這次我們要做一個火災報警器的模型,用到的材料如下圖:
包括日光燈上的啟輝器,蜂鳴器,發光二極管,電源(4節5號電池),帶鱷魚夾的導線等。
其中日光燈啟輝器里面的雙金屬片溫度開關,是最關鍵的元件,為了讓大家能夠徹底地了解這個裝置,我們先分別介紹一下雙金屬片的原理和啟輝器在日光燈上的作用。
雙金屬片:
所謂雙金屬片,就是把兩種金屬通過壓延的方式,結合成一塊金屬片。金屬大都有熱脹冷縮的特性,因為不同種類的金屬,隨溫度變化時的膨脹率不同,所以溫度變化時,雙金屬片里一種金屬長度變化多些,另一種金屬長度變化小一些。又因為兩種金屬是緊密結合在一起的,互相牽制,雙金屬片就會向長度變化小的金屬一側彎曲。
雙金屬片溫度開關就是利用它的這種特性制成的,如下圖:
這是日光燈啟輝器里雙金屬片溫度開關的示意圖。開始上下兩個觸點是碰在一起的,就是說電路導通。當有電流通過時,雙金屬片發熱,溫度升高,向上彎曲,兩個觸點分開,電路就斷開了。當溫度恢復到原來以后,雙金屬片會再次向下彎曲,電路再次接通。
啟輝器在日光燈里的作用:
下圖是日光燈的示意圖:
因為日光燈燈管照明的時候需要的電壓比較低,而啟動的時候需要的電壓又很高,所以通過鎮流器和啟輝器的共同作用來配合燈管的工作。開燈的時候,燈管未啟輝,日光燈兩段燈絲之間沒有電流通過,電流通過鎮流器、啟輝器回到電源的零線。由于電流的熱效應,啟輝器里的雙金屬片開始發熱,向上彎曲,致使電路突然斷開。而由于鎮流器的自感作用,提供給燈管一個高的啟動電壓,這時電流經過燈絲之間的水銀蒸汽,日光燈燈管就亮了。
介紹完了背景知識,下面接著介紹我們要做的這種裝置:火災報警器。
圖中A是完整的啟輝器。因為目前節能燈使用的比較普遍,上面介紹的日光燈以及這種啟輝器很多地方都淘汰了,在大城市,去小一點的雜貨店應該還能買到。
圖中B是去掉塑料外殼后的啟輝器。玻璃泡黑顏色,因為這是一個燒毀了的,沒有關系,一樣可以用。有些玻璃泡旁邊還并聯了一個線圈,我們不用它,剪掉就可以了。
圖中C是敲碎玻璃外殼后,里面的內容。用打火機燒一下,能夠明顯看到彎曲的那塊小金屬片,就是我們渴望已久的雙金屬片。實際使用的雙金屬片,一般是鎳鐵合金和黃銅兩種材料壓在一起做成的。注意在敲碎玻璃外殼的時候,要用方便袋罩著,防止玻璃碴掉出來。
這是連接好的電路,我把6伏電源、蜂鳴器、發光二極管和雙金屬片溫度開關都串聯在電路里。注意,我們要做的是火災報警器,就是說,要求在遇到高溫的時候電路導通,平時是斷開的。而啟輝器平時是斷開的,遇到高溫才導通,因此需要事先把雙金屬片和固定觸點的位置調換一下。
電路連接完成后,因為雙金屬片溫度開關處是斷開的,所以蜂鳴器和發光二極管中都沒有電流通過。我們劃一根火柴,或者用打火機的火焰燒一下雙金屬片,模擬火災現場,這時會看到,雙金屬片彎曲,觸碰固定觸點,電路接通,蜂鳴器發出報警的聲音,紅色的發光二極管也發出紅光。火災報警器開始工作了!當拿開火焰以后,雙金屬片溫度下降,反方向彎曲,電路重新斷開,報警器不再報警。
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火災報警器
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