Измерительное реле Советский патент 1976 года по МПК H01H51/28 

1

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и .молсет быть использовано три конструировании измерительных реле, в том числе реле для многоканальных устройств сбора информации.

Известны измерительные реле, используемые в коммутационном блоке прибора НР-8460В фирмы «Hewlett Packard, содержащие П-образ:ную теплоотводящую раму, на которой крепится управляющая катушка реле, магнитоуправляемый контакт, центрированный в середине Катущки и отделенный от нее воздушным промежутком, выводы магнитоуправляемого контакта с выводами реле 1. Недостатками этих реле являются .наличие массивной теплоотводящей рамы, общей для нескольких реле, и большое остаточное напряжение от теплового воздействия управляющей катушки, которое может достигать 20 МкБ при управлении одним магнитоуправляемым контактом.

Известны измерительные реле, используемые в приборах фирмы «Takeda Riken, у которых управляющие обмотки удалены от геркона и симметрично расположены на П-образном мапнитоцроводе, выполненном из .пакета листовой электротехнической стали и имеющем тепловой контакт с массивным металлическим кожухом, обеспечивающим дополнительный отвод тепла от геркона, выводы

которого соединены с медными стоиками - выводами реле 2. Недостатками этих реле являются наличие массивного металлического кожуха и больщое остаточное напрял ение от теплового воздействия управляющих обмоток, которое может достигать 10-15 мкВ при управлении одним герконом.

Известны измерительные реле, содержащие геркон, катушку управления, обмотка

которой расположена на каркасе и выполнена очень тонкой медной проволокой, термовыравниватель в форме прямоугольного параллелепипеда, на гранях которого укреплены соединения выводов реле с удлинительными проводниками из материала магнитоуправляемого контакта, соединенными, в свою очередь, с выводами магнитоуправляемых контактов 3. Однако в таких реле в обмотке катуЩ|КИ управления используется очень тонкая проволока, что приво.дит к известным технологическим трудностям при изготовлении реле, а также вызывает необходимость увеличения количества витков для обеспечения ампер-витков срабатывания магнитоуправляемого контакта, что, в свою очередь, нриводит за счет увеличения при этом индуктивности обмотки к снилсению быстродействия реле. Кроме того, емкость на разомкнутых выводах этих реле превышает емкость разомкнутого геркона, что ограничивает использование их в миогоканальных системах, при этом остаточное на пряжение от теплового воздействия управляющих обмоток при управлении одним герконом достигает 1 мкВ.

Известны также измерительные реле, содержащие один геркон, катушку управления, обмотка которой расположена на каркасе, термовыравниватель в форме трубки из меди или латуни, закрытый с одной стороны, в которую помещен геркон, а его выводы (один из них удлинен проводом из того же материала, что и контакты герко«а) распаяны на металлизированную пластину - термовыравниватель из окиси бериллия и в этих же точках распаяны медные выводы реле. Конец трубки со стороны выводов реле герметизирован теплопроводной пастой «эластасил. Термовыравниватель теплоизолирован от катушки управления воздушным промежутком 4. Однако емкость на разомкнутых выводах этих реле превышает емкость разомкнутого геркона при малом остаточном напряжении на замкнутых выводах реле от теплового воздействия катушки управления (около 0,5 мкВ при управлении одним герконом). Суммарное значение этих емкостей увеличивается при включении нескольких реле, что ограничивает применение их в многоканальных системах.

Для повышения чувствительности реле путем уменьшения емкости между его разомкнутыми выводами без увеличения остаточного напрял ения на замкнутых выводах реле от теплового воздействия катушки управления в предлагаемом реле термовыравниватель выполнен в виде пластины с утолщением носередине, в утолщенной части термовыравнивателя выполнены сквозные отверстия, в ко торых установлены баллоны магнитоуправляемых контактов, соединения выводов магнитоуправляемых контактов с выводами реле непосредственно закреплены на более тонких крайних частях термовыравнивателя, каркас обмотки катушки управления установлен на утолщенной части термовыравнивателя, причем каркас с обмоткой заключен в магнитопровод, более тонкие крайние части термовыравнивателя заключены в экраны, выполненные в виде колпачков из тепло- и электропроводного материала, соединенные электрически с каркасом катушки управления и магнитопроводом и образующие с ними сплошной экран, отделяющий обмотку катушки управления от магнитоуправляемых контактов и выводов реле, а пространство между колпачковыми экранами и термовыравнивателем заполнено термоизоляционным диэлектриком.

