專利名稱：具有多種動作溫度特性的溫度控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及溫度控制裝置領域，更具體地說，本發明涉及一種采用兩種或兩種以上的形狀記憶合金復合粉末構成的感溫復合體的溫度控制器，該溫度控制器具有多種動作溫度特性。
溫度控制器被廣泛地應用于多種產品上，最常見的如電鍋、電源開關、干燥箱溫控閥、水溫控制閥、以及火災感測裝置等，溫度控制器所用材料一般有(一)雙金屬片，(二)形狀記憶合金彈簧(螺旋彈簧及彈簧片)，(三)金屬粉末導引驅動器。以上所述材料，其動作溫度特性曲線不外乎有線性式和非線性式。如
圖1所示，雙金屬片的溫度特性曲線是線性式，因而大多被使用于電氣開關或保護電路上。其動作運用方式為通-斷接點，但動作力不大。
形狀記憶合金彈簧的溫度特性曲線則為非線性形式(如圖2)，其動作力也呈現通-斷動作形態。一般形狀記憶合金彈簧常用導熱性好的銅基合金，但是其變態溫度(動作溫度)常隨動作次數而產生很大遷移，結果導致動作變態溫度偏移原先設定的動作溫度范圍而呈現不穩定現象，因此無法使用于動作頻繁的溫控開關裝置，其根本原因在于，銅基形狀記憶合金的疲勞壽命短，在材料內部產生缺陷，導致整個形狀記憶合金彈簧性能的劣化。目前以形狀記憶合金制成的產品大都使用于動作次數少的場合，如感溫警報器和水溫保護開關等。
金屬粉末導引驅動器大部分使用傳熱性高的銅粉，其特性為線性動作變化，其特性曲線的斜率小，換言之，隨溫度變化的動作范圍小，反應較慢。目前以細銅粉制成的溫度控制器有的用于水溫開關上。
本發明的目的在于提出一種具有多種動作變化曲線的溫度控制器，該溫度控制器的溫控特性包括線性變化或通-斷動作等可以按需要而獲取的溫控特性，克服傳統的溫度控制器只能依材料特性選材來進行使用的缺陷。
本發明的溫度控制器主要是利用不同變態溫度的形狀記憶合金粉末所組合而成的感溫復合體，即是由二種或二種以上不同變態溫度的形狀記憶合金粉末依不同比例配制而成的復合體粉末。由此復合體粉末構成的溫控器，其動作特性曲線優于上述各種先有技術溫度控制器。并且，可依不同的溫度動作特性曲線要求而配制不同比例的材料的形狀記憶合金復合體粉末，從而達到所需的動作溫度范圍。
因此，本發明是一種具有多種動作溫度特性的溫度控制器，包含一個感溫圓筒槽、一個連接在感溫圓筒槽前方的前殼體、及一個從前殼體伸入圓筒槽中的驅動栓，其特征在于，感溫圓筒槽內填充有一種形狀記憶合金粉末或一種以上具有不同變態溫度的形狀記憶合金復合粉末，這些不同種類粉末按不同比例配制，以達不同溫度-位移動作特性曲線，利用該感溫圓筒槽內的該復合形狀記憶合金粉末的感溫特性驅動驅動栓的伸縮從而達到溫度控制。
本說明書包括以下附圖，其中圖1為雙金屬片的動作溫度特性曲線。
圖2為形狀記憶合金彈簧的動作溫度特性曲線。
圖3為復合形狀記憶合金粉末的動作溫度特性曲線。
圖4表示傳統的恒溫調節水龍頭的示意圖。
圖5為本發明的溫度控制器用于恒溫調節水龍頭的示意圖。
圖6為單一形狀記憶合金粉末、以及兩種和三種形狀記憶合金粉末構成的復合體粉末之示意圖。
圖7及圖8分別表示將兩種不同型式的形狀記憶合金粉末分別按不同比例復合后的特性曲線圖。
其中圖1、2和3已經在前面作了敘述，以下主要結合其余各附圖來描述本發明。
以水龍頭溫度控制器為例，該溫度控制器是用來控制恒定的水溫。但是，本發明不僅可應用于水龍頭，亦可應用于其他需要溫度控制的機構上。
請參閱圖4所示，傳統的恒溫調節水龍頭200設有一個溫度調節旋鈕210用以設定所需之水溫;一個伸縮軸220可前進或后退，以調節冷、熱水之進入量;一個偏壓彈彈230;一個感溫槽，槽內置有細銅粉末，用以感應水溫而變形，以驅動伸縮軸220，達到將水溫控制在所需的恒溫狀態。如前所述，細銅粉末在使用上有其局限范圍及不理想之處。
圖5顯示本發明的用于作恒溫控制的水龍頭溫度控制器。溫度控制器100包含一個感溫圓筒槽10以及與其相連接并處于其前方的前殼體20，一個驅動栓30從前殼體20伸入圓筒槽10中，圓筒槽10內充填以復合形狀記憶合金粉末的感溫復合體40，因此，借助形狀記憶合金粉末的感溫復合體40來感應水溫，即，利用形狀記憶合金粉末的感溫復合體40的溫度特性，驅動驅動栓30的前進或后退，以控制水龍頭的開或閉，達到控制水溫之目的。
