Коммутирующее устройство

(19) (11) 51)4 Н 01 НЗ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН иг.1 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к коммутирующим устройствам, используемым в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике, Целью изобретения является повышение надежности коммутирующего устройства путем уменьшения его электрического сопротивления. Коммутирующее устройство содержит электроды 2, 3. Электрод 2 выполнен в виде капилляра, а также электропроводный подвижный элемент (ЭПЭ) 5, площадь взаимодействия которого с контактирующим металлом (КМ) 4 в капилляре 2 превышает площадь взаимодействия с КМ 4 на электроде 3 на величину, достаточную для обеспечения перемещения ЭПЭ 5 силами поверхностного натяжения и смачивания при плавлении КМ 4. Электрическое сопротивление снижено за счет того, что электрическое сопротивление ЭПЭ 5 по крайней мере на порядок ниже, чем у КМ 4, имеющего высокое удельное электрическое сопротивление. Кроме того описаны варианты коммутирующего устройства, имеющего различное количество дополнительных электродов, 1 О ил:Изобретение относится к коммутирующим устройствам, предназначенным для использования в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике.Цель изобретения - повышение надежности коммутирующего устройства путем уменьшения его электрического сопротивления,На фиг, 1 показано коммутирующее устройство в замкнутом положении; на фиг. 2 -- то же, в разомкнутом положении; на фиг. 3- - 10 - коммутирующее устройство с различным количеством дополнительных электродов, варианты.Коммутирующее устройство (фиг. 1 и 2) содержит диэлектрический корпус 1, в котором размещены электроды 2 и 3. Электрод 2 выполнен в виде капилляра с поверхностью, смачиваем ой помещенным в него контактирующим металлом (КМ) 4. На фиг, 1 КМ 4 показан в твердом состоянии, на фиг. 2 в жидком.Устройство снабжено электропроводным подвижным элементом 5, который установлен в капилляре, Торцы подвижного элемента 5 выполнены смачиваемыми КМ 4. Уменьшение площади взаимодействия подвижного элемента 5 с электродом 3 (фиг. 1 и 2) в сравнении с площадью его взаимодействия с КМ 4 в капилляре достигнуто посредством проводника 6, имеющего диаметр меньший, чем капилляр. Однако электрод 3 может быть полностью вьнюлнен с таким же диаметром, как проводник 6, и тогда необходимость в проводнике 6 отпадает. Кроме того, уменьшение площади взаимодействия подвижного элемента с электродом 4 может быть достигнуто за счет уменьшения контактирующей с электродом 3 поверхности подвижного элемента (не показано). Превышение площади взаимодействия КМ 4 с подвижным элементом 5 в капилляре над площадью взаимодействия подвижного элемента с проводником 6, на контактную поверхность которого нанесен КМ 4, выбрано из условий обеспечения силами смачивания КМ 4 в капилляре разрыва взаимодействия подвижного элемента с электродом 3 (проводником 6) и перемещения его в направлении капилляра до обеспечения необходимого зазора. Объем КМ выбирают из условия обеспечения им уменьшения объема для перемещения подвижного элемента 5. Коммутирующее устройство показано выполненным из отрезков микропроводов в стеклянной изоляции 1, 7 и 8. Изоляция 1 коаксиально микропровода несет функции корпуса, так как служит для закрепления в ней микропровода 3 в стеклянной изоляции 7, в которую установлена вставка из микропровода 6 в стеклянной изоляции 8. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Возможны и другие варианты выполнения устройства и капилляра.В качестве КМ 4 может быть использован галлий и его припои, висмут и его припои. В качестве электропроводного материала подвижного элемента могут быть использованы медь, бронза и драгоценные металлы. Удельное электрическое сопротивление меди 1 Х 10 Ом. м, галлия 26 Х 10 Ом м, висмута 117 Х 10 Ом м (при 20 С).Коммутирук)щее устройство работает следующим образом.В твердом состоянии КМ 4 обеспечивает взаимодействие подвижного элемента 5 с электродом 3 (проводником 6). При этом образован единый спай между электродом 2, КМ 4 в капилляре, подвижным элементом 5, КМ 4 на электроде 3 (проводнике 6) и электродом 3.При расплавлении КМ 4 от внешнего источника тепла или тепла, выделяемого проходящим электрическим током, КМ 4 в капилляре уменьшает свой объем и силами смачивания перемещает а собой подвижный элемент 5, разрывая при этом расплавленный КМ 4 на электроде 3 (проводнике 6), так как площадь взаимодействия подвижного элемента с КМ 4 в капилляре превышает площадь его взаимодействия с КМ 4 на электроде 3 (проводнике 6). При кристаллизации КМ 4 в капилляре он увеличивает свой объем, перемещая при этом подвижный элемент до взаимодействия его с КМ 4 электрода 3 (проводника 6) и восстанавли. вая при этом единый спай.Благодаря тому, что подвижный элемент может быть выполнен из материала с удельным электрическим сопротивлением на порядок ниже, чем у КМ из галлия и его припоев (и на два порядка ниже, чем у висмута и его припоев), предложенное устройство позволяет снизить электрическое сопротивление в сравнении с известным, что обеспечивает повышение точности вычислений аналоговых вычислительных машин, а также повысить величину рабочих токов.Предложенное устройство может работать в любом пространственном положении и в невесомости благодаря тому, что капилляр мал и силы в капилляре во много раз больше гравитационных.