用热开关关闭负载的三种方法
热开关可以帮助减轻电子产品的损坏，防止情况变得更糟。重点介绍了用热开关控制热积聚的三种方法。
热开关洞见
- 热开关是一种机电的、依赖于温度的控制设备，它在指定的温度下断开电气连接。
- 与双金属开关相比，热开关还提供更高的精度和整体鲁棒性，以及具有优越的响应时间和相对较低的迟滞。
- 热开关是用户在预防性维护中可以使用的许多工具之一，通过减少计划外维护问题的机会来降低成本，这是一个主要的制造痛点。
热是电子产品的主要问题，特别是在工业自动化或机器人等高功率应用中。过热不仅会缩短电子产品的寿命，还会迅速导致元件损坏、火灾、爆炸，甚至操作员受伤。
热切断可以减轻电子产品的热损伤。它们可以检测异常温度，并在发生任何损坏之前关闭系统。热保险丝是消耗品，在熔断后必须更换，热开关在冷却后复位。但在我们演示热开关如何解决电子领域的现实挑战之前，工程师们首先要了解它们的工作原理。
热开关是一种机电的、依赖于温度的控制设备，它在指定的温度下断开电气连接。热开关通常是可重复使用的，并防止用户可以纠正的情况。
热开关可以使用多种技术实现，包括双金属开关、热簧片开关、水银开关、不同温度系数的杆管开关以及气体驱动开关。下面介绍了使用不同类型的热开关来控制热量积聚的三种方法。
1.热敏电阻和微控制器
热敏电阻(热电阻)是一种电阻，显示其电阻变化，以响应温度的变化。热敏电阻对温度波动敏感，可以准确测量温度。热敏电阻用于电路保护(浪涌保护)、油温测量和汽车冷却剂等应用。
工程师在设计产品时应考虑两种类型热敏电阻的功能:负温度系数(NTC)和正温度系数(PTC)。NTC热敏电阻随着温度的升高而降低电阻;相反，PTC热敏电阻随着温度的升高而增加电阻。
热敏电阻中的电阻变化可以用惠斯通电桥或分压器电路转换成电信号。分压器将热敏电阻的电阻转换为电信号(Vsens)．当温度变化时，Vsens微控制器的模拟输入读取变化并显示在LCD屏幕上。
2.双金属开关
双金属开关由两条热性能不同的金属条组成，一般是黄铜与钢或铜与钢的组合。这些条带沿着长度粘合在一起，要么用铆钉连接，要么用熔接。该结构的形状可以是扁平条状或同心线圈状。
随着温度的升高，这两种金属以不同的速度膨胀，使带材弯曲。双金属开关的特性可用于转换电路，或在表盘上用指针指示温度的温度表。双金属开关常用于恒温器、温度计、时钟机构、热机等。
钢的热膨胀系数为每摄氏度12ppm (12ppm /°C)。铜的系数为16.6 ppm/°C，黄铜的系数为18.7 ppm/°C。当加热到由钢和铜或钢和黄铜构成的带材时，带材会向热膨胀系数较小的金属钢弯曲。
3.簧片开关
簧片开关是一种磁性反应型开关，内含两块小的Fe-Ni(铁镍)合金板。如图1所示，簧片开关可以封装在充满非活性气体的玻璃管中，降低了簧片开关的金属疲劳风险，延长了其寿命。密封簧片开关防尘、防潮、耐腐蚀、防爆。
图1:簧片开关结构。礼貌:钡镁合金
簧片开关在磁场存在时打开和关闭。对于作为热开关使用的簧片开关，它必须与一种材料结合使用，如热土，它会根据温度变化产生磁场。
居里点是由法国物理学家皮埃尔·居里发现的，是某些磁铁失去磁性的温度。当应用于热簧片开关时，工程师们发现添加非常可控量的掺杂剂可以有效地操纵材料的居里点。
工程师可以在两种类型的热簧开关之间进行选择:break型和make型。两者都由热铁氧体、簧片开关和永磁体组成。簧片开关是根据热铁氧体的磁性能随温度变化而变化而开启或关闭的。
图2说明了一个断开型开关，它通常是闭合的。如果工作温度不超过触发温度，则开关保持闭合状态(ON)。当温度升高到等于或高于触发温度时，它会打开(OFF)。
图2:断式热簧开关。礼貌:钡镁合金
图3演示了一个make-type开关。当工作温度低于触发温度时，使型开关处于打开状态(OFF)。当工作温度高于触发温度时，开关闭合(ON)。
图3还说明了断式开关的操作机制。热铁氧体在低于居里温度时产生环状磁场。该磁场在簧片开关内的触点中诱导N和S极性，并产生磁吸引力，使触点的尖端接触，将开关置于闭合或打开状态。
图3:制造型热熔矿开关。礼貌:钡镁合金
当热铁氧体的温度达到居里温度时，它失去磁通而变成无磁性。由于磁性吸引力不再存在，触点的尖端打开，将开关置于OFF状态。
闭合型和断开型开关之间的区别是在两段热铁氧体之间增加了一个间隙间隔器。如果温度没有超过触发温度，它会产生一个磁场，将簧片开关中的触点分开。当温度达到触发点时，它就变成无磁性的。永磁体在簧片开关的触点中诱导N和S极性，产生磁性吸引力，使触点的尖端接触，关闭开关(ON)。
图4:断路式开关操作。礼貌:钡镁合金
图5说明了make型传感器的工作机制。
图5:制造类型开关操作。礼貌:钡镁合金
热开关对制造商的好处
过热对电子元件的使用寿命构成严重威胁，如果不加以控制，有可能对操作人员造成损坏或伤害。热开关在温度监测中起着关键作用，当系统的工作温度超过安全水平时，用于关闭系统。
它们可以简化温度敏感控制系统的设计，并且比热敏电阻和基于微控制器的同类产品更具成本效益，后者依赖于几个额外的组件，包括A/D转换器、fet或继电器。
在设计电子产品时，工程师应该仔细考虑操作要求，以确定一个热开关解决方案，提供最大的简单性，节省成本，更重要的是，可靠性。
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