CN87214828U

CN87214828U - 动作温度及行程均可调的速动元件

Info

Publication number: CN87214828U
Application number: CN 87214828
Authority: CN
Inventors: 林光明; 张进修; 黄元士
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1988-08-03

Abstract

动作温度及行程均可调的速动元件。

本实用新型涉及一种化工和电器的热敏控制元件。它采用形状记忆合金或热双金属为感温元件材料，利用静磁力作为约束力，以应力制约相变或热膨胀、进而产生热敏速动效应的原理设计而成。本速动元件动作迅速(小于1毫秒)，动作温度和行程可调，可刚性或柔性输出。工作温度范围0℃至200℃，适用于作为热敏电控元件，抗化学腐蚀的化工管道的控温、节流或截流阀门，快速击发和快速分离装置的动作元件。

Description

动作温度及行程均可调的速动元件

本实用新型是一种涉及化工和电器方面的动作温度及行程可调、可刚性或柔性输出的速动热敏控制元件。该元件可在有源或无源情况下工作、不受外界电磁场干扰。

作为热敏控制元件，无论是热双金属或形状记忆合金，其动作速度依赖于外界温度变化速率，动作缓慢，元件的比热推力小，用材量多，成本高，并且由于动作速度较慢，限制了应用的范围。

已有的一些速动元件设计如速动开关，动作量和输出的热推力小，不能满足有较大行程和较大热推力的热机械设计要求、如阀门、快速热敏释放装置等。

本实用新型的目的是设计并制造出一种具有速动特性，且动作温度连续可调、可刚性或柔性输出动作的控制元件。它既可增强元件的比热推力、减少元件的用料，又可按要求调节动作温度、行程或改变动作的输出方式。元件所用热敏材料可以是形状记忆合金，也可以是热双金属。

本实用新型是利用应力制约相变或应力制约热膨胀的原理来实现元件的快速动作和温度调节。其结构剖图如图1所示，〔1〕是热敏元件，〔2〕是磁吸机构、〔3〕是衔铁、〔4〕是动作输出杆、〔5〕是磁吸机构同轴孔，δ为输出行程，〔6〕为可调螺丝。磁吸机构〔2〕可以是电磁铁或永久磁铁，分成两组、纵向排列、相互间距离可调，每组中间有一同轴孔〔5〕，可供动作输出杆〔4〕作纵向滑动。动作输出杆〔4〕放置在磁吸机构的同轴孔〔5〕内，并固联在衔铁〔3〕，衔铁〔3〕置于两组磁吸机构之间；热敏元件〔1〕一端与可调螺丝〔6〕相连，另一端与动作输出杆〔4〕相连，其动作由动作输出杆〔4〕的另一端输出，调节可调螺丝〔6〕，可改变热敏元件〔1〕的长度，以连续改变元件的速动温度。本实用新型利用热敏元件〔1〕所承受的磁吸机构〔2〕提供的正反约束力，以达到连续改变热敏元件动作温度和速度的目的。在变温过程中，当低温相转变为高温相（或高温相转变为低温相）的相变驱动力足以克服磁吸机构〔2〕的电磁力的约束时，元件突然动作以达到该温度时的稳定状态。改变温度的变化方向，过程朝相反方向进行。因此，随着温度的升降，速动元件依“双稳态”的要求改变形状并输出动作。改变电磁力的大小（可通过改变电磁线圈的匝数或电流来实现），可以连续改变相变温度，因此就改变了速动元件的动作温度。调节两组磁吸机构的相互位置可以改变输出行程δ。热敏元件〔1〕可以由热双金属材料、各种金属基形状记忆合金材料做成长度能可逆地伸长或缩短的弹簧，也可用其他双程速动元件、高温端限定的单程速动元件、低温端限定的单程速动元件。根据热敏元件〔1〕制造材料和工艺的不同，本速动元件既可做成在某一温区内动作的双程速动元件（作控温元件使用），也可以做成高温端动作或限定的单程速动元件（即限制温度不得超过此值），或在低温端动作或限定（即限定温度不得低于此温度值）的单程速动元件。高温端限定元件可适用于电热电器及电动电器等的超温保护或化工输液管道中的截流器（当温度达到此限定值时，元件速动切断电源以保护电器或关闭、打开阀门以保护化工设备）。低温端限定元件适用于用作环境过冷时的报警器、电源启动或化工管道阀门。

