家用电器中机械式温度控制器探究

蔡雄略

【摘 要】机械式温度控制器是电热类器具中必不可少器件,主要用在温度调节和过热保护等场合,对于家用电器的电器安全起了重要作用,目前行业内常用的温度控制器件有双金属温控器、压力式温控器、磁钢温控器、热熔断体等。文章探讨了家用电器中使用的各种温度控制器,对家用电器的设计、生产、维修其一定的指导作用。 【期刊名称】《科技创业月刊》 【年(卷),期】2012(000)008 【总页数】3页(P179-181)

【关键词】家用电器;温度控制器;温度调节;过热保护 【作 者】蔡雄略

【作者单位】鸿富锦精密电子（重庆）有限公司,重庆401332 【正文语种】中 文 【中图分类】TP273

机械式温度控制器是电热类器具中必不可少器件，主要用在温度调节和过热保护等场合，目前行业内常用的温度控制器件有双金属温控器、压力式温控器、磁钢温控器、热熔断体等。

热双金属片是两层热膨胀系数相差较大的金属薄片轧合而成。双金属片在常温下是平直的，上面的膨胀系数大，称主动层（主动层的材料主要有锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金、镍等）；下面的膨胀系数小，称被动层（被动层的材料主要是

镍铁合金，镍含量为34%～50%）。所以当温度上升时，主动层伸长变形较多，而被动层伸长较小，两种金属片所产生的内应力相差较大，这样使整个双金属片发生变形，其方向是向膨胀系数小的金属薄片方向变形。双金属片就是利用这一机械动作来控制电路的通断，从而达到温度控制的目的。

按照GB／T 22687－2008《家用和类似用途双金属温度控制器》的命名规则，双金属温度控制器按动作速度和调节方式可以分为KST、KSD、KMT、KMD等，其中K表示双金属温控器，S表示瞬动 （突跳），M表示缓动，T表示可调，D表示固定不可调。KMT、KMD为缓动温控器，主要依靠双金属片形变将触点分开，其优点是灵敏度高，但是由于电触点动作较慢，触点间电阻随着双金属片的形变而变化，触点容易氧化，严重则会导致触点粘连，而且容易产生无线电干扰，慢动型温控器逐渐被淘汰。KST、KSD系列温控器主要依靠碟形双金属片或其他弹性储能机构的快速动作拉开触点，触点动作干脆，寿命长，无线电干扰小，行业内通常将由碟形双金属片构成的瞬动温控器称为突跳式温控器，而将由片状双金属片和弹性储能机构构成的温控器叫做闪动式温控器。按双金属片的封装形式分为敞开式和封闭式温控器。

闪动式温控器的工作原理同样是利用双金属片的热特性，受热变形，产生机械能推动储能簧片，其特点是双金属片冷热位移并不立即作用于触点，而是在储能簧片上慢慢积累至转折点时，使其突发动作，触点快速离／合，达到接通、断开电路和控制温度的目的。通过调节双金属片的尺寸、材料或调节储能弹簧的弹性可以改变闪动式温控器对温度的灵敏度。

突跳温控器的工作原理是将双金属片制成碟形元件，受热产生位移能量积累，一旦克服抗度反向突跳，推动推杆使触点迅速分断，自动断开或接通电路。突跳式温控器按照复位方式又可分为手动复位和自动复位温控器，自动复位温控器在双金属碟片温度下降后能恢复到以前的状态，使电路回到初始状态，主要用于保温、调温等

功能性动作的场合，如取暖器的调温温控器、引水机的保温温控器等，按照GB4706.1《家用和类似用途电器的安全通用要求》要求其寿命在1万次以上。而手动复位温控器需要人为的去使双金属片复位，主要用于超温保护场合，如引水机的防干烧手动复位温控器，要求其寿命在1 000次以上，而根据不同产品对温控器的特殊要求，其寿命也不同。同时有的场合使用自动复位温控器作为第一层超温保护元件，而用热熔断体作为第二重保护，如有的豆浆机中使用的自动复位温控器。 手动复位温控器又分为带复位按钮的温控器和断电复位温控器，带复位按钮的温控器通过一个复位的的按钮将形变的双金属碟片复位，而断电复位温控器（也叫电压保持型温控器）内部有一个PTC发热元件与触点并联，当触点断开后，PTC元件接入电路而发热，这样双金属片在PTC加热的作用下无法复位，只有拔掉电源才能使其复位，目前这类温控器在出口家电产品上应用较多。

