Un bilame est un dispositif simple qui convertit l’énergie thermique en mouvement mécanique. Il est utilisé comme interrupteur ou indicateur de chaleur activé thermiquement et fonctionne sur le principe de la dilatation différentielle des métaux dissemblables chauffés. Le bilame est composé de deux métaux différents qui sont liés ensemble pour former une bande droite et plate ou une bobine concentrique. Lorsque la bande est chauffée, l’un des métaux s’échauffe et se dilate plus rapidement que l’autre, provoquant la flexion de la bande. Cette déviation mécanique est ensuite exploitée de diverses manières pour commuter des circuits électriques ou déplacer un cadran vers une indication de valeur calorifique.
Lorsqu’un solide, un fluide ou un gaz est chauffé, ses molécules commencent à s’éloigner les unes des autres, entraînant une expansion. Tant qu’un matériau chauffé n’est pas contenu à un moment donné, il se dilatera de manière équilibrée. Si, pour une raison quelconque, le matériau est contenu ou empêché de se dilater le long d’une de ses surfaces, l’expansion non restreinte dans le reste du matériau le fera fléchir ou se plier. De toute évidence, certains matériaux se réchaufferont plus rapidement ou se dilateront plus que d’autres en fonction de leur structure moléculaire. Si deux de ces matériaux dissemblables se lient, celui qui chauffe plus lentement limitera l’expansion le long d’une face de l’autre et provoquera ce phénomène de déflexion.
Ce principe de déflexion thermique de matériaux dissemblables est utilisé pour fournir un mouvement mécanique lié à la chaleur dans une large gamme d’équipements électriques et de mesure. Les bandes bimétalliques sont généralement constituées de deux métaux différents, le laiton et l’acier et le cuivre et l’acier étant des combinaisons typiques. Les deux matériaux sont généralement soudés, brasés ou rivetés ensemble pour produire une union uniforme et sûre entre les deux faces de contact. Les bandes bimétalliques peuvent être formées d’éléments de type ressort hélicoïdal rectilignes ou concentriques. Leur déviation physique lorsqu’elle est chauffée est ensuite exploitée de diverses manières pour réaliser différentes fonctions.
L’une des méthodes les plus courantes d’utilisation de la déviation d’un bilame consiste à utiliser le ruban comme contact électrique pour établir ou couper des circuits. Les thermostats de chauffage sont un bon exemple de ce type d’application et utilisent la bande droite non chauffée pour maintenir le contact avec un point de commutation et maintenir le circuit de chauffage actif. Lorsque la température atteint un point prédéterminé, la bande chauffe et se plie, brisant ainsi le circuit et éteignant le chauffage. Lorsque la bande refroidit à nouveau, elle se redresse et réactive le circuit de chauffage. Cela permet de maintenir une plage de température constante.
Le bilame de type bobine a tendance à se dérouler lorsqu’il chauffe et fait tourner l’aiguille d’un thermomètre à cadran pour indiquer une valeur de température. Les bilames sont également utilisés comme dispositifs de surcharge thermique pour couper l’alimentation électrique des équipements électriques lorsqu’ils consomment un courant excessif ou surchauffent physiquement. Les caractéristiques de dilatation connues des différents métaux du bilame permettent une adaptation très précise de ces dispositifs pour fonctionner à des températures exactes. Cela fait des bandes une méthode fiable et abordable d’utilisation de la chaleur comme entrée de contrôle ou de mesure.