Ртутный переключатель — это электрический переключатель , который размыкает и замыкает цепь , когда небольшое количество жидкой металлической ртути соединяет металлические электроды, замыкая цепь. Существует несколько различных базовых конструкций (наклонная, смещающая, радиальная и т. д.), но все они имеют общую прочность конструкции неразрушающихся контактов переключателя.
Наиболее распространенным является ртутный переключатель наклона . Он находится в одном состоянии (открытом или закрытом) при наклоне в одну сторону относительно горизонтали и в другом состоянии при наклоне в другую сторону. Это то, что термостаты старого типа использовали для включения или выключения обогревателя или кондиционера.
Ртутный переключатель смещения использует «плунжер», который погружается в резервуар с ртутью, повышая уровень в контейнере для контакта по крайней мере с одним электродом. Такая конструкция используется в реле в промышленных приложениях, где необходимо часто переключать высокие токовые нагрузки. Эти реле используют электромагнитные катушки для втягивания стальных рукавов внутрь герметично закрытых контейнеров.
Примерно с 1905 по 1910 год были изобретены различные ртутные переключатели, но переключатель «ртуть в стеклянной колбе» появился благодаря патенту 1598874 (поданному 19 января 1922 года Луи Феланом) [1] , который превратился в более современный ртутный переключатель с прямой трубчатой стеклянной колбой благодаря 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 может также содержать водород под давлением, инертный газ или вакуум. Гравитация постоянно тянет каплю ртути к самой низкой точке оболочки. Когда переключатель наклоняется в соответствующем направлении, ртуть касается набора контактов, таким образом 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 различные наборы под разными углами, что позволяет, например, работать в однополюсном двухпозиционном режиме ( SPDT ).
Ртутные переключатели обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами переключателей:
Ртутные выключатели имеют ряд недостатков:
Переключатели наклона обеспечивают предупреждение о переворачивании или опрокидывании для таких приложений, как строительное оборудование и подъемные транспортные средства, которые работают на пересеченной местности. Существует несколько типов без ртути, но лишь немногие из них реализованы из-за чувствительности к ударам и вибрации, что приводит к ложному срабатыванию. Однако существуют устройства, устойчивые к ударам и вибрации.
Производители автомобилей когда-то использовали ртутные переключатели для управления освещением (например, освещением крышки багажника), управлением ездой и антиблокировочной тормозной системой . Из списанных автомобилей ртуть может попасть в окружающую среду, если эти переключатели не были должным образом удалены. С 2003 года в новых автомобилях американского производства больше не используются ртутные переключатели. [6] [7]
Проводя дополнительные исследования в 1950-х годах, австрийский литейщик колоколов из Вены Йозеф Пфунднер-младший решил разработать новый способ электрификации церковных колоколов. В Австрии уже было полно двигателей с немецкого завода в Герфорде, которые использовали двигатели с тормозами и коробкой передач для изменения направления вращения и поддержания оптимального угла качания, 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 переключателем был экономически лучшим решением, но гораздо более чувствительным. Одна ошибка при установке этого переключателя на ярме колокола могла оказаться фатальной для колокола, так как колокол мог треснуть, если один из переключателей был сломан. Этот тип «редуктора» на ярме содержал 4 ртутных переключателя, что означает 2 переключателя для каждого направления, и он был соединен проводом, который был прикреплен к двигателю, таким образом, чтобы изменять направление качания во время звонка. Угол качания можно было регулировать, просто немного перемещая переключатели. Перемещение на один градус больше может быть фатальным для колокола или даже слишком малым углом качания. После того, как Йозеф Пфунднер закрыл колокольный завод в 1971 году, колокольный завод Grassmayr из Инсбрука в Тироле купил лицензию на использование такого патента, и они продолжали использовать его для собственной электрификации до начала 2000-х годов. Некоторые электрификаторы в Хорватии также приняли эту систему, как Алоиз Домислович, его преемник Лука Ивандия и немного позже Иван Босиль. Иван Босиль прекратил использование ртутных выключателей в 2000 году. В Воеводине в Сербии ту же систему использовал электрификатор Михай Рожа, но поскольку он прекратил работать через определенное время, его системы не обслуживались до конца 2019 года и начала 2020-х годов. Теперь один электрик из Бечея обслуживает свои работы и сам выполняет электрификацию с помощью ртутных выключателей и двигателей с тормозом
Работа, выполняемая в замкнутом пространстве (например, сварщик внутри резервуара), вызывает особые опасения по безопасности. Переключатели наклона подают сигнал тревоги, если работник падает.
Электрические индикаторы положения обычно используют ртутные переключатели для поддержания оси гироскопа в вертикальном положении. Когда гироскоп отклоняется от вертикали, ртутные переключатели запускают крутящие двигатели, которые возвращают положение гироскопа в правильное положение. (Воздушные индикаторы положения используют другой принцип работы.)
Ртутные переключатели когда-то были обычным явлением в биметаллических термостатах . Вес подвижной капли ртути обеспечивал некоторый гистерезис за счет степени действия над центром . Биметаллическая пружина должна была двигаться дальше, чтобы преодолеть вес ртути, стремясь удерживать ее в открытом или закрытом положении. Ртуть также обеспечивала положительное включение-выключение и могла выдерживать миллионы циклов без ухудшения контакта.
В некоторых старых дверных звонках, например, в советском ЗМ-1У4, в качестве прерывателей тока используются ртутные выключатели.
Некоторые реле давления используют трубку Бурдона и ртутный переключатель. Небольшая сила, создаваемая трубкой, надежно управляет переключателем.
Ртутные переключатели по-прежнему используются в электромеханических системах, где физическая ориентация приводов или роторов является фактором. Они также широко используются в торговых автоматах для сигнализации наклона , которая обнаруживает, когда кто-то пытается раскачать или наклонить автомат, чтобы заставить его продать товар.
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, в варианте мины VS-50 .
Поскольку ртуть является токсичным тяжелым металлом , устройства, содержащие ртутные переключатели, должны рассматриваться как опасные отходы для утилизации. Поскольку теперь она ограничена RoHS , большинство современных приложений исключили ее. Металлический шарик и контактные провода могут напрямую заменить ее, но могут потребоваться дополнительные схемы для устранения дребезга переключателя . Низкоточные термостаты используют биметаллическую полосу и контакт переключателя. Прецизионные термостаты используют термистор или кремниевый датчик температуры. Недорогие акселерометры заменяют ртутный переключатель наклона в прецизионных приложениях.
В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) регулирует утилизацию и выбросы ртути. [10] Отдельные штаты и населенные пункты могут принимать дополнительные правила использования или утилизации ртути.
