Bimetallische Strips: Warmte Omzetten In Mechanische Beweging

Een bimetallische strip is een eenvoudig apparaat dat thermische energie omzet in mechanische beweging. Het wordt gebruikt als een thermisch geactiveerde schakelaar of warmte-indicator en werkt op het principe van differentiële expansie van verwarmde ongelijke metalen. De bimetallische strip bestaat uit twee verschillende metalen die samen gebonden zijn om een rechte, plate strip of een concentrische spoel te vormen. Wanneer de strip verwarmd wordt, hitte één van de metalen sneller op en zet sneller uit dan de andere, wat ertoe leidt dat de strip buigt. Deze mechanische afbuiging wordt vervolgens op verschillende manieren benut om elektrische circuits te schakelen of een wijzer te bewegen om een warmtewaarde aan te geven.

Thermische Expansie Principe

Wanneer elk vast stof, vloeistof of gas verwarmd wordt, beginnen de moleculen zich van elkaar af te bewegen, wat leidt tot expansie. Zolang een verwarmd materiaal niet op een bepaald punt wordt ingeperkt, zal het in een gebalanceerde manier uitdijen. Als, om een of andere reden, het materiaal wordt ingeperkt of voorkomen wordt uit te dijen langs één van zijn oppervlakken, zal de onbeperkte expansie in de rest van het materiaal ertoe leiden dat het afbuigt of buigt. Onmiskenbaar zullen sommige materialen sneller opwarmen of meer uitzetten dan anderen, afhankelijk van hun moleculaire structuur. Als twee dergelijke ongelijke materialen samen gebonden worden, zal degene die langzamer opwarmt, expansie langs één vlak van de ander beperken en deze afbuigingsfenomeen laten optreden.

Constructie en Toepassing

Dit principe van thermische afbuiging van ongelijke materialen wordt gebruikt om warmte-gerelateerde mechanische beweging in een wijd scala aan elektrische en meetapparatuur te leveren. Bimetallische strips worden doorgaans geconstrueerd van twee ongelijke metalen met messing en staal en koper en staal als typische combinaties. De twee materialen zijn typisch gelast, gesoldeerd of geniet samen om een egaal, veilige verbinding tussen de twee contactvlakken te produceren. Bimetallische strips kunnen gevormd worden als rechte of concentrische spoelveer type elementen. Hun fysieke afbuiging wanneer verwarmd wordt vervolgens op een verscheidenheid aan manieren benut om verschillende functies te bereiken.

Elektrische Contacten

Een van de meest voorkomende methoden om de afbuiging van een bimetallische strip te benutten, is de strip in te zetten als een elektrisch contact om circuits te maken of te breken. Verwarmingsthermostaten zijn een goed voorbeeld van dit type toepassing en gebruiken de rechte, onverwarmde strip om contact te houden met een schakelpunt en de verwarmingscircuit actief te houden. Wanneer de temperatuur stijgt tot een vooraf bepaald punt, hitte de strip op en buigt, waardoor het circuit verbroken wordt en de verwarming uitgeschakeld wordt. Wanneer de strip weer afkoelt, gaat hij weer recht en activeert de verwarmingscircuit opnieuw. Dit stelt een constant temperatuurbereik in stand.

Spoeltype en Overbelasting

Het spoeltype bimetallische strip neigt ertoe ontwinden als het opwarmt en de wijzer van een wijzerthermometer te draaien om een temperatuurwaarde aan te geven. Bimetallische strips worden ook gebruikt als thermische overbelastingapparaten om de stroomvoorziening aan elektrische apparatuur te onderbreken wanneer ze excessieve stroom trekken of fysiek oververhit raken. De bekende expansiekenmerken van de verschillende metalen in de bimetallische strip staan zeer nauwkeurige afstelling van deze apparaten toe om bij exacte temperaturen te werken. Dit maakt de strips een betrouwbare en betaalbare methode om warmte als een controle- of meetinput te gebruiken.