Кіріспе
Қыздырылғанда немесе суытылғанда жиырылатын екі жақты жолақ. Биметалл жолақ – қыздырылғанда әртүрлі жылдамдықпен кеңейетін екі түрлі металдан құралған жолақ. Олар температура өзгерісін механикалық қозғалысқа айналдыру үшін қолданылады. Әртүрлі кеңеюлер салдарынан жазық жолақ қыздырылғанда бір жаққа, ал бастапқы температурадан төмен суытылғанда кері бағытқа иіледі. Жолақ қыздырылғанда термиялық кеңею коэффициенті жоғары металл қисықтың сыртқы жағында, ал суытылғанда ішкі жағында орналасады. Биметалл жолақтың авторы ретінде көбінесе 1759 жылғы үшінші теңіз хронометрі (H3) үшін, теңгерім серібіндегі температураға байланысты өзгерістерді толықтыру мақсатында жасаған он сегізінші ғасырдың сағатшысы Джон Харрисон есептеледі. Харрисонның өнертабысы Англиядағы Вестминстер аббаттығындағы оған орнатылған ескерткіште танылған.
A bimetallic strip is a strip that consists of two strips of different metals which expand at different rates as they are heated. They are used to convert a temperature change into mechanical displacement. The different expansions force the flat strip to bend one way if heated, and in the opposite direction if cooled below its initial temperature. The metal with the higher coefficient of thermal expansion is on the outer side of the curve when the strip is heated and on the inner side when cooled. The invention of the bimetallic strip is generally credited to John Harrison, an eighteenth century clockmaker who made it for his third marine chronometer (H3) of 1759 to compensate for temperature induced changes in the balance spring. Harrison's invention is recognized in the memorial to him in Westminster Abbey, England.
Тарих
Ең ерте сақталған биметалл жолақты XVIII ғасырдағы сағатшы Джон Харрисон жасаған, және оны оның өнертабысы деп есептейді. Ол оны 1759 жылғы үшінші теңіз хронометріне (H3) орнатып, теңгерім серігіндегі температуралық өзгерістерді толықтыру үшін қолданды. Бұл оның желілік маятнигіндегі жылулық кеңеюді түзетуге арналған биметалл механизмімен шатастырылмауы керек. Оның алғашқы үлгілері екі жеке металл жолақтан тұрды, олар қапталдармен біріктірілген, бірақ ол кейіннен балқытылған мысты тікелей болатқа жабыстыру әдісін ойлап тапты. Осы типтегі жолақ оның соңғы уақыт өлшегіші H5-ке орнатылды. Харрисонның өнертабысы Англиядағы Вестминстер аббаттығындағы оған арналған ескерткіште танылған.
Құрамы
Биметалл жолақта қолданылатын металдардың құрамы, олардың жылулық кеңею коэффициенттері әртүрлі болғанша өзгеріп отыруы мүмкін. Жылулық кеңею коэффициенті төмен металл кейде пассивті металл, ал қалғаны белсенді металл деп аталады. Мыс, болат, латунь, темір және никель биметалл жолақтарда жиі қолданылады. Ивар және константан сияқты металл қорытпалары да биметалл жолақтарда пайдаланылады. Материалды таңдау биметалл жолақтың жұмыс температурасы диапазонына маңызды әсер етеді, кейбіреулері 500°C дейін, ал басқалары 150°C температураға жеткенде бұзылуға ұшырайды.
Қолданбалар
Бұл эффект механикалық және электр құрылғыларының кең ауқымында қолданылады.
Сағаттар
Механикалық сағаттардың механизмдері температура өзгерісіне сезімтал, себебі әрбір бөлігінің өте шағын дәлдігі бар және бұл уақытты дұрыс көрсетуде қателіктерге алып келеді. Кейбір сағаттардың механизмдерінде осы құбылысты теңестіру үшін биметалл жолақ пайдаланылады. Ең көп қолданылатын әдіс – теңгерім дөңгелегінің шеңберлік шетіне биметалл конструкциясын орнату. Ол теңгерім дөңгелегінің шеңберлік жазықтығына қарай радиалды бағытта салмақты жылжытып, теңгерім дөңгелегінің инерция моментін өзгертеді. Теңгерімді басқаратын серіппе температураның жоғарылауымен әлсірейгенде, теңгерімнің диаметрі кішірейеді, инерция моментін азайтып, тербеліс периодын (демек, уақытты дұрыс көрсетуді) тұрақты ұстау үшін. Бүгінгі таңда ниварокс, парахром және әр брендке байланысты басқа да төмен температуралық коэффициенті бар қорытпалардың пайда болуына байланысты бұл жүйе қолданылмайды.
