Коммутирующее устройство Советский патент 1977 года по МПК H01H37/68 

1

Изобретение относится к коммутирующим устройствам, применяемым в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике.

Известны коммутирующие устройства, выполненные в виде корпуса с размещенными в нем контактными элементами 1, 2.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является коммутирующее устройство, содержащее герметичный корпус с размещепными в нем электродами и перемещаемый путем подогрева контактирующий металл в твердой фазе 3. Однако это устройство обладает значительной инерционностью и требует дополнительпых источников тепла. Кроме того, известное устройство имеет относительно большие размеры и трудпо поддается миниатюризации, а также не может работать непрерывно, так как после однократного срабатывания контактирующий металл необходимо испарить с поверхности электродов, что ограничивает область применения коммутирующего устройства.

Для упрощения конструкции и расщирения области применения предлагаемое коммутирующее устройство выполнено в виде диэлектрического капилляра, например стеклянного, заполненного металлом (сплавом), уменьшающим скачкообразно свой объем при плавлении, например висмутом или чугуном, причем

температура размягчения стенок капилляра превышает температуру плавления указанного металла (сплава).

Электроды выполнены из контактирующего металла (сплава) и размещены в противоположных концах капилляра, образуя с ним вакуумплотный спай, что позволяет повысить надежность срабатывания устройства.

Для уменьшения нагрепа электродов внутренний диаметр в середине капилляра выполнен мепьпшм, чем по краям, причем д.чипа участка капилляра- с уменьшенным внутренним диаметром удовлетворяет неравенству

, где / - длина участка капилляра с ЗК

уменьшенным внутренним диаметром d, а коэффициент К характеризует степень уменьшения объема металла (сплава) при плавлении. Кроме того, коммутирующее устройство может быть выполнено из отрезка лнтого микропровода в стеклянной изоляции.

На чертеже показано описываемое коммутирующее устройство.

Устройство содержит герметичный корпус 1 с размещенными в нем электродами 2 и перемещаемый путем подогрева контактирующий металл 3 в твердой фазе.

При работе коммутирующего устройства в

качестве реле оно подключается последовательно в электрическую цепь при помощи

электродов 2, находящихся в электрическом контакте с контактирующим металлом (снлавом) 3, заполняющим герметичный корпус 1, причем между электродами и стенками канилляра имеет место вакуумнлотный спай. Когда ток, протекающий через устройство, превысит некоторое критическое значение, контактирующий металл 3 внутри корпуса 1 расплавляется, уменьшая свой объем. Под действием сил поверхностного натяжения расплавляемый металл стягивается в разные стороны от точки наибольшего нагрева, размыкая таким образом электрическую цепь. Затем охлаждаясь, металл затвердевает с одновременным увеличением объема до первоначального значения. При этом электрический контакт восстанавливается и устройство снова готово к работе. Восстановленный контакт представляет собой не механическое соприкосновение двух столбиков затвердевшего металла, а единый спаянный цилиндрический блок. Это вызвано тем, что восстановление контакта начинается в жидкой фазе до встречи фронтов кристаллизации расширяющихся в корпусе столбиков металла, а завершается образованием твердого спая того же сечения, что и до размыкания контакта. Ввиду того, что внутренний диаметр корпуса мал, силы поверхностного натяжения во много раз больше гравитационных сил и, следовательно, пространственное расположение в поле сил тяжести так же, как и невесомость не влияют на работу коммутируюшего устройства.

Для нормальной работы коммутирующего устройства необходимо, чтобы герметичный корпус не был подвержен локальным деформациям вплоть до температуры плавления контактирующего металла.

Для улучшения контакта между контактирующим металлом, уменьшающим скачкообразно свой объем при плавлении, и электродами последние выполнены из контактирующего металла, образзя вакуумплотный спай с корпусом. Таким образом, эти электроды являются продолжением рабочей части столбика металла, находящегося внутри корпуса. При необходимости корпус покрывает и электроды. Чтобы предотвратить возможность плавления электродов, например, выполненных из контактирующего металла, а также для того, чтобы расплавление металла и его контактирование происходило всегда в середине корпуса, внутренний диаметр корпуса в этом месте должен быть меньше, чем по краям.

Расчет показывает, что для разрыва цепи внутри корпуса при полном его заполнении указанным металлом в твердой фазе необходимо расплавление участка длиной

d ЗК

/ d - внутренний диаметр корпуса,

К - коэффициент, показывающий долю уменьшения объема (или увеличения плотности) металла при плавлении.

Например, у висмута К 3,3% и, следовательно, для нарушения контакта необходимо расплавление участка столбика металла длиной . Поэтому предлагаемый участок корпуса с у.меньшенным внутренним диаметром выполнять длиной, определяе.мой неравенством

(1).

Для миниатюризации предложенное коммутирующее устройство выполнено из отрезка литого микропровода в стеклянной изоляции, температура размягчения которого ниже температуры плавления металла. Токоподводами и электродами в этом случае служит сама жила микропровода.

Применение литого микропровода значительно упрощает техпологию изготовления коммутирующего устройства, которое в этом случае также может быть выполнено с утоньшениями внутреннего диаметра корпуса.

Изменяя толщину стеклянной изоляции микропровода, можно в некоторой степени регулировать величину теплоотдачи,а значит, и режим работы коммутирующего устройства, выполненного из отрезка микропровода. Кроме того, вакуумплотный спай электродов с корпусом обеспечивается автоматически в процессе литья микропровода.

Формула изобретения

1.Коммутирующее устройство, содержащее герметичный корпус с размещенными в нем

электродами и перемещаемый путем подогрева контактирующий металл в твердой фазе, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области применения, оно выполнено в виде диэлектрического капилляра, например стеклянного, заполненного металлом, (сплавом), уменьшающим скачкообразно своей объем при плавлении, например висмутом или чугуном, причем температура размягчения стенок капилляра превышает температуру плавлепия указанного металла (сплава).

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности срабатывания, его электроды выполнены из контактирующего металла (сплава) и размещены в противоположных концах капилляра, образуя с шм вакуумплотный спай.

3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения нагрева электродов, внутренний диаметр в середине капилляра выполнен меньшим, чем по краям, причем длииа участка капилляра с уменьшенным внутренним диаметром удовлетворяет неравенству

/

где /- длина участка капилляра с уменьшенным внутренним диаметром d, а коэффициент К характеризует степень уменьшения объема металла (сплава) при плавлении.

4.Устройство по пп. 1-3, отличаюшеес я тем, что оно выполнено из отрезка литого микропровода в стеклянной изоляции,

Источники информации, иринятые во вииманис ири экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 74002, кл. Н 01Н 37/68, 1947.

2.Авторское свидетельство СССР № 74245, кл. Н 01Н 37/68, 1947.

3.Авторское свидетельство СССР Ле 229640. кл. Н 01Н 37/68 (прототип).