一種新型無火花開關(guān)的設(shè)計與研究

林波

【摘要】通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟型的無火花開關(guān)在廣西建材行業(yè)有著巨大的市場和發(fā)展空間。為了解決電氣開關(guān)接通、分斷時產(chǎn)生火花的問題并盡可能降低成本，研制了一種新型無火花開關(guān)。利用水銀開關(guān)接通和分斷無火花的特點，與普通開關(guān)的有效結(jié)合，解決開關(guān)觸點火花問題。為日常生活所用電氣設(shè)備的經(jīng)濟型改造升級提供了可借鑒的案例。

【關(guān)鍵詞】新型 無火花開關(guān) 經(jīng)濟型設(shè)計 水銀開關(guān)

一、無火花開關(guān)的現(xiàn)狀

隨著社會的發(fā)展和人們對安全意識的提高，電氣開關(guān)接通、分斷時產(chǎn)生火花問題，近年來人們在不斷的探索和研究，同時提出：將電氣開關(guān)在接通和分斷時產(chǎn)生的火花減小，甚至于沒有火花的產(chǎn)生，從而減少和杜絕由此引起火災(zāi)和爆炸事故的危害。目前市場上也有無火花開關(guān)的產(chǎn)品，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和造價昂貴，維護成本高等原因，因而在日常生活中得不到普及。大多數(shù)無火花開關(guān)，都是運用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

然而，家庭裝修還較少有無火花開關(guān)的使用。家庭裝修也是一個很重要的環(huán)節(jié)，隨著人們安全意識的提高，在接通電氣設(shè)備時要安全可靠并無火花的產(chǎn)生，因此，無火花開關(guān)市場需求量很大。但目前在市場上，安全可靠、安裝簡便、造價低廉的無火花開關(guān)基本沒有。因此，現(xiàn)有的無火花開關(guān)不足以滿足大眾化的需求。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟型的無火花開關(guān)在廣西建材行業(yè)有著巨大的市場和發(fā)展空間。

二、新型無火花開關(guān)的工作原理和設(shè)計思路

1、工作原理

日常生活中常見的開關(guān)是金屬觸點開關(guān)，在使用的過程中產(chǎn)生火花的現(xiàn)象時有發(fā)生，給人們的使用和身心帶來諸多不便與不安。在目前的市場上，安全可靠價格低廉并能夠讓大眾化家庭裝修所接受的無火花開關(guān)基本沒有。為解決上述問題，研制了一種新型無火花開關(guān)。該開關(guān)是在日常生活中常見的普通開關(guān)的基礎(chǔ)上，利用可更換的水銀開關(guān)芯，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)金屬觸點。水銀開關(guān)：又稱傾側(cè)開關(guān)，是電路開關(guān)的一種，價格低廉，目前市場價格大約為0.7元一個。該開關(guān)的特點是：有一個小巧的容器，容器里儲存著一小滴水銀，容器的一端接著兩個電極并引出到體外，容器中多數(shù)為真空或注入惰性氣體。因為重力的關(guān)系，水銀水珠會向容器中較低的地方流去，如果同時接觸到兩個電極的話，開關(guān)便會將電路閉合，開啟開關(guān)，從而觸發(fā)后續(xù)電路工作。水銀開關(guān)無火花，使用壽命比傳統(tǒng)的金屬觸點開關(guān)更長，造價低廉，更加節(jié)能、低碳、環(huán)保。本新型無火花開關(guān)在保留原開關(guān)自鎖機構(gòu)的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，使水銀開關(guān)正常穩(wěn)定、安全可靠的工作。

