双金属片温控器加载测试法

　　目前国内各温控器制造厂都采用对温控器逐步加热的方法进行检测,这种方法存在测试时间长、消耗热能多和工作条件差等缺点。加载测试法是一种间接测温方法,不需加热,因此节约大量热能,并能大大改善检测条件,测试装置不仅可以测出温控器的保温温度,还可以作为调整温控器的装置。

　　1　加载测试原理

　　温控器是否断开或接通加热电源主要决定于双金属片元件的状态。由两层不同膨胀系数的金属结合而成的元件在受热后发生弯曲和产生推力,引起温控器触头动作,把热能转为机械能。温控器中双金属片工作状况可看成变宽度单支点悬臂梁的受热变化。因此其工作原理可简化成如图1所示。设温控器所在点的温度达到t时断开加热电源,称t为该温控器的断开温度。此时A端需移动f的距离和有p大小的推力才能使温控器动作。一个方向相反的推力p作用在双金属片A端,使产生一个反向外移量fp,因此A点在温度t时实际的位移是ft=f+fp。位移ft与温度t应满足下列关系

　　式中:K-双金属片材料的比弯曲;t-温控器断开温度;t0-室温;δ-双金属片元件的厚度。

　　从图1可知,要实现温控器的保温动作,在A点务必要有ft的移动量,即推力p=0时A点所存在的挠度。因此,在A点要产生同样大小的移动量,也可以采用加载的办法来实现。当A点加载到F时,若产生ft大小的移动量,则温控器同样会发生动作,所以载荷F的大小就可表示温控器断开温度的高低。

　　1.1　载荷F的计算

　　双金属片的宽度在CB段是变化的,从宽度b1逐步减小到b2,而在BA段是等宽度的(见图1)。因此可采用叠加法计算A载面上的挠度为ft。将原来在A点的作用力为F和挠度为ft的悬臂梁(见图2a)分成两个悬臂梁CB和BA(见图2b、c)。分别求出CB悬臂上B载面的转角θB和挠度fB及BA悬臂梁上A载面的挠度fA,然后相应叠加求出ft。

　　在C端固定的悬臂梁CB的宽度按等腰梯形变化,宽度比为b2/b1=η,厚度为δ,长度为L1,长度比为L1/L=μ。在x载面作用着弯矩:

　　然后对式(2)进行积分就可得转角方程和挠度方程:

　　将x=L1=μL分别代入式(3)和(4),经整理后得B载面上的转角θB和挠度fB的计算式:

　　从式(5)、(6)中可知,变宽度悬臂梁CB在B载面上的转角θB和挠度fB等于宽为b1的等宽悬臂梁的转角和挠度除以转角系数Cθ和挠度系数Cf。如双金属片全长L都为变宽度即L1=L(μ=1),则B载面上的转角系数Cθ和挠度系数Cf可简化为:

　　系数CθL和CfL都不会大于1,因此变宽度悬臂梁的结构要比等宽度直条形具有更大的挠度,这种结构使得温控器中的双金属片比等宽度情况能产生较大的移动量。