Терморегулятор

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для регулировки температуры, точнее к автоматическим терморегуляторам, с использованием биметаллической пластины.
Известен магнитный переключатель (патент DE 29617781, опубликован 06.02.1997), содержащий переключающий магнит для температурно-зависимого выключателя, в частности регулятора комнатной температуры, с биметаллической планкой, закрепляемой к регулировочному рычагу, который крепится на монтажной плате, установленной в корпусе. К биметаллической пластине закреплен якорь, который взаимодействует с контактами, закрепленными на монтажной плате. К якорю закреплен токопровод.
Однако известное техническое решения обладает низкой надежностью.
Наиболее близким из известных является магнитный терморегулятор (патент DE 19801258, опубликован 18.11.1999), в котором положение биметаллической пластины определяются притяжением постоянного магнита и комнатной температурой, действующей на биметаллическую пластину. Изогнутая биметаллическая пластина механически соединена с контактной пружиной таким образом, что она смещает контактную пружину поперек ее продольного направления либо в первое положение электрического контакта, либо во второе положение электрического контакта. Постоянный магнит закреплен непосредственно на биметаллической пластине. В непосредственной близи от магнита расположен ферромагнитный упор, прикрепленный к монтажной пластине, с возможностью регулировки расстояния до магнита.
Тем не менее, недостатком известной конструкции также является низкая надежность.
Целью заявляемой полезной модели является устранение выявленного недостатка для достижения следующего технического результата: повышение надежности конструкции.
Поставленная цель достигается следующим образом: терморегулятор содержит корпус, базовую пластину, изогнутую биметаллическую пластину, пластину рычага, регулировочный рычаг, постоянный магнит, контактную пластину подвижную, пластину электрического вывода, контактную пластину неподвижную и регулируемый цилиндрический ограничитель, где базовая пластина закрепляется в корпусе, на базовой пластине закреплен регулировочный рычаг, соединенный с пластиной рычага, которая в свою очередь соединена с изогнутой биметаллической пластиной, имеющей соединение с контактной пластиной подвижной, закрепленной к базовой пластине при помощи пластины электрического вывода, также на монтажной плате закреплена контактная пластина неподвижная и регулировочный цилиндрический ограничитель, обладающий ферромагнитными свойствами, при этом постоянный магнит закреплен на изогнутой биметаллической пластине, характеризующийся тем, что базовая пластина выполнена в виде монтажной платы из фольгированного плоского диэлектрического материала с нанесенным токопроводящим рисунком электрической схемы, при этом дополнительно содержит выключатель и клеммник, выводами соединенные с токопроводящими дорожками электрической схемы, ведущими к выводам контактной пластины неподвижной и к выводам клеммника, при этом токопроводящие дорожки выполнены с изгибом в плоскости поверхности монтажной платы, их ширина превышает ширину диэлектрического промежутка между ними.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что ширина токопроводящего рисунка электрической схемы, содержащего выключатель и клеммник, превышает ширину диэлектрических промежутков более чем вдвое.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что дополнительно содержит стабилизирующий резистор, выводами соединенный с токопроводящим рисунком электрической схемы монтажной платы.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что дополнительно содержит выключатель, выводами соединенный с токопроводящим рисунком электрической схемы монтажной платы.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что клеммник выполнен в виде клеммной колодки.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что контактная пластина подвижная, выполнена из меди.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что пластина электрического вывода, выводами соединенная с токопроводящим рисунком электрической схемы монтажной платы, выполнена из латуни.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что контактная пластина неподвижная, выводами соединенная с токопроводящим рисунком электрической схемы монтажной платы, выполнен из латуни.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что в качестве диэлектрического материала применен текстолит.
Терморегулятор, в частности может характеризоваться тем, что угол изгиба составляет 135°±10%.
Терморегулятор, в частности, может характеризоваться тем, что ширина токопроводящих дорожек выключателя и клеммника составляет от 5 до 9 мм, с диэлектрическим промежутком между ними от 1 до 3 мм.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний вид заявляемого изделия; фиг. 2 - схематично показано взаимное расположение основных элементов; фиг. 3 - представлен вид тыльной стороны базовой пластины.
