RU2118865C1

RU2118865C1 - Thermal switch

Info

Publication number: RU2118865C1
Application number: RU97120870A
Authority: RU
Inventors: Б.В. Жеребцов; Ю.Н. Ненашев; И.С. Чугунов; Ф.И. Шаровар
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Специнформатика"
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: overtemperature sensors such as overheating or fire alarms. SUBSTANCE: switch has heat-conducting case, contact group insulated from case and built up of movable contact in the form of spring-loaded plate and fixed contact, as well as heat-sensing member made of material with transformation induced plasticity that mechanically actuates movable contact; novelty is that heat-sensing member is made of wire made of metal with transformation induced plasticity in the form of section whose both ends are rigidly fixed, its memory being set throughout its entire length to respond to temperatures exceeding shape recovery temperature; at temperatures lower than shape recovery point it is stretched due to spring force of movable contact directed perpendicular to straight line between fastening points of section ends; displacing action on movable contact is wire force set up in recovery of memorized length of section. Wire section may be fixed either directly to spring-loaded overhanging plate of movable contact or to clamp or frame specially introduced for the purpose. EFFECT: simplified design, reduced lag time, facilitated manufacture, improved operating reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к термочувствительным устройствам, а именно к устройствам-датчикам максимальной температуры и предназначено для использования в средствах автоматической защиты или сигнализации от перегрева, а также в средствах пожарной или охранно-пожарной сигнализации. The invention relates to heat-sensitive devices, in particular to maximum temperature sensors, and is intended for use in means of automatic protection or signaling against overheating, as well as in means of fire or fire alarm systems.

Известен термоэлектрический выключатель (1), содержащий цилиндрический корпус, две соосные пружины, выполненные из материала с эффектом памяти формы и расположенные на изолированном штоке, контактную систему из неподвижного и подвижного контактов, причем подвижный контакт установлен на изолирующей втулке, размещенной подвижно на штоке между пружинами. Недостатком такого устройства является громоздкость термочувствительного элемента и, как следствие, большая инерционность срабатывания. Known thermoelectric switch (1), containing a cylindrical body, two coaxial springs made of material with a shape memory effect and located on an insulated rod, a contact system of fixed and movable contacts, the movable contact mounted on an insulating sleeve placed movably on the rod between the springs . The disadvantage of this device is the bulkiness of the thermosensitive element and, as a consequence, the large inertia of the response.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является термочувствительный выключатель (2), содержащий корпус, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты и термочувствительный элемент, выполненный из материала с эффектом памяти формы, установленный с возможностью воздействия на подвижный контакт и изготовленный из фольговой ленты, концы которой жестко соединены между собой и образуют криволинейную фигуру, размещенную между подвижным контактом и корпусом с креплением на корпусе. The closest analogue of the proposed device is a thermosensitive switch (2) containing a housing in which are movable and fixed contacts and a thermosensitive element made of material with a shape memory effect, mounted with the possibility of influencing the movable contact and made of foil tape, the ends of which are rigidly interconnected and form a curved shape, placed between the movable contact and the housing with mounting on the housing.

Недостатками такой конструкции являются: электрическое соединение одного из выводов с корпусом термовыключателя через термочувствительный элемент, что затрудняет использование такого термовыключателя в составе пожарных извещателей, поскольку к двухпроводным шлейфам охранно-пожарной сигнализации предъявляются высокие требования по утечке, и совершенно исключает использование его в качестве контактного датчика температуры; сложность конструкции термочувствительного элемента, связанная со сложностью и высокой стоимостью процесса изготовления фольговой ленты из материала с эффектом памяти формы, что приводит к существенному усложнению технологического процесса изготовления термовыключателя, удорожанию термочувствительного элемента и термовыключателя в целом; непосредственное механическое воздействие термочувствительного элемента на корпус термовыключателя, что заставляет выполнять его более толстостенным, увеличивая его теплоемкость и, соответственно, инерционность срабатывания. The disadvantages of this design are: the electrical connection of one of the terminals to the body of the thermal switch through a thermosensitive element, which makes it difficult to use such a thermal switch as part of fire detectors, since two-wire loops of the fire alarm have high leakage requirements, and completely eliminates their use as a contact sensor temperature the complexity of the design of the heat-sensitive element, associated with the complexity and high cost of the process of manufacturing a foil tape from a material with a shape memory effect, which leads to a significant complication of the manufacturing process of a thermal switch, the cost of the temperature-sensitive element and the thermal switch as a whole; the direct mechanical effect of the thermosensitive element on the body of the thermal switch, which makes it more thick-walled, increasing its heat capacity and, accordingly, the inertia of the response.

