Жидкостный коммутатор Советский патент 1981 года по МПК H01H29/00 

Изобретение относится к электротехнике и метрологии и может найти применение в образцовых приборах точного приборостроения, в которыхуровень помех коммутирующих контактов должен быть минимальным, а их численный уровень для образцового коммутационного контакта не должен превышать 10 В. Известные коммутационные контакты всех ипов реле, не имеющие ртутносмоченную. основу в зоне коммутации, не пригодны для коммутации малых напряжений. Для получения надежного переключающего контакта при малых нап ряжениях и токе, необходимо его ртутно-смоченное исполнение. Это усложняе условия эксплуатации, вызывая снижение класса точности, а в устройствах автоматики, работающих при критических технологических режимах, исключает их применение. - Все приборы, имею щие переключающие контакты в измерительных, целях малого напряжения и. тока, требуют зачистку контактов для уничтожения периодически возникающих пленок. При жидкометаллических контактах замыкание контакта происходит под пленкой и она не мешает контакти рованию. Известны жидкометаллические.контакты , содержащиетвердомёталлическую основу,смочённую жидким металлом,предназначенные для работы В герметизиро- ванных устройствах в инертной или восстановительной среде Щ. Недостатком известных жидкометаллических контактов является их непригодность для коммутации малых напряжений порядка 10 - 10 В, вследствие того, что они выполнены из неоднородного материала-, а сами коммутиру(ощие контакты находятся в зоне воздействия электрических.,магнитных, тепловых полей и механических нагрузок на переключающие контакты, что меняет их структуру, т.е. механическую однородность. Кроме этого, они также подвергаются и другим импульсным помехам от систем управления и поэтому не могут удовлетворить требования по уровню контактных электродвижущих сил, шумов и устойчивости переходного сопротивления коммутирующих контактов. Наиболее близким к предлагаемому является жидкостный коммутатор,содержащий герметизированный баллон с поставленными в нем перпендикулярно про дольмой оси баллона и направленными в одйу сторону контактными электродами.

контактные поверхности которых покрыты платиной и смочены ртутью и ртутной каплей,легированной метсшлом и рамещенной с возможностью перемещения по. продольной оси баллона и силовой привод 2.

Однако такой коммутатор не пригоден для коммутации токов и напряжений до .

Цель изобретения - повышение надежности коммутации малых токов и нап ряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в жидкометаллический коммутатор, содержащий герметизированный баллон с установленными в нем перпендикулярно продольный оси баллона и направленными в одну сторону контактными электродами, контактные поверхности которых покрыты платиной и смочены ртутью ,и ртутной каплей,легированной металлом и размещенной с возможг ностью перемещения по продольной оси баллона и силовой привод, введены другие контактные электроды, металлическая сетка и электропроводные трубки, другие контактные электродьа также установлены перпендикулярно П1 одольно оси бсшлона и направлены в противоположную сторону от указанных кон- . тактных электродов друг напротив друга и нейтрализующие контактные электроды, установленные между указанными парами и направленные в. одну сторону. Металлическая сетка экранирует баллон в области расположения всех контактных электродов, электроповодныетрубки установлены в торцах баллона и соединены с силовым приводом, щжчем нейтрализирующие .контактные электроды, металлическая, сетка и электропроводные трубки электрически соединены между собой, а сило вой привод выполнен в виде гидропривода.

В жидкостном коммутаторе-ртутная капл.я может быть легирована золотом, все контактные поверхности электродов пркрыты ртутной амальгамой, легированной золотом, все контактные .noBiepx.ности контактных электродов могут быт покрыты слоем золота по платийе, в качестве, рабочей жидкости гидpoпpивoда может быть выбран ацетон, в качест ве гидропривода может быть использована электроосмотиче.ская ячейка, электроприводные трубки могут быть выполнены из материала с высокой теплопроводностью и малой растворимостью в рабочей жидкости гидропривода.

На чертеже изображен коммутатор для коммутации малых напряжений, общий вид в разрезе плоскости контактирования.

Коммутатор содержит баллон 1 и узе для коммутации измерительных цепей, состоящий из неподвижных контактных электродов, построенных на базе однородной твёрдометаллической основы

2 и нанесенной на твердометаллическу Основу ртутной амальгамы 3. Сами контакты относительно друг друга расположены по прямой линии, что обеспечивает минимум наводок.

Контактные поверхности покрыты платиной и поэтому имеют незначительную растворимость в жидком металле. Надежную адгезию с амальгамой обеспечивает тонкий слой золота, нанесенный на контактные поверхности. Амальгама 3 легирована золотом. Это обеспечивает однородность характеристик неподвижных контактов для .измерительных цепей. Для замыкания неподвижных контактов служит подвижный жидкометаллический контакт 4 в виде капли ртути, которая обладает большим поверхностным натяжением, что обеспечивает хорошие динамические характеристики жидкометаллическо контакта.

