Электрод электростатического реле Советский патент 1980 года по МПК H01H59/00 

1

Изобретение относится к элементам конструкции электростатических рел.ё и дает возможность расширить область применения реле.

Известно электростатическое реле 1 содержащее контактную группу и дза электрода - пластины, расположённые один напротив другого с зазором. Один из электродов является неподвижным, другой подвижным. Подвижный электрод-пластина выполнен в виде гибкой мембраны, а неподвижный электрод-пластина имеет вырез, в котором размещен неподвижный контакт, снабженный выступом для контактирования с поверхностью подвижной пластины. Неподвижный контакт и подвижная пластина образуют контактную группу.

При изготовлении реле в качестве материала для подвижных электродов применяют тонкие металлические пленки толщиной порядка нескольких микрон и менее. Для обеспечения достаточных усилий притяжения при малых напряжениях срабатывания (порядка 0,1-10 В) величина зазора до.ткна быть порядка одного микрона. Установка зазора такой величины между подвижным и неподвижным элeктpoдa м

является сложной технологической задачей. Кроме того, изменение температуры окружающей среды вследствие теплового раоиирения пластин-электродов при указанных величинах зазора и толщины подвижного электрода создают нестабильность параметров реле, например напряжения срабатывания. Упростить технологию установ10ки зазора и уменьшить влияние температуры окружающей среды можно путем увеличения зазора, однако, при этом увеличивается напряжение срабатывания, а для увеличения чувствйтельнос15 ти реле необходимоувеличивать габариты реле. Таким образом, для уменьшения габаритов реле, для расширения интервала коммутируемых напряжений,-. упрощения технологии изготовления реле необходимо уменьшить напря20жение, срабатывания реле.

Целью изобретения является уменьшение напряжения срабатывания реле

25 и расширения функциональных возможностей. Поставленная цель достигается применением пленки из материала с пьезоэлектрическими свойства;ми в качестве подвижного электрода элект3( ростатических реле. ffa фиг. 1 показан вариант консггр ций репа с использованием предлагаемой пленки; фиг, 2 поясняет способ получения пьеэоэлектрика дп.я электрода реле, Реле (см. фиг. 1) содержит мембрану 1 выполненную из полиме1зн ого материала, обладающего-Йьезоэлектри ческими свойствами, например из гше ки поливйнилидентфторида. На противоположные поверхности мембраны по всей площади их нанесены электроды 2 и 3 путем напыления металла в вак умеили электропроводящей краской или каким-либо другим известным спо собом нанесения металла на изолирую щий материал. На электроде 2 в цент ре мембраны нанесен изолирующий диэлектрический слой 4 толщиной поряд ка 10 мкм. На спое 4 закреплена кон тактная металлическая пластина 5 толщиной порядка 1-10 мкм. Мембрана 1с электродами 2и 3 закреплена на основании 6. На основании 6 расп ложены неподвижный электрод 7 с вырезом в центре и два контактных электрода 8, 9, Контактные электрод 8 и 9 совместно с контактной пласти ной 5 образуют одну контактную груп пу. Выполнение контактной группы в виде контактной пластины З и элек родов 8, 9 не увеличивает жесткость мембраны 1, что очень важно для Достижения поставленной цели. Пьезоэлектрические свойст1ва плен ки характеризуются величиной пьезомодуля d 3. Величина d определяется путем измерения количества заряда Qp индуцируемого на электродах 2 и 3 пло щадью S (расположенных на противоположных поверхностях пленки) при растягивании образца пленки вдоль поверхности электродов, как показано на фиг. 2. При этом: , as ЗГ5 i где f - приложенная нагрузка, кг; s- площадь поперечного сечения образца пленки, м, Наибольшей величиной пьезо1 юдуля dg обладает поливинилиденфторид -формы (ПВДФ-р ). Пьезоэлектрик из поливинилиденфторида получеиот следующим образоМе Из материала поливинилиденфторида . в виде порошка при температуре 190-210°С прессуют плоский образец. Затем его растягивают вдоль плоскости образца в каком-либо направлении. (Напримерв направлении оси f (см. . 2). На поверхности растянутого образца наносят металлические электроды 2и 3,а затем прикладывают к этим электродам постоянное по величине и знаку напряжение. Величина .напряжения должИй быть такой,что в напряженность электрического поля в образце составляла 500 кВ/см. Не снимая с электродов напряжение образец нагревают до и выдерживают в течение 3 ч при этой температуре. Затем охлаждают образец до , не снимая с электродов напряжения. После охлаждения с электродов снимают напряжение. Полимерный Пьезоэлектрик готов к употреблению. . Пьазомодуль для поливинилиденфторида р -формы dj 9,2-10 кл/н. Реле (фиг. 1) работает следую- . щим образом. При приложении разности потенциалов к неподвижному элек-троду 1 и электроду 2 (нанесенному на полимерную мембрану) , мембрана 1 прогибается в направлении неподвижного электрода. Величину прогиба йп можно найти, используя известный закон Гука: где Е - модуль упругости, н/м . Для поливинилиденфторида р-фор Ы Е-2 -10 н/м. При этом процесс работы предлагаемого реле аналогичен процессу работы реле-прототипа. При приложении разности потенциалов одновременно к электродам 7,2 и 3,2 мембрана 1 также прогибается, в направлении неподвижного электрода. При этом контактная пластина 5 заг-ыкает контактные электроды 8, 9. Величина прогиба в этом случае будет значительно больше и определяется из выражения: оеиН.(3) Ehd / где h - толщина пленки ПВФ- р , м. Отсюда видно, что величина прогиба д з состоит из прогиба, обусловленного пьезоэлектрическими свойствами мембраны и прогиба обусловленного электростатическим взаимодействием мембраны с неподвижным электродом, причем величина прогиба, обусловленного электростатическим взаимодействием, зависит от величины прогиба, обусловленного пьезоэлектрическими свойствами полимерной мембраны. Пусть и - напряжение срабатывания реле с обычнымэлектродом. Определим во сколько раз велич|1йа напряжения U срабатывания реле с пьезоэлектрической пленкой меньше напряжения срабатывания реле с обычным электродом. Из условия равенства величины прогиба Дп Для реле с ойлчным электродом Uu3 в реле с пьезоэлектрической пленкой, т.е. получаем: L-H- / eotuH- i Uhd Для поливинилиденфторида формы Е 10, Е 2,0-109 н/м Пусть

и 10 В, Т 10м, Н 3-10 M, h 2-10м. Подставляя указанные величины в формулу (4) получаем - 70.

Выполнение подвижного электрода из пленки с пьезоэлектрическими свойствами позволяет уменьшить напряжения срабатывания реле, при сохранении малых габаритов реле получить более высокие качественные показатели Электромеханических характеристик реле (стабильность параметров, повышение величины коммутируемых напряжений и т.д.), а также существенно расширяет функциональные возможности электростатического реле.

Формула изобретения

Применение пленки из материала с пьезоэлектрическими свойствами в качестве подвижного электрода электростатического реле.

Источники информации,

приняты(е во внимание при экспертизе

1; Авторское свидетельство СССР № 204440, кл. Н 01 Н 59/00, 1967.

3- Ч