Цифрами обозначено:
1. Корпус
2. Базовая пластина
3. Изогнутая биметаллическая пластина
4. Пластина рычага
5. Регулировочный рычаг
6. Постоянный магнит
7. Контактная пластина подвижная
8. Пластина электрического вывода
9. Контактная пластина неподвижная
10. Регулируемый цилиндрический ограничитель
11. Соединение изогнутой биметаллической пластины и пластины рычага
12. Соединение контактной пластины подвижной и пластины электрического вывода
13. Шлиц цилиндрического ограничителя
14. Контакт подвижной пластины
15. Контакт неподвижной пластины
16. Паз для установки постоянного магнита
17. Выключатель
18. Клеммная колодка
19. Токопроводящие дорожки электрической схемы
Представленный терморегулятор устроен следующим образом.
В корпусе (1), изображенном на фиг. 1 (как правило, выполненным из пластмассы) монтируется базовая пластина (2) (как правило, из диэлектрического материала). На базовой пластине крепится регулировочный рычаг (5), который при помощи пластины рычага (4) закрепляется к изогнутой биметаллической пластине (3) в месте (11). Изогнутая биметаллическая пластина имеет соединение с контактной пластиной подвижной (7), которая в свою очередь крепится к пластине электрического вывода (8) в месте (12). На изогнутой биметаллической пластине закрепляется постоянный магнит (6), располагаемый в пазе (16) напротив регулируемого цилиндрического ограничителя (10), который является закрепленным на базовой пластине. Паз может быть выполнен, например, штамповкой или выборкой металла. Для регулировки притяжения магнита и регулируемого цилиндрического ограничителя, ограничитель выполняется со шлицем (13). На базовой пластине также крепится контактная пластина неподвижная (9), имеющая контакт (15), расположенный напротив контакта (14). Корпус может быть выполнен коробчатым, с закрывающейся задней стенкой на защелках, с крепежными отверстиями на задней стенке.
Представленный терморегулятор действует следующим образом.
Терморегулятор - элемент автоматического регулирования отопительного оборудования. Поддерживает температуру на уровне, заданном потребителем. Используются, в частности в установках искусственного климата, в системах обогрева помещений, в тепличном хозяйстве. В терморегуляторе биметаллическая пластина при достижении определенной температуры выгибается и через рычаг размыкает контакт электрической цепи. Такие терморегуляторы используются для защиты оборудования от перегрева.
Изогнутая биметаллическая пластина представляет собой изогнутый отрезок ленты. Изогнутая биметаллическая пластина является чувствительной к перепадам температуры, вследствие которых меняет свои линейные размеры. На корпусе терморегулятора присутствует ручка регулировочного рычага с нанесенными рисками температурных значений. При вращении ручки изменяется положение изогнутой биметаллической пластины в корпусе. В крайнем правом положении ручки (низкие значения температуры), изогнутая биметаллическая пластина располагается ближе к регулируемому цилиндрическому ограничителю, а в крайнем левом положении (высокие значения температур), изогнутая биметаллическая пластина смещается в противоположную сторону.
Терморегулятор может включаться в разрыв нагревательных электрических приборов (например, обогреватели, системы теплый пол и так далее). В случае замыкания контактов подвижной и неподвижной пластин (14) и (15), замыкается электрическая цепь, терморегулятор становится проводником электрического тока, за счет наличия токопроводящих дорожек электрической схемы (19), за счет чего включаются нагревательные электрические приборы, и происходит нагрев воздуха. В данном случае токопроводящий рисунок состоит из токопроводящих дорожек. Под воздействием высокой температуры, длина изогнутой биметаллической пластины начинает увеличиваться, происходит движение изогнутой биметаллической пластины в плоскости базовой пластины (на фиг. стрелками показано перемещение биметаллической пластины), за счет чего разрывается контакт подвижной контактной пластины и контактной пластины неподвижной. При разрыве электрической цепи, выключаются электрические приборы, температура воздуха начинает падать, за счет чего изогнутая биметаллическая пластина уменьшается в длине, происходит ее смещение, контакт вновь замыкается. Смещению биметаллической пластины также препятствуют магнитные силы, за счет взаимодействия постоянного магнита и регулируемого цилиндрического ограничителя, выполненного из ферромагнитного материала. Регулировкой положения регулируемого цилиндрического ограничителя, относительно магнита, можно повышать точность функционирования заявляемой конструкции.