2、設(shè)計思路

該新型無火花開關(guān)是在日常生活中常見的普通開關(guān)的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)而成的。新設(shè)計的開關(guān)沒有金屬觸點，繼續(xù)利用原來普通開關(guān)的自鎖機構(gòu)，保證新型開關(guān)在使用過程中的持續(xù)穩(wěn)定和安全可靠。設(shè)計的重點是在開關(guān)動板和開關(guān)底盒內(nèi)，開關(guān)動板內(nèi)嵌有水銀開關(guān)固定槽，在開關(guān)水平安裝使用的時候，用來固定水銀開關(guān)：開關(guān)動板下部具有連在一體的彎鉤，該彎鉤一直伸到開關(guān)底盒內(nèi)，底盒內(nèi)也設(shè)有水銀開關(guān)固定槽，在開關(guān)垂直安裝使用的時候用來固定水銀開關(guān)，該水銀開關(guān)固定槽靠開關(guān)動板的彎鉤端部的彎鉤頭頂起而使水銀開關(guān)導(dǎo)通，這時電路通電：反向按下開關(guān)動板，開關(guān)動板的彎鉤端部的彎勾頭下降，水銀開關(guān)固定槽由于自重而下降，這樣固定槽內(nèi)的水銀開關(guān)便斷開而使電路斷電。

三、新型無火花開關(guān)的組成

該新型無火花開關(guān)主要由開關(guān)底座、開關(guān)面板、開關(guān)動板、水銀開關(guān)芯等四大部分組成（如圖1所示）。

其特征在于，開關(guān)底座1與開關(guān)面板8通過螺絲固定相連：開關(guān)動板4用扣位的方式與開關(guān)面板8相連，且可以以扣位（旋轉(zhuǎn)中心）為中心點做往復(fù)運動；開關(guān)動板4內(nèi)嵌有水銀開關(guān)固定槽10，當(dāng)水平安裝時，將水銀開關(guān)安裝到開關(guān)動板4的水銀開關(guān)固定槽10內(nèi)：開關(guān)底座1內(nèi)設(shè)有水銀開關(guān)固定槽2，當(dāng)垂直安裝本新型開關(guān)時，將水銀開關(guān)芯安裝到此水銀固定槽內(nèi)即可，該水銀開關(guān)固定槽2下端部穿在底座1內(nèi)的支撐柱5上，水銀開關(guān)固定槽2可以以支撐柱5為中心做自由旋轉(zhuǎn)運動：底座1內(nèi)設(shè)有水銀開關(guān)行程上限位圓柱6，用來限制水銀開關(guān)固定槽向上擺動的位置，也就是限制水銀開關(guān)芯向上擺動的位置，確保開關(guān)穩(wěn)定運行：水銀開關(guān)芯3的端部由第一條軟導(dǎo)線L1和第二條軟導(dǎo)線L2將水銀開關(guān)芯的兩個電極引出，兩根軟導(dǎo)線接在電路的火線上，從而控制電路的通斷，起到開關(guān)的作用。

1、開關(guān)底座；2、開關(guān)底座內(nèi)的水銀開關(guān)固定槽；3、水銀開關(guān)；4、開關(guān)動板；5、開關(guān)底座內(nèi)部的支撐柱（開關(guān)底座內(nèi)的水銀開關(guān)安裝固定槽的旋轉(zhuǎn)中心）；6、水銀開關(guān)行程上限位圓柱；7、水銀；8、開關(guān)面板；9、水銀開關(guān)芯引線（L1、L2）；10、開關(guān)動板內(nèi)部的水銀開關(guān)固定槽；11、開關(guān)動板旋轉(zhuǎn)中心。

