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THERMOSTATS BIMETALLIQUES

JB Controls, en étroite collaboration avec Sensata Technologies, offre la gamme la plus complète de thermostats bimétalliques pour des applications industrielles, ferroviaires, aéronautiques, militaires et spatiaux. Ces thermostats, préréglés pour une plage de températures allant de -54°C à +284°C, peuvent être fournis en unités isolées ou en grande quantité, avec des options de fixation par clip ou montage sur circuit imprimé. Ainsi, nous trouverons le produit idéal pour répondre à vos besoins en fonction de votre environnement.

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Qu'est-ce qu'un Thermostat Bimétallique ?

M1 thermostat

Un thermostat bimétallique ou bilame utilise la différence de dilatation thermique entre deux métaux pour assurer un rôle de régulation de la température d’un système en ouvrant ou fermant un circuit électrique. Il existe plusieurs types de thermostats bimétalliques, le plus répandu est le thermostat à disque Bimétallique.

Dans le milieu industriel, il est très souvent utilisé en tant que dispositif de sécurité fonctionnant comme un interrupteur. Il se déclenche à une température définie, la plupart du temps en usine. Il permet ainsi de réguler la température (par exemple en coupant l’alimentation d’une résistance d’un système de chauffe une fois la température souhaitée atteinte).

Sensata Technologies développe et commercialise, depuis des années à travers sa marque Klixon® des thermostats dont le principe de fonctionnement est basé sur l’utilisation d’un disque bimétallique, donc constitué de deux métaux, ayant des coefficients de dilatation différents. Ces disques ont la spécificité d’être emboutis afin de permettre un changement d’état rapide et franc d’une forme concave à une forme convexe.

Les deux métaux composants le disque vont donc réagir différemment aux changements de température ce qui provoque un changement d’état de concave a convexe et inversement, coupant ou assurant alors la continuité électrique d’un circuit.  

 

logo klixon (JB Controls' partners) fournisseurs industriels

En résumé, le thermostat bimétallique est un interrupteur qui alimente ou coupe l’alimentation d’un circuit donné à une température définie par le constructeur. Dans le milieu industriel, les thermostats à disques bimétalliques sont souvent appelés Klixon® en référence à la marque Américaine qui appartenait à la société Texas Instrument devenu Sensata Technologies depuis 2006. Cependant il existe d’autres fabricants de thermostats bimétalliques reprenant le principe de fonctionnement du disque.

Comment fonctionne un Thermostat Bimétallique ?

Le fonctionnement du thermostat bilame repose sur la différence de dilatation des 2 métaux utilisés, par exemple, du laiton et de l’acier inoxydable. En effet, ces métaux ont des coefficients de dilatation thermique différents, ce qui signifie qu’ils réagissent différemment aux variations de température. En outre, lorsque la température augmente, l’une des couches du bilame se dilate plus que l’autre, ce qui déclenche une déformation du bilame.

Principe de fonctionnement, choix des 2 métaux :

Principe de fonctionnement thermostat bimétallique

Schématisation de la déformation du bilame :

Les 2 métaux sont solidaires entre eux, pour l’exemple, nous allons considérer la déformation induite par une montée en température de 20 à 100°C.

Schématisation de la déformation du bilame

Le métal 1 ayant un coefficient de dilatation supérieur au 2, le bilame se déforme alors donnant une forme convexe au bilame. Cette déformation est progressive au fur et à mesure que la température augmente. Le changement d’état est lent et non instantané. Ce type de bilame ne peut donc pas être utilisé en tant que dispositif de sécurité.

C’est alors qu’intervient le disque bimétallique, celui-ci est embouti afin de lui donner une forme concave/convexe à température ambiante. Cette opération va lui permettre un changement d’état franc et instantané à une température donnée.

Comment fonctionne un Thermostat à disque Bimétallique ?

Le thermostat à disque bimétallique est donc un disque bilame embouti afin d’obtenir un bilame dont le changement d’état de concave à convexe est instantané.

Schématisation du changement d’état du disque bimétallique à action franche :

Schématisation du changement d’état du disque bimétallique

Nous obtenons ainsi un thermostat utilisable comme élément fiable de sécurité sur une multitude d’applications industrielles. Le changement d’état du disque bimétallique qui assure le déclanchement du thermostat est dite « à action instantanée », c’est-à-dire que le basculement est franc et rapide. De plus, pour les applications pointues, la majorité des thermostats bilames sont préréglés en usine, la fabrication sera réalisée en fonction des besoins spécifiques de l’application.

