Quecksilberschalter - Mercury switch

Ein Single-Pole, Single-Throw ( SPST ) Quecksilberschalter auf Millimeterpapier
Ein weiteres Quecksilberschalter-Design

Ein Quecksilberschalter ist ein elektrischer Schalter , der einen Stromkreis öffnet und schließt , wenn eine kleine Menge des flüssigen Metalls Quecksilber Metallelektroden verbindet, um den Stromkreis zu schließen. Es gibt verschiedene Grundausführungen (Neigung, Verschiebung, Radial usw.), die jedoch alle die gemeinsame Konstruktionsstärke von erodierenden Schaltkontakten haben.

Am gebräuchlichsten ist der Quecksilber-Kippschalter . Es befindet sich in einem Zustand (offen oder geschlossen), wenn es in Bezug auf die Horizontale in eine Richtung geneigt ist, und in dem anderen Zustand, wenn es in die andere Richtung geneigt ist. Dies ist es, was ältere Thermostate verwendet haben, um eine Heizung oder Klimaanlage ein- oder auszuschalten.

Der Quecksilberverdrängungsschalter verwendet einen „Plunger“, der in eine Quecksilberlache eintaucht und den Füllstand im Behälter anhebt, um mindestens eine Elektrode zu berühren. Diese Bauform wird in Relais in industriellen Anwendungen verwendet, die häufig hohe Stromlasten schalten müssen. Diese Relais verwenden elektromagnetische Spulen, um Stahlhülsen in hermetisch verschlossene Behälter zu ziehen .

Beschreibung

Quecksilberschalter haben einen oder mehr Sätze von elektrischen Kontakten in einer verschlossenen Glas Hülle , die eine kleine Menge Quecksilber enthält. Die Hülle kann auch Wasserstoff unter Druck, ein Inertgas oder ein Vakuum enthalten. Die Schwerkraft zieht den Quecksilbertropfen ständig zum tiefsten Punkt in der Hülle. Wenn der Schalter in die entsprechende Richtung gekippt wird, berührt das Quecksilber eine Reihe von Kontakten und schließt so einen Stromkreis. Durch Kippen des Schalters in die entgegengesetzte Richtung wird das Quecksilber von diesem Kontaktsatz entfernt und dieser Stromkreis unterbrochen. Der Schalter kann mehrere Kontaktsätze enthalten, die verschiedene Sätze in unterschiedlichen Winkeln schließen, was beispielsweise einen einpoligen Doppelhub-( SPDT )-Betrieb ermöglicht.

Vorteile

Mercury-Schalter bieten gegenüber anderen Schaltertypen mehrere Vorteile:

  • Die Kontakte sind gekapselt, somit ist eine Oxidation der Kontaktstellen ausgeschlossen.
  • In explosionsgefährdeten Bereichen entsteht beim Unterbrechen des Stromkreises kein Funke, der brennbare Gase entzünden könnte.
  • Die Kontakte bleiben sauber und selbst bei einem Störlichtbogen erneuern sich die Kontaktflächen bei jeder Betätigung und verschleißen nicht.
  • Selbst ein kleiner Quecksilbertropfen hat einen geringen Widerstand, sodass Schalter bei kleiner Größe nützliche Strommengen führen können.
  • Die Empfindlichkeit des Tropfens gegenüber der Schwerkraft bietet eine einzigartige Sensorfunktion und eignet sich für einfache Mechanismen mit geringer Kraft für den manuellen oder automatischen Betrieb.
  • Die Schalter sind leise, da keine Kontakte abrupt ineinanderschnappen.
  • Die Masse des sich bewegenden Quecksilbertropfens sorgt für einen Übertotpunkt- Effekt, um ein Klappern beim Kippen des Schalters zu vermeiden .
  • Die Hülle kann Kontakte für zwei oder mehr Schaltkreise umfassen.

Nachteile

Quecksilberschalter haben mehrere Nachteile:

  • Ihre relativ langsame Arbeitsgeschwindigkeit (aufgrund der Trägheit des Quecksilbertropfens) macht sie für Anwendungen ungeeignet, die viele Arbeitszyklen pro Sekunde erfordern.
  • Glashüllen und Drahtelektroden können zerbrechlich sein und erfordern flexible Leitungen, um eine Beschädigung der Hülle zu vermeiden.
  • Der Quecksilbertropfen bildet eine gemeinsame Elektrode, sodass Stromkreise in einem mehrpoligen Schalter nicht voneinander getrennt sind.
  • Ihre Empfindlichkeit gegenüber der Schwerkraft kann sie für tragbare oder mobile Geräte ungeeignet machen, die ihre Ausrichtung ändern oder vibrieren können.
  • Quecksilberverbindungen sind hochgiftig und reichern sich in jeder Nahrungskette an , daher schließen Sicherheitsvorschriften Quecksilber in vielen neuen Designs aus.

