RU2151437C1

RU2151437C1 - Thermal switch

Info

Publication number: RU2151437C1
Application number: RU98119501A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ермаков; В.Н. Хачин; С.В. Хачин
Original assignee: Хачин Владимир Николаевич
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: thermal switch designed for automatic control, monitoring, check-up of various thermal processes by ON/OFF switching of electric circuit in case of deviation of monitored medium temperature from desired value, such as for fire alarms, has cylindrical case accommodating contact system of movable and fixed contact strips and heat-sensing power element. The latter is a band made of material with shape memory effect inserted between case and movable contact strip. The latter is overhanging from butt-end insulating wall of case. Novelty is that contact strips are arranged along center line of cylindrical case so that contacts open in crosswise direction relative to axis. Heat-sensing power element is, essentially, part of turn abutting against inner cylindrical surface of case with its one end fixed in position and other one loosely mounted for actuating movable contact member. Thermal switch can be implemented in two modifications with respect to versions of their mechanical design. First modification has cylindrical case made in the form of tube section and contact strips have power leads on opposite sides. In second modification, switch case is made in the form of sleeve and both contact strips have their leads brought out from one side of case. Second modification is more useful for devices where tightness of switch is essential. Heat-sensing element may be placed either in front of making point of contact strips, or on side of movable strip joint or behind making point. EFFECT: reduced lag time, facilitated manufacture. 6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического управления, регулирования и контроля различных тепловых процессов путем включения - отключения электрической цепи при отклонении температуры контролируемой среды от заданного значения, например для пожарной сигнализации. The invention relates to electrical engineering and is intended for automatic control, regulation and control of various thermal processes by turning on / off the electrical circuit when the temperature of the controlled medium deviates from the set value, for example, for a fire alarm.

Известен термочувствительный переключатель, содержащий осесимметричный корпус с торцевыми электропроводными стенками, образующими электровыводы переключателя (см. патент РФ М 2087978, МКИ H 01 H 37/40). Внутри корпуса расположены контактная система из подвижного, неподвижного контактов, термочувствительный силовой элемент (ТЧСЭ), связанный с толкателем. Подвижный контакт выполнен в виде мембраны в форме профилированного диска. Неподвижным контактом является стержень, расположенный по оси корпуса. ТЧСЭ выполнен из материала с эффектом памяти формы в виде спирали, либо в виде двух симметричных пластин, одними концами закрепленных в корпусе, а другими опирающихся на толкатель. Этот переключатель, обладая рядом преимуществ перед традиционными, биметаллическими термопереключателями, не лишен недостатков. Основной из них - инерционность, так как ТЧСЭ расположен внутри закрытого диэлектрического корпуса, обладающего низкой теплопроводностью. Кроме того, переключатель имеет сложную технологию изготовления, требуется штамповочное оборудование для изготовления крышек и мембран. Большая инерционность делает такие термопереключатели малопригодными в системах пожарной сигнализации. Known heat-sensitive switch containing an axisymmetric housing with end-conductive walls forming the electrical conclusions of the switch (see RF patent M 2087978, MKI H 01 H 37/40). Inside the housing there is a contact system of movable, fixed contacts, a heat-sensitive power element (TFCF) connected to the pusher. The movable contact is made in the form of a membrane in the form of a profiled disk. A fixed contact is a rod located along the axis of the housing. TCHSE is made of a material with the shape memory effect in the form of a spiral, or in the form of two symmetrical plates, one ends fixed in the housing, and the other supported by a pusher. This switch, having a number of advantages over traditional bimetal thermal switches, is not without drawbacks. The main one is inertia, since TCHES is located inside a closed dielectric casing with low thermal conductivity. In addition, the switch has a complex manufacturing technology; stamping equipment is required for the manufacture of covers and membranes. The large inertia makes such thermal switches of little use in fire alarm systems.