Le retour à l’état initial du disque bimétallique peut alors se faire :

  • Automatiquement à une température définie lors de la redescente de celle-ci, il s’agit alors d’un thermostat dit « à réarmement automatique ».
  • Manuellement, l’opérateur appuie alors sur un bouton pour remettre le disque à son état d’origine, il s’agit alors d’un thermostat « à réarmement manuel ».

Schématisation générale du thermostat à disque bimétallique type Klixon® :

schéma fermé
schéma ouvert

Le basculement du disque bimétallique entraine le déplacement du poussoir en céramique qui lui-même entraine un contact électrique entre les 2 cosses du thermostat. Celui-ci est désormais fermé, le courant circule entre ses 2 bornes.

Un grand nombre de paramètres entre en compte dans la définition des Klixon®, notamment :

  • Etat initial du thermostat : Normalement ouvert (NO) ou Normalement Fermé (NC)
  • Température de déclenchement et sa tolérance, par exemple : 49°C +/-3°C
  • Le différentiel : la température de retour à l’état initial dans le cadre d’un Klixon® à réarmement automatique
  • De nombreux autres facteurs tels que la puissance électrique à couper, l’environnement vibratoire, la résistance aux chocs, la configuration mécanique (fixation), sont pris en compte.

 

Quelles sont les applications courantes d’un thermostat bimétallique ?

Du fait de leur rôle de dispositif de sécurité et de régulation, Les Klixon® sont omniprésents dans les foyers individuels et collectifs, en entreprise et dans un grand nombre d’industries :

  • Appareils électroménagers: Des thermostats sont incorporés dans les réfrigérateurs, les congélateurs, les fours, les fours à micro-ondes, les sèche-linges et les cafetières pour assurer une température stable.
  • Climatisation et chauffage: Les thermostats sont un élément clé dans les systèmes de climatisation et de chauffage pour les maisons et les bâtiments commerciaux, mais aussi pour le transport frigorifique dans le domaine HVAC.
  • Équipements industriels: Les thermostats bimétalliques sont utilisés dans les équipements industriels tels que les moteurs électriques, les transformateurs, les pompes, les cartes électroniques, …
  • Équipements de laboratoire: On utilise de nombreux thermostats dans les équipements de laboratoire et dans le milieu médical pour protéger les coûteux outils d’analyse, de diagnostic et de surveillance des patients.
  • Véhicules: Les thermostats bimétalliques assurent le bon fonctionnement des moteurs de véhicules en détectant toute anomalie de température de l’huile moteur et du liquide de refroidissement. Ils sont également utilisés pour surveiller les batteries des véhicules électriques et prévenir tout risque d’incendie.

 En conclusion : De la bouilloire à quelques Euro aux satellites et lanceurs spatiaux à plusieurs millions d’Euro, les thermostats bimétalliques assurent la sécurité de systèmes des plus simples aux plus complexes.

Quels sont les avantages d’un thermostat bimétallique ?

Les avantages des thermostats bimétalliques sont très nombreux, nous listerons ci-dessous les principaux points :

  • Rapidité :Le disque du Klixon®, change d’état de façon brusque et franche assurant ainsi sa bonne fonction d’interrupteur. Le thermostat est soit ouvert, soit fermé, il n’existe pas d’entre deux.
  • Coût :Les thermostats bimétalliques sont moins chers que les thermostats électroniques et son bien plus fiables car ils reposent sur un fonctionnement mécanique.
  • Fiabilité et précision :Les thermostats bimétalliques sont des dispositifs mécaniques simples qui ne nécessitent pas d’énergie pour fonctionner, ils sont donc très fiables et peu sujets aux pannes. Ainsi, chaque thermostat est configuré pour durer un nombre de cycles minimum. Ce nombre de cycles dépend aussi de la puissance électrique à couper.
  • Pré-calibré :Il existe des thermostats bimétalliques réglables (souvent par une vis) ou pré-calibré en usine. Ces derniers offrent souvent l’avantage d’être protégés contre l’environnement (poussière, eau, huile etc.). Par ailleurs, les thermostats bimétalliques pré-calibrés sont plus précis et fiables dans le temps.
  • Adaptabilité : Le Klixon® est disponible dans une multitude de tailles et de finition, mais aussi avec une large offre de fixation, qu’il soit à coller, à fixer, à clipper, … Nous le retrouvons sur des cartes électroniques comme sur des installations de pompes et moteurs lourds.

Quelles sont les principales applications des thermostats bimétalliques ?

    • Comme vu précédemment, les thermostats bimétalliques sont présents dans la plupart des appareils électroniques pouvant être sujet à surchauffe ou nécessitant une régulation de la température. Nous citerons de manière non exhaustive, les marchés suivants :

      • Electroménager
      • Industrielle
      • Militaire
      • Spatial
      • Ferroviaire
      • Aéronautique
      • Energie
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