CN104078276A - 一种基于形状记忆合金的温控单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于形状记忆合金的温控单元；其温控开关的限温器形状记忆合金体一端粘接在导热顶盖上，另一端与绝缘片连接，绝缘片下方粘接第一导电片，温控开关基座由圆筒形空心结构和底部圆盘一体连接构成，绝缘片、第一导电片和限温器形状记忆合金体设置在圆筒形空心中；基座的圆柱表面设有开口，温控开关导电片嵌入在开口中；温控开关基座为绝缘体；限温器中的第一导电片底部为圆片，第一导电片底部与杠杆连接，杠杆与温控单元使用器件的按钮连接；限温器形状记忆合金体为单程形状记忆合金。本发明形状记忆合金的应用，使得温控单元具备了稳定性高，简单安全，控制精度高，响应速度快等优点。

Description

一种基于形状记忆合金的温控单元

技术领域

本发明涉及的是一种温控电路开关，尤其涉及一种基于形状记忆合金的温控单元，是一种温度控制开关。

背景技术

目前温控开关主要有三种：压力式温控、双金属温控和热敏铁氧体温控。其中，压力式温控主要通过把被控温度的变化转变为密闭空间压力或容积的变化从而实现温度控制；双金属温控是根据物体热涨冷缩原理制作的；热敏铁氧体温控则是利用热敏铁氧体的磁性随温度的变化实现温度控制。但是，这些温控系统几乎都存在动作响应时间慢、易受环境温度影响、控制精度较低、难以实现多个温度下的保温等缺点。

发明内容

为了克服现有温控开关动作响应时间慢、易受环境温度影响、控制精度较低、难以实现多个温度下的保温等问题，本发明提供了一种响应快，受环境影响小，精确度高，能实现多个温度下保温的基于形状记忆合金的温控单元。

本发明利用记忆合金制作的弹簧开关与以往开关结构和原理均不同。本发明基于形状记忆合金的温控电路单元，利用记忆合金敏感的感温和迅速的变形能力，精确快速实现加热和保温功能；通过形状记忆合金感应温度产生形变，碰到设定的触点或开关，使设定的电路(保护)开始工作，实现电路中的开断。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于形状记忆合金的温控单元，包括温控开关和基础电路；温控开关主要由限温器和至少一个保温器组成；基础电路主要由发热器、总开关、第一限流电阻、第二限流电阻和保险丝组成；第一限流电阻与发热器并联连接；其中并联的一端与保险丝连接，并联的另一端与并联电路连接，并联电脑与总开关连接，总开关和保险丝接在电源的两端；并联电路由温控开关的限温器、至少一个保温器以及第二限流电阻并联连接组成；

限温器包括温控开关基座、温控开关导电片、绝缘片、导热顶盖、限温器形状记忆合金体和第一导电片；限温器形状记忆合金体一端粘接在导热顶盖上，另一端与绝缘片连接，绝缘片下方粘接第一导电片，温控开关基座由圆筒形空心结构和底部圆盘一体连接构成，绝缘片、第一导电片和限温器形状记忆合金体设置在圆筒形空心中；基座的圆柱表面设有开口，温控开关导电片嵌入在开口中；温控开关基座为绝缘体；限温器中的第一导电片底部为圆片，第一导电片底部与杠杆连接，杠杆与温控单元使用器件的按钮连接；所述限温器形状记忆合金体为单程形状记忆合金；

所述保温器包括温控开关基座、温控开关导电片、绝缘片、第二导电片、导热顶盖和保温器形状记忆合金体；保温器形状记忆合金体一端粘接在导热顶盖上，另一端与绝缘片连接，绝缘片下方粘接第二导电片；温控开关导电片嵌入温控开关基座在开口中；保温器的第二导电片形状为圆形；所述保温器形状记忆合金体为双程形状记忆合金。

优选地，所述第一限流电阻R1还与保温指示灯串接。

所述第二限流电阻一端还与加热指示灯连接。

所述基座的圆柱表面设有两个对称的矩形通孔，两片温控开关导电片嵌入矩形通孔中。

所述单元使用器件为电饭煲。

所述第一导电片底部通过长柄与杠杆连接，杠杆与使用部件的按钮连接。

所述加热指示灯和保温指示灯为发光二极管。

所述导热顶盖呈圆柱形。

所述限温器形状记忆合金体和保温器形状记忆合金体为弹簧状。

在绝缘外壳中，两种记忆温度不同的形状记忆合金弹簧分别安装于绝缘温控开关基座中，弹簧顶部粘接导热顶盖，下部粘接绝缘片和导电片；温控开关基座圆柱表面两端连接有温控开关导电片。当按下总开关时，两个温控开关均闭合，电路实现加热功能，当温度上升达到加热记忆合金形变温度时，记忆合金弹簧迅速形变，带动绝缘片和导电片在温控开关基座中脱离温控开关导电片，造成电路断开。当温度低于保温记忆合金形变温度时，记忆合金弹簧拉伸，连接导电片和温控开关导电片，电路导通，实现保温功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明加热和保温两个温控开关均以形状记忆合金为基础制作而成，通过记忆合金感知温度，利用记忆合金的形状记忆功能使其产生形变，从而控制加热或保温开关在预设温度下的开闭，分别实现加热和保温回路的通断，实现加热、保温以及两者间的转换。