該新型無火花開關(guān)，可根據(jù)具體要求還可以制作成兩位、三位、N位的開關(guān)。

四、新型無火花開關(guān)的具體實施方式

該新型無火花開關(guān)不但可以垂直安裝，還可以水平安裝，使用起來非常方便。

1、垂直安裝

如圖2所示，垂直安裝時將水銀開關(guān)3安裝固定于開關(guān)底座1的水銀開關(guān)固定槽2內(nèi)（開關(guān)動板內(nèi)的水銀開關(guān)安裝固定槽不用安裝水銀開關(guān)），二者緊密接觸，把水銀開關(guān)牢固的固定在水銀開關(guān)固定槽內(nèi)，當(dāng)按下開關(guān)動板4時，開關(guān)動板4的彎鉤頭部分將開關(guān)底座內(nèi)部的水銀開關(guān)固定槽2頂起，使水銀開關(guān)3內(nèi)水銀7流動至水銀開關(guān)3的底部，此時底座1內(nèi)的水銀開關(guān)行程上限位圓柱6，限制住了水銀開關(guān)固定槽向上擺動的位置，也就是限制水銀開關(guān)芯向上擺動的位置，確保開關(guān)穩(wěn)定運行；兩電極L1、L2導(dǎo)通，由于開關(guān)內(nèi)部的彈簧機構(gòu)的自鎖作用，從而使電路持續(xù)、穩(wěn)定的導(dǎo)通工作。當(dāng)反向按下開關(guān)動板4時，開關(guān)動板4彎鉤頭部分向下運動，垂直安裝水銀開關(guān)固定槽2因自重也向下落下：使水銀開關(guān)3內(nèi)水銀7向水銀開關(guān)3頂部流動，兩電極L1、L2分斷，由于開關(guān)內(nèi)部的彈簧機構(gòu)的自鎖作用，從而使電路保持、穩(wěn)定的斷開停止工作。

2、水平安裝

如圖3所示，水平安裝時，將水銀開關(guān)3安裝固定在開關(guān)動板4中的水銀開關(guān)固定槽10內(nèi)（開關(guān)底盒內(nèi)的水銀開關(guān)安裝固定槽不用安裝水銀開關(guān)），按下開關(guān)動板4，水銀開關(guān)3內(nèi)水銀7流動至水銀開關(guān)3的底部，使水銀開關(guān)3的兩個電極L1、L2導(dǎo)通；朝反向按下開關(guān)動板4，水銀開關(guān)3內(nèi)水銀7流動至水銀開關(guān)3頂部，使水銀開關(guān)3的兩個電極L1、L2分斷。同樣由于開關(guān)內(nèi)部彈簧機構(gòu)的自鎖作用，從而有力保證了本開關(guān)的安全、持續(xù)、穩(wěn)定的工作。

日常生活中所用的開關(guān)由于采用的是金屬觸點，除開、關(guān)時容易產(chǎn)生火花外，由于金屬觸點采用金屬銅制造，因此成本相對較高。與傳統(tǒng)的金屬觸點開關(guān)相比，該新型無火花開關(guān)具有以下優(yōu)點：

1、用可更換的水銀開關(guān)芯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)金屬觸點，使開關(guān)接通和斷開時無火花。

2、該開關(guān)導(dǎo)電能力更強，使用壽命更長。

3、開關(guān)的通斷由水銀重力確定，因此它可以長期可靠地工作。

4、該開關(guān)的電極的接點是液態(tài)接觸，無任何噪聲。

5、結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，更加節(jié)能、低碳、環(huán)保。

6、該開關(guān)體積小，方便安裝，維護方便，制造簡便。

7、可以在惡劣環(huán)境條件下使用。由于水銀開關(guān)芯是密封的，內(nèi)部的水銀和外界是隔絕的，因此該新型開關(guān)可以使用在有油、蒸汽、灰塵及腐蝕性氣體的環(huán)境中。

結(jié)束語：實踐證明，利用水銀開關(guān)接通和分斷無火花的特點，與普通開關(guān)巧妙的有效結(jié)合，設(shè)計和研制的新型無火花開關(guān)，很好的解決了開關(guān)觸點火花問題。該新型開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，質(zhì)量高，產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)?？砂惭b于工業(yè)、家裝等有易燃易爆氣體的場合。該開關(guān)經(jīng)濟耐用，安全系數(shù)高，同時也解決了觸點受潮氧化、老化等問題，更加節(jié)能、低碳、環(huán)保。希望該新型無火花開關(guān)能像水銀體溫計一樣走進千家萬戶，給人們的生活帶來方便和安全。endprint