ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H01H37/46 H01H61/06 

Изобретение относится к термочувствительным устройствам, в частности к сигнализаторам предельной температуры, и может быть использовано в качестве термодатчика, термореле, термопереключателя, терморегулятора для индикации температуры, для пожарной сигнализации, для термостатирования, для контроля за технологическими процессами.

Наиболее близким к заявленному устройству является термочувствительный выключатель, содержащий корпус, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты, и термочувствительный элемент, выполненный из фольговой ленты из сплава с эффектом памяти формы (ЭПФ) в виде замкнутой криволинейной фигуры с жестким соединением ее концов и установленный с возможностью воздействия на подвижный контакт, причем термочувствительному элементу задана память формы в виде криволинейной фигуры.

Однако такой элемент с ЭПФ развивает усилие, значительно меньшее максимального механического напряжения, которое может обеспечить материал с ЭПФ при восстановлении формы при нагреве (до 1000 МПа). Это значительно снижает надежность устройства, в особенности при его использовании в условиях повышенной вибрации, например, на транспортных средствах.

Задачей изобретения является повышение надежности и экономичности устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве термочувствительному элементу задана память на прямолинейную форму и он работает на сжатие-растяжение. Это позволяет максимальным образом использовать накопленную тепловую энергию для генерации механических напряжений и более чем на порядок увеличить усилие, развиваемое элементом при срабатывании, по сравнению с элементом в виде криволинейной фигуры при таких же геометрических размерах отрезка ленты с ЭПФ. В результате, такое выполнение термочувствительного элемента позволяет уменьшить его размеры и при этом увеличить жесткость контактов, что, в свою очередь, повышает надежность и экономичность устройства.

На фиг. 1 - 7 изображены варианты конкретного исполнения устройства, которое может быть выполнено как с размыкающими (фиг. 1, 3 и 6), так и с замыкающими (фиг. 2 и 4) контактами, а также с переключающей контактной группой (фиг. 5 и 7).

Устройство содержит герметичный корпус 1 (диэлектрический, например из стекла, пли металлический с диэлектрическими торцами) с установленными в его торцах контактами 2 и 3, причем контакт 3 выполнен подвижным и имеет изогнутый участок, и термочувствительный элемент 4 из материала с ЭПФ, например, из сплава на основе TiNi, изготовленного в виде проволоки или методом сверхбыстрой закалки из расплава в виде ленты толщиной 20 - 100 мкм и шириной 0,5 - 20 мм. Элемент 4 выполнен в виде отрезка ленты, ему задана память на прямолинейную форму с помощью специальной термомеханической обработки и он своими концами жестко закреплен (например, с помощью микросварки) на контакте 3 над его изогнутым участком с вогнутой (фиг. 1, 2, 5 и 6) или выпуклой (фиг. 3, 4 и 7) стороны, причем термочувствительный элемент 4 предварительно деформирован до величины относительного удлинения, не превышающей максимального мартенситного сдвига ε_м материала с ЭПФ (т.е. пластически не деформируется). Материал и поперечное сечение контакта 3, а также длина и радиус изгиба изогнутого участка выбраны таким образом, что сила упругости (жесткость) контакта 3 меньше усилия, развиваемого элементом 4 в "горячем" (выше температуры включения) состоянии, но превышает жесткость элемента 4 в "холодном" (ниже температуры выключения) состоянии (жесткость элемента 4 в "горячем" и "холодном" состоянии может отличаться в 3 - 10 раз).

Устройство может быть снабжено дополнительным неподвижным контактом 5 (фиг. 5 и 7), образующим с контактами 2 и 3 переключающую контактную группу.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении контакты 2 и 3 замкнуты (или разомкнуты в другом варианте исполнения). При нагреве выше температуры срабатывания термочувствительный элемент 4, вспоминая предварительно заданную форму, деформирует подвижный контакт 3 и размыкает (замыкает в другом случае) контакты 2 и 3. При охлаждении элемент 4 деформируется (растягивается) под действием силы упругости контакта 3. что приводит к замыканию (размыканию в другом случае) контактов 2 и 3.

В устройстве, изображенном на фиг. 5 и 7, при нагреве и охлаждении происходит переключение контактов.

Изменение температуры срабатывания устройства достигается за счет изменения состава сплава с ЭПФ и может варьироваться в широком диапазоне (от -150 до +450^oC).

Устройство используется в качестве термодатчика, термореле, термопереключателя, терморегулятора для индикации температуры, для пожарной сигнализации, для термостатирования, для контроля за технологическими процессами и т. п. В торце герметичного корпуса установлены подвижный и один или два неподвижных контакта и термочувствительный элемент, выполненный из фольговой ленты из материала с эффектом памяти формы. Подвижный контакт имеет участок изогнутой формы, а термочувствительному элементу задана память на прямолинейную форму и он своими концами жестко закреплен на подвижном контакте над его изогнутым участком. Термочувствительный элемент предварительно деформирован до величины относительного удлинения, не превышающей максимального мартенситного сдвига ξ_м материала с эффектом памяти формы. Это позволяет уменьшить габариты элемента, увеличить жесткость контактов, что повышает надежность и экономичность. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Термочувствительный переключатель, содержащий корпус, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты и термочувствительный элемент, выполненный из материала с эффектом памяти формы, отличающийся тем, что подвижный контакт имеет изогнутый участок с выпуклой или вогнутой сторонами, термочувствительному элементу задана память на прямолинейную форму и он своими концами жестко закреплен на подвижном контакте над его изогнутым участком, причем термочувствительный элемент предварительно деформирован до величины относительного удлинения, не превышающей максимального мартенситного сдвига ξ_м - материала с эффектом памяти формы, а материал и поперечное сечение подвижного контакта, длина и радиус изгиба изогнутого участка выбраны так, что сила упругости (жесткость) подвижного контакта меньше усилия, развиваемого термочувствительным элементом в "горячем" (выше температуры включения) состоянии, но превышает жесткость термочувствительного элемента в "холодном" (ниже температуры выключения) состоянии. 2. Переключатель по п.1 , отличающийся тем, что неподвижный и подвижный контакты установлены в одном торце корпуса. 3. Переключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что снабжен дополнительным неподвижным контактом. 4. Переключатель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что термочувствительный элемент закреплен с вогнутой стороны изогнутого участка подвижного контакта. 5. Переключатель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что термочувствительный элемент закреплен с выпуклой стороны изогнутого участка подвижного контакта.