Ртутный переключатель

Ртутный переключатель — это электрический переключатель , который размыкает и замыкает цепь , когда небольшое количество жидкой металлической ртути соединяет металлические электроды и замыкает цепь. Существует несколько различных базовых конструкций (наклонная, смещенная, радиальная и т. д.), но все они имеют общую конструктивную прочность не подверженных эрозии контактов переключателя.

Наиболее распространенным является ртутный переключатель наклона . Он находится в одном состоянии (открытом или закрытом) при наклоне в одном направлении относительно горизонтали и в другом состоянии при наклоне в другом направлении. Это то, что термостаты старого типа использовали для включения или выключения обогревателя или кондиционера.

В ртутном переключателе смещения используется «плунжер», который погружается в лужу ртути, повышая уровень в контейнере до контакта хотя бы с одним электродом. Эта конструкция используется в реле в промышленных приложениях, которым необходимо часто коммутировать сильноточные нагрузки. Эти реле используют электромагнитные катушки для втягивания стальных гильз внутрь герметично закрытых контейнеров.

История

Примерно с 1905 по 1910 год были изобретены различные ртутные переключатели, но переключатель «ртуть в стеклянной колбе» получил свое начало с патента 1598874 (поданного 19 января 1922 года Луи Феланом). ^[1] который превратился в более современный ртутный переключатель с прямой трубчатой стеклянной колбой благодаря патенту 2232626 (поданному 7 октября 1937 года Гарольдом Олсоном из Honeywell ). ^[2]

Описание

Ртутные переключатели имеют один или несколько наборов электрических контактов в герметичной стеклянной оболочке, содержащей небольшое количество ртути. Оболочка также может содержать водород под давлением, инертный газ или вакуум. Гравитация постоянно тянет каплю ртути к самой нижней точке оболочки. Когда переключатель наклонен в соответствующем направлении, ртуть касается набора контактов, замыкая электрическую цепь. Наклон переключателя в противоположном направлении отводит ртуть от этого набора контактов, разрывая эту цепь. ^[3] Переключатель может содержать несколько наборов контактов, замыкающих разные наборы под разными углами, что позволяет, например, работать в однополюсном двухпозиционном режиме ( SPDT ).

Преимущества

Ртутные переключатели имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами переключателей:

Контакты закрыты, поэтому окисление мест контакта невозможно.
В опасных зонах при разрыве цепи не возникает искра, которая могла бы воспламенить горючие газы.
Контакты остаются чистыми, и даже в случае возникновения внутренней дуги контактные поверхности обновляются при каждой операции и не изнашиваются.
Даже небольшая капля ртути имеет низкое сопротивление, поэтому переключатели могут проводить полезный ток при небольшом размере. ^[4]
Чувствительность капли к силе тяжести обеспечивает уникальную функцию измерения и подходит для простых механизмов с низким усилием для ручного или автоматического управления.
Переключатели работают бесшумно, поскольку ни один из контактов не смыкается внезапно.
Масса движущейся капли ртути обеспечивает эффект смещения по центру , чтобы избежать вибрации при наклоне переключателя.
Конверт может включать в себя контакты для двух и более цепей.

Недостатки

Ртутные выключатели имеют ряд недостатков:

Существует тенденция к повреждению периодически подвергаемого воздействию электрода из-за сильного нагрева и разрушительной силы электрической дуги, которая образуется всякий раз, когда цепь размыкается или замыкается, особенно если цепь размыкается под большой индуктивной нагрузкой. Для покрытия этого электрода использовались определенные огнеупорные материалы, чтобы смягчить этот эффект.
Их относительно низкая скорость работы (из-за инерции капли ртути) делает их непригодными для применений, требующих большого количества рабочих циклов в секунду. ^[5]
Стеклянные колбы и проволочные электроды могут быть хрупкими и требуют гибких проводов, чтобы предотвратить повреждение колбы.
Капля ртути образует общий электрод, поэтому в многополюсном выключателе цепи не изолированы друг от друга.
Их чувствительность к гравитации может сделать их непригодными для использования в портативных или мобильных устройствах, которые могут менять ориентацию или вибрировать.
Соединения ртути высокотоксичны и накапливаются в любой пищевой цепи , поэтому нормы безопасности исключают использование ртути во многих новых конструкциях.

Использование

Датчик крена

Переключатели наклона обеспечивают предупреждение об опрокидывании или опрокидывании таких устройств, как строительная техника и подъемные машины, работающие на пересеченной местности. Существует несколько типов, не содержащих ртуть, но лишь немногие из них реализованы из-за чувствительности к ударам и вибрации, вызывающим ложное срабатывание. Однако существуют устройства, устойчивые к ударам и вибрации.