本發明的溫度控制器為了具有多種變化的功能，在感溫圓筒槽內填充不同變態溫度特性的形狀記憶合金復合體粉末。此形狀記憶合金復合體粉末所制成的多功能感溫控制器，其粉末體是由近乎單晶體大小(0.037mm或40mesh(目))的粉末所組成，其強度大于多晶體，不易形成如彈簧中之某一小段的疲勞破壞而損及到整個感溫元件的情況。由此粉末所組成的裝置，其感溫效率高，反應動作快，且力量強而均勻。其動作特性曲線的斜率高而反應的動作也快。此外，反應的快慢視加熱速度(水溫)而定，若高溫水(例如，達到燙傷人體的高溫)突然地流過，則圓筒中的形狀記憶合金復合體粉末由于粉末微細，表面積大因而感溫速率快，于是按斜率高的動作特性曲線反應從而快速地關閉閥門。若溫水緩緩地流過時，則圓筒活塞將按近似于線性關系而逐漸地關閉出水口，以防造成燙傷。
形狀記憶合金(SMA)粉末的制造過程，主要是采取一種名為氣體噴霧法(GasAtomizing)的方式，制造不同組成含量和變態溫度(動作溫度)的單一粉體。此方式的原理，是將所需之組成元素金屬(銅，鋁和鎳)按比例稱重和烘干后，置于裝設在氣噴槽上方的感應爐內進行熔解，熔解后的合金液體傾倒于底部裝有噴嘴的坩堝槽內(該坩堝槽已預熱至熾熱狀態，可避免高溫合金液體與冷坩堝作用而凝結)。由噴嘴流出的合金液體經過氣噴槽內的環狀通氣管噴出的情性氣體沖擊打散，成為微小粉狀體而沉積于槽內底部的收集槽內。收集槽內的粉狀體再篩選出300mesh、400mesh、和500mesh等不同粉徑的粉末，以0.037mm的粉末為收集目標，這種粒徑大小的粉體極為接近于單晶大小。而SMA復合粉末即由此制造過程獲取的粉末進行不同變態溫度的粉末混合而得。
由單一變態點(As)的形狀記憶合金粉末而構成的溫控器，其動作形態與原有形狀記憶合金彈簧元件的特性相同。若改用復合式變態點的形狀記憶合金粉末，即，將不同變態點的形狀記憶合金粉末按不同比例配制(如圖6所示)，則其動作形態將異于上述一般記憶合金彈簧所構組的元件特性，且其位移-溫度曲線為兩種比例的合成F＝FA%+FB%+……。例如，由30%A和70%B或40%A和60%B的兩種形狀記憶合金體粉末所構組的元件，其特性曲線(如圖7及圖8)的斜率變化均會比傳統的構組元件大且反應快，動作力也大。其位移F＝FA30%+FB70%或FA40%+F60%(如圖3所示)。若A為50℃變態點形狀記憶合金粉末，B為80℃變態點形狀記憶合金粉末，其兩者合起來的溫度位移量則為兩者各別溫度曲線的合成，并隨粉末配制比例而有所變化。在單一體時，其動作開始溫度均處在其變態點溫度且呈遲緩的動作形態，若在復合體粉末的情況下，則其感溫特性將在此兩種單一體的變態溫度范圍內產生斜率大、反應快的特性曲線。
權利要求
1.一種具有多種動作溫度特性的溫度控制器，包含一個感溫圓筒槽、一個連接在感溫圓筒槽前方的前殼體、及一個從前殼體伸入圓筒槽中的驅動栓，其特征在于，感溫圓筒槽內填充有一種形狀記憶合金粉末或一種以上具有不同變態溫度的形狀記憶合金復合粉末，這些不同種類粉末按不同比例配制，以達不同溫度-位移動作特性曲線，利用該感溫圓筒槽內的該復合形狀記憶合金粉末的感溫特性驅塞驅動栓的伸縮從而達到溫度控制。
全文摘要
一種具有多種動作溫度特性的溫度控制器，主要包含由兩種或兩種以上的形狀記憶合金粉末形成感溫復合體，該感溫復合體具有由不同感溫記憶合金粉末特性所得到的綜合特性，從而根據溫度變化驅動驅動栓的伸縮，達到開與關的功能。利用兩種或兩種以上不同變態溫度的形狀記憶合金粉末，按需要以不同比例配制成復合體，可達到適當的位移特性曲線，不但感溫靈敏且具有記憶性的溫控特性。
文檔編號G05D23/02GK1083943SQ9211060
公開日1994年3月16日 申請日期1992年9月10日 優先權日1992年9月10日
發明者陳興, 顧鴻壽, 陳福祥 申請人:陳興, 顧鴻壽, 陳福祥