Электростатическое реле

 

ОПИС ИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я ()524246

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к а,вт. свих-ву— (22) Заявлено 18.04.75 (21) 2125742 24-07 с присоединен.ием заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.08.76. Бюллетень№ 29 (45) Дата опубликования описания 30.11.78 (51). Ч.Кл. Н 01 Н 59 00

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.318.51 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. T. Засядников, С. Д. Артамонов, В. М. Киселев и Ю. Г. Сосунов (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ РЕЛЕ

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в иереключательных трактах, системах перенастройки, требующих функциональной совместимости механических и твердотельных компонентов.

Известны конструкции пленочных электростатических реле, в которых гибкая пленка выполнена в виде мембраны, закрепленной на двух концах с предварительным натягом, а неподвижный управляющий электрод выполнен в виде пластины с вырезом в средней части, где расположен выступающий неподвижный контакт (1).

Однако указанные реле имеют сложную 15 технологию изготовления, весьма ограниченный диапазон коммутируемых токов и напря>кений, недостаточно высокую эксплуатационную надежность, обусловленную наличием движущихся механических частей.

Известны также электростатические реле, выполненные на основе управляемых ртутных микроконтактов. У правляемый элемент такого типа представляет собой микрообъем ртути, частично смачивающий электроды, которые удерживают его в пространстве капиллярными силами. Переключение такого контакта связано с преодолением потенциального барьера и требует для своего осуществления сообщения ей дополнительной энергии, при этом согласование источника управляющего сигнала с приводом контакта сводится к преобразованию внешнего воздействия в механическое усилие, приложенное непосредственно к жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее корпус, выполненный из диэлектрика, с капилляром конусообразной формы, управляющие обкладки, расположенные на стенках корпуса и смещенные в сторону более узкой его части, подви>кный контакт, выполненный из жидкого несмачивающего капиллярпроводника, и неподвижные контакты (2).

Однако указанное реле имеет сравнительно большие габариты, поскольку объем внутренней полости капилляра должен быть примерно в два раза больше объема жидкого проводника, велика потребляемая им мощность и невысоко быстродействие, что обусловлено необходимостью перемещать каплю жидкого проводника из широкой части капилляра в более узкую его часть и на расстояние, примерно равное дпа.летру капли.

Цель изобретения — уменьшение габаритов электростатического реле, снижение (3 потребляемой энергии и повышение быстродействия.

Цель достигается тем, что внутренняя полость капилляра выполнена в виде усеченного конуса, одисанного вокруг жидкого проводника, имеющего в поле массовых сил минимум свободной поверхностной энергии.

Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей электростатического реле корпус выполнен из сегнетоэлектрика.

На чертеже схематически изображено предлагаемое электростатическое реле.

Реле содср>кит корпус I, выполненный из диэлектрика (стекла или сегнетоэлектрп

«а, например тптаната бария), с капилляом в виде усеченного конуса, управляющие обкладки 2 и 8, нанесенные непосредственпо на внешн?ою поверхность корпуса в его более узкой части, подви>кный контакт 4, «редставляюпшй собой кап Ilo жидкого металла, например ртути, галлия или эвтектики, взятого в таком количестве, чтооы в гравитационном поле земли оп имел минимум свооодной поверхностной энергии, т. е, обеопечивалась его сферическая форма.

Объем полости капилляра выбирают таким, чтобы сферический контакт 4 был вписан в полость, т. е. касался образующей и оснований усеченного конуса, или, что то же самое, усеченный кон с описан вокруг контакта 4.

Реле содержит также неподвижные исполнительпь?е контакты 5 и б, вмонтированные в основание капилляра, а также один или несколько дополнительных контактов 7, вмонтированных по периметру основания, В случае, если контакт 7 один, он может быть выполнен в виде кольца, закрепленного на поверхности капилляра.

Вис,ходно,м состоянии контакты 5 и б погружены в жидкий проводник, а контакты

7 с жидким проводником не соприкасаются. Управляющие обкладки 2 и 3 могут быть заменены одной обкладкой, выполненной в виде кольца. В этом случае роль второй управляющей обкладки будет выполнять контакт 5.

Электростатическое реле работает сле дующим образом.

