Коммутирующее устройство Советский патент 1987 года по МПК H01H37/68 

Изобретение относится к коммутирующим устройствам, предназначенным для использования в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике.

Цель изобретения - повышение надежности коммутирующего устройства путем уменьшения его электрического сопротивления.

На фиг. 1 показано коммутирующее устройство в замкнутом положении; на фиг. 2 - то же, в разо.мкнутом положении; на фиг. 3- 10 - коммутирующее устройство с различным количеством дополнительных электродов, варианты.

Коммутирующее устройство (фиг. 1 и 2) содержит диэлектрический корпус 1, в котором размещены электроды 2 и 3. Электрод 2 выполнен в виде капилляра с поверхностью, смачиваемой помещенным в него контактирующи.м металлом (КМ) 4. На фиг. 1 КМ 4 показан в твердом состоянии, на фиг. 2 в жидком.

Устройство снабжено электропроводным подвижным элементом 5, который установлен в капилляре. Торцы подвижного элемента 5 выполнены смачиваемыми КМ 4. Уменьшение площади взаимодействия подвижного элемента 5 с электродом 3 (фиг. 1 и 2) в сравнении, с площадью его взаимодействия с КМ 4 в капилляре достигнуто посредством проводника 6, имеющего диаметр меньший, чем капилляр. Однако электрод 3 может быть полностью выполнен с таким же диаметром, как проводник 6, и тогда необходимость в проводнике 6 отпадает. Кроме того, уменьшение площади взаимодействия подвижного элемента с электродом 4 может быть достигнуто за счет уменьшения контактирующей с электродом 3 поверхности подвижного элемента (не показано). Превыщение площади взаи.модейст- вия КМ 4 с подвижным элементом 5 в капилляре над площадью взаи.модействия подвижного элемента с проводником 6, на контактную поверхность которого нанесен КМ 4, выбрано из условий обеспечения силами смачивания КМ .4 в капилляре разрыва взаимодействия подвижного элемента с электродом 3 (проводником 6) и пере.ме- щения его в направлении капилляра до обеспечения необходимого зазора. Объем КМ выбирают из условия обеспечения им уменьшения объема для перемещения подвижного элемента 5.

Коммутирующее устройство показано выполненным из отрезков микропроводов в стеклянной изоляции 1, 7 и 8. Изоляция 1 коаксиально микропровода несет функции корпуса, так как служит для закрепления в ней микропровода 3 в стеклянной изоляции 7, в которую установлена вставка из микропровода 6 в стеклянной изоляции 8.

Возможны и другие варианты выполнения устройства и капилляра.

В качестве КМ 4 может быть использован галлий и его припои, висмут и его при- пои. В качестве электропроводного материала подвижного элемента могут быть использованы медь, бронза и драгоценные металлы.

Удельное электрическое сопротивление меди 1х10 Ом-м, галлия 26x10 Ом м, ° висмута 117Х 1.0 Ом-м (при20°С).

Коммутирующее устройство работает следующим образом.

В твердом состоянии КМ 4 обеспечивает взаимодействие подвижного элемен- 5 та 5 с электродом 3 (проводником 6). При этом образован единый спай между электродом 2, КМ 4 в капилляре, подвижным элементом 5, КМ 4 на электроде 3 (проводнике 6) и электродом 3.

При расплавлении КМ 4 от внешнего источника тепла или тепла, выделяемого проходящим электрическим током, КМ 4 в капилляре уменьшает свой объем и сила- .ми смачивания перемещает за собой подвижный элемент 5, разрывая при этом расплав- 5 ленный КМ 4 на электроде 3 (проводнике 6), так как площадь взаимодействия подвижного элемента с КМ 4 в капилляре превы- щает площадь его взаимодействия с КМ 4 на электроде 3 (проводнике 6). При кристаллизации КМ 4 в капилляре он увеличивает 0 свой объем, перемещая при этом подвижный элемент до взаимодействия его с КМ 4 электрода 3 (проводника 6) и восстанавли- Езая при этом единый спай. Благодаря тому, что подвижный э.че- мент может быть выполнен из материала с удельны.м электрическим сопротивлением на порядок ниже, чем у К М из галлия и его припоев (и на два порядка ниже, че.м у висмута и его припоев), предложенное устройство позволяет снизить электрическое 0 сопротивление в сравнении с известным, что обеспечивает повьппение точности вычислений аналоговых вычислительных машин, а также повысить величину рабочих токов.