由于使用场合不同，双金属温控器的形状各异，但双金属片的形状主要是碟形和片状两种，双金属温控器的使用需要注意以下几点：

（1）通常温控器标称的额定电流都是相对于阻性负载而言，使用时工作电流需要留有20%以上的余量，感性负载则要留50%以上的余量。余量不足一方面会导致触点发热严重，影响温控器动作精度，其次会缩短触点寿命，严重时会出现触点粘连的现象。

（2）温控器都有一个最高使用温度，选择时除了考虑其动作温度外，还应考虑在动作后的温度过冲，超过其最高使用温度，电气性能降低，严重时将导致电路再次接通。KSD温控器主要有电木壳体和陶瓷壳体两种，在180℃以上的环境状况下，宜选用陶瓷壳体的温控器。

（3）根据温控器的使用目的选择温控器的寿命，以调温、保温为目的的温控器需要频繁动作，这类温控器寿命一般在10万次以上，而以过热保护为目的的温控器寿命一般在1万次以下。

（4）每种温控器都有自身发热的现象，而温控器的额定动作温度并没有将自身发热加进去，所以选择温控器时需要从安装点的温度特性和温控器自身发热特性双方面考虑。

压力式温控器也叫液体 （气体）膨胀式温控器，通过气体或液体的热胀冷缩原理，在密闭的热胀冷缩系统内灌入对温度敏感的液体或气体，温度的变化使感温包里的液体发生体积变化，并通过毛细管传至膜盒内腔，使膜盒发生形变推动杠杆，从而使触点分离，达到温度控制的效果。在高温场合，如取暖器温度调节、热水器防干烧保护等，温控器内一般充入液体物质（航空煤油等）。在低温场合，如冰箱温度调节，温控器内一般充入气体物质氟里昂等。

按照复位方式分类，压力式温控器又分为自动复位型和手动复位型。自动复位压力式温控器主要应用在可以随时调节温度的场合，用作功能性动作，温控器上有一个可以调温的旋转轴，触点的分离主要依靠微动开关受膜盒推力实现，由于温控器温度调节时会经常动作，对寿命要求比较高，行业内通常能做到10万次以上，同时对于温度的调节要求精度高，低温场合一般能控制在1℃以内。手动复位温控器主要应用在超温保护的场合，作保护性动作用，这类温控器在器具正常工作时是不动作的，寿命一般在1 000次以上，由于器具异常工作升温快，要求温控器能快速反应，由于感温面积的不同，通常采用筒形感温器反应速度慢于毛细管螺旋状感温器。

对于需要精确控温的场合，感温器一般选用不锈钢筒形感温器，因为筒形感温器内部容纳的膨胀物质多，同时不锈钢相对于铜管而言，膨胀系数小，可以精确的反映液压随温度的变化情况。另外毛细管过长，内部容纳的感温液体多，感温液体也会随温度的升高而膨胀，影响精度，通常毛细管越短越好，而且在毛细管外面增加一层绝热层以减少环境温度对毛细管的影响。

热敏铁氧体在其居里温度点附近磁导率急剧下降，热敏铁氧体温控元件就是根据这

个特性制作出来的。热敏铁氧体通常有由锰（Mn）、锌（Zn）、镍（Ni）、铁（Fe）等材料组合烧结而成，最常见的是锰锌铁氧体，其制作工艺主要有配料、一次球磨、干燥、预烧、二次球磨、干燥、造粒、压制成型、烧结、测试等。 铁氧体温控器的导热金属片起导热作用，将热量均匀的分布在铁氧体上，热敏铁氧体按照所需的保护温度选择相应居里温度的铁氧体。当通过杠杆压缩弹簧后，永磁体与热敏铁氧体吸合在一起，同时触点闭合，电气线路接通，当铁氧体温度达到居里温度时，铁氧体失去磁性，压缩弹簧恢复形变，从而触点分离，电气连接断开。 热熔断体也叫温度保险丝，主要用在需要进行温度保护场所，是一种不可复位的一次性热敏保护器。当器具出现异常情况，温度超过保护器的规定值后，在一定的时间内热熔断体通过熔化内部的热敏物质，直接将电路断开或通过其他储能机构将电路断开，达到保护器具的目的，而这种动作是一次性不可复位的，只能通过更换热熔断体使电路接通。

