МЕМБРАННЫЙ ТЕРМОБИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ КОНТАКТ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в автоматике для коммутации электрических цепей, в частности, в системах пожарной и охранной сигнализаций.
Известна конструкция оболочечного термобиметаллического элемента (см. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Расчет и проектирование оболочечных термобиметаллических элементов с дискретной характеристикой / Али А.К. - М. 2005. 15 с). Недостатком данной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, связанные с нечувствительностью устройства к изменению магнитного поля.
Известна конструкция мембранного геркона, содержащая герметичный корпус, заполненный газом, ферромагнитный сердечник, один из торцов которого расположен внутри корпуса и мембрану, закрепленную внутри корпуса параллельно торцу ферромагнитного сердечника, разделяющую его внутренний объем на отделенные полости, геркон также снабжен другим ферромагнитным сердечником и другой мембраной, установленными симметрично первому ферромагнитному сердечнику и первой мембране, при этом мембраны выполнены сплошными и места их крепления в корпусе загерметизированы, при этом обе мембраны выполнены с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида), на котором методом ионно-плазменной обработки сформированы наноструктурированные контактные поверхности (см. Лабковская Р.Я., Ткалич В.Л., Пирожникова О.И.. Мембранный геркон. Патент RU №144833, Бюл. №25, 10.09.2014, кл. Н01Н 1/66). Недостатком данной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, связанные с нечувствительностью устройства к изменению температурного поля.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является конструкция магнитоуправляемого контакта, содержащая диэлектрический баллон, в котором помещены два контактных узла, состоящие из трех ферромагнитных упругих чувствительных элементов, закрепленных в противоположных внутренних торцах диэлектрического баллона, концы которых находятся на разном удалении друг от друга, при этом средний упругий чувствительный элемент заменен на элемент, выполненный в виде термобиметаллической пружины с верхним инертным и нижним активным слоями, и расположен в зоне перекрытия ферромагнитных упругих чувствительных элементов, причем зазор между одним ферромагнитным упругим чувствительным элементом и инертным слоем термобиметаллической пружины больше, чем зазор между другим ферромагнитным упругим чувствительным элементом и активным слоем термобиметаллической пружины, при этом рабочие поверхности всех трех упругих чувствительных элементов имеют полностью регулярный микрорельеф (см. Ткалич В.Л., Лабковская Р.Я., Пирожникова О.И., Коробейников А.Г. Магнитоуправляемый контакт. Патент RU №136920, Бюл. №2, 20.01.2014, кл. Н01Н 1/66). Недостатками прототипа являются низкая чувствительность к изменениям температурного поля и невысокий срок службы вследствие возможной разгерметизации магнитоуправляемого контакта, вызванной растрескиванием стекла в зоне спая термобиметаллической пружины с баллоном из-за наличия термомеханических напряжений.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности мембранного термобиметаллического магнитоуправляемого контакта.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в увеличении чувствительности к изменениям температурного поля и повышении срока службы.
Данный технический результат достигается тем, что в магнитоуправляемом контакте, содержащем диэлектрический баллон, в котором помещены два контактных узла, состоящие из трех ферромагнитных упругих чувствительных элементов, из которых крайние закреплены в противоположных внутренних торцах диэлектрического баллона, при этом средний упругий чувствительный элемент с верхним инертным и нижним активным слоями расположен в зоне перекрытия ферромагнитных упругих чувствительных элементов, причем зазор между одним ферромагнитным упругим чувствительным элементом и инертным слоем больше, чем зазор между другим ферромагнитным упругим чувствительным элементом и активным слоем, при этом рабочие поверхности всех трех упругих чувствительных элементов имеют полностью регулярный микрорельеф, новым является то, что средний термобиметаллический упругий чувствительный элемент выполнен в виде термобиметаллической мембраны с тем же расположением активного и инертного слоев.
Наличие двух контактных узлов обеспечивает три функциональных состояния двух электрических цепей магнитоуправляемого контакта:
- замыкание одного контактного узла вызвано изменением температурного поля окружающей среды за счет введения в магнитоуправляемый контакт одной термобиметаллической мембраны, установленной между двумя другими ферромагнитными упругими чувствительными элементами.
- замыкание второго контактного узла вызвано изменением магнитного потока, что приводит к сближению (вплоть до замыкания) введенной в магнитоуправляемый контакт термобиметаллической мембраны, находящейся в нейтральном (неизогнутом) положении со вторым ферромагнитным упругим чувствительным элементом.
