Электростатическое реле

ОПИС ИЕ ИЗОБРЕТЕН И Я(1 ч 524246 Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликован Государствеииый комите лам изобретеиии открытий юллетень 29(54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧ РЕЛ реле имеет сррты, посколькукапилляра дораза больше овелика потреблсоко быстродейбходимостью пепроводника изв более узкуие, примерно р авниобъем лжен бъема яемая ствие, реме- широо его авнос- уменьшение габ кого реле, снижен Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в переключательных 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 11.Однако указанные реле имеют сложную технологию изготовления, весьма ограниченный диапазон комму 1 ируемых токов и напряжений, недостаточно высокую эксплуатационную надежность, обусловленную наличием движущихся механических частей,Известны также электростатические реле, выполненные на основе управляемых ртутных микроконтактов. Управляемый 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 5 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, подвикный контакт, выполненный из 15 жидкого несмачивающего капиллярпроводника, и неподвикные контакты 21. Однако указанное тельно большие габар 20 внутренней полости быть примерно в два жидкого проводника,им мощность и невы что обусловлено нео 25 щать каплю жидкого кой части капилляра часть и на расстоян диа.детру капли. Цель изобретения зо рнтов электростатичеспотребляемой энергии и повышение быстр оде йг стви я.Цель достигается тем, что внутренняя полость капилляра выполнена в виде усеченного конуса, огписанного вокруг жидкого проводника, имеющего в поле массовых сил минимум свободной поверхностной энергии.Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей электростатического реле корпус выполнен из сегнетоэлектрпла.На чертеже схематически изображено предлагаемое электростатическое реле.Реле содсркит корпус 1, выполненный из диэлектрика (стекла или сегнетоэлектрп ка, например тптаната бария), с капилляром в виде усеченного конуса, управляющие обкладки 2 и 3, нанесенные непосредственпо на внешнюго поверхность корпуса в его более узкой части, подвижный контакт 4, представляющий собой каплю жидкого металла, например ртути, галлия или эвтектики, взятого в таком количестве, чтооы в гравитационном поле земли он 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, пли, что то же самое, усеченный кон с описан вокруг контакта 4.Реле содержит также неподвижные исполнительпье 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. В исходном состоянии контакты б 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 б.Электростатическое реле работает следующим образом.При отсутствии напряжения на управляющих обкладках 2 и д 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 Б и б. При этом виороудароустойчивость такого контакта максимальна, так как внутреннее пространство капилляра использовано наиболее рационально.При подаче напряжения на управляюгцие обкладки 2 и 3 контакт 4 под действием электростатических сил стремится пе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бО 63 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 б 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 напрякения с управляющих обкладок 2 и Л деформация поверхности контакта 4 сохраняется длительное время, вследствие чего цепь б - 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, искакающих 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, при 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 исполнигсльными электродами не затрачивается, то быстродействие его значительно выше и зависит в основном лишь от глубины погружения контактов б и 7 в ртуть и от ем, Симкина Коррект Е. МесОПОГа1505ГосударствеиногМо едат зд.332 Тираж 921 Подиисно комитета СССР по делам изобретений и открытий ва, )К, Раушская наб., д. 45 наказ 902 НПОип. Харь фил. пред, Патент кости конденсатора, образованного контактами 2 и 3, стенками капилляра и газовымпромежутком внутренней полости. Формула изобретения 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 усечеи конуса, описанного вокруг жидкого проводника, имеющего в поле массовых сил минимум 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 СССРМ 425238, кл. Н 01 Н 59/00, 1974.