2)本发明温控电路单元中的温控开关应用了形状记忆合金，所以具有稳定性高，简单安全，控制精度高，响应速度快等特点。

附图说明

图1为基于形状记忆合金的温控单元的电路原理图；

图2为基于形状记忆合金的温控单元的三围轴测图(不带绝缘外壳)；

图3为基于形状记忆合金的温控单元的正视图(不带绝缘外壳)；

图4为图3的A-A向剖面图(不带绝缘外壳)；

图5为图3的C-C向剖面图(不带绝缘外壳)；

图6为基于记忆合金的温控开关的绝缘外壳结构示意图。

图中示出：温控开关基座1、温控开关导电片2、第二导电片4、绝缘片3、导热顶盖5、限温器形状记忆合金体6、保温器形状记忆合金体7、第一导电片8、保险丝FU、限温器9、第一保温器10、第二保温器11、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、加热指示灯H2、保温指示灯H1、发热器12和总开关13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地描述，但本发明的实施方式并不限如此。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

如图1所示，一种基于形状记忆合金的温控单元，包括温控开关和基础电路；温控开关主要由限温器9、第一保温器10和第二保温器11组成；基础电路主要由发热器12、总开关13、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、加热指示灯H2、保温指示灯H1和保险丝FU组成。第一限流电阻R1与发热器12并联连接；其中并联的一端与保险丝FU连接，并联的另一端与并联电路连接，并联电脑与总开关13连接，总开关13和保险丝FU接在电源的两端；第一限流电阻R1还与保温指示灯H1串接。并联电路由温控开关的限温器9、第一保温器10、第二保温器11以及第二限流电阻R2并联连接组成，第二限流电阻R2一端还与加热指示灯H2连接。

如图2、3、4、6所示，限温器9包括温控开关基座1、温控开关导电片2、绝缘片3、导热顶盖5、限温器形状记忆合金体6和第一导电片8；限温器形状记忆合金体6一端粘接在导热顶盖5上，另一端与绝缘片3连接，绝缘片3下方粘接第一导电片8，温控开关基座1由圆筒形空心结构和底部圆盘一体连接构成，绝缘片3、第一导电片8和限温器形状记忆合金体6设置在圆筒形空心中；限温器形状记忆合金体6带动绝缘片3和第一导电片8在温控开关基座1上沿着其圆柱形空心导轨滑动；基座的圆柱表面设有开口，温控开关导电片2嵌入在开口中；基座的圆柱表面优选设有两个对称的矩形通孔，两片温控开关导电片2嵌入矩形通孔中；温控开关基座1为绝缘体；限温器9中的第一导电片8底部为圆片，第一导电片8底部与杠杆连接，杠杆与温控单元使用器件的按钮连接；单元使用器件如为电饭煲。优选第一导电片8底部通过长柄与杠杆连接，杠杆与使用部件的按钮连接。

如图2、3、5、6所示，第一保温器10或第二保温器11包括温控开关基座1、温控开关导电片2、绝缘片3、第二导电片4、导热顶盖5和保温器形状记忆合金体7；保温器形状记忆合金体7一端粘接在导热顶盖5上，另一端与绝缘片3连接，绝缘片3下方粘接第二导电片4；温控开关导电片2嵌入温控开关基座1在开口中；保温器的第二导电片4形状为圆形。

限温器形状记忆合金体6为单程形状记忆合金，如相变温度为103℃；保温器形状记忆合金体7为双程形状记忆合金，图中的两个保温器形状记忆合金体7的相变温度不同，如一个相变温度60℃，另一个相变温度为80℃。单程形状记忆合金只在加热至相变温度时恢复高温相形状，冷却至相变温度时不会发生形变；双程形状记忆合金加热至相变温度时恢复高温相形状，冷却至相变温度时又能恢复低温相形状。

加热指示灯H2和保温指示灯H1为发光二极管，用于指示加热和保温工作状态。导热顶盖5呈圆柱形。限温器形状记忆合金体6和保温器形状记忆合金体7优选为弹簧状。

在电路开始工作时，限温器形状记忆合金体6处于伸展状态，带动第一导电片8连接温控开关导电片2，使得温控开关限温器导通。限温器形状记忆合金体6通过导热顶盖5感知温度，当温度达到限温温度值时，热量通过导热顶盖5传到限温器形状记忆合金体6上使得其收缩，带动第一导电片8脱离温控开关导电片2，使得限温器9断开。

在电路未工作时，保温器形状记忆合金体7处于伸长状态，第二导电片4连接温控开关导电片2，发热器12开始工作，随着发热器12产热进行加热时，保温器形状记忆合金体7收缩，第二导电片4和温控开关导电片2分离，第一保温器10或者第二保温器11断开，发热器12停止工作，温度开始逐渐下降。当温度下降到保温器形状记忆合金体7的相变温度时，保温器形状记忆合金体7伸长，第二导电片4和温控开关导电片2接通，发热器12恢复工作，开始加热；当温度上升到保温器形状记忆合金体7的相变温度时，保温器形状记忆合金体7收缩，第二导电片4和温控开关导电片2分离，并断开第一保温器10或者第二保温器，周而复始，通过间歇性加热实现了保温功能。

