skanuj0001 (158)

Ćwiczenie 8

BADANIE TERMOBIMETALI

8.1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości termobimetali, a także wykorzystanie wyników ich badań doświadczalnych przy doborze parametrów konstruk-cyjnych mechanizmu, w którym jeden z zespołów zawiera termobimetal.

8.2. WPROWADZENIE

Termobimetal jest to element sprężysty złożony z dwóch warstw metali o różnych wartościach współczynników liniowej rozszerzalności cieplnej, połączo* nyoh trwale na powierzchni styku przez zgrzewanie lub lutowanie. Warstwu, której współczynnik rozszerzalności cieplnej jest większy, zwana jest warstwy r/yniu|, druga zaś, której ten współczynnik jest mniejszy, warstwą bierną. Przy /.mianach temperatury warstwy te różnie zmieniają swoje wymiary. Nu Nkutck tego termobimetal podczas ogrzewania wygina się wypukłością .po stronie warstwy czynnej, a przy ochładzaniu — po stronie warstwy biernej.

Iludowe i odkształcenie termobimetalu przedstawiono na rys. 8.1.

Rys. 8.1. Termobimetal przed i po ogrzaniu: 1 - warstwa czynna, 2 - warstwa bierna

Dzięki swoim właściwościom termobimetalc znajdują liczne zastosowaniu w technice. Są używane m.in. w następujących przypadkach:

. do bezpośredniego pomiaru temperatury,

- do stabilizacji temperatury (up. w żelazku do prasowaniu),

—    do zabezpieczenia urządzeń elektrycznych przed nadmiernym poborem prądu (np. w bezpiecznikach zwłocznych),

—    do zabezpieczania urządzeń grzejnych (np. w termostatach podgrzewaczy wody, pieców centralnego ogrzewania),

—    do kompensacji wpływu temperatury na błędy przyrządów pomiarowych (przez taką zmianę wymiarów elementów łańcucha kinematycznego, która skompensuje temperaturową zmianę czułości elementu pomiarowego),

—    w przerywaczach świateł sygnalizacyjnych (kierunkowskazy),

—    do przetwarzania i przekazywania sygnałów w układach pomiarowych (np. przy pomiarach temperatury i ciśnienia w samochodowych silnikach spalinowych).

8.2.1. Obciążenia i odkształcenia termobimetalu

Termobimetal poddany obciążeniom mechanicznym zachowuje się tak, jak każdy metalowy element sprężysty. Termobimetal składa się z dwóch warstw różnych materiałów, a więc jego sztywność zależy od grubości tych warstw oraz od modułów sprężystości ich materiałów. Ugięcie x termobimetalu obciążonego na końcu siłą skupioną F, wyraża się zależnością:

gdzie: k₂ — odwrotność sztywności belki termobimetalu na zginanie, wyrażona w funkcji modułów sprężystości i grubości warstw bimetalu,

L — długość termobimetalu.

Podczas ogrzewania swobodny koniec termobimetalu ugina się o kąt:

gdzie: k_t — czułość termobimetalu,

A T — przyrost temperatury.

Czułość k_t termobimetalu — o znanej budowie i jednostkowej długości — jest to stały współczynnik określający kąt ugięcia tego termobimetalu po ogrzaniu go o 1°C.

Strzałkę ugięcia swobodnego końca ogrzewanego termobimetalu określa zależność:

x

k_tLTL²

(8.1)

o