Электрод электростатического реле

 

латын.и„. описАни-

Союз Советскни

Социалистическни

Республик

ИЗОБРЕТЕНИ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0704.77 (21) 2474018/24 с присоединением заявки ¹â€”

И 01 Н 59/60

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3005.80, Бюллетень ¹

53) УДК б21. З18,.51 (088. 8)

Дата опубликования описания 300580 (72) Авторы изобретения

Б.И. Турышев и Т.Л. Турышева (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОД ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РЕЛЕ

2 является сложной технологической задачей. Кроме того, изменение температуры окружающей среды вследствие теплового расширения пластин-электродов при указанных величинах зазора и толщины подвижного электрода создают нестабильность параметров реле, например напряжения срабатывани я. Упростить технологию у ст ановки зазора и уменьшить влияние температуры окружающей среды можно путем увеличения зазора, однако, при этом увеличивается напряжение срабатывания, а для увеличения чувствительнос15 ти реле Необходимо увеличивать габариты реле. Таким образом, для уменьшения габаритов реле, для расширения интервала коммутируемых напряжений . для упрощения технологии изготовле20 ния реле необходимо уменьшить напряжение, срабатывания реле.

Изобретение относится к элементам конструкции электростатических реле и дает вэзможность расширить область применения реле.

Известно электростатическое реле (1) содержащее контактную группу и дэа электрода - пластины, расположенные один напротив другого с зазором. Один из электродов является неподвижным, дру гой подвижным. Подвижный электрод-пластина выполнен в виде гибкой мембраны, а неподвижный электрод-пластина имеет вырез, в ко, тором 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 должна быть порядка одного микрона, Устаиовка зазора такой величины между подвижным и неподвижным электродами

Пелью изобретения является уменьшение напряжения срабатывания реле и расширения функциональных возможкостей, Поставленная цель достигается применением пленки из материала с пьезоэлектрическими свойствами в качестве подвижного электрода элект3(ростатических рел е.

3

738009

На фиг. 1 показан вариант консгрук . ции реле с использованием предлагаемой пленки; Фиг, 2 поясняет способ получения пьеэоэлектрика для электрода реле.

Реле (cM. Фиг. 1) содеРжит мембрану 1 выполненную из полимерного материала, обладающего 11ьезоэлектрическими свойствами, например из плен1 ки поливинилидентфторида. На противоположные поверхности мембраны по всей площади их нанесены электроды

2 и 3 Путем наПыления металла в ваку.уме или электропроводящей краской или каким-либо другим известным способом нанесения металла на изолирующий материал. На электроде 2 в центре мембраны нанесен изолирующий диэлектрический слой 4 толщиной порядка 10 мкм. На спое 4 закреплена контактная металлическая пластика 5 толщиной порядка 1-10 мкм. Мембрана 2О

1 с электродами 2 и 3 закреплена на основании 6. Иа основании б расположены неподвижный электрод 7 с вырезом в центре и два контактных электрода 8, 9. Контактные электроды 75

8 и 9 совместно с контактной пласти-, ной 5 образуют одну контактную группу. Выполнение контактной группы

s виде контактйой пластины 5 и электродов 8, 9 не увеличивает жесткость мембраны 1, что очень важно для достижения поставленной цели.

Пьезоэлектрические свойства плен-, ки характеризуются величиной пьезомодуля d „.

Величина d определяется пут ем измерения количества заряда Ц, индуцируемого на электродах 2 и 3 площадью S (расположенных на противоположных поверхностях пленки) при растягивании образца пленки вдоль 40 поверхности эле ктродов, как показ ано на фиг. 2. При этом:

Q ь

5 где f - приложенная нагрузка, кг; 4$

S — площадь поперечного сечения образца пленки, м, Наи большей величиной пьезомодуля

Йз„обладает поли винилиденфторид -Формы (ПВДФ-p ) . Пьезоэлектрик из поливинилиденфторида получают следующим образом. Из материала поливинилиденфторида,в виде порошка при .температуре 190-210оС прессуют плоский образец, Затем его растягивают вдоль плоскости образца в каком-либо направлении, (Например: в направлении оси f (см. Фиг. 2) .

На поверхности растянутого образца наносят металлические электроды

2 и З,а затем прикладывают к этим ц электродам постоянное по величине и знаку напряжение. Величина напряжения должна бить такой, чтобы в напряженность электрического йоля в

r áðàçöe составляла 500 кВ/см, Не снимая с электродов напряжение образец нагревают до 105ОC и выдерживают в течение 3 ч при этой температуре. Затем охлаждают образец до

20оС, не снимая с электродов напря- жения. После охлаждения с электродов снимают напряжение. Полимерный пьеэоэлектрик готов к употреблению. .. Пьезомодуль для поливинилиденфторида р -фоРмы dq = 9,2 -10 кл/н.

Реле (фиг. 1) работает следующим образом.

Прн приложении Разности потенциалов к неподвижному электроду 7 и электроду 2 (нанесенному на полимерную мембрану), мембрана 1 гтрогибается в направлении неподвижного электрода, Величину прогиба л и можно найти, используя известный закон

Гука: Е Е 01н о

6 ° х где Е - модуль упругости, н/м

Для поливинилиденфторида в -Формы Е-2 . 10 н/м . При этом процесс

g 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 эамакает контактные электроды 8, 9.

Величина прогиба в этом случае будет значительно больше н определяется нз выражения: оE U Н E F UH (3)

Л + 1

3 Ебuk

phd где h — толщина пленки ПВФ-, м.

Отсюда видно, что величина прогиба Ь з состоит из прогиба, обусловленного пьезоэлектрическими I свойствами мембраны и прогиба обусловленногоо электростатическим взаимодействием мембраны с неподвижным электродом, причем величина прогиба, обусловленного электростатическим взаимодействием, зависит от величины прогиба, обусловленного пьезоэлектрическими свойствами полимерной мембраны, Пусть U< - напряжение срабатывания реле с обычным электродом. Определим во сколько раз величина напряжения U срабатывания реле с пьезоэлектрической пленкой меньше налряжения срабатывания реле с обычным электродом. Из условия равенства величины пРогиба ап дЛЯ Реле с обычным электродом иь> в реле с пьезоэлектрической пленкой, т. е. получаем: (4) Для поли винилиденфторида форма

Е 10, Е = 2 0 109 н/м . Пусть

738009

Фм1

Фиэ. g

Составитель И. Макарычев

Редактор Н. Коляда Техред О,Дюлай Корректор,М. шарощи

Заказ 2б71/31 Тираж 844 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

:Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

u = 10 В, .т:= 0 м, И -- 3 10 е м, h = 2.l0" м. Подставляя укаэанные

"Д величины в формулу (4) получаем

Ц 70.

Выполнение подвижного электрода из пленки с пьезоэлектрическими свойствами позволяет уменыаить напряжения срабатывания реле, при сохранении малых габаритов реле получить более высокие качественные показатели электромеханических характеристик реле (стабильность параметров, повьыение величины коммутируемых напряжений н т.д.), а также существенно расширяет функциональные возмож ности электростатического реле.

Формула изобретения

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

О Источники информации принятые во внимание при экспертйзе

1; Авторское свидетельство СССР

Р 204440, кл. H 01 Н 59/00, 1967.