За прототип выбираем термопереключатель, частично лишенный этих недостатков (см. патент РФ N 2040816, МКИ H 01 H 37/46, 61/06). Переключатель представляет собой диэлектрическое основание, в котором закреплен неподвижный контакт в виде стержня и подвижный контакт, представляющий собой консольно закрепленную на основании упругую пластину, расположенную параллельно основанию. Основание закрыто металлическим корпусом в форме стакана. В этой конструкции подвижная контактная пластина выполняет функцию мембраны, т. е. под действием силы упругости замыкает контакт. Направление размыкания контакта параллельно оси корпуса термопереключателя. Прижимное усилие контактной пластины зависит от ее длины. Так как контактная пластина расположена поперек цилиндрического корпуса переключателя, то размеры корпуса в радиальном направлении значительно больше чем в аксиальном, то есть переключатель имеет форму таблетки. Между дном стакана и подвижной контактной пластиной расположен ТЧСЭ, изготовленный из фольговой ленты из материала с эффектом памяти формы в виде замкнутого витка с жестким соединением концов. Здесь ТЧСЭ имеет большую контактную поверхность с торцевой плоскостью металлического корпуса, что значительно снижает инерционность такого термопереключателя. Инерционность и чувствительность термопереключателей определяются размерами корпуса, толщиной его стенок и размерами ТЧСЭ. Однако уменьшение размеров в данной конструкции приводит к очень серьезному недостатку. Торцевая стенка штампованного корпуса при общих малых размерах переключателя имеет тонкие стенки, подверженные деформациям даже при складировании. Замкнутый фольговый виток ТЧСЭ очень чувствителен к деформациям торцевой поверхности корпуса, легко сминается и переключатель выходит из строя. Поэтому при транспортировке и складировании необходимо предпринимать специальные меры по штучной упаковке термопереключателей. Изготовление замкнутого витка ТЧСЭ требует применения оборудования точечной сварки, что еще более усложняет технологию изготовления. For the prototype, we select a thermal switch, partially devoid of these shortcomings (see RF patent N 2040816, MKI H 01 H 37/46, 61/06). The switch is a dielectric base in which a fixed contact in the form of a rod and a movable contact is fixed, which is an elastic plate cantilevered on the base, located parallel to the base. The base is closed by a metal case in the form of a glass. In this design, the movable contact plate performs the function of a membrane, i.e., it closes the contact under the action of the elastic force. The contact opening direction is parallel to the axis of the thermal switch housing. The clamping force of the contact plate depends on its length. Since the contact plate is located across the cylindrical case of the switch, the dimensions of the case in the radial direction are much larger than in the axial direction, that is, the switch is in the form of a tablet. Between the bottom of the cup and the movable contact plate there is a TFCF made of a foil tape made of a material with a shape memory effect in the form of a closed loop with a rigid connection of the ends. Here TCHSE has a large contact surface with the end plane of the metal case, which significantly reduces the inertia of such a thermal switch. The inertia and sensitivity of the thermal switches are determined by the dimensions of the housing, the thickness of its walls and the dimensions of the TSChE. However, the reduction in size in this design leads to a very serious drawback. The end wall of the stamped case with the general small dimensions of the switch has thin walls that are prone to deformation even during storage. The closed foil coil of the TFCF is very sensitive to deformations of the end surface of the housing, it is easily crushed, and the switch fails. Therefore, during transportation and storage it is necessary to take special measures for boxed thermal switches. The manufacture of a closed coil of TCHSE requires the use of spot welding equipment, which further complicates the manufacturing technology.

Таким образом, задачей изобретения является разработка термопереключателя, обладающего низкой инерционностью и технологичного в изготовлении. Thus, the object of the invention is the development of a thermal switch with low inertia and technological in manufacturing.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение стойкости к деформациям корпуса без увеличения его толщины и размеров. The technical result achieved by the invention is to increase the resistance to deformation of the housing without increasing its thickness and size.

Для решения этой задачи, термопереключатель, как и прототип, содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем контактной системой из подвижной и неподвижной контактных пластин и термочувствительным силовым элементом. ТЧСЭ изготовлен из ленты из материала с эффектом памяти формы и расположен между корпусом и подвижной контактной пластиной. Подвижная контактная пластина консольно закреплена в диэлектрической торцевой стенке корпуса. To solve this problem, the thermal switch, like the prototype, contains a cylindrical body with a contact system placed in it from a movable and fixed contact plate and a heat-sensitive power element. TFCF is made of a tape made of a material with a shape memory effect and is located between the housing and the movable contact plate. The movable contact plate is cantilevered in the dielectric end wall of the housing.

В отличие от прототипа, контактные пластины расположены вдоль оси цилиндрического корпуса с поперечным к оси направлением размыкания контактов. ТЧСЭ выполнен в виде части витка, прилегающего к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, одним концом закрепленного, а свободным концом установленного с возможностью воздействия на подвижный контакт. Unlike the prototype, the contact plates are located along the axis of the cylindrical body with the direction of contact opening transverse to the axis. TCHSE is made in the form of a part of a coil adjacent to the inner cylindrical surface of the housing, one end is fixed, and the free end is installed with the possibility of impact on the movable contact.

