热双金属在低压电器的设计应用及常见问题分析佛山精密电工合金有限公司2008.03霍志文ISO9001 / ISO14001热双金属的定义受热复合三层复合受热ISO9001 / ISO14001 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热双金属的组元合金 ISO9001 / ISO14001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ISO9001 / ISO14001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ISO9001 / ISO14001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1.210-6/，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ISO9001 / ISO14001热双金属的被动层合金 因瓦合金（INVAR)镍的含量对铁镍合金的膨胀系数影响很大 ISO9001 / ISO14001热双金属的被动层合金 膨胀系数特性因瓦合金的膨胀系数随温度变化很大 定膨胀合金的膨胀系数基本不变ISO9001 / ISO14001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ISO9001 / ISO14001热双金属的分类 ISO9001 / ISO14001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等热双金属的分类 ISO9001 / ISO14001按热敏感特性分： 高敏感型 (温曲率在30106/以上） 如： FPA721系列 中敏感型 (温曲率在1530106/范围） 如： FPA206系列、FPA223系列等 低敏感型 (温曲率在15106/以下） 如： FPA982-2、FPA25860等热双金属的分类 ISO9001 / ISO14001按电阻特性分： 电阻型 高灵敏721电阻系列 如：FPA7215、 FPA7218 中灵敏223电阻系列 如：FPA22325、 FPA22335 中灵敏206电阻系列 如： FPA20611、 FPA2069 非电阻型 如： FPA20678、FPA22380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ISO9001 / ISO14001热双金属的牌号 TB 20110热双金属代号Thermostat Bimetal比弯曲的整数值(10-6/）电阻率整数值(cm)ISO9001 / ISO14001德国DIN 1715：83热双金属牌号示例：热双金属的牌号 FPA 721-110佛山精密热双金属的代号主动层代号电阻率整数值(cm)ISO9001 / ISO14001佛山精密电工合金有限公司（FEPAC)热双金属牌号示例：热双金属的标记 ISO9001 / ISO14001公司牌号及蚀印标记示例：热双金属的标记 ISO9001 / ISO14001公司牌号及蚀印标记示例：带有公司标记没有公司标记热双金属的性能指标ISO9001 / ISO14001热双金属的性能指标 ISO9001 / ISO14001 由于热热双金属组组元合金的膨胀胀系数与温度变变化的关系并不呈线线性变变化，热热双金属的弯曲位移随着温度的升高并不呈线线性增加，但在一定温度范围围内，热热双金属的实实际际位移与用温曲率指标标算出的位移相比，变变化不超过过5，在这这个范围围内热热双金属的弯曲变变化基本上是线线性的，我们们称这这个温度范围为线围为线 性温度范围围。
1.线线性温度范围围热双金属的性能指标 线线性温度范围围示意图图 ISO9001 / ISO14001热双金属的性能指标 2.可用温度范围围 ISO9001 / ISO14001 该该温度范围围比线线性温度范围围大一些，在该该温度范围围内，自由变变形的热热双金属不发发生残余变变形在超出线线性温度范围围的允许许使用温度范围围内，由于热热双金属组组元材料膨胀胀系数发发生较大的变变化，热热双金属的热热敏感性降低，但仍然可以使用该该温度一般低于材料的居里温度，由于达到居里温度时时，材料的结结构发发生变变化，性能也产产生变变化热双金属的性能指标 3.最高使用温度ISO9001 / ISO14001 热热双金属发发生再结结晶的温度在超过过该该温度使用时时，热热双金属组组元合金的晶粒将发发生再结结晶转变转变 ，并开始软软化，热热双金属将不能正常使用热双金属的性能指标 4.热敏感性指标ISO9001 / ISO14001 热双金属的热敏感性能有三种表示方法：温曲率比弯曲弯曲常数热双金属的性能指标 温曲率（F，Flexivity or Specific Curvature）ISO9001 / ISO14001 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热双金属的性能指标 简支梁法测量温曲率的测量示意图ISO9001 / ISO14001热双金属的性能指标 温曲率（F）计算公式：ISO9001 / ISO14001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（）；热双金属的性能指标 比弯曲(K，Specific Deflection)ISO9001 / ISO14001 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热双金属的性能指标 比弯曲测量示意图 ISO9001 / ISO14001热双金属的性能指标 比弯曲(K)计算公式： ISO9001 / ISO14001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（）；f测量温度为T2和T1时试样的挠度差，单位为毫米（mm） 热双金属的性能指标 温曲率和比弯曲的差异 ISO9001 / ISO14001 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 5.电电阻率 ISO9001 / ISO14001 电电阻率是热热双金属的一个重要指标标，当热热双金属不直接通电电加热时热时 ，电电阻率的影响较小但是当热热双金属直接通电电加热时热时 ，电电阻率是一个非常重要的指标标，发热发热 量与电电阻率成正比，这这将直接影响热热双金属的动动作特性，也影响到可通电电流的大小 电阻率是选择电流等级的一个重要指标热双金属的性能指标 6.弹弹性模量 ISO9001 / ISO14001 弹弹性模量是指在热热双金属弹弹性极限内，其应应力与相应应的应变应变 之比 热热双金属一个重要指标标之一，在计计算热热双金属的热热力时时需要用到弹弹性模量 弹弹性模量由材料的成份和变变形量所确定热双金属的性能指标 7.最大负负荷应应力 ISO9001 / ISO14001 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。
热双金属的性能指标 8.其它指标 ISO9001 / ISO14001硬度比热热热导热导 率密度热双金属的应用 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 ISO9001 / ISO14001热双金属的应用 热双金属牌号和规格的确定ISO9001 / ISO140011.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热双金属的应用 根据使用温度选择热双金属类型 ISO9001 / ISO14001 使用温度是热双金属动作的温度范围 使用温度和使用温度上限最好在热双金属的线性温度范围内，以保证热双金属元件动作的线性 当使用温度超过了热双金属的可用（有效）温度范围时，热双金属元件将产生残余变形，导致工作特性发生变化热双金属的应用 高温型的热双金属牌号 ISO9001 / ISO14001牌号线性温度范围可用温度范围FPA181-709032070480FPA192-709032070480FPA223-709032070540FPA258-6015043070540FPA258-7012037070540FPA258-759032070540FPA206-702038070450FPA206-92038070380FPA206-102032520350热双金属的应用 热双金属牌号和规格的确定ISO9001 / ISO140012.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直条形螺旋形异形低电阻（大安培）中电阻（中安培）高电阻（小安培）热双金属的应用 计算位移和热力，确定牌号和规格ISO9001 / ISO14001直条元件位移K温曲率（106/ ）L长度（mm）t厚度（mm)T温升（） 热双金属的应用 计算位移和热力，确定牌号和规格ISO9001 / ISO14001直条元件热力K 温曲率（106/ ）L 长度（mm）t 厚度（mm)T 温升（）E 弹性模量(N/mm2)w 宽度（mm)热双金属的应用 相同条件下不同牌号的计算示例：ISO9001 / ISO14001尺寸规格：1.0840mm 温升T：50 在相同条件下，高灵敏的FPA721-110比中灵敏的FPA206-78的位移多37，热力增加26在使用中可调整的空间更大 热双金属的应用 热双金属片温升的估算ISO9001 / ISO14001当不考虑热损失时，热双金属的温升可以通过下式进行估算 I：电流R：电阻t：时间m：质量c：比热对不同电流等级的使用场合，可以选用不同电阻率的材料，使温升保持不变热双金属的应用 热双金属元件的成型 ISO9001。