На фиг. 1 изображено описываемое измерительное реле, разрез; на фиг. 2 - разрез ПО А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез ло Б-Б на фиг. 1.

Магнитоуправляемые контакты 1 реле заключены в баллоны 2 и соединены с выводами 3 реле. Термовыравниватель 4 выполнен из теплопроводного материала в виде пластины с утолщением посередине в направлении

оси обмотки 5 катушки управления, располол епной на каркасе 6 из электропроводного материала. В утолщенной части термовыравнивателя 4 выполнены сквозные отверстия, в которых установлены баллоны 2 магнитоуправляемых контактов 1. Соединения выводов магнитоуправляемых контактов 1 с выводами 3 реле непосредственно закреплены на более тонких крайних частях термовыравнивателя

4. При этом «а части термовыравнивателя с максимальной площадью сечения установлена обмотка 5 катушки управления на каркасе 6, отделенном от него тер моизолятором 7. Снарул :и каркас 6 с обмоткой 5 заключен в

магнитонровод 8 из теплопроводного материала. Более тонкие крайние части термовыравнивателя 4 заключены в колпачковые экраны

9из электротеплонроводиого материала, которые соединены электрически с каркасом 6

и магнитопроводом 8, образуя с ними сплошной экран, отделяющий обмотку 5 от магнитоуправляемых контактов 1 и выводов 3 реле. Пространство мелоду колначковыми экранами 9 и термовыравнивателем 4 заполнено

термоизоляционным диэлектриком 10.

Замыкание магнитоуправляемых контактов 1 осуществляется пропусканием тока через обмотку 5 катушки управления. Магнито-провод 8 уменьшает рассеяние магнитного поля,

образуемого обмоткой 5, вокруг нее и концентрирует его внутри катушки управления, чем создается магнитное поле достаточной нанрял :енности в области магнитоуправляемых контактов 1. При этом магнитоуправляемые контакты 1 притягиваются один к другому и замыкаются. Тепло, выделяюшееся в обмотке 5, вызывает увеличение ее температуры и неравномерный нагрев в направлении оси катушки управления. Каркас 6, магнитопровод 8 и колпачковые экраны 9, выполненные из теплопроводного материала, предварительно выравнивают нагрев катушки управления в нанравлении ее оси, причем колпачковые экраны 9, соединенные электрически ,с каркасом 6, одновременно образуют сплошной электростатический экран, отделяющий обмотку 5 катушки управления от магнитоуправляемых контактов 1 и выводов .3 реле. В результате возникающей разности температур между внутренней поверхностью каркаса 6 и внешней поверхностью термовыравнивателя 4 тепловой поток направлен от поверхности каркаса через термоизоляторы 7 и

10к поверхности термовыравнивателя. Скорость изменения температуры нарулсной поверхности термовыравнивателя 4 при этом обратно пропорциональна расстоянию между каркасом 6 и термовыравнивателем и площади его наружной поверхности. Площадь наружной поверхности частей термовыравнивателя 4 в нанравлении оси катушки управления пропорциональна площади его сечения на данном участке, поэтому в части термовыравнивателя с большей площадью сечения в направлении оси катхапки управления и нарул ной поверхностью, близко находящейся от каркаса б катушки, температура на поверхности термовыравнивателя изменяется с большей скоростью, чем на более удаленной от каркаса поверхности в частях с минимальной плошадью сечения, что позволяет уменьшить тепловое влияние катушки управления на частях термовыравнивателя 4 с минимальной плошадью сечения в на правлении ее оси по сравнению с участком максимальной плошади ,сечения.