按照热敏物质的分类，热熔断体主要分为合金型和有机化合物型。和合金型熔断体两引脚间连接着一段易熔合金丝，特殊树脂包裹着易熔合金丝，电流可以从一根引脚流通向另一根引脚，当温度保险丝周围温度上升到它的动作温度时，其易熔合金熔化并在表面张力作用下及特殊树脂帮助作用下，收缩成球状附在两引脚末端，电路被永久切断。合金型熔断体动作温度准确，价格便宜，但合金材料容易氧化，而且电流直接通过合金材料，通常合金型熔断体的工作电流较小，主要用于马达、变压器、复印机等场合，大电流的合金型熔断体已不多见。

有机化合物型热熔断体的感温体是用高纯度且具有很窄的熔融温度范围的有机化合物加工而成。当温度达到其动作点时，感温物质自动升华，在压缩弹簧作用下，迫使触点分离，导电状态改变。其优点是感温体不易氧化，性能稳定，动作温度精度高，内部阻抗小，电流容量较大，电流不通过感温体。相对于合金型熔断体其结构比较复杂，成本稍高。目前有机化合物型熔断体应用范围广泛，在取暖器、空调、

饭煲、豆浆机等器具内大量使用。有机化合物型熔断体通常做成轴状结构，由于其金属外壳表面带电，有的熔断体表面增加了一层陶瓷起导热绝缘作用。

熔断体性能的好坏直接影响着产品的质量，通常热熔断体用于控制主电路，正常使用时如果熔断体断路，那么整机将无法工作，而在出现异常情况时熔断体不能断开，整机有可能损坏，严重情况下将引发火灾等重大安全事故。对于热熔断体的使用必须注意几点：

（1）每种热熔断体都有一个保持温度，如果热熔断体长期处于其保持温度以上，热敏物质会逐渐发生反应，最终导致熔断体失效。通常熔断体安装在一个温度敏感的位置，在正常工作时温度在保持温度一下，而出现异常情况时温度能急剧升高，使熔断体动作。

（2）热熔断体也有微小的电阻，在电流的作用下会发热，选取熔断体的温度点时需要根据自身的发热情况，适当的进行温度补偿。

（3）每一种热熔断体都有其最高极限温度，在使用时应该考虑热熔断体在开路后，系统可能存在温度过冲，如果温度超过了其极限温度，热熔断体的电气特性将变差，有可能导致二次接通。GB 9816－2008《热熔断体的要求和应用导则》对于热熔断体的最高极限温度的要求是：热熔断体处于其标称的极限温度下（偏差为－5～0℃），保持10min，并在此环境下，热熔断体的电气强度和绝缘电阻都要满足相关的国家要求。

（4）金属外壳熔断体表面带电，在使用时要考虑其固定方式，保证其可靠在位，防止电气间隙与爬电距离的减小。在热熔断体表面增加绝缘套管时，套管不宜过紧，厚度要满足基本绝缘的要求。不能使用热缩套管进行封缩，因为热缩套管在热封缩的时候容易损伤热熔断体的热敏物质。

热熔断体引脚弯折时，需要刚性固定，同时需要保证弯折位置与本体之间保持3mm以上的距离，以防止热熔断体的封口胶被损坏，导致空气进入熔断体，使热

敏丸受潮，影响性能。单端弯折时弯折热敏丸一端为宜，因为当弯折后的引脚离本体太近时，当热熔断体断开后，如果弯折的是封口胶一端，那么引脚与壳体之间可能因爬电距离或电气间隙不够而将电路接通。

（5）焊接时需要注意引脚的焊接热对熔断体的影响，焊接时间和焊接温度需要参考产品的规格书，安装时应保证引脚和本体都不能受到过大的应力。

以上几种温度控制器在家用电器中广泛应用，通过众多厂家的研究和改良，这类温控器产品性能得到了很大的提升，对于温度控制器的选用需要根据使用的场合、各种温度控制器的特点、国家标准、成本等多方面考虑。