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 неэррозионных 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.
Примерно с 1905 по 1910 годы 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 прямая трубчатая стеклянная колба по патенту 2232626 (поданному 7 октября 1937 года Гарольдом Олсоном из Honeywell ). [2]
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 ).
Ртутные переключатели имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами переключателей:
Ртутные выключатели имеют ряд недостатков:
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.
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]
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 редуктором для изменения направления вращения и поддержания оптимального угла поворота и тем самым для изменения направления качания 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 литейный завод по производству колоколов в 1971 году, колоколлитейный завод Grassmayr 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 Хорватии также переняли эту систему, например, 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.
Работа, выполняемая в замкнутом пространстве (например, работа сварщика внутри резервуара), вызывает особые опасения по поводу безопасности. Переключатели наклона подают сигнал тревоги, если рабочий упадет.
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.)
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.
В некоторых старых дверных звонках, например, советском ЗМ-1У4, в качестве прерывателей тока используются ртутные выключатели.
В некоторых реле давления используются трубка Бурдона и ртутный переключатель. Небольшая сила, создаваемая трубкой, надежно управляет переключателем.
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.
Переключатель наклона может привести в действие бомбу. [8] [9] Ртутные переключатели наклона можно найти в некоторых взрывателях бомб и мин , как правило, в виде устройств неизвлекаемости , например, вариант мины ВС-50 .
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 утилизацию и выбросы ртути регулирует Агентство по охране окружающей среды (EPA). [10] Отдельные штаты и населенные пункты могут принимать дополнительные правила использования или утилизации ртути.
