Bimetalliliuska koostuu kahdesta eri lämpölaajenemiskertoimen omaavasta metallista, jotka on liitetty yhteen koko liuskan matkalta. Lämpötilan muuttuessa toinen metalli laajenee toista enemmän ja liuska alkaa taipua. Selvästi yleisimmät materiaalit bimetalliliuskojen valmistuksessa ovat teräs ja kupari. Metalliliuskat kiinnitetään toisiinsa tiukasti joko valssaamalla, hitsaamalla tai tukevasti niittaamalla.

Elektroniikassa bimetalliliuskan taipumista lämpötilan funktiona hyödynnetään sekä piirien sulkemiseen, että aukaisemiseen. Bimetalliliuskaa käytetään suojaamassa muita komponentteja vikatilanteessa, lämpökytkimenä laitteissa joiden halutaan toimivan vain tietyissä lämpötiloissa sekä mittalaitteissa kompensoimaan lämpölaajenemisen aiheuttamaa virhettä. Bimetalliliuskaa käytetään myös analogisissa mittareissa.[1]

Historia


Englantilainen kellonrakentaja John Harrison keksi bimetalliliuskan 1700-luvun puolivälissä kehittäessään erittäin tarkkaa kelloa eli kronometriä. Harrison kumosi bimetalliliuskan avulla lämpötilan vaikutukset kellon koneistossa, jolloin hän sai kellon käymään tarkemmin lämpötilasta riippumatta.

Käyttökohteita

Bimetalliliuskan sovelluksia elektroniikassa.

Automaattisulake

Bimetalliliuskaa voidaan käyttää automaattisulakkeessa irroittamaan kuorma piiristä vikatilanteessa. Virran kasvaessa oikosulkutilanteessa bimetalliliuska kuumenee, jolloin liuska alkaa taipua ja kytkin aukeaa. Tämän tyyppisessä automaattisulakkeessa ilmenee aina hieman viivettä, sillä bimetalliliuskan lämpötilan on kohottava riittävästi aiheuttaakseen piirin katkeamisen. Vikavirran ollessa pieni kestää piirin katkaisussa kauemmin. Bimetalliliuska on luotettava ja taloudellinen vaihtoehto, sillä vikatilanteen poistuttua liuska jäähtyy ja palautuu takaisin alkuperäiseen asentoonsa. Tämän jälkeen sulake voidaan asettaa jälleen toimintakuntoon kääntämällä kytkin uudelleen päälle.[2]

Lämpötilakytkin (termostaatti)

Termostaatin avulla pystytään ohjaamaan laite toimimaan halutulla lämpötilavälillä. Mekaanisissa termostaateissa bimetalliliuska toimii lämpötila-anturina, joka laitteesta riippuen katkaisee virran lämpötilan kohotessa tai laskiessa säädetyn rajan yli. Bimetalliliuska on yleensä kierretty spiraalimaiseksi rullaksi, jotta liuska reagoi tarkemmin lämpötilan muutokseen. Esimerkiksi sähkökiukaan termostaatti voi sisältää bimetallianturin, joka katkaisee kiukaalle menevän kuormavirran löylyhuoneen lämpötilan ylittäessä säädetyn arvon.

Suojakytkin (lämpörele)[3]

Lämpörele tarkkailee moottoria tai muuta laitetta ja pyrkii havaitsemaan erilaiset vikatilanteet. Vikatilanteessa laite ottaa joko liian suurta virtaa tai virtaa liian kauan. Tällöin bimetalliliuskan läheisyyteen liitetty lämmitysvastus lämmittää bimetalliliuskaa joka taipuu vapauttaen kytkimen. Kytkimen vapautuminen irroittaa kontaktin, jolloin kuormavirta katkeaa.[4]

Lämpörelettä käytetään muun muassa öljypolttimen tarkkailijana, joka estää poltinta käynnistymästä vikatilanteen aikana. Häiriötilanteessa lämmitysvastuksen läpi kulkeva virta lämmittää bimetallliliuskaa, joka taipuu ja katkaisee virtapiirin. Kontaktin aukeaminen sytyttää releen ulkopuolella olevaan kytkimeen merkkivalon, jonka avulla releen voi uudelleen aktivoida bimetallikomponentin jäähdyttyä.

Tutkimani lämpörele on Danfossin valmistama malli TYPE 57H1, jonka toiminta perustuu bimetalliliuskan taipumiseen vikatilanteen aikana.

poksi.jpg
Koteloitu lämpörele, punaisesta kytkimestä rele asetetaan uudelleen toimintakuntoon.

kiinni10.JPG
Lämpörele laitteen toimiessa.

auki10.JPG
Lämpörele vikatilanteessa.

Loisteputken sytytin

Loisteputken sytyttäminen vaatii selvästi käyttöjännitettä korkeamman jännitteen. Tämä niin sanottu purkausjännite saadaan aikaan sytyttimen ja kuristimen(rautasydäminen kela) avulla. Kytkimen ollessa auki sytyttimessä olevat bimetallikärjet ovat auki. Kun kytkin suljetaan kärkien välillä tapahtuu sähköpurkaus, joka lämmittää bimetallikärkiä ja kontakti sulkeutuu. Virta alkaa kulkemaan kuristimen ja lampun lämmitysvastuksien kautta ja bimetalli alkaa jäähtymään. Hetken kuluttua kontakti aukeaa ja kuristimen magneettikenttään varastoitunut energia purkautuu. Purkautuneen energian seurauksena loisteputken päiden välinen jännite on riittävä ja lampun sisällä tapahtuu läpilyönti, joka sytyttää lampun.[5]
  1. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Bimetallic_strip , viitattu 21.1.2010
  2. ^ http://www.tpub.com/neets/book3/8i.htm , viitattu 21.1.2010
  3. ^ http://books.google.fi/books?id=OtFy-3DvMRcC&pg=PA126&lpg=PA126&dq=bimetallic+relay&source=bl&ots=GRw3V89bTa&sig=DmyYd_1M9j-EZCBxIeDpx-zp9Ds&hl=fi&ei=6UJoS7TUNpPumgPo_-nCBg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=6&ved=0CB4Q6AEwBTge#v=onepage&q=bimetallic%20relay&f=false , viitattu 2.2.2010
  4. ^ http://gallia.kajak.fi/opmateriaalit/yleinen/honHar/ma/SVTEK_S%C3%A4hk%C3%B6moottorit_1.pdf , sivu 9 viitattu 1.2.2010
  5. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Loistelamppu , viitattu 1.2.2010