- размыкание обеих электрических цепей при отсутствии факта достижения пороговых значений магнитного и теплового потоков в окружающей среде.
1
2
1
2
При этом конструкция устройства магнитоуправляемого контакта предполагает, что зазор в зоне перекрытия первого контактного узла при нормальных температурных условиях d больше, чем зазор во втором контактном узле d, т.е. d>d.
При выполнении среднего термобиметаллического упругого чувствительного элемента в виде термобиметаллической мембраны в предлагаемой полезной модели магнитоуправляемый контакт проявляет новые свойства из-за снижения термомеханических напряжений в зоне спая термобиметаллической мембраны со стеклянным герметизированным баллоном, что приводит к повышению надежности.
Устройство магнитоуправляемого контакта, изображенного на фигуре, содержит контактный узел 1, состоящий из ферромагнитного упругого чувствительного элемента 2 и термобиметаллической контактной мембраны 3 с верхним инертным и нижним активным слоями, а также контактный узел 4, состоящий из ферромагнитного упругого чувствительного элемента 5 и термобиметаллической контактной мембраны 3. Элементы 2 и 5 расположены в противоположных торцах диэлектрического баллона 6.
Устройство работает следующим образом. При увеличении температуры окружающей среды термобиметаллическая мембраны 3 изгибается в сторону упругого чувствительного элемента 2, и обеспечивается замыкание электрической цепи. При условии нормальной температуры контактный узел 1 разомкнут.
1
2
В случае изменения магнитного потока за счет изменения внешнего электромагнитного поля, ферромагнитные упругие чувствительные элементы 2 и 5 сближаются, и при достижении ферромагнитным упругим чувствительным элементом 5 нижнего активного слоя термобиметаллической мембраны 3 происходит замыкание контактного узла 4. Контактный узел 1 при этом не замкнут, так как зазор d больше зазора d.
При нормальной температуре и отсутствии магнитного потока оба контактных узла 1 и 4 разомкнуты.
Важным параметром, который характеризует упругие свойства чувствительных элементов магнитоуправляемых контактов, являются чувствительность δ, и жесткость k (см. Карабанов С.М., Майзельс P.M., Шоффа В.Н. Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе. - Издательство «Интеллект», Долгопрудный, Россия, 2011. - 408 с). Чувствительность представляет собой величину обратную жесткости. При условии нелинейности характеристик функции удлинения  от величины приложенного давления p, чувствительность и жесткость балочного термобиметаллического элемента и мембранного термобиметаллического оболочечного элемента изменяются с увеличением прогиба и принимают вид производных:
, .
Рабочие качества упругого пружинного и мембранного термобиметаллических элементов определяются именно жесткостью или чувствительностью. Мембранные термобиметаллические упругие чувствительные элементы имеют большую чувствительность, чем термобиметаллические пружины балочного типа крепления. Поэтому при выполнении среднего термобиметаллического упругого чувствительного элемента в виде термобиметаллической мембраны повышается чувствительность магнитоуправляемого контакта, что положительно влияет на увеличение его надежности в целом.
Величина термомеханических напряжений напрямую связана с риском растрескивания и разгерметизации диэлектрического баллона магнитоуправляемого контакта, что ведет к отказу данного коммутационного элемента. Снизить величину термомеханических напряжений в зоне спая термобиметаллического упругого чувствительного элемента с диэлектрическим баллоном удается путем изменения периметра контактирования термобиметаллического упругого чувствительного элемента со стеклянным баллоном. Мембрана имеет протяженный периметр с ровным профилем линии контактирования в зоне спая, тогда как плоский пружинный элемент имеет прямые углы изгиба линии контактирования, создающие очаги (концентраторы) термонапряжений в материале диэлектрического баллона, что способствует растрескиванию стекла баллона. Таким же образом выполнение среднего термобиметаллического упругого чувствительного элемента в виде термобиметаллической мембраны ведет к снижению интенсивности отказов магнитоуправляемых контактов и, следовательно, к повышению их надежности.
Экспериментальные исследования заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом показали, что заявляемая модель обеспечивает большую чувствительность и долговечность, что позволяет снизить риск разгерметизации баллона, увеличить быстродействие, снизить интенсивность отказов магнитоуправляемого контакта, а, следовательно, повысить его надежность.