اساس و عملکرد ترموستات های بی متال

آشكارسازي حرارتي در موارد متنوعي مانند آشكار كردن آتش سوزي، گرمايش تا يك حد معين ويا تشخيص عيب در يك سردكننده مورد استفاده قرار مي گيرد .ساده ترين نوع سنسور حرارتي از نوع بي متال است كه اصول كار آن در شكل به تصوير كشيده شده است. تركيب فوق شامل دو نوار فلزي از دو جنس مختلف است كه با نقطه جوش و يا پرچ كردن در دو نقطه به يكديگر متصل شده اند. جنس فلز دو نوار به گونه اي انتخاب مي شود كه ضرايب انبساطي خطي آنها با يكديگر تفاوت زيادي داشته باشند. مقدار انبساط يا ضريب انبساط خطي عبارت است از خارج قسمت تغيير مقدار طول به تغيير دما و اين مقدار براي همه فلزات مقداري است مثبت بدين معني كه با افزايش دما طول نوار افزايش مي يابد.
خميدگي پديده آمده در نوار بي متال را مي توان وسط هر يك از انواع ترانسديوسرهاي جابه جايي كه در فصل مورد بررسي قرار گرفت تشخيص داد اما اغلب اوقات از خود نوار بي متال براي راه اندازي كنتاكتهاي يك كليد استفاده مي شود ومعمولا خود بي متال يك از كنتاكتهاي كليد است. نوع رايج نوار بي متال هنوز هم در انواعي از تموستات ها مورد استفاده قرار مي گيرد اگر چه بي متال در آنها به صورت حلزوني پيچيده شده است.اين شكل بي متال باعث افزايش حساسيت بي متال مي شود چون حساسيت بي متال با طور نوار بستگي مستقيم دارد. در صورتي كه محدوده دما وتغييرات آن كم باشد مقدار انحراف دقيقا متناسب با تغيير دما خواهد بود.
اين نوع ترموستاتها داراي مشخصه نامطلوب حساسیت هستند به طوري كه به عنوان مثال ترموستاتي كه براي مقدار دماي 20c ساخته شده ممكن است در 22c باز شود.

ومجددا در 18c بسته شود اين خاصيت ممكن است باعث نوسان مشخصات قطع ووصل ترموستات وكاهش كارآيي توموستات شود. به عنوان مثال اگر براي كنترل دماي اتاقي از چنين ترموستاتي استفاده شود دما در حد مطلوب كنترل نخواهد شد و ترموستات فقط در حد كليد قطع ووصل عمل خواهد كرد. با استفاده از يك المنت تسريع كننده مي توان تاحدودي اثر هيسترزيس را كاهش داد. تسريع كننده در واقع شامل يك مقاومت با مقدار زياد است كه نزديك بي متال نصب مي شود.اصول كار به اين ترتيب است كه وقتي كنتاكتهاي ترموستات گرم كننده اتاق وصل مي شوند جرياني از مقاومت تسريع كننده عبور مي كنند به طوري كه سرعت گرم شدن ترموستات بيشتر از سرعت گرم شدن محيط خواهد بود. که در این موارد بهتر است از ترموستات های دیجیتال و ترموکوپل استفاده شود جهت اطلاع بیشتر از نحوه کار ترموکوپل ها به مقاله اساس کار ترموکوپل ها مراجعه شود.

شكل نوار بي متال كه تشكيل شده از دو نوار فلزي كه با نقطه جوش و يا ميخ پرچ به يكديگر متصل شده اند. معمولا براي اينكه حساسيت نوار بي متال نسبت به تغييرات دما بيشتر شود آن را با طول بيشتر ساخته وسپس به صورت حلقه اي فنري در مي آورند و يا آن را به صورت قرصهاي فلزي روي يكديگر جوش مي دهند.
ساختار فوق باعث ميشود قبل از آنكه اتاق به دماي مورد نظر برسد ترموستات قطع كند. سپس جريان در مقاومت تسريع كننده قطع مي شود وبعد از آن ترموستات سريعتر از اتاق خنك مي شود بگونه اي كه عمل وصل شدن ترموستات سريعتر از آنچه بايد اتفاق مي افتد به هر جهت استفاده از تسريع كننده مي تواند منجر به رسيدن به درجه حرارت مورد نظر به گونه اي يكنواخت شود. هم اكنون ترموستاتهاي حساس تري ساخته شده كه به وسيله ترميستور عمل مي كند.

جدول زیر مقادير ضريب انبساط را براي چند نوع فلز بر حسب واحد 10*k بيان كرده است.
مقدار انبساط بايستي در عدد10 ضرب شوند، به دليل اينكه دو فلز تشكيل دهنده بي متال داراي مقادير انبساط مساوي نيستند با تغييردما نوار بي متال دچارخميدگي مي شود.

نوارهاي بي متال در اشكال فيزيكي متنوعي ساخته مي شوند و بخصوص نوع ديسكي آن كاربرد زياد دارد زماني كه تغيير دمايي رخ مي دهد يك ديسك ا زنوع بي متال به طور ناگهاني قوس دار مي شود كه باعث مي شود بدون هيچ واسطه اي يك تغيير شكل فنري براي صفحه اتفاق بيفتد. اين اساس كار سويچهاي حرارتي است كه براي جلوگيري از افزايش گرماي تجهيزات الكترونيكي مورد استفاده قرار ميگيرد.اين سويچهاي حرارتي را ميتوان به خنك كننده هاي آلومينيمي (هيت سينك) موتورهاي كوچك،ترانسفورمرها، كتري برقي و ساير وسايلي كه به نوعي در آنها احتمال گرم شدن بيش ازحد وجود دارد و داراي سطحي فلزي هستند چسبانيد.
سويچهاي حرارتي به دو شكل در حالت عادي از (N.O Normally Open) و در حالت عادي بسته (N.C Normally closed) قابل تهيه مي باشند وانتخاب يكي از اين دو نوع بستگي به اين دارد كه آيا سويچ حرارتي بايستي بالا رفتن دما و يا پايين آمدن دما را آشكار كند.سويچهاي حرارتي از پيش تنظيم شده داراي نوسان هيسترزيسي در حدود 3-5c از دو طرف نقطه دماي مورد نظر هستند چون در آنها از

تسريع كننده استفاده نشده است. براي كنترل دقيق بيشتر مي توان از ترموستاتهايي استفاده كرد كه داراي طول بي متال بيشتري هستند وطبعا هيسترزيس ونوسان از تنظيم در آنها كمتر است.
همه انواع نوارهاي بي متال با عنصر حساس طويل كه در ترموستاتها مورد استفاده قرار مي گيرد بايستي در فواصل زماني معيني تنظيم مجدد شوند زيرا نوار بي متال همواره د رمعرض تغييرات تدريجي خزش قرار ميگيرد و اين تغييرات روي تنظيم ترموستات تاثير مي گذارند.