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双金属温控、压力式温控、热敏铁氧体温控、温度比例调节

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主题:双金属温控、压力式温控、热敏铁氧体温控、温度比例调节
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只看楼主 只看精华 楼主 2011-07-20 13:13:51
双金属温控、压力式温控、热敏铁氧体温控、温度比例调节
1.1 双金属温控
直线膨胀一点点,弯曲变形真明显
在日常生活中,温度开关可能是人们接触最多也是最简单的控制元件了,所谓温度开关就是根据所要控制的对象的温度来决定通断的开关,我们在很多小家电中经常能看到它的身影。根据其动作原理不同我们可以将它分为双金属式,压力式和热敏铁氧体式几种,我们将对它们进行逐一介绍。这里先介绍双金属温度开关。
各种金属都有热胀冷缩的特性,而不同金属随着温度变化的膨胀系数不一样,双金属温度开关就是根据这个原理来工作的。在下面的动画中,我们可以看到双金属片是怎样控制电路通断的。
动画的解释如下:双金属片由上面的“高锰合金”和下面的“殷钢”组成。前者的膨胀系数是后者的好几十倍,分别称为“主动层”和“被动层”,在正常温度下图中的弹簧片的触点和主动层的触点是接触的,整个电路处在接通状态。温度升高时,主动层膨胀的比被动层多,双金属片向下弯曲,温度升高到一定程度时,电路断开。冷却到一定程度双金属片伸直,电路接通。反之,我们同样可以解释温度降低的情况。图中的调温旋钮是来调节通断时的平均温度的。
这种温度开关的特点是简单便宜,但是精度不高,电熨斗,电暖瓶和电烘箱中的温度开关就是这个原理。除了设计温度开关外,根据同样的原理,人们还可以设计出双金属温度计。荧光灯中的起辉器也是借助这个方法来实现电路通断为整流器产生瞬间高压的。这种开关还有动作时间慢的缺点,只适合于小电流设备,因为电流大的场合开关的过慢动作会形成电火花,影响触点的功能。人们想出了其他办法来加快开关动作速度。一种是在触点旁安放磁铁,使得触点难以断开而易于闭合。还有一种方法就是把双金属片设计成蝶形的,触点要动作必须克服其内部应力,产生快速变形,从而实现快速通断。但是速动开关也有缺点,就是延时太大,控制不够及时,就会大大影响控制效果。所以我们要根据不同的控制要求来加以选择。
1.2 压力式温控
时通时断省电力,凉风习习真惬意
既然根据金属热胀冷缩的原理,可以设计出双金属温度开关,人们不禁要问那么能不能利用其他物体的这种特性来做成温度开关呢?回答是肯定的,压力式温控开关就是利用了气体受热膨胀,压力增大来实现开关的功能的。
压力温控开关在工业领域应用很广,主要是因为它的输出力比较大,而且不用电源,完全是气体,符合本征安全的要求。但是由于其体积比较大,所以不适合于一般的小家电,家用一般用于冰箱和空调。
一般的冰箱就是利用压力温度开关来维持冰箱的恒定温度的。下面我们通过介绍它,来说明一般的压力温控开关的工作原理。
冰箱温控器的工作原理
温度调节旋钮和凸轮是用来设定冰箱平均温度的。在封闭的温包中装有气液共存的“湿饱和蒸汽”,一般是制冷剂磠甲烷或氟里昂,因为它们的沸点比较低,受热容易气化和膨胀。通过毛细管,温包和膜盒相连,这个膜盒是用特殊材料做成的,极具弹性。开始杠杆一端的电触点没有闭合,当温度升高时,温包内的饱和蒸汽,受热膨胀,压力增大,通过毛细管的传压,使得膜盒也胀大起来。从而推动杠杆克服弹簧的拉力产生的力矩逆时针转动,当温度达到一定程度时,触点闭合,冰箱压缩机开始工作,进行制冷。当温度降低时,饱和气体收缩,压力降低,触点断开,停止制冷。如此循环,把冰箱温度恒定在一定范围之内而且节省了电能。
其实这种控制的精度也不高,现在市场上高档的冰箱和空调一般利用变频调节。但是由于价格便宜,原理简单,老式的调节方式还是很受欢迎的。
1.3 热敏铁氧体温控
饭熟自动把温保,胜似雇个家务嫂
在家用电饭煲中有两种温度开关,一种就是前面提到的,双金属温度开关,它可以不停地通断,用来对煮熟的米饭进行保温,还有一种温度开关是用“热敏铁氧体”做成的,它能实现只接通一次,可以使电饭煲煮饭温度高于一百多度后断开,不再接通。因为米汤煮沸后,焖锅一阵子就可以,过多通断反而会把饭煮糊。有类似的温度控制要求的场合也很多,都可以利用“热敏铁氧体”温度开关来实现。