Эта конструкция термопереключателя может быть реализована в двух модификациях. В первой модификации цилиндрический корпус выполнен в виде отрезка трубы, закрытого с обоих торцов диэлектриком, и контактные пластины имеют злектровыводы с противоположных торцов. This design of the thermal switch can be implemented in two versions. In the first modification, the cylindrical body is made in the form of a pipe segment that is closed at both ends by a dielectric, and the contact plates have electrical leads from opposite ends.

Корпус термопереключателя второй модификации выполнен в виде гильзы, и обе контактные пластины выведены с одной стороны корпуса. Второй вариант предпочтительнее, когда термопереключатель работает в составе устройств, в которых предъявляются повышенные требования к герметичности переключателя. The case of the thermal switch of the second modification is made in the form of a sleeve, and both contact plates are displayed on one side of the case. The second option is preferable when the thermal switch operates as part of devices in which increased requirements are placed on the tightness of the switch.

Вдоль оси переключателя термочувствительный элемент может располагаться как до места контакта контактных пластин, со стороны крепления подвижной пластины, так и после него. Along the axis of the switch, the thermosensitive element can be located both to the point of contact of the contact plates, from the mounting side of the movable plate, and after it.

Для создания большей поверхности теплового контакта ТЧСЭ с корпусом подвижную контактную пластину в месте расположения ТЧСЭ целесообразно выполнить с изгибом, сдвигающим ее от оси к цилиндрической стенке корпуса. Изгиб изменяет упругость подвижной контактной пластины. To create a larger surface of the thermal contact of the TFCF with the housing, it is advisable to perform a movable contact plate at the location of the TFSE with a bend that moves it from the axis to the cylindrical wall of the housing. Bending changes the elasticity of the movable contact plate.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами. На фиг. 1 и 2 схематически изображены продольный разрез и поперечное сечение термопереключателя первой модификации, а на фиг. 3 и 4- второй модификации. Фиг. 5 и 6 показывают продольный разрез и поперечное сечение термопереключателя с повышенной площадью теплового контакта ТЧСЭ с корпусом. На фиг. 7, 8 представлен переключатель с пониженным рабочим усилием воздействия ТЧСЭ за счет увеличения плеча изгиба контактной пластины. The invention is illustrated in graphic materials. In FIG. 1 and 2 schematically show a longitudinal section and a cross section of a thermal switch of the first modification, and in FIG. 3 and 4 - the second modification. FIG. 5 and 6 show a longitudinal section and a cross section of a thermal switch with an increased thermal contact area of the TCHSE with the housing. In FIG. 7, 8 shows a switch with a reduced working force of the impact of the SESF due to the increase in the shoulder bending of the contact plate.

Переключатель содержит цилиндрический металлический корпус 1 с диэлектрической торцевой стенкой 2, которая переходит в диэлектрическую вставку, и в первой модификации выполнена как единая деталь, закрывающая оба торца корпуса 1. Цилиндрический корпус 1 выполнен из отрезка трубы. Во вставке 2 вдоль оси корпуса закреплены неподвижная 3 и подвижная 4 контактные пластины. Подвижная контактная пластина 4 консольно закреплена в торцевой части диэлектрической вставки 2. В конструкциях переключателей, изображенных на фиг. 1, 2, 5, 6, 7, 8 контактные пластины 3 и 4 имеют электровыводы с противоположных торцов корпуса. В конструкции на фиг. 3, 4 обе контактные пластины 3 и 4 имеют выводы с одной стороны корпуса 1, а сам корпус выполнен в виде гильзы. Односторонние выводы контактов упрощают герметизацию корпуса, т.к. герметичное уплотнение необходимо только с одной стороны. The switch comprises a cylindrical metal housing 1 with a dielectric end wall 2, which passes into the dielectric insert, and in the first modification is made as a single part covering both ends of the housing 1. The cylindrical housing 1 is made of a pipe segment. In the insert 2 along the axis of the housing fixed 3 and movable 4 contact plates. The movable contact plate 4 is cantilevered in the end part of the dielectric insert 2. In the switch designs shown in FIG. 1, 2, 5, 6, 7, 8, contact plates 3 and 4 have electrical leads from opposite ends of the housing. In the construction of FIG. 3, 4, both contact plates 3 and 4 have leads on one side of the housing 1, and the housing itself is made in the form of a sleeve. One-sided pin outs simplify case sealing because a tight seal is only necessary on one side.