Термостаттар
Жылу мен салқындатуды реттеуде кең температуралық диапазонды термостаттар қолданылады. Олардың құрамында биметалл жолақтың бір ұшы механикалық түрде бекітіліп, электр қуаты көзіне жалғанады, ал екінші (қозғалмалы) ұшы электрлік контактіні ұстайды. Реттелетін термостаттарда тағы бір контакті реттеу тұтқасы немесе рычагі орналастырылады. Бұл тұтқаның орны реттелген температураны, яғни орнату нүктесін анықтайды. Кейбір термостаттарда екі электр сымына қосылған сынаптық қосқыш пайдаланылады. Механизмнің бұрышын реттеу арқылы термостаттың орнату нүктесін басқаруға болады. Қолданылуына қарай, жоғары температура контактіні ашуы (мысалы, жылытқыш басқару құрылысында) немесе жабуы (мысалы, тоңазытқыш немесе кондиционерде) мүмкін. Электрлік контактілер қуатты тікелей (мысалы, үтік сияқты) немесе жанама түрде, реле арқылы электр қуатын қосу арқылы, немесе табиғи газ бен отын майын электрмен басқарылатын клапан арқылы басқара алады. Кейбір табиғи газды жылытқыштарда қуат пилоттық жалынмен (кішкентай, үнемі жанған жалын) қыздырылатын термоэлемент арқылы берілуі мүмкін. Пилоттық жалыны жоқ құрылғыларда (көптеген заманауи газды киім кептіргіштерде, сондай-ақ кейбір табиғи газбен жылытылатын үйлер мен декоративті каминдерде) контактілерге қуатты электрондық тұтандырғышты басқаратын релеге жұмыс істеуге жеткілікті үй электр қуаты беріледі, бұл тұтандырғыш – кедергілік жылытқыш немесе электр қуатымен жұмыс істейтін ұшқын шығару құрылымы болуы мүмкін.
Термометрлер
Үй шаруалық құрылғыларында (мысалы, терраса термометрлері немесе ет термометрлері) көп кездесетін тікелей көрсеткішті диалдық термометр, ең көп таралған дизайнында спиральға оралған биметалл жолақты қолданады. Спираль металлдың кеңеюінен туындаған сызықтық қозғалысты, өзінің спираль тәрізді пішінінің арқасында дөңгелек қозғалысқа айналдырады. Спиральдың бір ұшы құрылғы корпусына бекітілген тұрақталған нүкте болып табылады, ал екінші ұшы дөңгелек индикатор ішіндегі көрсеткіш инесін қозғайды. Биметалл жолағы жазу термометрінде де қолданылады. Бреге термометрі одан да дәл нәтиже алу үшін үш металдан тұратын спиральдан жасалған.
Жылу қозғалтқышы
Жылу қозғалтқыштары ең тиімділері емес, ал екі металл жолақтарын пайдалану жылу қозғалтқышының тиімділігін одан да төмендетеді, себебі жылуды сақтайтын камера жоқ. Сонымен қатар, екі металл жолақтары қозғалыста күштің өндірілуін қамтамасыз ете алмайды, өйткені нақты иілулерге (қозғалыстарға) қол жеткізу үшін екі металл жолағының да жұқа болуы қажет, сонда ғана кеңею арасындағы айырмашылық байқалады. Сондықтан, екі металл жолақтарын жылу қозғалтқыштарында көбінесе принциптің жылу қозғалтқышын қалай қозғайтынын көрсету үшін жасалған қарапайым ойыншықтарда қолдануға болады.
Электр құрылғылары
Биметалл жолақтар тоқтың артық ағынынан қорғау үшін миниатюралық автоматтық ажыратқыштарда қолданылады. Сымнан оралған катушка биметалл жолақты қыздыру үшін пайдаланылады, ол иіліп, серіпті контактіні босататын механизмді іске қосады. Бұл тізбекті үзеді және биметалл жолақ салқындағаннан кейін қайта орнатуға болады. Биметалл жолақтар уақыттық кешіктіру релелерінде, газ пешінің қауіпсіздік клапандарында, ескі сигнал шамдарының жылулық шамдарында және люминесцентті шамдардың қосылғыштарында да қолданылады. Кейбір құрылғыларда биметалл жолақ арқылы тікелей өтетін ток оны қыздыруға және контактілерді тікелей іске қосуға жеткілікті. Ол автомобильдерде қолданылатын механикалық ШЕЖ (Шығыс ені модуляциясы) кернеу реттегіштерінде де қолданылған.