Введение

Тип электрического переключателя

Ртутный переключатель – это электрический переключатель, который замыкает и размыкает цепь при контакте небольшого количества жидкого металла – ртути – с металлическими электродами для замыкания цепи. Существует несколько различных основных конструкций (наклонные, смещающие, радиальные и т.д.), но все они обладают общим преимуществом – неэрозируемые контакты переключателя. Наиболее распространенным является ртутный наклонный переключатель. Он находится в одном состоянии (открытом или закрытом) при наклоне в одном направлении относительно горизонтали, и в другом состоянии – при наклоне в противоположном направлении. Такие переключатели использовались в старых термостатах для включения и выключения обогревателей или кондиционеров. Ртутный переключатель смещения использует "плунжер", который погружается в слой ртути, поднимая ее уровень в емкости для контакта как минимум с одним электродом. Эта конструкция применяется в реле в промышленных приложениях, где требуется частое переключение высоких токов. В этих реле используются электромагнитные катушки для перемещения стальных гильз внутри герметичных контейнеров.

История

С 1905 по 1910 год было изобретено множество ртутных переключателей, но переключатель с ртутью в стеклянной колбе получил своё начало с патента № 1598874 (поданного 19 января 1922 года Луисом Феланом), который в дальнейшем эволюционировал в более современный ртутный переключатель с прямой трубчатой стеклянной колбой, согласно патенту № 2232626 (поданному 7 октября 1937 года Гарольдом Олсоном из Honeywell).

Описание

Ртутные выключатели содержат один или несколько комплектов электрических контактов в герметичной стеклянной колбе, содержащей небольшое количество ртути. Колба может также содержать водород под давлением, инертный газ или быть вакуумной. Сила тяжести постоянно притягивает каплю ртути к самой нижней точке в колбе. При наклоне выключателя в нужном направлении ртуть касается комплекта контактов, замыкая электрическую цепь. Наклон выключателя в противоположном направлении отводит ртуть от этого комплекта контактов, размыкая цепь. Выключатель может содержать несколько комплектов контактов, замыкающих разные комплекты под разными углами, обеспечивая, например, работу по схеме с одним полюсом и двойным переключением (SPDT).

Датчик роликов

Наклонные выключатели обеспечивают предупреждение о перевороте или опрокидывании для применений, таких как строительная техника и подъемные механизмы, работающие в сложных условиях. Существует несколько типов, не содержащих ртуть, но их внедрение ограничено из-за чувствительности к ударам и вибрации, вызывающей ложные срабатывания. Тем не менее, существуют устройства, устойчивые к ударам и вибрациям.

Использование в автомобильной промышленности

Производители автомобилей ранее использовали ртутные выключатели для управления освещением (например, освещением багажника), регулировки подвески и антиблокировочных систем тормозов. Утилизированные автомобили могут стать источником утечки ртути в окружающую среду, если эти выключатели не будут удалены надлежащим образом. С 2003 года в новых автомобилях, произведенных в США, ртутные выключатели больше не применяются.

Электрификация церковных колоколов

В 1950-х годах австрийский колокололитейщик из Вены Йозеф Пфунднер-младший решил разработать новый способ электрификации церковных колоколов. В Австрии уже было много двигателей от немецкой фабрики из Херфорда, которые использовали двигатели с тормозами и редуктором для изменения направления вращения и поддержания оптимального угла качания, тем самым изменяя направление движения колокола. Этот вариант был слишком дорогим, поэтому Пфунднер решил поэкспериментировать с другим решением. Использование двигателя с тормозом и ртутным выключателем было более экономичным, но гораздо более чувствительным. Ошибка при установке этого выключателя на коромысле колокола могла привести к его повреждению, так как колокол мог треснуть, если один из выключателей выходил из строя. Этот тип "редуктора" на коромысле содержал 4 ртутных выключателя – по 2 на каждое направление – и был соединен проводом, прикрепленным к двигателю, для изменения направления качания во время звона. Угол качания можно было регулировать, незначительно перемещая выключатели. Смещение даже на один градус могло быть фатальным для колокола или привести к слишком малому углу качания. После закрытия колокольной мастерской Йозефом Пфунднером в 1971 году, колокольная мастерская Grassmayr из Инсбрука в Тироле приобрела лицензию на использование этого патента и продолжала применять его для собственной электрификации до начала 2000-х годов. Эту систему также использовали некоторые электрификаторы в Хорватии, такие как Алойз Домислович, его преемник Лука Ивандижа и, позднее, Иван Босиль. Иван Босиль прекратил использовать ртутные выключатели в 2000 году. В Воеводине (Сербия) ту же систему применял электрик Михалы Рожа, но после прекращения работы его системы не обслуживались до конца 2019 – начала 2020-х годов. В настоящее время электрик из Бечея самостоятельно обслуживает его работы и занимается электрификацией с использованием ртутных выключателей и двигателей с тормозами.

Сигнализация о падении

Работа, выполняемая в замкнутом пространстве (например, сварщик внутри резервуара), вызывает особые вопросы безопасности. Наклонные выключатели подают сигнал тревоги при падении работника.

Показатели положения воздушного судна/искусственные горизонты

Электрические индикаторы положения обычно используют ртутные переключатели для поддержания вертикальной оси гироскопа. Когда гироскоп отклоняется от вертикального положения, ртутные переключатели активируют двигатели момента, которые возвращают гироскоп в правильное положение. (Индикаторы положения, работающие на сжатом воздухе, используют другой принцип действия.)

Термостаты

Ртутные выключатели ранее широко использовались в биметаллических термостатах. Вес подвижной капли ртути создавал определенную гистерезис за счет эффекта переключения за мертвой точкой. Биметаллической пружине требовалось большее перемещение для преодоления веса ртути, что способствовало удержанию ее в разомкнутом или замкнутом состоянии. Ртуть также обеспечивала четкое включение и выключение, и могла выдерживать миллионы циклов без ухудшения характеристик контактов.

Звонок в дверь

Некоторые старые дверные звонки, например, советский ЗМ 1У4, используют ртутные переключатели для размыкания цепи.

Выключатели давления

Некоторые переключатели давления используют трубку Бурдона и ртутный переключатель. Небольшая сила, создаваемая трубкой, надежно воздействует на переключатель.

Продажа

Ртутные выключатели до сих пор используются в электромеханических системах, где важна физическая ориентация исполнительных механизмов или роторов. Они также широко применяются в торговых автоматах в системах сигнализации при наклоне, которые обнаруживают попытки раскачать или наклонить автомат для получения товара.

Бомбы

Наклонный выключатель может сработать как взрыватель бомбы. Ртутные переключатели наклона можно обнаружить в некоторых бомбах и минах, обычно в составе устройств противодействия, например, в варианте мины VS 50.

Токсичность

Поскольку ртуть — это токсичный тяжелый металл, устройства, содержащие ртутные переключатели, должны утилизироваться как опасные отходы. В связи с тем, что использование ртути сейчас ограничено директивой RoHS, в большинстве современных устройств от нее отказались. Ее можно заменить металлическим шариком и контактными проводами, однако это может потребовать дополнительной схемы для устранения дребезга контактов. В термостатах с низкой точностью используется биметаллическая пластина и контакт переключателя. В прецизионных термостатах применяются терморезисторы или кремниевые датчики температуры. В прецизионных приложениях ртутные переключатели наклона заменяются недорогими акселерометрами. В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) регулирует обращение с ртутью и ее выбросы. Отдельные штаты и местные органы власти могут вводить дополнительные правила, касающиеся использования или утилизации ртути.