热双金属资料

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热双金属的性能指标
线性温度范围示意图
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热双金属的性能指标
2.可用温度范围
该温度范围比线性温度范围大一些， 在该温度范围内，自由变形的热双金属不 发生残余变形。在超出线性温度范围的允 许使用温度范围内，由于热双金属组元材 料膨胀系数发生较大的变化，热双金属的 热敏感性降低，但仍然可以使用。该温度 一般低于材料的居里温度，由于达到居里 温度时，材料的结构发生变化，性能也产 生变化。
温曲率
比弯曲
弯曲常数
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热双金属的性能指标
温曲率（F，Flexivity or Specific Curvature） 温曲率（ F ）是单位厚度的热双金属片， 每变化单位温度时其纵向中心线的曲率变化。 当热双金属片的厚度大于等于0.3mm时， 温曲率的测量方法采用简支梁法 。 小于0.3mm时采用平螺旋法测量。 温曲率是热双金属的一个关键指标。
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热双金属的性能指标
简支梁法测量温曲率的测量示意图
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热双金属的性能指标
温曲率（F）计算公式：
8 D2 D1 F 2 2 2 2 T2 T1 L 4D2 4 D2 L 4D1 4D1
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热双金属的性能指标
6.弹性模量
弹性模量是指在热双金属弹性极限内， 其应力与相应的应变之比。 热双金属一个重要指标之一，在计算热 双金属的热力时需要用到弹性模量。 弹性模量由材料的成份和变形量所确定。
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热双金属的性能指标
7.最大负荷应力 最大负荷应力是指热双金属在使用时，不 产生残余变形和永久变形的最大负荷应力。 在室温到200℃范围内大部分热双金属材料 的最大负荷应力约为200N/mm2。 热双金属的最大负荷应力随温度的升高而 降低，在使用时需要引起注意。



δ ——试样厚度，单位为毫米（mm）； D1 、 D2 —— 温度为 T1 和 T2 时的试样两支点间中点位置的垂直位 移，单位为毫米（mm）； L——试样测量长度(两支点间的长度)，单位为毫米（mm）； T1、 T2——测量初始、终了温度，单位为摄氏度（℃）；
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热双金属的性能指标
温曲率和比弯曲的差异 由于比弯曲在测量时一端固定，其测量过 程受其固定端的夹持力和夹持方式影响，测 量数据的重复性和复现性不是很好，而温曲 率采用几乎无约束的测量方式，其测量的重 复性和复现性（GR&R)都比较好。
目前大部分国家的标准和行业标准及公司 标准都采用温曲率指标作为热双金属的热敏 感性考核指标，以比弯曲作为参考指标。
热双金属的性能指标
比弯曲(K，Specific Deflection)
比弯曲(K)是一端固定的单位厚度 和单位长度的热双金属片，当温度变 化1℃时，其自由端的挠度变化。 比弯曲采用悬臂梁法测量。
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热双金属的性能指标
比弯曲测量示意图
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TB 20110
电阻率整数值(μΩ·cm) 比弯曲的整数值(×10-6/℃） 热双金属代号Thermostat Bimetal
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热双金属的牌号
佛山精密电工合金有限公司（FEPAC) 热双金属牌号示例：
FPA 721-110
电阻率整数值(μΩ·cm) 主动层代号 佛山精密热双金属的代号
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热双金属的性能指标
1.线性温度范围 由于热双金属组元合金的膨胀系数与温 度变化的关系并不呈线性变化，热双金属 的弯曲位移随着温度的升高并不呈线性增 加，但在一定温度范围内，热双金属的实 际位移与用温曲率指标算出的位移相比， 变化不超过±5％，在这个范围内热双金属 的弯曲变化基本上是线性的，我们称这个 温度范围为线性温度范围。
高敏感型
(温曲率在30×10－6/℃以上）
如： FPA721系列 中敏感型 低敏感型 (温曲率在15~30×10－6/℃范围）
如： FPA206系列、FPA223系列等 (温曲率在15×10－6/℃以下）
如： FPA982-2、FPA258－60等
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热双金属的分类
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热双金属的分类
按使用温度特性分：
高温型
如FPA223-70、FPA206-70、FPA258-70、 FPA206-9等 中温型
如FPA721-110、FPA223-80、FPA206-78等
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热双金属的分类
按热敏感特性分：
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热双金属的主动层合金
膨胀系数特性
主动层合 金的膨胀 系数随温 度变化关 系图
33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 93℃ 149℃ 260℃ 371℃ Mn72Cu18Ni10 Ni22Cr3 Ni20Mn6 Ni18Cr11 Ni19Cr2
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热双金属的性能指标
8.其它指标
硬度
比热
热导率
密度
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热双金属的应用
设计一个热双金属元件，需考虑以下因素： 1、元件承受的电流等级； 2、工作温度； 3、元件将经受的最高温度； 4、位移或力的要求，或两者的结合； 5、空间限制； 6、工作条件等。
热双金属的牌号
目前对热双金属的牌号并没有一个统一的 编号规则，各国和各生产厂家都有自己的牌号 编制方法。
美国ASTM B388：2006《热双金属带材》牌号
TM1、TM2、……、TM36
热双金属代号 Thermostat Metal 流水号
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热双金属的牌号