Целью изобретения является упрощение конструкции термочувствительного устройства, улучшение технологичности его изготовления, надежности срабатывания, исключение контакта токонесущих выводов с корпусом термореле. The aim of the invention is to simplify the design of the thermosensitive device, improve the manufacturability of its manufacture, the reliability of operation, the exclusion of contact current-carrying conclusions with the housing of the thermal relay.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом термопереключателе термочувствительный элемент выполняется из проволоки, изготовленной из металла с памятью формы в виде отрезка, оба конца которого жестко закреплены, которому задана память на длину при температурах, превышающих температуру восстановления формы, и который при более низких температурах растянут пружинящим усилием подвижного контакта, направленным перпендикулярно к прямой, соединяющей точки крепления концов отрезка, а перемещающее воздействие на подвижный контакт оказывается усилием восстановления длины отрезка при нагреве до температуры восстановления формы. Эта температура и является температурой срабатывания термопереключателя. This goal is achieved by the fact that in the proposed thermal switch, the heat-sensitive element is made of wire made of metal with shape memory in the form of a segment, both ends of which are rigidly fixed, which has a length memory at temperatures higher than the shape restoration temperature, and which at lower temperatures stretched by the spring force of the movable contact, perpendicular to the straight line connecting the attachment points of the ends of the segment, and the moving effect on the movable contact about It is ordered force recovery interval length when heated to a recovery temperature form. This temperature is the temperature of the thermal switch.

Проволока серийно изготавливается методом волочения, имеет существенно меньшую, по сравнению с лентой (примерно в 4 раза) стоимость и обладает свойством высокой эластичности, позволяющим вытягивать ее в диапазоне температур, меньших температуры восстановления формы, на 5 - 10% от длины, которую имеет отрезок при температуре восстановления формы и выше. Деформация отрезка путем вытягивания проволоки производится при помощи пружины, которая одновременно может являться, например, консольно закрепленной планкой подвижного контакта или каким-либо другим его составным элементом. При достижении температуры восстановления формы проволока сжимается, отрезок стремится восстановить свою запомненную длину, развивая при этом усилие, превышающее деформирующее (растягивающее) усилие пружины, и перемещает подвижный контакт относительно неподвижного(ых), размыкая, замыкая или переключая электрическую цепь. Концы отрезка проволоки при этом могут быть жестко закреплены внутри корпуса, не нарушая его герметичности и не имея электрического контакта с металлическим теплопроводящим корпусом, путем установки на изолированных стойках, а также на скобе или рамке, исключая таким образом жесткую механическую связь с корпусом и снимая с него механические воздействия термочувствительного элемента, что позволяет выполнить корпус очень тонкостенным и уменьшить его теплоемкость, а, следовательно, инерционность срабатывания. The wire is mass-produced by drawing method, has a significantly lower cost compared to the tape (about 4 times) and has the property of high elasticity, allowing it to be stretched in the temperature range lower than the shape recovery temperature by 5 - 10% of the length that the segment has at a temperature of recovery of form and above. The deformation of the segment by pulling the wire is carried out using a spring, which at the same time can be, for example, a cantilever fixed bar of the movable contact or some other component thereof. When the recovery temperature is reached, the wire is compressed, the segment seeks to restore its stored length, while developing a force that exceeds the deforming (tensile) force of the spring, and moves the movable contact relative to the stationary (s), opening, closing or switching the electric circuit. The ends of the wire segment can be rigidly fixed inside the casing, without violating its tightness and not having electrical contact with a metal heat-conducting casing, by installing it on insulated racks, as well as on a bracket or frame, thus eliminating rigid mechanical connection with the casing and removing mechanical effects of a heat-sensitive element, which allows the housing to be very thin-walled and reduce its heat capacity, and, consequently, the inertia of the response.