В качестве примеси к ней предпочтительно применение золота.Это снижает сопротивление ртути, улучшает ее подвижность и стабилизирует электрические и другие технические характериотики жидкометаллической среды. Все это обеспечивает полное смачивание и, как результат, предельно низкое и стабильное значение сопротивления перехода жидкий металл - твердое тело и минимальные контактные электродвижущие силы для узла комму.тации измерительных цепей.Узел нейтрализации, состоит из неподвижных нейтрализующих подконтактных электродов 5, которые служат для отвода заряда и нейтрализации подвижного контакта 4. Нейтрализация обеспечивается соединением с землей нейтрализующи контактов. Нейтрализующие контакты, построенные на базе однородной твёрдометаллической основы, имеют нанесенную на твердометаллическую основу амальгаму и расположены по обеим сторонам от пар контактных электродов. Неподвижные жидкометгшлические контакты (как коммутирующие, так и нейтрализующие) герметически закреплены в баллоне 1, изготовленном из непроводящего материала, который заполняется несущей жидкостью 6, при которой происходит передвижение жидкометалли ческого контакта 4. Перемещение несущей жидкости происходит от гидропривода, например от электроосмотической ячейки (на чертеже не показана). Использование электроосмотической ячейки в качестве гидропривода обеспечивает простоту управления и изготовления, небольшие габариты, малую инерционность несущей жидкости из-за большого гидравлического внутреннего -сопротивления, контакты поверхности контактов, находящихся внутри баллона, покрыты амальгамой (жидким металлом) 3, количество которой достаточно для .безударного образования надежного контакта со скользящим в канале подвижным жидкометаллическим контактом 4. . Гидравлическое управление несущей жидкостью и, соответственно, коммут ции подвижным жидкометаллическим ко тактом позволяет удалить силовой при вод от коммутационного паля измерительных жидкометаллических контакто чем можно избавиться от импульсных помех, создаваемых этим приводом. &1равнивание температур находящих ся в рабочей трубке несущей жидкост и неподвижных контактов обеспечивает ся электроприводными отрезками трубо 7,обладающих большой теплопроводност и расположенными с обоих концов баллона 1. Для уменьшения внешних помех вся коммутационная зона баллона заэкрани рована металлической сеткой 8, расположенной снаружи и соединенной с нейтрализующими контактами электродами и землей. Работа устройства для коммутаций малых напряжений заключается в еледующем. Замлкание измерительного неподвижного жидкометаллического контакта осуществляется перемещением жидкометаллического подвижного контакта .по баллону по направлению перепадов давления образуемого гидравлическим приводом и прикладываемого к подвижному контакту 4 посредством несущей жидкости 6. По.сле размыкания измерительной цепи жчдкометаллический подвижный контакт получает заряд, который при. соприкосновении жидкометалли ческого подвижного контакта с нейтрализующим контактом полностью снимается путем отвода его в землю. Пос ле этой операции устройство готово для коммутации следующей-измерительной цепи. Для сведения к минимуму значений термоэдс необходимо выравнивание температуры всего коммутационногсэ узла для измерительных цепей с внеш ней температурой. Выравнивание происходит следующим образом,. Давлением от гидропривода прогоняют несущую жидкость 6 через электроприводные трубки, обладающие бо,пъшой теплоемкостью.Ее внутренняя поверхность смглвается несущей жидкость также имеющей большую теплоемкость, а по наружной поверхности она соприкасается с окружающей атмосферой и выравнивающий поток идет через эти трубки, несущие жидкость к подвижным и неподвижным контактам. Развитие предлагаемого типа уст-, роиств .повышает точность и надежност образцовых эталонных средств измерения, что улучшает точность информационно-измерительных систем на несколько порядков. Кроме того, на базе устройств для коммутации малых напряжений можно создать более надежные и высокоточные измерительные устройства. .Формула изобретения 1.Жидкостный коммутатор, содер- жащий герметизированный баллон с установленными в нем перпендикулярно продольный оси бсшлона и направленными в одну сторону контрактными электродами, контактные поверхности которых покрыты платиной и смочены ртутью и ртутной каплей, легированной металлом и размещенной с возможностью перемещения по продольной оси баллона, и силовой привод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности коммутации малых токов и напряжений, в него введены другие контактные электроды, металлическая сетка и электроприводные трубки, другие контактные электроды также установлены перпендикулярно продольной оси баллона и направлены в противоположную от указанных контактных электродов сторону, так ЧТО;образуются пары контактных глектродов друг напротив друга и нейтрализующие контактные электроды, установленные между указанными .парами и направленные в одну сторону металлическая сетка экранирует баллон в облабти расположения всех контактных электродов, электропроводные трубки установлены в торцах баллона и соеди-. ненгЛ с силовым приводом, причем нейтрализующие контактные электроды, металлическая сетка и электроприводные трубки электрически соединены между собой,а силовой привод выполнен в виде гидропривода. 2.Коммутатор по п. 1, о т ли чающийся тем, что ртутная капля легирована золотом. 3.Коммутатор по п. 1 и 2, о т лича;ющийся тем, что все контактные поверхности электродов покрыты ртутной амальгамой, легированной золотомJ 4. Коммутатор по пп. 1 - 3, о т дичающий с я тем, что все контактные поверхности контактных электродов покрыты слоем золота по платине.. 5. Коммутатор по пп. 1 - 4, о т личающийся тем, что в качестве рабочей жидкости гидропривода выбран ацетон. .. б. Коммутаторпо пп. 1 - 5, о т чающий ся тем, что в качестве гидропривода использована электроосмотическая .ячейка. 7. Коммутатор поп; 1-6, отличающий, с -я тем, что электропроводные трубки выполнены из материала с высокой теплопроводностью и малой растворимостью в рабочей жидкости гидропривода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зарецкас В-С.С. и Рагульскене В.Л. Ртутные коммутирующие элементы для устройств автоматики. М., Энергия, 1971, с. 30-35.

2. Там же, с. 21-28, рис. 2,3 (прототип) .

«« «WtffJ

к гиЗроприввЗу -