Терморегулятор может располагаться на стене, для чего в корпусе могут быть предусмотрены крепежные отверстия. Для циркуляции воздуха внутри терморегулятора, в нем должны быть предусмотрены вентиляционные отверстия, при этом должно быть как минимум два отверстия, расположенных сверху и снизу на противоположных стенках, обеспечивающие свободное прохождение воздуха, что обеспечит своевременное реагирование биметаллической пластины на изменение температуры.
Контактная пластина, может быть выполнена из меди. Медь обладает высокой электропроводимостью, что позволяет сделать ее более тонкой, за счет чего контактная пластина более гибкая и меньше деформируется, что ведет к долговечности изделия. Пластина электрического вывода и контактная пластина неподвижная, соединяемые с токопроводящим рисунком, могут быть выполнены из латуни, как прочного материала, обеспечивающего надежность конструкции.
На базовой пластине может располагаться клеммная колодка (18), соединяемая с токопроводящим рисунком, которая позволяет монтировать сетевые провода и провода подключения нагревательной аппаратуры. В случае необходимости провода могут быть легко извлечены для замены, что повышает ремонтопригодность и надежность изделия. Также на базовой пластине может располагаться выключатель (17), соединяемый с токопроводящим рисунком, за счет которого можно производить принудительный разрыв цепи. Принудительное выключение терморегулятора обеспечивает его повышенную долговечность (а значит и надежность), за счет снижения общего времени эксплуатации. Схема может дополнительно содержать стабилизирующий резистор, выводами соединенный с токопроводящим рисунком электрической схемы. Стабилизирующий резистор обеспечивает электрическую устойчивость работы схемы, что дает стабильность и надежность ее работы.
Надежность заявляемой конструкции также зависит от качества взаимного соединения элементов схемы. С целью увеличения надежности соединения, в качестве базовой пластины применяется монтажная плата из фольгированного плоского диэлектрического материала с нанесенным токопроводящим рисунком электрической схемы. Монтажная плата позволяет осуществлять монтаж компонентов схемы в заранее подготовленных, размеченных отверстиях. Таким образом, достигается высокая надежность удержания. Компоненты закрепляются на монтажной плате, например, за счет припаивания их электрических выводов. Таким образом, за счет расположения электрических выводов компонентов в отверстиях и их последующем закреплении расплавленным металлом, достигается высокая надежность их удержания (например, такой надежности удержания невозможно добиться при навесном монтаже).
Характер проводящего рисунка во многом определяет надежность конструкции. Ширина токопроводящего рисунка электрической схемы (АВ на фиг. 3) должна превышать ширину диэлектрического промежутка (ВС). Поскольку через терморегулятор проходят большие токи, то дорожки испытывают значительный нагрев, вследствие чего они могут нагреваться отставать от поверхности монтажной платы, разрывать контакт и так далее. Нагрев токопроводящих дорожек, также вызывает и нагрев самой платы, что неизбежно приводит к деформациям и, как следствие, выходу конструкции из строя. С целью уменьшения нагрева дорожек, составляющих токопроводящий рисунок, дорожки делаются широкими. Таким образом, уменьшается сопротивление проводимости тока. Кроме того, более широкая дорожка обеспечивает больший теплоотвод. Также, с целью более надежного закрепления дорожки на плате, увеличивают ее длину (таким образом, площадь сцепления с поверхностью увеличивается). Длину дорожки возможно увеличить за счет ее изгиба (непрямолинейный рисунок), в плоскости монтажной платы. Однако за счет увеличения длины, возрастает сопротивление, в результате дорожки начинают нагреваться. Для компенсации возросшего сопротивления, необходимо выполнять широкие дорожки, при этом возрастает ее площадь сечения, что компенсирует возможное повышение сопротивления за счет длины. Стабильность температурного режима также обеспечивает надежность конструкции. Параллельность дорожек и конгруэнтный их изгиб, обеспечивают постоянство ширины ВС, и стабильность ширин токопроводящих дорожек. Таким образом, дорожки схемы получаются достаточно широкими и имеют надежное сцепление с самой монтажной платой (за счет большей площади интегрирования металлизированного слоя), что обеспечивает повышенную прочность, тем самым повышая прочность конструкции.