Контактные пластины 3 и 4 в обеих модификациях расположены вдоль оси корпуса, а направление размыкания контакта 5 контактных пластин 3 и 4 перпендикулярно этой оси. Такое расположение контактных пластин 3 и 4 относительно корпуса 1 позволяет ТЧСЭ 6 - ленту из материала с эффектом /памяти формы выполнить в виде части витка и расположить его по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Одним концом ТЧСЭ 6 закреплен в прорези диэлектрической вставки 2, а другим, свободным концом упирается в подвижную контактную пластину 4. Термочувствительному элементу 6 задана память формы на изгиб с радиусом, большим радиуса корпуса, или на плоскость. The contact plates 3 and 4 in both versions are located along the axis of the housing, and the opening direction of the contact 5 of the contact plates 3 and 4 is perpendicular to this axis. This arrangement of the contact plates 3 and 4 relative to the housing 1 allows TFCF 6 - a tape of material with an effect / shape memory to be made as part of a turn and to position it along the inner cylindrical surface of the housing 1. One end of TFCF 6 is fixed in the slot of the dielectric insert 2, and the other , the free end abuts against the movable contact plate 4. The heat-sensitive element 6 is given a shape memory for bending with a radius greater than the radius of the housing, or on a plane.

Цилиндрическая поверхность корпуса имеет большую жесткость и менее подвержена деформациям, чем плоская поверхность в прототипе при равной толщине стенок. Термопереключатель становится менее требователен к условиям транспортировки, хранения и эксплуатации. Возможно уменьшение толщины стенки и размеров корпуса, что повышает чувствительность и быстродействие переключателя. Упрощается технология изготовления, т.к. используются типовые заготовки (отрезки трубок или гильзы), отпадает необходимость в точечной сварке. Диэлектрическая вставка изготавливается заедино с контактными пластинами в пластавтомате. Во второй модификации переключателя (фиг. 3, 4) подвижная пластина 4 после изготовления изгибается на оправке для формования подвижной возвратной пружины. The cylindrical surface of the housing has greater rigidity and is less prone to deformation than the flat surface in the prototype with an equal wall thickness. The thermal switch becomes less demanding on the conditions of transportation, storage and operation. It is possible to reduce wall thickness and housing dimensions, which increases the sensitivity and speed of the switch. Manufacturing technology is simplified, because typical workpieces are used (pieces of tubes or sleeves), there is no need for spot welding. The dielectric insert is made integrally with contact plates in the machine. In the second modification of the switch (Fig. 3, 4), the movable plate 4, after manufacturing, is bent on the mandrel to form the movable return spring.

В аксиальном направлении ТЧСЭ 6 может быть расположен как до места контакта 5 контактных пластин 3 и 4 со стороны крепления пластины 4, так и после него. В первом случае для надежного замыкания контакта требуется меньшее перемещение контактной пластины 4, но большее усилие воздействия на нее. Во втором случае, когда плечо изгиба подвижной контактной пластины увеличивается, нужны меньшие усилия, но больший рабочий ход термочувствительного элемента 6. Второй вариант расположения ТЧСЭ позволяет уменьшить размеры ТЧСЭ, что еще более уменьшает инерционность такой системы. In the axial direction TCHES 6 can be located both to the point of contact 5 of the contact plates 3 and 4 from the side of the mounting plate 4, and after it. In the first case, for reliable contact closure, less movement of the contact plate 4 is required, but a greater force is applied to it. In the second case, when the bending arm of the movable contact plate increases, less effort is needed, but a larger working stroke of the heat-sensitive element 6. The second variant of the location of the TSCE allows reducing the size of the TSCE, which further reduces the inertia of such a system.

Поверхность теплового контакта ТЧСЭ 6 с корпусом 1 может быть легко увеличена за счет ширины витка, либо за счет увеличения его длины без изменения размеров корпуса. В последнем случае, подвижную контактную пластину 4 необходимо сместить в радиальном направлении от оси корпуса. Для того, чтобы сохранить осевое расположение электровыводов переключателя, подвижную контактную пластину 4 в месте расположения ТЧСЭ 6 выполняют с П-образным изгибом (см. фиг. 5, 6) для переключателей, у которых ТЧСЭ 6 расположен до места контакта 5. Для переключателей с расположением ТЧСЭ 6 после контакта 5 изгиб пластины 4 может быть выполнен Г-образным. Изгиб пластины изменяет ее упругие качества. The thermal contact surface of TCHSE 6 with the housing 1 can be easily increased due to the width of the coil, or by increasing its length without changing the dimensions of the housing. In the latter case, the movable contact plate 4 must be shifted in the radial direction from the axis of the housing. In order to maintain the axial arrangement of the electrical terminals of the switch, the movable contact plate 4 at the location of the TFCF 6 is made with a U-shaped bend (see Fig. 5, 6) for switches in which the TFCF 6 is located up to the contact point 5. For switches with location TCHSE 6 after contact 5, the bend of the plate 4 can be made L-shaped. The bending of the plate changes its elastic qualities.

