Placa bimetálica

Placa bimetálica : una placa hecha de piezas bimetálicas o mecánicamente conectadas de dos metales diferentes . Como regla general, se usa como la parte principal del sensor termomecánico.

Dispositivo

Una placa bimetálica es una pieza de cinta hecha de bimetal . Un extremo de la cinta, por regla general, está fijo en el dispositivo y el otro se mueve según la temperatura de la placa.

Hay dispositivos que consisten en dos placas de metales diferentes , fijadas en un extremo y conectadas (mediante remaches , soldadura blanda o soldada ) en los otros extremos. Cuando la temperatura cambia, el extremo conectado de las placas se mueve.

Operable en una gama muy amplia de temperaturas [1] .

Aplicación

Termostatos y dispositivos de seguridad

La placa bimetálica de flexión controla los contactos eléctricos que cierran o abren el circuito del calentador. (En el caso de dispositivos de protección, desconexión de cargas).

Pueden acercar y separar los contactos gradualmente (diseño barato y poco confiable: los contactos chisporrotean y se queman), o pueden funcionar abruptamente ( bifurcación mecánica ), moviendo inmediatamente el contacto unos pocos milímetros (los clics de dicha conmutación se escuchan cuando se usan planchas , teteras y otros dispositivos similares). estan trabajando).

Se utilizan como dispositivos de protección: para proteger contra el sobrecalentamiento (por ejemplo, en un hervidor eléctrico ) o contra el exceso de corriente ( fusibles ). puede repararse solo y requerir la intervención del personal (se supone que el personal encontrará y eliminará la causa del problema, y solo luego devolverá el fusible al estado activado).

Generadores de impulsos y relés de tiempo

Una placa bimetálica con un contacto y un calentador (se utiliza un devanado de alambre de alta resistencia o la propia placa, a través de la cual pasa la corriente).

Se utiliza para cambiar los modos de funcionamiento de los dispositivos después de encenderlos (por ejemplo, en arrancadores de lámparas fluorescentes y motores eléctricos ). En este caso, el calentamiento de la placa continúa todo el tiempo mientras el dispositivo está encendido.

Instrumentos de medida

Una especie de termómetro bimetálico con calentador. Dependiendo del método de inclusión, puede ser un voltímetro o un amperímetro . Durante la operación, consume mucha energía, pero no contiene partes mecánicas que rocen. Son simples, resistentes a las vibraciones, poco sensibles a la contaminación, por regla general, se reparan solos cuando están húmedos. Todavía se usa ampliamente en la electrónica automotriz.

Horas

Se utilizan para la compensación de temperatura de los relojes. Pueden cambiar el diámetro del borde partido del volante , hecho de una placa bimetálica, o cambiar la longitud efectiva del resorte del volante.

Termómetros

En el centro se fija una tira bimetálica larga enrollada en espiral. El otro extremo (exterior) de la espiral se mueve a lo largo de la escala marcada en grados. Tal termómetro, a diferencia de uno líquido (por ejemplo, mercurio), es completamente insensible a los cambios en la presión externa y es mecánicamente más duradero.

En los termógrafos , una placa bimetálica a través de un sistema de palancas controla la pluma del registrador , que dibuja un gráfico de cambios de temperatura (utilizado en meteorología ).Por ejemplo, en un controlador de temperatura, una placa bimetálica, calentada a la temperatura máxima permitida, se dobla de cierta manera y abre el circuito. Como resultado, no se produce más calentamiento.

Motores térmicos

Conversión de la diferencia de temperatura en trabajo mecánico. Hay juguetes simples para demostrar la posibilidad de tales motores [2] .

Dispositivos para micro-movimientos

Los objetos (como una "preparación" vista a través de un microscopio ) se pueden mover dentro de límites pequeños utilizando placas bimetálicas con calentadores. La cantidad de desplazamiento se controla de forma remota cambiando la corriente a través de los calentadores.

Desventaja: La cantidad de movimiento no es constante y depende de las condiciones de enfriamiento (temperatura ambiente, corrientes de aire, etc.)

En la construcción naval

Las placas bimetálicas (así como las trimetálicas) se utilizan para soldar metales diferentes a fin de evitar la corrosión por contacto (galvánica). En la construcción naval, se utilizan tanto para unir una superestructura de aluminio con un casco de acero, como para unir elementos decorativos de acero inoxidable con una estructura de aluminio.

Análogos no metálicos

Para trabajar en ambientes agresivos, las uniones de vidrio o cerámica con diferente CTE tienen propiedades similares a los bimetales ,

Cálculo de placas

Flexión ( curvatura de la curva , inversa del radio de curvatura) de una placa bimetálica [3] :

\kappa ={\frac {6E_{1}E_{2}(h_{1}+h_{2})h_{1}h_{2}\varepsilon }{E_{1}^{2}h_{1} ^{4}+4E_{1}E_{2}h_{1}^{3}h_{2}+6E_{1}E_{2}h_{1}^{2}h_{2}^{2} +4E_{1}E_{2}h_{2}^{3}h_{1}+E_{2}^{2}h_{2}^{4}}}

dónde:

${\ estilo de visualización \ varepsilon = (\ alfa _ {1} - \ alfa _ {2}) \ Delta T}$ ;
$E_1$ es el módulo de Young del material 1 (aquí y abajo, para el material 2, los índices son 2, respectivamente);
$h_1$ — espesor del material 1;
$\alpha_{1}$ es el coeficiente de expansión térmica del material 1;
$\Delta T$ es la diferencia entre la temperatura a la que se calcula la flexión y la temperatura a la que no existe flexión.

La expresión de curvatura se da para el caso en que las relaciones de Poisson de las placas coincidentes son iguales a cero. El caso general fue considerado en [5].

Historia

Al parecer, las placas bimetálicas fueron creadas en Inglaterra en el siglo XVIII por el relojero John Harrison para la compensación térmica de su cronómetro marino H3 . [4] .

Notas

↑ Tira bimetálica en nitrógeno líquido . Archivado el 23 de junio de 2011 en Wayback Machine .
↑ Columpio bimetálico (foto) . Consultado el 2 de agosto de 2007. Archivado desde el original el 21 de octubre de 2007. (indefinido)
↑ Clyne, TW. "Esfuerzos residuales en recubrimientos superficiales y sus efectos en la desunión interfacial". Materiales clave de ingeniería (Suiza). vol. 116-117, págs. 307-330. 1996 Archivado el 17 de abril de 2007 en Wayback Machine (inglés) , pdf , 36 KB
↑ Sobel, Dava. Longitude, Londres, Cuarto Poder, 1995, ISBN 0-00-721446-4 , página 103

[5] Glagolev V.V., Markin A.A., Pashinov S.V. Placa bimetálica en un campo de temperatura uniforme // Mekhanika kompozitsionnykh materialov i konstruktsii. - 2017. - T. 23. - Nº 3. - S. 331-343.