Использование в автомобилестроении

Производители автомобилей когда-то использовали ртутные переключатели для управления освещением (например, освещением крышки багажника), системой управления движением и антиблокировочной системой тормозов . Утилизированные автомобили могут привести к утечке ртути в окружающую среду, если эти выключатели не будут удалены должным образом. С 2003 года в новых автомобилях американского производства больше не используются ртутные выключатели. ^[6]^[7]

Электрификация церковных колоколов

Проводя дополнительные исследования в 1950-х годах, австрийский мастер колоколов из Вены Йозеф Пфунднер-младший решил разработать новый способ электрификации церковных колоколов. В Австрии уже было полно моторов немецкого завода из Херфорда, которые использовали моторы с тормозами и коробкой передач для изменения направления вращения и поддержания оптимального угла поворота и тем самым для изменения направления поворота колокола. Этот вариант был недоступен, поэтому Пфунднер решил поэкспериментировать с чем-то другим. Вариант двигателя с тормозом и ртутным выключателем был экономически лучшим решением, но гораздо более чувствительным. Одна ошибка при установке этого переключателя на ярмо колокола может оказаться фатальной для звонка, так как при поломке одного из переключателей колокол может треснуть. Этот тип «редуктора» на ярме содержал 4 ртутных переключателя, то есть по 2 переключателя на каждое направление, и был соединен проводом, который был прикреплен к двигателю, чтобы менять направление качания во время звонка колокола. Угол поворота можно было регулировать, просто немного перемещая переключатели. Смещение еще на один градус может оказаться фатальным для колокола или даже привести к слишком низкому углу поворота. С тех пор как Йозеф Пфунднер закрыл колокололитейный завод в 1971 году, колокололитейный завод Грассмайр из Инсбрука в Тироле получил лицензию на использование такого патента и продолжал использовать его для собственной электрификации до начала 2000-х годов. Некоторые электрификаторы в Хорватия также приняла эту систему, как и Алоиз Домислович, его преемник Лука Ивандия и чуть позже Иван Босиль. Иван Босиль отказался от использования ртутных выключателей в 2000 году. В Воеводине в Сербии та же система использовала электрификатор Михая Рожа, но, поскольку он перестал работать через определенное время, его системы не обслуживались до конца 2019 - начала 2020-х годов. Сейчас один электрик из Бечей самостоятельно обслуживает свои работы и проводит электрификацию с помощью ртутных выключателей и двигателей с тормозом.

Сигнализация падения

Работа, выполняемая в замкнутом пространстве (например, работа сварщика внутри резервуара), вызывает особые опасения по поводу безопасности. Переключатели наклона подают сигнал тревоги, если рабочий упадет.

Указатели ориентации самолета/искусственные горизонты

В указателях ориентации с электроприводом обычно используются ртутные переключатели, удерживающие ось гироскопа в вертикальном положении. Когда гироскоп отклоняется от вертикального положения, ртутные переключатели запускают моментные двигатели, которые возвращают положение гироскопа в правильное положение. (Пневматические указатели ориентации используют другой принцип работы.)

Термостаты

Ртутные переключатели когда-то были обычным явлением в биметаллических термостатах . Вес подвижной капли ртути обеспечивал некоторый гистерезис за счет смещения центра . Биметаллическая пружина должна была двигаться дальше, чтобы преодолеть вес ртути, стремясь удерживать ее в открытом или закрытом положении. Ртуть также обеспечивала положительное переключение и выдерживала миллионы циклов без ухудшения контактов.

Дверные звонки

В некоторых старых дверных звонках, например, советском ЗМ-1У4, в качестве прерывателей тока используются ртутные выключатели.

Реле давления

В некоторых реле давления используются трубка Бурдона и ртутный переключатель. Небольшая сила, создаваемая трубкой, надежно управляет переключателем.

Вендинг

Ртутные переключатели до сих пор используются в электромеханических системах, где физическая ориентация приводов или роторов является важным фактором. Они также широко используются в торговых автоматах для сигнализации наклона , которая обнаруживает, когда кто-то пытается покачать или наклонить автомат, чтобы заставить его продать продукт.

Бомбы

Переключатель наклона может привести в действие бомбу. ^[8]^[9] Ртутные переключатели наклона можно встретить в некоторых взрывателях бомб и , фугасов обычно в виде устройств неизвлекаемости , например, вариант мины ВС-50 .