德国DIN 1715：83《热双金属》牌号示例：
热双金属的性能指标
比弯曲(K)计算公式：
f f1 f1 2 K 2 2 2 T2 T1 L (f f1 ) (f f1 ) L f1 f1
δ ——试样厚度，单位为毫米（mm）； f1——温度为T1时的挠度，单位为毫米（mm）； L——试样测量长度，单位为毫米（mm）； T1 、 T2——测量初始、终了温度，单位为摄氏度（℃）； Δ f——测量温度为T2和T1时试样的挠度差，单位为毫米（mm）
复合 三层复合
受热
受热
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热双金属的组元合金
高膨胀层（HES）
膨胀系数较高的一层组元合金 低膨胀层（LES） 膨胀系数较低的一层组元合金 中间层（MID) 夹在主动层和被动层之间材料
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热双金属的主动层合金
热双金属的主动层合金要求膨胀系数大， 熔点高，复合性好，弹性模量与被动层合金相 差不大。可作为主动层材料的合金很多，有铁 镍铬、铁锰镍、锰铜镍、纯镍、纯铁、黄铜、 青铜及不锈钢等。 常用的主动层合金一般包括 Mn72Cu18Ni10、Ni22Cr3、Ni20Mn6、 Ni18Cr11、Ni19Cr2和Ni25Cr8等高膨胀合金。
12
膨胀系数,ppm/℃
因瓦合金的 膨胀系数随 温度变化很 大
10 8 6 4 2 0 93℃ 149℃ 260℃ 371℃ 温度
定膨胀合金 的膨胀系数 基本不变
Ni50 Ni45 Ni42 Ni40 Ni39 Ni36
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热双金属的中间层合金
为了得到不同电阻率的热双金属， 通常在主、被动层之间加入电阻率 很低的金属材料，这些材料一般包 括纯镍、纯铜（紫铜、无氧铜）和 锆铜等，主要控制热双金属的电阻 率。
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热双金属的应用
热双金属牌号和规格的确定 1.根据使用温度确定热双金属的温度类型 中温型、高温型 2.根据动作空间、动作位移、电流等级、脱 扣力等因素通过计算确定热双金属的牌号、 规格和形状。 高灵敏型、中灵敏型、低灵敏型 3.根据计算的结果进行装机验证确认。
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热双金属的标记
公司牌号及蚀印标记示例：
公司 牌号 蚀印标记 佛山精密 FEPAC FPA721-110 FPA721-110 法国 IMPHY 108SP MY 108SP/IUP 108SP 德国 AUERHAMMER TB208/110 AMW TB208/110 美国 EMS（ TI) P675R TRUFLEX P675R 美国 PMC 721-675 PMC 721-675
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热双金属的性能指标
5.电阻率
电阻率是热双金属的一个重要指标，当热 双金属不直接通电加热时，电阻率的影响较小。 但是当热双金属直接通电加热时，电阻率是一 个非常重要的指标，发热量与电阻率成正比， 这将直接影响热双金属的动作特性，也影响到 可通电流的大小。 电阻率是选择电流等级的一个重要指标。
膨胀系数
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热双金属的被动层合金
热双金属的被动层合金一般都是膨胀系 数 很 低 的 镍 铁 合 金 。 在 1896 年 科 学 家 Guillaume 发明了因瓦合金，在室温下，其 膨胀系数非常低，仅约1.2×10-6/℃，为热双 金属的开发打下了基础。 常 用 的 被 动 层 合 金 一 般 包 括 Ni36Fe 、 Ni39Fe、Ni40Fe、Ni42Fe、Ni45Fe和Ni50Fe 等低膨胀合金或定膨胀合金。
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热双金属的标记
公司牌号及蚀印标记示例：
带有公司标记
没有公司标记
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热双金属的性能指标
序号 指标名称 1 线性温度范围(maximum sensitivity range) 2 最高使用温度(maximum recommended temperature) 温曲率(flexivity/specific curvature) 3 比弯曲(specific deflection) 4 电阻率(electrical resistivity) 5 弹性模量(modulus of elasticity) 6 比热（specific heat) 7 密度(density) 8 硬度(hardness) 9 热导率(thermal conductivity) 10 应力极限(maximum admissible stress)
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热双金属的被动层合金
因瓦合金（INVAR)
14 12
镍的含量 对铁镍合 金的膨胀 系数影响 很大
膨胀系数, ppm/℃
10 8 6 4 2 0
20 30 40 50 60 70 80 90 镍含量,%
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热双金属的被动层合金
膨胀系数特性
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热双金属在低压电器的 设计应用及常见问题分析
霍志文 佛山精密电工合金有限公司 2008.03
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热双金属的定义
热双金属是由两种或两种以上不同膨胀 系数的金属或合金沿整个接触面牢固复合在 一起组成的，具有随温度变化而发生形状变 化的复合功能材料。
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热双金属的性能指标
3.最高使用温度
热双金属发生再结晶的温度。在超过 该温度使用时，热双金属组元合金的晶粒 将发生再结晶转变，并开始软化，热双金 属将不能正常使用。
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热双金属的性能指标
4.热敏感性指标 热双金属的热敏感性能有三种表示方法：
按电阻特性分：
电阻型
高灵敏721电阻系列
中灵敏223电阻系列 中灵敏206电阻系列
如：FPA721－5、 FPA721－8
如：FPA223－25、 FPA223－35 如： FPA206－11、 FPA206－9
非电阻型
如： FPA206－78、FPA223－80等
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