На фиг. 1 представлены две проекции варианта конструктивного исполнения термопереключателя с поперечным размещением термочувствительной проволоки относительно подвижного контакта и жестким креплением ее на стойках; на фиг. 2 - по две проекции вариантов с креплением проволоки в скобе (А) и в кольцевой рамке (Б), а на фиг. 3 - вариант с продольным размещением проволоки относительно оси пружинящей планки контакта. In FIG. 1 shows two projections of an embodiment of a thermal switch with a transverse placement of a heat-sensitive wire relative to a movable contact and its rigid mounting on racks; in FIG. 2 - in two projections of the options with fastening the wire in the bracket (A) and in the annular frame (B), and in FIG. 3 - a variant with longitudinal placement of the wire relative to the axis of the spring contact strip.

Термопереключатель содержит теплопроводящий, например, металлический корпус 1, подвижный 2 и неподвижный 3 контакты и термочувствительный элемент 4, выполненный из проволоки, изготовленной из металла с эффектом памяти формы. Проволока выбирается достаточно тонкой (например, в диапазоне 0,1 - 0,15 мм), с тем чтобы усилие ее растяжения при нормальной температуре было минимальным. Уменьшение усилия позволяет уменьшить габариты пружины, а следовательно, и общие габариты термопереключателя в целом. Чтобы еще больше уменьшить это усилие, растяжение проволоки производится путем деформации отрезка от его первоначальной формы, усилием пружинящих свойств контакта 2, направленным перпендикулярно к линии, соединяющей концы проволоки. Температура срабатывания термопереключателя соответствует температуре восстановления формы. При этой температуре и выше отрезок проволоки, например, прямолинеен и его длина - AB. В точках A и B производится жесткое закрепление концов отрезка. При температурах ниже температуры срабатывания проволока обладает высокой эластичностью и под воздействием усилия деформации приобретает форму ломаной линии ACB со средой прогиба 0C, где 0 - точка приложения усилия деформации. Стрела прогиба 0C определяет рабочий ход контакта 2. Простой расчет треугольника AC0 показывает, что стрела прогиба 0C значительно больше линейного удлинения проволоки ΔAB

Т.о. при приложении деформирующего усилия по центру отрезка AB = 10 мм и при удлинении проволоки, например, на 5%, ΔAB = 0,5 мм, а 0C = 1,67 мм. Если AB = 5 мм, ΔAB и 0C равны соответственно 0,25 и 0,84 мм.The thermal switch comprises a heat-conducting, for example, metal housing 1, movable 2 and fixed 3 contacts, and a heat-sensitive element 4 made of a wire made of metal with a shape memory effect. The wire is selected sufficiently thin (for example, in the range of 0.1 - 0.15 mm) so that its tensile force at normal temperature is minimal. Reducing the force allows to reduce the dimensions of the spring, and therefore the overall dimensions of the thermal switch as a whole. To further reduce this force, the wire is stretched by deforming the length of its original shape by the spring force of contact 2 directed perpendicular to the line connecting the ends of the wire. The temperature of the thermal switch corresponds to the temperature of restoration of the form. At this temperature and above, a piece of wire, for example, is straight and its length is AB. At points A and B, the ends of the segment are rigidly fixed. At temperatures below the operating temperature, the wire has high elasticity and, under the influence of the deformation force, takes the form of a broken line ACB with a deflection medium of 0C, where 0 is the point of application of the deformation force. Deflection arrow 0C determines the working stroke of pin 2. A simple calculation of triangle AC0 shows that the deflection arrow 0C is much larger than the linear elongation of the wire ΔAB

T.O. when a deforming force is applied in the center of the segment AB = 10 mm and when the wire is elongated, for example, by 5%, ΔAB = 0.5 mm, and 0C = 1.67 mm. If AB = 5 mm, ΔAB and 0C are equal to 0.25 and 0.84 mm, respectively.

