2.4.2 Một số loại cơ cấu chấp hành
Cơ cấu chấp hành là thiết bị khởi động hoặc di chuyển một thiết bị/vật nào đó. Cụ thể hơn, cơ cấu chấp hành là thiết bị chuyển năng lƣợng thành chuyển động hoặc năng lƣợng cơ học. Mục này giới thiệu một số loại cơ cấu chấp hành tiêu biểu.
a. Cơ cấu chấp hành nhiệt
Một dạng cơ cấu chấp hành nhiệt là băng lƣỡng kim. Thiết bị là một lá kim loại gồm
hai kim loại có độ giãn nở nhiệt khác nhau, dùng để điều tiết hay đo nhiệt độ. Thiết bị này trực tiếp chuyển nhiệt năng thành chuyển động, sử dụng hiệu ứng giãn nở nhiệt.
71
Sự giãn nở nhiệt là sự thay đổi hình dạng do nhiệt năng của vật liệu. Khi một vật liệu bị nung nóng, khoảng cách trung bình giữa các ngun tử (hay phân tử) tăng lên. Khoảng cách này khác nhau tùy thuộc vào từng loại vật liệu. Mắt ngƣời không thể quan sát đƣợc sự tăng khoảng cách rất nhỏ này. Tuy nhiên, do số lƣợng khổng lồ các nguyên tử (phân tử) trong một miếng vật liệu, vật liệu giãn nở đáng kể và do đó mắt ngƣời có thể nhận biết đƣợc. Phản ứng ngƣợc lại xảy ra khi nhiệt độ giảm ở hầu hết các vật liệu. Nhìn chung, kích thƣớc vật liệu thay đổi khi nhiệt độ xung quanh thay đổi. Sự thay đổi kích thƣớc này là một hàm tuyến tính của nhiệt độ.
Băng lƣỡng kim ứng dụng hiệu ứng giãn nở nhiệt để tạo ra chuyển động. Hai dải kim loại không đồng nhất đƣợc ghép với nhau dọc theo chiều dài của chúng. Khi đƣợc nung nóng, băng lƣỡng kim uốn cong về phía dải kim loại có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn (minh họa trong hình 2.15). Băng lƣỡng kim có rất nhiều ứng dụng, một ứng dụng phổ biến là bộ điều chỉnh nhiệt, đƣợc sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong nhà hay văn phịng. Ở kích thƣớc micro, băng lƣỡng kim đƣợc sử dụng trong các bộ điều chỉnh nhiệt siêu nhỏ (van siêu nhỏ).
(a): Hai dải kim loại không đồng nhất đƣợc sử dụng với hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, dải kim loại 1 có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn dải kim loại 2.
(b): Hai dải kim loại đƣợc ghép với nhau dọc theo chiều dài của chúng ở nhiệt độ T1. (c): Khi tăng lên nhiệt độ T2, băng lƣỡng kim bị uốn cong về phía dải kim loại 1, đủ để chạm vào cơng-tắc điện phía trên và cho phép dòng điện trong băng lƣỡng kim bật điều hòa nhiệt độ.