Ком м ути ру к) щее устройство (фиг. 3 и 4) содержит дополнительный электрод 9. Электрод 2 выполнен в виде капилляра с поверхностью, смачиваемой помещенным в него металлом 4, скачкообразно уменьшающим свой объем при плавлении. Поверхностью, смачиваемой металлом 4, с ним взаимодействует подвижный элемент 5. Он установлен в полости 10 корпуса 1 с возможностью перемещения его металлом 4 при изменении объема. Подвижный элемент 5 выполнен с возможностью переключения10 Формула изобретения электродов 3 и 9 при перемешении. Если металл 4 (фиг. 3) расплавленный, то посредством него и подвижного элемента 5 замкнуты электроды 2 и 9, а если металл 4 (фиг. 4) в твердой фазе, то замкнуты электроды 2 и 3. Для повышения надежности контактирования подвижного элемента 5 с электродами на их контактные поверхности нанесен металл 11 (жидкий в момент переключения либо во всем интервале температур работы устройства), удерживаемый на них силами смачивания. Коммутирующее устройство (фиг. 5 и 6) снабжено дополнительным электродом 12, а подвижный элемент 5 снабжен изоляционной втулкой 13 и металлическим кольцом 14. Если металл 4 (фиг. 5) расплавленный, то при этом замкнуты электроды 9 и 12, а если КМ 4 (фиг. 6) в твердой фазе, то при этом замкнуты электроды 2 и 3.Устройство (фиг. 7 и 8) дополнительно снабжено электродами 15 и 16 и упругим элементом, показанным в виде пружины 17, взаимодействующим с подвижным элементом 5. Электрод 2 выполнен из отрезка коаксиального микропровода в стеклянной изоляции 18.Корпус 1 выполнен из диэлектрического материала, например из пластмассы. Если металл 4 (фиг. 7) расплавленный, то при этом замкнуты электроды 9 и 12, а если КМ 4 (фиг. 8) в твердой фазе, то замкнуты электроды 15 и 16. Электроды 2 и 3 замкнуты постоянно посредством подвижного элемента 5 и пружины 17 для управления коммутацией теплом, выделяемым током в их цепи.Коммутирующее устройство (фиг. 9 и 10) снабжено электродом 19 выполненным в полости 10 в виде направляющей для подвижного элемента 5. На их контактные поверхности нанесен металл 11. Если металл 4 (фиг. 9) расплавленный, то при этом замкнуты электроды 19, 9 и 12, а если металл 4 (фиг. 10) в твердой фазе, то при этом замкнуты электроды 19, 15 и 16. Электроды 15 и 16, 9 и 12 могут быть объединены и выполнены в виде трубок.В качестве упругого элемента 17 могут быть использованы цилиндрические, пластинчатые или иные пружины, эластичный диэлектрик, сжатый газ, и т. д. Коммутирующее устройство может быть выполнено и без металла 11. Контактные поверхности могут быть покрыты драгоценным металлом, электроды могут быть выполнены подпружиненными (не показано). Подвижный элемент 5 (фиг. 3 - 6) взаимодействует с диэлектрическим капилляром корпуса 1, но возможна установка подвижного элемента 5 в капилляр, смачиваемый металлом 4. При этом его боковая поверхность может быть выполнена несмачиваемой металлом 4 15 20 25 30 35 40 45 50 55 для облегчения перемешения. На фиг. 7 - 10подвижный элемент перемешается в капилляре 2. Объем металла в капилляре выбирают из условия обеспечения необходимой для переключения электродов длины перемещения подвижного элемента 5. Диаметр капилляра выбирают из условия обеспечения металлом 4 усилий, необходимых для перемегцения элемента 5 и переключения электродов. В связи с тем, что усилия, возникающие при кристаллизации металла 4, перемещающие подвижный элемент 5, на 1 - 2 порядка превышают силы поверхностного натяжения и смачивания, то для устройств (фиг. 3 - 6) диаметр капилляра определяется усилием, необходимым для перемещения элемента 5 при плавлении металла 4 и уменьшения его в объеме. Устройства (фиг. 7 - 10) снабжены упругим элементом 17, сжимаемым при увеличении объема металла 4 и обеспечиваюшим усилие возврата элемента 5 при плавлении металла 4. Для этих устройств диаметр капилляра может быть выполнен меньше, чем для устройств на фиг. 3 - 6, что обеспечивает сокращение расхода КМ 4 и энергии для управления устройством. В устройствах, снабженных упругим элементом17, капилляр, в который помещен КМ 4, может быть выполнен диэлектрическим, в особенности, если КМ 4 включен в цепь управления комм утацией.Коммутирующее устройство может быть выполнено с различным числом электродов, их размещением и схемами коммутации и управлением. Коммутирующее устройство, содержащее диэлектрический корпус с размещенными в нем электродами, один из которых выполнен в виде капилляра с поверхностью, смачиваемой помешенным в капилляр контактирующим металлом, перемещаемым путем скачкообразного уменьшения своего объема при плавлении, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения его электрического сопротивления, оно снабжено подвижным электропроводным элементом, установленным с возможностью перемещения его контактирующим металлом при кристаллизации до контактирования с другим электродом, торцы подвижного электропроводного элемента выполнены смачиваемыми контактирующим металлом, плогцадь взаимодействия подвижного электропроводного элемента с контактирующим металлом в капилляре превышает плошадь взаимодействия подвижного электропроводного элемента с контактирующим металлом, нанесенным на другой электрод, 1319105на величину, достаточную для перемещения подвижного электропроводного элемента силами поверхностного натяжения и смачивания до разрыва электрического контакта между подвижным электропроводным элементом и другим электродом.,гь С.рос венного коми , Москва, Ж играфическо ретении и открыгии 4,5л, ул. Прос ктная, 4 но де нска 5 ятие Редактор О. ГоловачЗаказ 25 8/47ВНИИПИ ГосУдаРст113035Производственно-по Составит хред И. В раж 698 тета ССС - 35, Ра е преднр ордон Ко По ам изоб наб., л