Работает термопереключатель следующим образом. В исходном положении подвижная контактная пластина 4 под действием силы упругости замыкает контакт 5. При нормальной температуре ТЧСЭ 6 имеет форму части витка с радиусом изгиба, равным внутреннему радиусу корпуса 1, а при повышении температуры выше температуры формовосстановления стремится развернуться в виток с большим радиусом изгиба либо в пластину, отжимая контактную пластину 4 и размыкая контакт 5. Для этого параметры элемента 6 и контактной пластины 4 должны быть подобраны так, чтобы усилие, развиваемое ТЧСЭ 6 в рабочем диапазоне температур, превышало усилие сопротивления контактной пластины 4. Так, например, для пожарной сигнализации температура срабатывания термопереключателя зависит от контролируемого объекта и изменяется от 56 до 93 градусов Цельсия. Температура срабатывания переключателя определяется в первую очередь составом сплава ТЧСЭ. При заданном материале и размерах ТЧСЭ дополнительную регулировку температуры срабатывания термопереключателя осуществляют, изменяя прижимное усилие контактной пластины 4 путем изменения толщины пластины или регулировкой длины рычага, т.е. длины пластины 4. Возможна также температурная регулировка за счет изменения плеча усилия, развиваемого элементом 6, путем изменения его места расположения в аксиальном направлении. При охлаждении переключателя ТЧСЭ 6 вновь принимает форму части витка с меньшим радиусом изгиба, и контактная пластина 4 под действием силы упругости замыкает контакт 5. The thermal switch operates as follows. In the initial position, the movable contact plate 4 closes contact 5 under the action of an elastic force. At normal temperature, the TFCF 6 has the shape of a part of a coil with a bending radius equal to the inner radius of the housing 1, and when the temperature rises above the temperature of the shape recovery, it tends to turn into a coil with a large bending radius or into the plate, pressing the contact plate 4 and opening the contact 5. For this, the parameters of the element 6 and the contact plate 4 must be selected so that the force developed by the TFCF 6 in the working range The temperature exceeded the resistance force of the contact plate 4. So, for example, for a fire alarm, the temperature of the thermal switch depends on the controlled object and varies from 56 to 93 degrees Celsius. The response temperature of the switch is determined primarily by the composition of the alloy. For a given material and dimensions of the TCE, an additional adjustment of the temperature of operation of the thermal switch is carried out by changing the pressing force of the contact plate 4 by changing the thickness of the plate or by adjusting the length of the lever, i.e. the length of the plate 4. It is also possible temperature adjustment by changing the arm of the force developed by the element 6, by changing its location in the axial direction. When the switch is cooled, TFCF 6 again takes the form of a part of a coil with a smaller bending radius, and the contact plate 4 closes contact 5 under the action of an elastic force.

Выше описана конструкция и работа термопереключателя, работающего на размыкании контакта, замкнутого при нормальных условиях. При смене места расположения неподвижного контакта относительно подвижного переключатель будет работать на замыкании контакта. The design and operation of a thermal switch operating on opening a contact closed under normal conditions are described above. When changing the location of the fixed contact relative to the moving switch, the switch will work on closing the contact.

Claims

1. A heat-sensitive switch comprising a cylindrical metal case with a contact system of movable and fixed plates, closed by a dielectric end wall, in which a movable contact plate is cantilevered, and a heat-sensitive power element (TFCF) made of a material with a shape memory effect and located between a housing and a movable contact plate, characterized in that the contact plates are located along the axis of the cylindrical body with a direction transverse to the axis contacts contiguity and TCHSE formed as a loop portion adjacent to the inner cylindrical surface of the housing, one end fixed and the free end of the set to act on the movable contact plate.

2. The thermosensitive switch according to claim 1, characterized in that the housing is made of a pipe segment that is closed at both ends with a dielectric, and the contact plates have electrical leads from opposite ends of the housing.

3. The thermosensitive switch according to claim 1, characterized in that the housing is made in the form of a sleeve and contact plates are displayed on one side of the housing.

4. The thermosensitive switch according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the TSSE in the axial direction is located to the contact point of the contact plates from the mounting side of the movable contact plate.

5. The thermosensitive switch according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the TSSE in the axial direction is located after the contact point of the contact plates.

6. The thermosensitive switch according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the movable contact plate at the location of the TSCE is made with a bend that moves it from the axis to the cylindrical wall of the housing.