Предложенное устройство может работать в любом пространственном положении и в невесомости благодаря тому, что капилляр мал и силы в капилляре во много раз больше гравитационных.

Коммутирующее устройство (фиг. 3 и 4) содержит дополнительный электрод 9. 0 Электрод 2 выполнен в виде капилляра с поверхностью, смачиваемой помещенным в него металлом 4, скачкообразно уменьшающим свой объем при плавлении. Поверхностью, смачивае.мой металлом 4, с ним взаимодействует подвижный элемент 5. Он 5 установлен в полости 10 корпуса 1 с возможностью перемещения его металлом 4 при изменении объема. Подвижный элемент 5 выполнен с возможностью переключения

5

электродов 3 и 9 при перемещении. Если металл 4 (фиг. 3) расплавленный, то посредством него и подвижного элемента 5 замкнуты электроды 2 и 9, а если металл 4 (фиг. 4) в твердой фазе, то замкнуты электроды 2 и 3. Для повышения надежности контактирования подвижного элемента 5 с электродами на их контактные поверхности нанесен металл 11 (жидкий в момент переключения либо во всем интервале температур работы устройства), удерживаемый на них силами смачивания.

Коммутирующее устройство (фиг. 5 и 6) снабжено дополнительным электродом 12, а подвижный элемент 5 снабжен изоляцион- ной втулкой 13 и металлическим кольцом 14. Если металл 4 (фиг. 5) расплавленный, то при этом замкнуты электроды 9 и 12, а если КМ 4 (фиг. 6) в твердой фазе, то при этом замкнуты электроды 2 и 3.

Устройство (фиг. 7 и 8) дополнительно снабжено электродами 15 и 16 и упругим элементом, показанным в виде пружины 17, взаимодействующим с подвижным элементом 5. Электрод 2 выполнен из отрезка коаксиального микропровода в стеклянной изо- ляции 18.

Корпус 1 выполнен из диэлектрического материала, например из пластмассы. Если металл 4 (фиг. 7) расплавленный, то при этом замкнуты электроды 9 и 12, а если КМ 4 (фиг. 8) в твердой фазе, то замкну- ты электроды 15 и 16. Электроды 2 и 3 замкнуты постоянно посредством подвижного элемента 5 и пружины 17 для управления коммутацией теплом, выделяемым током в их цепи.

Коммутирующее устройство (фиг. 9 и 10) снабжено электродом 19 выполненным в полости 10 в виде направляющей для подвижного элемента 5. На их контактные поверхности нанесен металл 11. Если металл 4 (фиг. 9) расплавленный, то при этом замкну- ты электроды 19, 9 и 12, а если металл 4 (фиг. 10) в твердой фазе, то при этом замкнуты электроды 19, 15 и 16. Электроды 15 и 16, 9 и 12 могут быть объединены и выполнены в виде трубок.

В качестве упругого элемента 17 могут быть использованы цилиндрические, пластинчатые или иные пружины, эластичный диэлектрик, сжатый газ, и т. д. Коммутирующее устройство может быть выполнено и без металла 11. Контактные поверхности могут быть покрыты драгоценным металлом, электроды могут быть выполнены подпружиненными (не показано). Подвижный элемент 5 (фиг. 3-6) взаимодействует с диэлектрическим капилляром корпуса 1, но возможна установка подвижного элемен- та 5 в капилляр, смачиваемый металлом 4. При этом его боковая поверхность может быть выполнена несмачиваемой металлом 4

для облегчения перемещения. На фиг. 7-10 подвижный элемент перемещается в капилляре 2.