限温器形状记忆合金体6和保温器形状记忆合金体7不是同一类型的记忆合金，限温器形状记忆合金体6为单程的，保温器形状记忆合金体7为双程的，所以工作过程不一样。开始工作前，温控单元使用器件要求选择需要保温的温度，即选定对应的限温器形状记忆合金体6和保温器形状记忆合金体7的感应温度。启动总开关13，按下温控单元使用器件的按钮，与温控单元使用器件的按钮连接的杠杆通过第一导电片8和绝缘片3将限温器形状记忆合金体6向下拉，使得限温器形状记忆合金体6处于伸展状态，同时加热回路导通；发热器12开始加热，并通过导热顶盖5感知温度，限温器9和第一保温器10或者第二保温器11都保持导通状态；当温度上升到第一保温器10或者第二保温器11中保温器形状记忆合金体7的相变温度值时，第一保温器10或者第二保温器11断开，限温器9仍然闭合，发热器12继续工作。直到导热顶盖5的温度达到温控单元使用器件设定工作温度(如电饭锅为103℃)时，限温器9中的限温器形状记忆合金体6收缩，使得限温器9断开，此时发热器12停止工作，温度开始逐渐下降，导热顶盖5继续感知温度，当温度接近第一保温器10或者第二保温器11中保温器形状记忆合金体7的相变温度时，第一保温器10或者第二保温器11闭合，使得发热器12加热，使得温度停止下降并逐渐回升，当温度超过第一保温器10中保温器弹簧7的相变温度后，第一保温器10断开，通过间断加热的方式，达到保温的功能。

形状记忆合金感知温度灵敏，且导热性能强，可在极短时间内达到受热均匀，并完成变形过程。对于弹簧形状的记忆合金形变时产生的弹力可达15N，且形变量超过1cm，完全可以带动导电片运动，确保电路的导通或断开的实现。通过实验调整，可模拟出环境温度与记忆合金记忆温度的对应关系，这样便可以根据导热片上感应到的环境温度，设置对应记忆温度的记忆合金，实现记忆合金在该环境温度下的准确形变。

本发明通过记忆合金感知温度，利用记忆合金的形状记忆功能使其产生形变，从而控制加热或保温开关在预设温度下的开闭，分别实现加热和保温回路的通断，实现加热、保温以及两者间的转换。形状记忆合金的应用，使得温控单元具备了稳定性高，简单安全，控制精度高，响应速度快等优点。

Claims (9)

1.一种基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于，包括温控开关和基础电路；温控开关主要由限温器和至少一个保温器组成；基础电路主要由发热器、总开关、第一限流电阻、第二限流电阻和保险丝组成；第一限流电阻与发热器并联连接；其中并联的一端与保险丝连接，并联的另一端与并联电路连接，并联电脑与总开关连接，总开关和保险丝接在电源的两端；并联电路由温控开关的限温器、至少一个保温器以及第二限流电阻并联连接组成；

限温器包括温控开关基座、温控开关导电片、绝缘片、导热顶盖、限温器形状记忆合金体和第一导电片；限温器形状记忆合金体一端粘接在导热顶盖上，另一端与绝缘片连接，绝缘片下方粘接第一导电片，温控开关基座由圆筒形空心结构和底部圆盘一体连接构成，绝缘片、第一导电片和限温器形状记忆合金体设置在圆筒形空心中；基座的圆柱表面设有开口，温控开关导电片嵌入在开口中；温控开关基座为绝缘体；限温器中的第一导电片底部为圆片，第一导电片底部与杠杆连接，杠杆与温控单元使用器件的按钮连接；所述限温器形状记忆合金体为单程形状记忆合金；

所述保温器包括温控开关基座、温控开关导电片、绝缘片、第二导电片、导热顶盖和保温器形状记忆合金体；保温器形状记忆合金体一端粘接在导热顶盖上，另一端与绝缘片连接，绝缘片下方粘接第二导电片；温控开关导电片嵌入温控开关基座在开口中；保温器的第二导电片形状为圆形；所述保温器形状记忆合金体为双程形状记忆合金。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述第一限流电阻R1还与保温指示灯串接。

3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述第二限流电阻一端还与加热指示灯连接。

4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述基座的圆柱表面设有两个对称的矩形通孔，两片温控开关导电片嵌入矩形通孔中。

5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述单元使用器件为电饭煲。

6.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述第一导电片底部通过长柄与杠杆连接，杠杆与使用部件的按钮连接。

7.根据权利要求2或3所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述加热指示灯和保温指示灯为发光二极管。

8.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述导热顶盖呈圆柱形。

9.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的温控单元，其特征在于：所述限温器形状记忆合金体和保温器形状记忆合金体为弹簧状。