所谓“热敏铁氧体”是一种化学物质,类似于磁棒,对温度很敏感,在一定温度下能被磁铁吸引,而高过一定温度就对磁性不敏感了,这个温度可以由改变其组成的化学成分的比例而改变,所以温度设定十分方便。在电饭煲中,这个温度一般设定为略高于一百度。如下图所示,开始煮饭时,我们将按钮压下,通过杠杆,热敏铁氧体和磁铁结合在一起,由于弹簧的作用力,电节点闭合,开始煮饭,热敏铁氧体通过与锅底接触其温度也升高,当温度升高到一百多度时,其和磁铁之间的吸引力消失,压着杠杆往下掉,作用于下面的金属片,把电节点断开,煮饭结束,进入保温阶段。以后的温度控制就交给双金属温度开关了,因为一来,米饭保温不会有这么高的温度,二来即使温度够恢复了磁性,还是难以克服其本身的重力的。电饭煲煮饭温度开关
当然我们从上边的原理分析可以看出,如果要它实现多次通断也是很方便的,但是不免有点“大材小用”的感觉。
1 .4 温度比例调节
连续调节控暖通,数九寒天沐春风
温度开关只有开关两种状态,它总是在这两个状态之间来回转换。温度有很大的震荡,工作不平稳。就像压力控制一样,温度也有连续的比例调节方法。在北方寒冷的冬季,每个家庭都会有暖气用来取暖。供热的能力是由供暖中心所供应水的温度和室内暖气片的多少来决定,但是每个家庭的居室环境不同,所以对室内温度的要求也不同,对于老年人室内温度要求高,而年轻人相对要求温度低一些。但是暖气片中的水温是没有办法根据每个家庭的情况来改变的。怎样解决这个问题呢?其实很简单,现在新型的暖气片在进水管端都安装一个调节阀,通过调节阀来控制室内温度保持在某一个要求值。
调节阀怎样来控制室内的温度呢?调节阀内有一个装有易挥发液体的波纹管,波纹管与压力控制中的波纹管一样,可以根据不同的压力改变自己的长度。波纹管与调节阀的阀门相连。当室内温度很高的时候,波纹管内的挥发液体受热膨胀,就会使波纹管伸长。推动阀门关小进水管的开度,使进水的量变小,这样室内的温度就会下降。当室内的温度较底的时候,挥发气体就会收缩,波纹管缩短,使进水管阀门开度增大,进水增多,室内温度上升。只要每个房间都安装这种调节阀,每个家庭就可以根据自己的需要调节室内温度,这样既可以使冬天的生活更加舒适,也可以节约能源。其实在我们经常乘坐的汽车上也有温度的自动调节装置,汽车上都存在冷却系统,以使汽车的发动机不至于过热,以免影响正常的工作。冷却水的温度要保持在一个温度值,冷却效果才会最佳。所以在冷却系统中也有一个调节水温的调节器,其工作原理与上面提到的暖气调节阀的原理是一样的。
在工业生产中,有很多温度调节器。他们大多有复杂的电子电路和用来测温的热敏电阻,工作原理要比这里介绍的调节复杂得多,而且调节效果更好。
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游士

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只看楼主 只看精华 1楼 2011-08-13 00:05:09
发多了 让我怀疑你的身份
过去的成为历史,现在的正在进行,未来的还不可知,是我前行的动力。
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版主

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只看楼主 只看精华 2楼 2011-08-20 12:08:27
应该是转的,在标题注明就更好了。

 
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侠圣

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只看楼主 只看精华 3楼 2011-08-20 22:21:59
“如下图所示,开始煮饭时,我们将按钮压下,通过杠杆,热敏铁氧体和磁铁结合在一起,由于弹簧的作用力,电节点闭合,开始煮饭,热敏铁氧体通过与锅底接触其温度也升高,当温度升高到一百多度时,其和磁铁之间的吸引力消失,压着杠杆往下掉,作用于下面的金属片,把电节点断开,煮饭结束,进入保温阶段。”

我在找图,没有图搞不太清楚。


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侠圣

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只看楼主 只看精华 4楼 2011-08-21 06:42:57
这些是常见的在家用电器上用的比较多。
与大家共同进步
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游士

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只看楼主 只看精华 5楼 2011-08-21 09:44:51
刚学习了,我觉得这个加精没有意思
天道酬勤!
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