Verwendet

Rollerkennung

Kippschalter bieten eine Überroll- oder Kippwarnung für Anwendungen wie Baumaschinen und Hebefahrzeuge, die in unwegsamem Gelände arbeiten. Es gibt mehrere Nicht-Quecksilber-Typen, aber aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber Stößen und Vibrationen werden nur wenige eingesetzt, was zu Fehlauslösungen führt. Es gibt jedoch stoß- und vibrationsfeste Geräte.

Automobilanwendungen

Automobilhersteller verwendeten einst Quecksilberschalter für Beleuchtungssteuerungen (z. B. Heckklappenbeleuchtung), Fahrsteuerung und Antiblockiersysteme . Bei ausrangierten Automobilen kann Quecksilber in die Umwelt gelangen, wenn diese Schalter nicht ordnungsgemäß entfernt werden. Seit 2003 verwenden neue in Amerika gebaute Autos keine Quecksilberschalter mehr.

Sturzalarm

Arbeiten auf engstem Raum (z. B. Schweißer in einem Tank) werfen besondere Sicherheitsbedenken auf. Kippschalter geben Alarm, wenn ein Arbeiter umfällt.

Fluglageindikatoren/künstliche Horizonte

Elektrisch angetriebene Lageanzeiger verwenden typischerweise Quecksilberschalter, um die Kreiselachse vertikal zu halten. Wenn der Kreisel nicht vertikal ist, lösen Quecksilberschalter Torquemotoren aus, die die Kreiselposition zurück in die richtige Position bringen. (Luftbetriebene Lageanzeiger verwenden ein anderes Funktionsprinzip.)

Thermostate

Quecksilberschalter waren früher in Bimetall- Thermostaten üblich . Das Gewicht des beweglichen Quecksilbertropfens lieferte eine gewisse Hysterese durch ein gewisses Maß an Übertotpunktwirkung . Die Bimetallfeder musste sich weiter bewegen, um das Gewicht des Quecksilbers zu überwinden und es in der offenen oder geschlossenen Position zu halten. Das Quecksilber ermöglichte auch ein positives Ein-Aus-Schalten und konnte Millionen von Zyklen ohne Kontaktbeschädigung standhalten.

Türklingeln

Einige alte Türklingeln, zum Beispiel die sowjetische ZM-1U4, verwenden Quecksilberschalter als Stromunterbrecher.

Druckschalter

Einige Druckschalter verwenden eine Rohrfeder und einen Quecksilberschalter. Die geringe Kraft, die von der Röhre erzeugt wird, betätigt den Schalter zuverlässig.

Verkauf

Quecksilberschalter werden immer noch in elektromechanischen Systemen verwendet, bei denen die physische Ausrichtung von Aktoren oder Rotoren ein Faktor ist. Sie werden auch häufig in Verkaufsautomaten für Kippalarme verwendet , die erkennen, wenn jemand versucht, den Automaten zu schaukeln oder zu kippen, damit er ein Produkt verkauft.

Bomben

Hauptartikel: Kippzünder

Ein Kippschalter kann eine Bombe auslösen. Quecksilber - Neigungsschalter kann in einiger Bombe und findet Landmine Zündern , die typischerweise in Form von anti-Handhabungsvorrichtungen , beispielsweise eine Variante der VS-50 Mine .

Toxizität

Da Quecksilber ein giftiges Schwermetall ist , müssen quecksilberhaltige Geräte zur Entsorgung als Sondermüll behandelt werden . Da es jetzt RoHS- beschränkt ist, haben die meisten modernen Anwendungen es eliminiert. Eine Metallkugel und Kontaktdrähte können sie direkt ersetzen, erfordern jedoch möglicherweise zusätzliche Schaltungen, um das Prellen des Schalters zu vermeiden . Niedrigpräzisionsthermostate verwenden einen Bimetallstreifen und einen Schaltkontakt. Präzisionsthermostate verwenden einen Thermistor oder einen Silizium-Temperatursensor. Kostengünstige Beschleunigungsmesser ersetzen den Quecksilber-Neigungsschalter in Präzisionsanwendungen.

In den Vereinigten Staaten regelt die Environmental Protection Agency (EPA) die Entsorgung und Freisetzung von Quecksilber. Einzelne Staaten und Gemeinden können weitere Vorschriften zur Verwendung oder Entsorgung von Quecksilber erlassen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links