При отсутствии напряжения на управляющих обкладках 2 и 8 контакт 4 под действием капиллярного давления, которое при малых размерах контакта 4 (менее 1 млг в диаметре) значительно превосходит гразптационное давление, имеет сферическую форму и прочно удерживается в полости капилляра, замыкая контакты 5 и б. При этом виороудароустойчивость такого контакта максимальна, так как внутреннее пространство капилляра использовано наиболее рационально.

При подаче напряжения на управляю?цие обкладки 2 и 8 контакт 4 под действием электростатических сил стремится пе10

55 б0

65 реместиться вниз, однако этому препятствует нижнее основание капилляра, в результате чего происходит деформация контакта 4 и масса его заполняет всю нижнюю часть полости капилляра (на чертеже показано в виде заштрихованной области) .

При этом от контакта б отключается контакт 5 и подключаются контакты 7.

Применение в качестве диэлектрика для капилляра реле сегнетоэлектриков, обладающих сверхвысокими значениями электрической проницаемости в определенном диапазоне температур, придает реле дополнительные преимущества, поскольку сегнетоэлектрики выгодно отличаются в отношении потребляемой мощности по сравнению с ферромагнитными средами. Кроме того, реле с сегнетоэлектриком обладает свойствами памяти: при снятии напря>кения с управляющих обкладок 2 и 8 деформация поверхности контакта 4 сохраняется длительное время, вследствие чего цепь 5 — б остается разомкнутой, а цепь б — 7 замкнутой. Это обеспечивается тем, что благодаря большой электрической постоянной сегнетоэлектрика в конденсаторе накапливается значительная энергия, которая соизмерима с энергией, деформирующей жидкий металл.

Чтобы снять заряд с сегнетоэлектрика, применяют разрядную цепь (на чертеже нс показана), состоящую из ключа и резистора.

Одна из важных задач, которую необходимо решить при конструировании электростатического реле с сегнетоэлектриком, — это устранение с поверхности сегнетоэлектрика электрических зарядов, иска>кающих или ослабляющих поле, необходимое для деформации контакта 4. Удовлетворительные результаты достигаются при добавке в сегнетоэлектрик незначительных количеств металла (например, титанат бария с добавкой бария). В этом случае сегнетоэлектрик обладает незначительной проводимостью, не влияющей на электрическое поле между внешним электродом и ртутью, однако достаточной, чтобы отводить паразитные заряды с поверхности сегнетоэлектрика. Реле герметизировано, lIIpH этом полость его может быть вакуумирована, либо заполнена инертным газом, например аргоном или водородом. Ртуть, помещенная в атмосферу водорода, обладает хорошими переключательными свойствами: при работе реле не образует химически вредных для действия контактов побочных продуктов.

При этом увеличивается величина коммутируемых токов. Поскольку в предлагаемом электростатическом реле время на переме:цение всей массы ртути между исполнительными электродами не затрачивается, -,о быстродействие его значительно выше и зависит в основном лишь от глубины погружения контактов 5 и 7 в ртуть и от ем52g2Qg

Формула изобретения.4

Состав ител ь Ю. Макарычев

Реда::то;3 Е. Мес-:оиога Техред E. Митрофанова., аказ 902, 1505 Изд. ¹ 332 Тираж 921 Подписное

НПО Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий

Москва, 7Е.-35, аушская наб., д. 4, 5

Тип. Харьк. фил. пред, «Патент» кости конденсатора, образованного контактами 2 и 8, стенками капилляра и газовым промежутком внутренней полости.

1. Электростатическое реле, содержащее диэлектрический корпус с капилляром конусообразной формы, управляющие обкладки, расположенные на стенках корпуса и смещенные в сторону более узкой части капилляра, подвижный контакт, выполненный из жидкого несмачивающего капилляр проводника, и неподвижные контакты, отлич ающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов, снижения потребляемой энергии и повышения быстродействия реле, капилляр выполнен в виде усеченного конуса, описанного вокруг жидкого проводника, имеющего в поле массовых сил миш|мум свободной поверхностной энергии.

2. Реле по п. 1, о тл и ч а ющее ся тем, что корпус выполнен из сегнетоэлектрика.

Источники информации, принятые во

10 внимание при экспертизе:

1. Дятлов В. Н., Солдатенков И. С. Некоторые результаты исследований пленочных электростатических реле. Труды 1 Всесоюзной конференции .по вычислительным

15 системам, вып. 5, Новосибирск, «Наука», 1968, с. 159 — 175.

2. Авторское свидетельство СССР

М 425238, кл. Н 01 Н 59/00, 1974.