Токсичность

Поскольку ртуть является токсичным тяжелым металлом , устройства, содержащие ртутные выключатели, следует утилизировать как опасные отходы . Поскольку теперь на него наложены ограничения RoHS , большинство современных приложений устранили его. Металлический шарик и контактные провода могут заменить его напрямую, но могут потребоваться дополнительные схемы для устранения дребезга переключателя . В термостатах низкой точности используется биметаллическая полоска и переключающий контакт. В прецизионных термостатах используется термистор или кремниевый датчик температуры. Недорогие акселерометры заменяют ртутный переключатель наклона в прецизионных приложениях.

В США Агентство по охране окружающей среды (EPA). утилизацию и выбросы ртути регулирует ^[10] Отдельные штаты и населенные пункты могут принимать дополнительные правила использования или утилизации ртути.

См. также

Ртутно-дуговой клапан — выпрямительное устройство, предназначенное для высоких электрических напряжений/токов.
Ртутная батарея , электрохимическая батарея.
Ртутный кулонометр — электроаналитический химический прибор, определяющий количество вещества, трансформируемого в ходе ртутной реакции.
Ртутный зонд — электрическое зондирующее устройство для отбора проб для определения электрических характеристик.
Ртутный поворотный коммутатор , электрическая схема, токореверсивный переключатель с использованием элемента ртути.
Реле, смоченное ртутью
Ртутное реле

Ссылки

^ Патент США 1598874 .: «Электрический аппарат», подан 19 января 1922 г.
^ Патент США 2232626 .: «Электрический выключатель», подан 7 октября 1937 г.
^ Фрейден, Джейкоб (2004). Справочник по современным датчикам - физика, конструкция и применение (3-е изд.). Спрингер - Верлаг. стр. 256–257.
^ Мартин Дж. Хиткот, Книга о трансформаторах J&P: практическая технология силового трансформатора Newnes, 2007 г. ISBN 0-7506-8164-0 стр.285
^ Дэвид В. Пессен, Промышленная автоматизация: схемотехника и компоненты , Wiley-IEEE, 1989. ISBN 0-471-60071-7 , стр. 44.
^ США, Отчет об исследовании Меркурия Конгрессу , DIANE Publishing, 1997 г. ISBN 1-4289-0372-0 , стр. 2-11.
^ Организация экономического сотрудничества и развития, Набор инструментов для экологической политики, Издательство ОЭСР, 2007, ISBN 92-64-01780-1 , стр.145
^ Валлели, Пол (22 февраля 2002 г.). «Досье Эйри Нива» . Независимый . Лондон. Архивировано из оригинала 12 мая 2022 г. Проверено 12 мая 2010 г.
^ «1979: Взрыв автомобиля убил Эйри Нива» . Новости Би-би-си . 30 марта 1979 года . Проверено 26 марта 2010 г.
^ «Меркурий: Законы и постановления» . Агентство по охране окружающей среды США . 16 апреля 2008 г. Проверено 30 мая 2008 г.

Внешние ссылки

Как адаптировать ртутный переключатель для управления роботом

[Patent1598874-1] Патент США 1598874 .: «Электрический аппарат», подан 19 января 1922 г.

[Patent2232626-2] Патент США 2232626 .: «Электрический выключатель», подан 7 октября 1937 г.

[3] Фрейден, Джейкоб (2004). Справочник по современным датчикам - физика, конструкция и применение (3-е изд.). Спрингер - Верлаг. стр. 256–257.

[4] Мартин Дж. Хиткот, Книга о трансформаторах J&P: практическая технология силового трансформатора Newnes, 2007 г. ISBN 0-7506-8164-0 стр.285

[5] Дэвид В. Пессен, Промышленная автоматизация: схемотехника и компоненты , Wiley-IEEE, 1989. ISBN 0-471-60071-7 , стр. 44.

[6] США, Отчет об исследовании Меркурия Конгрессу , DIANE Publishing, 1997 г. ISBN 1-4289-0372-0 , стр. 2-11.

[7] Организация экономического сотрудничества и развития, Набор инструментов для экологической политики, Издательство ОЭСР, 2007, ISBN 92-64-01780-1 , стр.145

[8] Валлели, Пол (22 февраля 2002 г.). «Досье Эйри Нива» . Независимый . Лондон. Архивировано из оригинала 12 мая 2022 г. Проверено 12 мая 2010 г.

[9] «1979: Взрыв автомобиля убил Эйри Нива» . Новости Би-би-си . 30 марта 1979 года . Проверено 26 марта 2010 г.

[epa_regs-10] «Меркурий: Законы и постановления» . Агентство по охране окружающей среды США . 16 апреля 2008 г. Проверено 30 мая 2008 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]