Ртутный коммутационный элемент Советский патент 1992 года по МПК H01H29/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационным устройствам, управляемым изменением их пространственного положения, которые могут быть датчиками положения, угла, скорости и т.п., и могут быть применены в автоматике, машиностроении.

Известен ртутный коммутационный элемент, срабатывающий при наклоне, который состоит из электропроводящей колбы, имеющей смоченную ртутью внутреннюю поверхность, электроды вакуумно- плотно закрепленные в колбе через диэлектрик, ртуть, частично заполняющую колбу.

Недостатком известного элемента является низкая устойчивость к механическим воздействиям.

Известен коммутационный элемент, состоящий из баллона, в стенках которого закреплены электроды, ртути и перегородок, расположенных внутри колбы.

Недостатком известного коммутационного элемента является низкое быстродействие и невысокая долговечность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является коммутационный элемент, управляемый изменением его положения в пространстве, содержащий герметизированный баллон, частично заполненный ртутью, электроды, введенные в полость баллона и вакуумно- плотно закрепленные в его стенке.

Недостатком известного элемента является низкая устойчивость к механическим воздействиям и невысокая долговечность. Низкая устойчивость известного элемента объясняется тем, что ртуть, находящаяся внутри колбы, имеет возможность свободно перемещаться по полости колбы, в результате чего даже при сравнительно небольших механических воздействиях, например вибрации, полученный массой ртути момент ко- личества движения достаточен для

(Л

С

XI

О

сл о

hO

перемещения ртути на расстояние, достаточное для самопроизвольного электрического замыкания (размыкания) электродов через ртуть. Невысокая долговечность известного элемента обусловлена потерей элек- троизоляционных свойств колбы в результате механического натирания стенки ртутью при ее перемещении. Натирание также приводит к смачиванию стенок ртутью и в конечном итоге к выходу элемента из строя в результате устойчивого неразмыкания электродов.

Целью изобретения является повышение устойчивости к механическим воздействиям и долговечности.

Поставленная цель достигается тем, что в ртутный коммутационный элемент, управляемый изменением его положения в пространстве, содержащий герметизированный баллон, расположенные в нем не- подвижные контактные электроды и подвижный контактный электрод, в качестве которого использована ртуть, причем он снабжен трубками, выполненными в виде капилляров, указанные трубки установлены внутри полости герметизированного баллона таким образом, что один из концов каждой трубки погружен в ртуть, упомянутые неподвижные контактные электроды с зазором расположены внутри капилляров.

В предлагаемой конструкции трубки, выполненные в виде капилляров, погруженные в ртуть, уменьшают свободную поверхность ртути, имеющую возможность контактирования с электродами, тем самым снижая вероятность самопроизвольного за- ммкания (размыкания) электрического контакта через ртуть в результате изменения формы поверхности ртути при механическом воздействии.

Кроме того, колебания поверхности ртути в капилляре демпфируются силами поверхностного натяжения ртути, величина этой силы пропорциональна степени деформации поверхности ртути в капилляре, чем больше степень искривления поверхности, тем больше величина силы, стремящейся вернуть поверхность в исходное состояние.

В предлагаемой конструкции исключается механический контакт ртути с диэлект- риком, исолирующим электроды, тем самым предотвращается возможность снижения электроизоляционных свойств баллона в промежутке между электродами и баллоном и выход элемента из строя в результате ме- ханического натирания стенки баллона ртутью при перемещении ртути,

На фиг, 1-3 изображен1 ртутный коммутационный элемент в исходном положении; на фиг, 2 - то же, при повороте на угол а.

Коммутационный элемент содержит то- копроводящий корпус 1, который является общим электродом, электроды 2 и 3, через изолятор 4 введенные в корпус и помещенные соосно в капилляры 5 и 6, выполненные из диэлектрика, например из стекла. Капилляры одним концом жестко закреплены на корпусе, другим концом погружены в ртуть 7. В капиллярах или в местах их крепления предусмотрены отверстия для перетекания газа, заполняющего полость коммутационного элемента (не показаны), электрод 2 погружен в ртуть внутри капилляра. Электроды могут быть как смочены, так и не смочены ртутью, часть внутренней поверхности капилляров также может быть смочена ртутью. На фиг. 1 и 2 показаны несмоченные капилляры. Конструкция реализует функцию переключения. Если корпус изолирован от внешней цепи, такая конструкция коммутационного элемента осуществляет функцию замыкания - размыкания (или размыкания-замыкания).

Коммутационный элемент работает следующим образом.

В исходном положении (фиг. 1) электрод 2 имеет электрический контакт с корпусом 1, выполняющим роль общего электрода, через ртуть 6. При наклоне коммутационного элемента на угол а(фиг. 2) происходит переключение цепи: уровень ртути относительно капилляров меняется, при этом электрод 2 выходит из ртути, электрод 3 погружается в ртуть. Угол переключения зависит от следующих конструкторских параметров от длины электродов 2 и 3, от диаметров капилляров 3 и 4 (которые могут быть как одинаковыми, так и различными), от уровня ртути, от расстояния между электродами. У коммутационного элемента, осуществляющего функцию замыкания - размыкания, в исходном состоянии в ртуть погружен один электрод 2, а при повороте его на угол а погружается в ртуть второй электрод 3, при этом электрод 2 выходит из ртути.

На фиг. 3 изображен один из вариантов исполнения предложенного коммутационного элемента Коммутационный элемент имеет Д1 электрический корпус 1, капилляры 5 и 6 выполнены из токопроводящего материала и являются электродами, которые электрически соединены с внешним выводом 8 (его роль выполняет крышка). При этом капилляры могут быть смочены или не смочены ртутью (на фиг. 3 показаны смоченные капилляры). Такая конструкция реализует функцию переключения.

Коммутационный элемент работает следующим образом.

В исходном положении электрод 2 имеет электрический контакт через ртуть с ка- пил/ыром 5. При наклоне переключателя на угол а контакт между электродом 2 и капилляром 5 размыкается, а между электродом 3 и капилляром 6 - замыкается.

Технико-экономические преимущества изобретения, по сравнению с прото типом, заключаются в том, что повышается устой-, чивость к механическим воздействиям и долговечность.

Экономический эффект от внедрения данного изобретения может быть получен за счет существенного увеличения долговечности. Так. наработка прототипа составляет 104-Ю циклов коммутации, при использовании предлагаемого изобретения долговечность коммутационного элемента составит 109 циклов коммутации. При стоимости прототипа 0,75 руб. и стоимости коммутационного элемента при использовании предлагаемого изобретения 1,5 руб. и годовом выпуске 100 тыс.шт. экономический эффект составит 620 тыс.руб.

Формула изобретения

Ртутный коммутационный элемент, управляемый изменением его положения в пространстве, содержащий герметизированный баллон, расположенные в нем неподвижные контактные электроды и подвижный контактный электрод, в качестве которого использована ртуть, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к механическим воздействиям

и долговечности, он снабжен трубками, выполненными в виде капилляров, трубки установлены г полости герметизированного баллона так, что один из концов каждой трубки погружен в ртуть, а неподвижные

контактные электроды расположены с зазором в капиллярах.

Использование: электротехника, а именно в коммутационных устройствах, управляемых изменением их пространственного положения, которые могут быть применены в автоматике, машиностроении. Сущность: за счет использования диэлектрических трубок, выполненных в виде капилляров, и размещения в них неподвижных контактных электродов, в устройстве, управляемом изменением его положения в пространстве, повышается устойчивость к механическим воздействиям и долговечность. 3 ил.

/Г

Л

J

%/

Фиг. 2

2

5

//