Кроме того, в соответствии с параллелограммом сил, поперечное усилие деформации в

раз, т.е. при вышеуказанных условиях в 3,28 раза меньше, чем продольное усилие.In addition, in accordance with the parallelogram of forces, the transverse strain force in

times i.e. under the above conditions, 3.28 times less than the longitudinal force.

Следовательно, во-первых, при восстановлении прямолинейной формы, т.е. исходной длины, подвижный контакт в точке соприкосновения с термочувствительным элементом перемещается на расстояние OC > ΔAB, а это означает, что использование поперечной деформации значительно увеличивает рабочий ход подвижного контакта 2, а следовательно, и надежность, например, размыкания контактов, поскольку исключает их дребезг при переключении без увеличения габаритов конструкции; во-вторых, уменьшение деформирующего усилия позволяет использовать более простые, малогабаритные пружины для необходимой деформации, что также повышает надежность работы и уменьшает общие габариты. Therefore, firstly, when restoring a rectilinear shape, i.e. of the original length, the movable contact at the point of contact with the heat-sensitive element moves to a distance OC> ΔAB, which means that the use of transverse deformation significantly increases the working stroke of the movable contact 2, and therefore the reliability, for example, opening the contacts, since it eliminates their bounce when switching without increasing the dimensions of the structure; secondly, a decrease in the deforming force allows the use of simpler, small-sized springs for the necessary deformation, which also increases the reliability of work and reduces the overall dimensions.

При продольном размещении (фиг. 3) термочувствительной проволоки 4 и оси подвижного контакта 2 оба конца проволоки крепятся на его пружинящей планке, и деформация отрезка AB может быть получена путем размещения между проволокой и пружинящей планкой контакта 2 деформирующего элемента 7. Этот элемент может быть выполнен в виде вставки различной формы или выпуклости на поверхности пружинящей планки подвижного контакта и предназначен для создания стрелы прогиба 0C и опорной точки для перемещения контакта 2 при достижении температуры срабатывания и восстановлении первоначальной длины отрезка AB. При этом, если 0A = 0B, перемещение точки B будет примерно в 2 раза превосходить 0C. При выполнении элемента 7 в виде вставки его перемещение вдоль контакта 2 позволит регулировать место приложения усилия деформации, а следовательно изменять продольное растягивающее усилие и температуру срабатывания. With the longitudinal placement (Fig. 3) of the heat-sensitive wire 4 and the axis of the movable contact 2, both ends of the wire are mounted on its spring bar, and the deformation of the segment AB can be obtained by placing deformation element 7 between the wire and the spring bar of contact 2. This element can be made in the form of an insert of various shapes or convexities on the surface of the spring plate of the movable contact and is intended to create a deflection arrow 0C and a reference point for moving the contact 2 when the temperature is reached ia and restoring the original length of the segment AB. Moreover, if 0A = 0B, the displacement of point B will be approximately 2 times greater than 0C. When performing the element 7 in the form of an insert, its movement along the contact 2 will allow to regulate the place of application of the deformation force, and therefore to change the longitudinal tensile force and the operating temperature.

Аналогично, регулировка температуры срабатывания в вариантах конструктивного исполнения фиг. 2 может производиться путем изменения угла между осью контакта 2 и проволокой термочувствительного элемента 4, поскольку при повороте скобы 5 (фиг. 2A) или рамки 6 (фиг. 2B) увеличивается длина соприкосновения проволоки с консолью контакта 2 и изменяется место приложения усилия деформации, а следовательно, усилие растяжения и температура срабатывания. Similarly, adjusting the response temperature in the embodiments of FIG. 2 can be made by changing the angle between the axis of contact 2 and the wire of the heat-sensitive element 4, since when the bracket 5 (Fig. 2A) or frame 6 (Fig. 2B) rotates, the length of contact of the wire with the console of contact 2 increases and the place of application of the deformation force changes, and therefore, tensile force and operating temperature.