Наибольшая величина тока возможна на учатке от места соединения клеммника (точка d), далее по цепи до точки b. Далее, через выключатель от точки а до точки с. Именно по указанным дорожкам будут протекать наибольшие электрические токи. Таким образом, целесообразность выполнения токопроводящих дорожек большой ширины, в заявляемой полезной модели, очевидна. При этом ширина АВ может как минимум в два раза превышать ширину ВС. Таким образом, остается достаточно широкий диэлектрический промежуток, чтобы исключить возможность пробоя, при большой ширине токопроводящих дорожек. Несмотря на относительную миниатюрность заявляемой конструкции (70 мм×70 мм×30 мм), необходимость работы с большими токами обуславливает ширину токопроводящих дорожек в диапазоне от 5 до 9 мм с диэлектрическим промежутком от 1 до 3 мм. В результате функционирования прибора, на монтажной плате будет неизбежно накапливаться пыль при прохождении воздуха через отверстия, контакты будут загрязняться, в результате могут появляться токи утечки, в частности, может произойти пробой диэлектрика. В результате многочисленных экспериментов, для надежной работы конструкции, ширина ВС должна быть определена не менее 1 мм, однако, чем шире диэлектрический промежуток, тем меньше будут токопроводящие дорожки, поэтому ширина диэлектрического промежутка не должна превышать 3 мм. Ширина токопроводящих дорожек, для обеспечения отвода излишек тепла и обеспечения компенсации сопротивления, экспериментально была установлена в 5 мм. Выполнение дорожек большой ширины (больше 9 мм), потребовала бы вносить изменения в габариты корпуса.
Угол изгиба (а на фиг. 3) токопроводящих дорожек электрической схемы, ведущих к выводам неподвижной контактной пластины и к выводам клеммника может составлять 135°±10%. Данный угол изгиба позволяет более качественно осуществить протравку платы, в отличии от, например, прямых углов, где во внутреннем пространстве угла образуется карман, в котором часто наблюдаются недотравленные места, а при пайке скапливаются наплывы припоя. При незначительных напряжениях сжатия в гальванических осадках, в результате термических воздействий пайки, острый угол может отслоиться от основания. Если проводник находится под высоким потенциалом, острие угла приобретает высокий градиент электрического поля, здесь сосредоточиваются загрязнения, в результате электростатического осаждения пыли. Создается опасность электрического пробоя.
В качестве диэлектрического материала базовой пластины может быть применен текстолит. Диэлектрические свойства текстолита позволяют создавать надежные электрические схемы.
Таким образом, применение в конструкции терморегулятора базовой пластины в виде монтажной платы с нанесенным токопроводящим рисунком, дополнительно содержащий выключатель и клеммник, расположенные на широких токопроводящих дорожках с изгибом, позволяет достигать заявляемого технического результата, а именно - повышение надежности конструкции, определяемой прочностью и долговечностью.
Заявляемый терморегулятор может применяться для обеспечения автоматического регулирования температур, в том числе в офисных, производственных и жилых помещениях. Изготавливается он, в частности на предприятиях, производящих электробытовые приборы.