Увеличенная плошадь сечения термовыравнивателя 4 в области максимального тенлового воздействия - области обмотки 5 увеличивает истинную теплоемкость этой части и тем самым уменьшает скорость изменения тем-пературы термовыравнивателя в этой части в направлении от его наружной поверхности внутрь, причем эффект увеличения инерционности изменения температуры термовыравнивателя наблюдается вблизи его наружной поверхности, что позволяет выполнить .сквозные отверстия, удаленные от наружйой поверхности, для установки в них баллонов 2 магнитоунравляемых контактов 1 без ош,утимого снижения этой инерционности. При этом скорость выравнивания температуры в термовыравнивателе 4 в направлении оси катушки управления значительно больше скорости изменения температуры самого термовыравнивателя благодаря его малой площади сечения в направлении оси катушки управления по сравнению с площадью сечения вблизи поверхности термовыравнивателя в направлении, перпендикулярном к оси катушки.

Малая скорость изменения температуры термовыравнивателя 4 по сравнению со скоростью выравнивания температуры в направлении оси катушки управления достигается увеличением плошади сечения термовыравнивателя в области обмотки 5, что позволяет поддерживать малую разность температур в направлении оси катушки, а следовательно, и малую алгебраическую сумму термоэ.д.с. или остаточпое напряжение на замкнутых выводах реле.

При уменьшении напряженности магнитного поля ниже определенной величины, что соответствует выключению обмотки 5, магнитоуправляемые контакты 1 под воздействием упругих сил возвращаются в исходное положение и размыкаются.

Предлагаемое измерительное реле с термовыравнивателем 4, выполненным в виде пластины с утолщением в направлении оси катушки управления, с обмоткой 5 катушки управления, установленной на утолщенной части термовыравнивателя, с термоизоляторами 7 и 10, а также с колпачковыми экранами 9, каркасом 6 и магнитопроводом 8, выполненными из теплопроводного материала, имеет меньшую емкость между разомкнутыми выводами 3 и не большее остаточное напряжение на замкнутых выводах 3 от теплового воздействия катушки управления прн

управлении одним магнитоуправляемым контактом 1, чем известные конструкции реле.

Сохранение значений остаточных напряжений на замкнутых выводах реле от теплового

воздействия катушки управления, не превышающих известный уровень (при управлении только одним магнитоуправляемым контактом), прн одновременном уменьшении суммарной емкости на разомкнутых выводах,

нолучаемом при включении нескольких реле, позволяет использовать предлагаемую конструкцию реле в высокоточных многоканальных системах для коммутации сигналов широкого спектра частот.

Формула изобретения

Измерительное реле, содержащее но крайней мере один магнитоуправляемый контакт, заключенный в герметизированный баллон,

с выводами, разнесенными в противоположные стороны, катушку управления, обмотка которой расположена на каркасе, выполненном из тепло- и электропроводного материала, термовыравниватель из теплопроводного

материала, термоизолятор, установленный между каркасом катушки и термовыравнивателем, и магнитопровод из теплопроводного материала, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности реле путем

уменьшения емкости между его разомкнутыми выводами без увеличения остаточного напряжения на за-мкнутых выводах реле от теплового воздействия катушки управления, термовыравниватель выполнен в виде пластины

с утолщением посередине, в утолщенной части термовыравнивателя вынолнены сквозные отверстия, в которых установлены баллоны магнитоуправляемых контактов, соединения выводов магнитоуправляемых контактов с выводами реле закреплены па более тонких крайних частях термовыравнивателя, каркас обмотки катушки управления установлен на утолщенной части термовыравнивателя, причем каркас с обмоткой заключен в магнитопровод, более тонкие крайние части термовыравнивателя заключены в экраны, выполненные в виде колпачков из тепло- и электропроводного материала, соединенные электрически с каркасом катушки управления и магнитопроводом и образующие с пими сплошной экран, отделяющий обмотку катушки управления от магнитоуправляемых контактов и выводов реле, а пространство между колпачковыми экранами и термовыравнивателем заполнено термоизоляционным диэлектриком.

Псточники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Труды ВНИИЭП, № 20, 1974, стр. 65, рис. 4.

2. Труды ВНИПЭП, № 20, 1974, стр. 65, рис. 5.

3.Патент США № 3701906, кл. 307-149, опубл. в 1974 г.

4.Труды ВНИИЭП, № 20, 1974, стр. 65, рис. 6 (прототип).

I Фиг.1

б

Фиг. 2в