力を作り出すために、温度が作動点よりもかなり下がらなければならないことは理にかなっています。
- この設計は、接点を瞬時に開閉することが必要です。 徐々に温度が変化して接点がゆっくりと接合したり離れたりすると、アーク放電により接点がすぐに破壊されます。
リセット温度とは何ですか？
- これらの部品のいくつかは、作動温度より5〜50°C低い温度でリセットするのは、接点は瞬時に開くというために必要だということは理解できます。
- この説明でわかった重要なポイントは、これらの部品は作動温度を下回ってもすぐにリセットするということはないということです。
周囲温度
他のものと同様に、ディスク型バイメタルサーモスタットは過度の温度によって損傷する可能性があります。
いくつかのアプリケーションでは、バイメタルカットアウトは主要な熱源から近い距離に配置されます。 したがって、回路が開いた後でも、蓄積された熱は放射/伝導を続け、さらにサーモスタットを加熱します。
サーモスタットを使用して冷却システムをオンにする場合、同じ問題が発生する可能性があります。 温度が上昇し続けるため、冷却機構が追いつき、作動温度以下に回路を冷却するのに1〜2分かかる場合があります。
ほとんどのアプリケーションでは、バイメタルカットアウトの動作温度は一般的に高いため、このことは問題にはなりません。 ここで使用されているカットアウトは、全負荷での連続最大動作温度は175 Cです。
接点定格
他の機械式スイッチまたはリレーと同様に、接点定格は重要な仕様です。電流および電圧定格は、お客様のニーズに対応できますか？ 考慮すべき事柄には、次のものがあります。
- 負荷の電流/電圧要件は何ですか？
- アプリケーションはACですか、それともDCですか？
- 負荷は抵抗性ですか、それとも誘導性ですか？
- アプリケーションはパイロット負荷で使用されますか（たとえば、サーマルカットアウトは実際の負荷ではなくリレーを制御するものですか）？
寿命
サーモスタットはどのくらいの期間を動作する必要がありますか？
- R53シリーズサーモスタットは、パイロット負荷で10万回までテストされています（このブースではR53が使用されています）。 12VDCで15Aの負荷の場合、ライフサイクルは2万回まで保証されます。
バイメタルのカットアウトでは、作動温度に多少のドリフトが発生します。 このドリフトは、通常、負荷が小さい場合も大きい場合も、1万回と2万回の間で見られます。 通常、ドリフト量はプラスマイナスどちらの方向でも5°C未満です。
湿度
予想されることですが、 過度の湿度は、シールされていないバイメタルサーモスタットに悪影響を与える可能性があります。 ここで使用されているCanthermシリーズのようなサーモスタットは密閉されていません。 過度の湿度が、電気アーク、バイメタルストリップの酸化、高分子材料の変形といった原因となる可能性があります。 また、過度の湿度や自動はんだ付け/洗浄プロセスに耐える密閉型バイメタルサーモスタットも用意しています。外形寸法
バイメタルサーモスタットの製品ラインでは、複数のパッケージが提供されています。 接触定格が大きくなると、サーモスタットも大きくなり、PCBタイプからシャーシマウントタイプに変わります。
不具合部品
ディスク型バイメタルサーモスタットに関する最も一般的な不満は、部品がNC（常閉）またはNO（常開）ですが、それぞれ逆に開いているように見えたり、閉じているように見えることです。
15°C〜30°Cの低温サーモスタットを扱う場合、高温の車で移動したり、高温の倉庫に放置すると、部品がトリップします。 お客様がバイメタルカットアウトをお客様の製品に入れると、現在の周囲温度が約10°C〜25°Cであってもトリップした状態です。
この時点では、移動/保管温度がどのようにサーモスタットをさせるかを簡単に説明するだけで十分です。 修正は簡単です。 多くの場合、部品を冷蔵庫にしばらくの間入れておくことでリセットします。
このため、トリップポイントとリセットポイントの差に注意することが重要です。 これは、お客様にとって問題になる場合があります。 温度差が原因で単純なバイメタルカットアウトが機能しない場合は、より複雑な製品設計に移行する必要があります。 このような場合は、サーミスタ、熱電対、半導体などの種類に関係なく、お客様はもう少し複雑な回路設計を行う必要があります。これは、単純なスイッチでは機能しないことがわかっているためです。
「不具合部品」のお問い合わせの多くは低温バージョンの場合ですが、この同じ問題は高温バージョンでも発生する可能性があります。 お客様がこれらのデバイスのいずれかを使用して動作温度を厳密に監視しようとする場合があります。
例：お客様は、温度が110°Cを下回るとすぐにインジケータが元に戻ると考えて、110°Cを超えるとインジケータをオンにするためにバイメタルサーモスタットを使用するかもしれません。 しかし、私たちが知っているように、インジケータが元に戻るのは温度が100°Cを下回る可能性がありますが、知らないオペレータは、110°C以上でもとに戻ると信じています。
その他のサーマルスイッチオプション
他のいくつかのサーマルスイッチオプションの一覧表を示します。 サーミスタベースのサーマルスイッチがあります（NTCとPTCの両方）。 サーミスタであるため、サーミスタのスイッチング温度に大きな影響を与えないように、動作電流を非常に低くする必要があります。 これらの専用サーミスタの価格は、小型のバイメタルディスク型サーミスタと同程度です。
価格の慎重な検討
- サーマルリンク/ヒューズ。 これらの製品も特定の温度で開きます。 これらの部品ははるかに安価（1ドル未満）ですが、 1回限りの使用です。
- 左側の2つは、特定の温度で溶融する可溶性合金を使用しています。 緑のエポキシが付いている部分は、所定の位置にばね接点を保持するためにワックス材料を使用しています。 トリップ温度に達すると、ワックスが溶けて接点が開きます。