Предлагаемый термопереключатель работает следующим образом. В дежурном режиме при температурах ниже температуры срабатывания контакты 2 и 3, например, замкнуты, а отрезок проволоки деформирован в виде ломаной линии путем воздействия усилия пружинящей консоли контакта 2 в вариантах фиг. 1 и фиг. 2 или элемента 7 в варианте фиг. 3. При достижении температуры срабатывания проволока термочувствительного элемента 4 теряет свою эластичность и стремится восстановить свою запомненную длину. Поскольку усилие восстановления длины выбирается больше, чем усилие деформации, проволока перемещает подвижный контакт 2 и размыкает его соединение с контактом 3, как это показано пунктиром на фиг. 1 и фиг. 3. При последующем уменьшении температуры ниже температуры срабатывания проволока опять приобретает эластичность, деформируется под воздействием усилия пружинящей консоли контакта 2 и перемещает его в обратном направлении, доводя до соприкосновения с контактом 3, что и обеспечивает его возврат к исходному состоянию дежурного режима. The proposed thermal switch operates as follows. In standby mode, at temperatures below the operating temperature, contacts 2 and 3, for example, are closed, and the wire segment is deformed in the form of a broken line by the action of the force of the spring console of contact 2 in the variants of FIG. 1 and FIG. 2 or element 7 in the embodiment of FIG. 3. When the operating temperature is reached, the wire of the thermosensitive element 4 loses its elasticity and seeks to restore its stored length. Since the force for restoring the length is selected more than the force for deformation, the wire moves the movable contact 2 and opens its connection with the contact 3, as shown by the dotted line in FIG. 1 and FIG. 3. With a subsequent decrease in temperature below the response temperature, the wire regains elasticity, deforms under the action of the spring console arm of pin 2 and moves it in the opposite direction, bringing it into contact with pin 3, which ensures its return to the initial state of standby mode.

Использование в предлагаемом термопереключателе проволоки с памятью длины, растягиваемой поперечным усилием, позволяет упростить технологию изготовления термопереключателя, легко добиться изоляции выводов от корпуса, обеспечить высокую надежность срабатывания и регулировку температуры срабатывания в малогабаритной конструкции. The use of a wire with memory of length stretched by transverse force in the proposed thermal switch makes it possible to simplify the manufacturing technology of the thermal switch, to easily isolate the leads from the housing, to ensure high reliability of operation and to adjust the operating temperature in a compact design.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 675473, кл. H 01 H 61/06, 1978.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR N 675473, cl. H 01 H 61/06, 1978.

2. Патент РФ N 2040819, кл. H 01 H 37/46, 61/06, 1993. 2. RF patent N 2040819, cl. H 01 H 37/46, 61/06, 1993.

Claims

1. A thermal switch comprising a heat-conducting housing, a contact group isolated from the housing, consisting of a movable contact made in the form of a spring bar and fixed contact (s), as well as a heat-sensitive element made of materials with a shape memory effect and mechanically acting on a movable contact, characterized in that the heat-sensitive element is made in the form of a piece of wire made of metal with a shape memory effect, both ends of the piece of wire are rigidly fixed inside the housing a, the length of the wire is set to a length memory at temperatures exceeding the mold restoration temperature, and the wire segment at temperatures below the mold restoration temperature is stretched by the spring force of the movable contact directed perpendicular to the straight line connecting the attachment points of the ends of the wire segment, and the moving effect on the movable contact is the force of the wire segment that occurs when restoring its stored length.

2. The thermal switch according to claim 1, characterized in that an additional element for attaching the ends of the wire segment is introduced, made in the form of a bracket or frame and installed in the housing with the ability to change the angle between the straight line connecting the ends of the wire segment and the axis of the spring bar.

3. The thermal switch according to claim 1, characterized in that the fastening of the ends of the wire segment is made on the spring bar, and to stretch the wire segment between it and the spring bar an additional deformation element is placed that can be moved along the axis of the spring bar.