温控器-工作原理

——压力式温控

既然根据金属热胀冷缩的原理，可以设计出双金属温度开关，人们不禁要问那么能不能利用其他物体的这种特性来做成温度开关呢？回答是肯定的，压力式温控开关就是利用了气体受热膨胀，压力增大来实现开关的功能的。

压力温控开关在工业领域应用很广，主要是因为它的输出力比较大，而且不用电源，完全是气体，符合本征安全的要求。但是由于其体积比较大，所以不适合于一般的小家电，家用一般用于冰箱和空调。

一般的冰箱就是利用压力温度开关来维持冰箱的恒定温度的。下面我们通过介绍它，来说明一般的压力温控开关的工作原理。

——冰箱温控器的工作原理

温度调节旋钮和凸轮是用来设定冰箱平均温度的。在封闭的温包中装有气液共存的“湿饱和蒸汽”，一般是制冷剂磠甲烷或氟里昂，因为它们的沸点比较低，受热容易气化和膨胀。通过毛细管，温包和膜盒相连，这个膜盒是用特殊材料做成的，极具弹性。开始杠杆一端的电触点没有闭合，当温度升高时，温包内的饱和蒸汽，受热膨胀，压力增大，通过毛细管的传压，使得膜盒也胀大起来。从而推动杠杆克服弹簧的拉力产生的力矩逆时针转动，当温度达到一定程度时，触点闭合，冰箱压缩机开始工作，进行制冷。当温度降低时，饱和气体收缩，压力降低，触点断开，停止制冷。如此循环，把冰箱温度恒定在一定范围之内而且节省了电能。

其实这种控制的精度也不高，现在市场上高档的冰箱和空调一般利用变频调节。但是由于价格便宜，原理简单，老式的调节方式还是很受欢迎的。

饭熟自动把温保，胜似雇个家务嫂

——热敏铁氧体温控

在家用电饭煲中有两种温度开关，一种就是前面提到的，双金属温度开关，它可以不停地通断，用来对煮熟的米饭进行保温，还有一种温度开关是用“热敏铁氧体”做成的，它能实现只接通一次，可以使电饭煲煮饭温度高于一百多度后断开，不再接通。因为米汤煮沸后，焖锅一阵子就可以，过多通断反而会把饭煮糊。有类似的温度控制要求的场合也很多，都可以利用“热敏铁氧体”温度开关来实现。

所谓“热敏铁氧体”是一种化学物质，类似于磁棒，对温度很敏感，在一定温度下能被磁铁吸引，而高过一定温度就对磁性不敏感了，这个温度可以由改变其组成的化学成分的比例而改变，所以温度设定十分方便。在电饭煲中，这个温度一般设定为略高于一百度。如下图所示，开始煮饭时，我们将按钮压下，通过杠杆，热敏铁氧体和磁铁结合在一起，由于弹簧的作用力，电节点闭合，开始煮饭，热敏铁氧体通过与锅底接触其温度也升高，当温度升高到一百多度时，其和磁铁之间的吸引力消失，压着杠杆往下掉，作用于下面的金属片，把电节点断开，煮饭结束，进入保温阶段。以后的温度控制就交给双金属温度开关了，因为一来，米饭保温不会有这么高的温度，二来即使温度够恢复了磁性，还是难以克服其本身的重力的。

电饭煲煮饭温度开关

当然我们从上边的原理分析可以看出，如果要它实现多次通断也是很方便的，但是不免有点“大材小用”的感觉。

电饭煲煮饭温度开关

直线膨胀一点点，弯曲变形真明显

——双金属温控

在日常生活中，温度开关可能是人们接触最多也是最简单的控制元件了，所谓温度开关就是根据所要控制的对象的温度来决定通断的开关，我们在很多小家电中经常能看到它的身影。根据其动作原理不同我们可以将它分为双金属式，压力式和热敏铁氧体式几种，我们将对它们进行逐一介绍。这里先介绍双金属温度开关。

各种金属都有热胀冷缩的特性，而不同金属随着温度变化的膨胀系数不一样，双金属温度开关就是根据这个原理来工作的。在下面的动画中，我们可以看到双金属片是怎样控制电路通断的。

动画的解释如下：双金属片由上面的“高锰合金”和下面的“殷钢”组成。前者的膨胀系数是后者的好几十倍，分别称为“主动层”和“被动层”，在正常温度下图中的弹簧片的触点和主动层的触点是接触的，整个电路处在接通状态。温度升高时，主动层膨胀的比被动层多，双金属片向下弯曲，温度升高到一定程度时，电路断开。冷却到一定程度双金属片伸直，电路接通。反之，我们同样可以解释温度降低的情况。图中的调温旋钮是来调节通断时的平均温度的。

这种温度开关的特点是简单便宜，但是精度不高，电熨斗，电暖瓶和电烘箱中的温度开关就是这个原理。除了设计温度开关外，根据同样的原理，人们还可以设计出双金属温度计。荧光灯中的起辉器也是借助这个方法来实现电路通断为整流器产生瞬间高压的。这种开关还有动作时间慢的缺点，只适合于小电流设备，因为电流大的场合开关的过慢动作会形成电火花，影响触点的功能。人们想出了其他办法来加快开关动作速度。一种是在触点旁安放磁铁，使得触点难以断开而易于闭合。还有一种方法就是把双金属片设计成蝶形的，触点要动作必须克服其内部应力，产生快速变形，从而实现快速通断。但是速动开关也有缺点，就是延时太大，控制不够及时，就会大大影响控制效果。所以我们要根据不同的控制要求来加以选择。

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