为了安装和使用的方便，动作的输出端可以刚性地连接在速动块上；当电源（或阀门）离元件的距离较远时，亦可采用软轴作柔性的远距离遥控输出。

本实用新型具体制作工艺如下：

当采用镍钛形状记忆合金为热敏元件材料时：

1.采用由含镍量为50.0～51.5％的镍钛合金线材料，绕制成一定尺寸的弹簧；

2.通过热机械处理，使镍钛合金弹簧获得双程形状记忆效应，随着温度变化，弹簧长度可逆地伸长、缩短；

3.将双程形状记忆弹簧一端固定，另一端通过连杆与可动衔铁和动作输出杆连接；

4.将一对小型电磁铁（或永久磁铁）同轴安装在可动衔铁二侧，根据输出行程大小和动作温度范围的要求，调节小型电磁铁位置和它们之间的距离、固定。

当采用铜基或其它金属基形状记忆合金为热敏材料时，其工艺相同。

当采用热双金属作为热敏材料时，除第2点中双程形状记忆合金热机械处理改变为相应的热双金属退火处理外，其余相同。

本实用新型的实施例如下：

1.形状记忆合金的热机械处理：

第一种情况

采用Ni51Ti49合金线材，直径φ＝2.0mm，绕成平均直径D＝14mm的弹簧，有效圈数N＝7，长度L₀＝19mm。固溶处理：800℃，真空中保温一小时后冰水淬。定型处理：再于525℃，真空中保温一小时后冰水淬。经上述处理后弹簧元件在－15℃至22℃温度范围内，长度可逆变化量达12mm，其长度变化△L与温度关系曲线如图2所示。

第二种情况：

采用直径φ＝2.0mm的Ni51Ti49合金线材，绕成平均直径D＝14mm的弹簧，有效圈数N＝7，长度L₀＝19mm。固溶处理：800℃，在真空中保温一小时后冰水淬；定型处理500℃，真空中保温一小时后空气冷却。经上述处理后弹簧元件在5℃至60℃温度范围内长度可逆变化△L＝19mm，其长度变化△L与温度关系与图2相似。

2.双程速动元件组装：

采用经上述热机械处理的Ni51Ti49合金弹簧，按工艺第4项要求装配成双程速动元件，如图1所示，磁吸机构〔2〕采用电工软铁芯和漆包线绕组构成的小型电磁铁，通过改变线包的电流调节其静态电磁约束力。

图3是当约束力为1200克力，行程δ＝4mm，采用第一种热机械处理的双程形状记忆合金弹簧时的动作温度特性，动作速度为毫秒数量级。

下表是本实施例速动元件的主要性能。

热机械处理	工作温度区间（℃）	可调温度范围（℃）	输出行程δ（mm）	约束力变化（克力）	热滞（℃）
						第一种	－15～25	20	5	0～1400	5～20
第二种	5～60	20	5	0～1600	5～20

3.单程速动元件

如图1，增大其中一只电磁铁的励磁电流使其产生的约束力大于NiTi合金弹簧相变时的最大驱动力，即可实现单程速动动作。在第一种热机械处理条件下，上磁铁约束力为4000克力，下磁铁的约束力为1200克力时，元件为低温端限定速动元件，限定温度为7℃。当上磁铁约束力1200克力，下磁铁约束力为4000克力时，元件即为高温端限定速动元件，限定温度为16℃。

Claims

1、一种动作温度可调的速动元件，由热敏元件[1]、磁吸机构[2]、衔铁[3]和动作输出杆[4]组成，其特征是磁吸机构[2]分成两组，纵向排列，相互间距离可调，每组中间有一同轴孔[5]，可供动作输出杆[4]纵向滑动，动作输出杆[4]放置在磁吸机构[2]的同轴孔[5]内，中间固联有衔铁[3]，衔铁[3]置于两组磁吸机构[2]之间，热敏元件[1]一端与可调螺丝[6]相连，另一端与动作输出杆[4]相连，其动作由动作杆[4]的另一端输出，调节可调螺丝[6]可改变元件的速动温度，调节两组磁吸机构[2]之间的距离，可改变元件的输出行程。

2、一种如权利要求1所述的动作温度可调的速动元件，其特征是热敏元件〔1〕可以由热双金属材料、各种金属基形状记忆合金材料做成长度能可逆地伸长或缩短的弹簧，也可用其他双程速动元件，高温端限定的单程速动元件、低温端限定的单程速动元件。

3、一种如权利要求1所述的动作温度可调的速动元件，其特征是磁吸机构〔2〕可以用电磁铁或永久磁铁构成，改变通过电磁铁线圈的电流或匝数，或改变永久磁铁的磁场强度大小，可改变控制动作温度的范围。