Объем металла в капилляре выбирают из условия обеспечения необходимой для переключения электродов длины перемещения подвижного элемента 5. Д иаметр капилляра выбирают из условия обеспечения металлом 4 усилий, необходимых для перемещения элемента 5 и переключения электродов. В связи с тем, что усилия, возникающие при кристаллизации металла 4, перемещающие подвижный элемент 5, на 1-2 порядка превышают силы поверхностного натяжения и смачивания, то для устройств (фиг. 3-6) диаметр капилляра определяется усилием, необходимым для перемещения элемента 5 при плавлении металла 4 и уменьшения его в объеме. Устройства (фиг. 7-10) снабжены упругим элементом 17, сжимаемым при увеличении объема металла 4 и обеспечивающим усилие возврата элемента 5 при плавлении металла 4. Для этих устройств диаметр капилляра может быть выполнен меньще, чем для устройств на фиг. 3-6, что обеспечивает сокращение расхода КМ 4 и энергии для управления устройством. В устройствах, снабженных упругим элементом 17, капилляр, в который помещен КМ 4, может быть выполнен диэлектрическим, в особенности, если КМ 4 включен в цепь управления коммутацией.

Коммутирующее устройство может быть выполнено с различным числом электродов, их размещением и схемами коммутации и управлением.

Формула изобретения

Коммутирующее устройство, содержащее диэлектрический корпус с размещенными в нем электродами, один из которых выполнен в виде капилляра с поверхностью, смачиваемой помещенным в капилляр контактирующим металлом, перемещаемым путем скачкообразного уменьщения своего объема при плавлении, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьщения его электрического сопротивления, оно снабжено подвижным электропроводным элементом, установленным с возможностью перемещения его контактирующим металлом при кристаллизации до контактирования с другим электродом, торцы подвижного электропроводного элемента выполнены смачиваемыми контактирующим .металлом, площадь взаимодействия подвижного электропроводного элемента с контактирующим металлом в капилляре превышает площадь взаимодействия подвижного электропроводного элемента с контактирующим металлом, нанесенным на другой электрод.

1319105 56

на величину, достаточную для перемещениячивания до разрыва электрического контакподвижного электропроводного элементата между подвижным электропроводным

силами поверхностного натяжения и сма-элементом и другим электродом.

/f. .. /f. f:. .. :. .. ,, /т. .. ,г I

УчУСУОО ОчУ ХУ -

у/ /

/ // У/ // у/ Y V/

t 2

2f

7 J

Фиг. 2

Изобретение относится к коммутирующим устройствам, используемым в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике. Целью изобретения является повышение надежности коммутирующего устройства путем уменьшения его электрического сопротивления. Коммутирующее устройство содержит электроды 2, 3. Электрод 2 выполнен в виде капилляра, а также электропроводный подвижный элемент (ЭПЭ) 5, площадь взаимодействия которого с контактирующим металлом (КМ) 4 в капилляре 2 превыщает площадь взаимодействия с КМ 4 на электроде 3 на величину, достаточную для обеспечения перемещения ЭПЭ 5 силами поверхностного натяжения и смачивания при плавлении КМ 4. Электрическое сопротивление снижено за счет того, что электрическое сопротивление ЭПЭ 5 по крайней мере на порядок ниже, чем у КМ 4, имеющего высокое удельное электрическое сопротивление. Кроме того описаны варианты коммутирующего устройства, имеющего различное количество дополнительных электродов. 10 ил.. i (Л 7 jji у/ У 0 i 0 // / // // /Л Фиг.1 8 6 СО СО О О1

Фиг.З

/ - ; W

П 13 10

Фиг. 6

12

}

/лллл ууу гууучл;к

ff

//.

/ //7 Х Х //7/77/

//////////// ///////хГ/,

/ // / 7Х/

/

1

Vf;Уjg 1; I

ХА С

V

1Z

л

ю

}

К

и

л

/

/

V

5

.,9

12

Ж

Л

Y/////// 7/////A

5 IT 75 1 Фиг.З

15 3

4 18

,э - Ч -t. V

/X х я к

Ъ

у

УО ЛУС-С $

,1//////./ //////// /////////7////л I f jg Т F ;5# ;

7

иш

2

хХ

//

/

,16

-Г

я к

3

y//////////f//////2

15

/

/л

7

иш1

7/

10 14

Составите,1ь С. Гордой Техред И. ВересКорректор Т. Колб

Тираж 698Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по де. 1ам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауи|ская аб., д. 4/5 Производственмо-полнграфнческое прелп|)иятие. :, Ужгород, ул. Проектная, ФигЛО