一種新型無火花開關的設計與研究

林波

【摘要】通過調查發現，經濟型的無火花開關在廣西建材行業有著巨大的市場和發展空間。為了解決電氣開關接通、分斷時產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。利用水銀開關接通和分斷無火花的特點，與普通開關的有效結合，解決開關觸點火花問題。為日常生活所用電氣設備的經濟型改造升級提供了可借鑒的案例。

【關鍵詞】新型 無火花開關 經濟型設計 水銀開關

一、無火花開關的現狀

隨著社會的發展和人們對安全意識的提高，電氣開關接通、分斷時產生火花問題，近年來人們在不斷的探索和研究，同時提出：將電氣開關在接通和分斷時產生的火花減小，甚至于沒有火花的產生，從而減少和杜絕由此引起火災和爆炸事故的危害。目前市場上也有無火花開關的產品，由于結構復雜和造價昂貴，維護成本高等原因，因而在日常生活中得不到普及。大多數無火花開關，都是運用于工業生產環境。

然而，家庭裝修還較少有無火花開關的使用。家庭裝修也是一個很重要的環節，隨著人們安全意識的提高，在接通電氣設備時要安全可靠并無火花的產生，因此，無火花開關市場需求量很大。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基本沒有。因此，現有的無火花開關不足以滿足大眾化的需求。通過調查發現，經濟型的無火花開關在廣西建材行業有著巨大的市場和發展空間。

二、新型無火花開關的工作原理和設計思路

1、工作原理

日常生活中常見的開關是金屬觸點開關，在使用的過程中產生火花的現象時有發生，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基本沒有。為解決上述問題，研制了一種新型無火花開關。該開關是在日常生活中常見的普通開關的基礎上，利用可更換的水銀開關芯，代替傳統的開關金屬觸點。水銀開關：又稱傾側開關，是電路開關的一種，價格低廉，目前市場價格大約為0.7元一個。該開關的特點是：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，容器中多數為真空或注入惰性氣體。因為重力的關系，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，開關便會將電路閉合，開啟開關，從而觸發后續電路工作。水銀開關無火花，使用壽命比傳統的金屬觸點開關更長，造價低廉，更加節能、低碳、環保。本新型無火花開關在保留原開關自鎖機構的基礎上進行優化設計，使水銀開關正常穩定、安全可靠的工作。

2、設計思路

該新型無火花開關是在日常生活中常見的普通開關的基礎上，設計開發而成的。新設計的開關沒有金屬觸點，繼續利用原來普通開關的自鎖機構，保證新型開關在使用過程中的持續穩定和安全可靠。設計的重點是在開關動板和開關底盒內，開關動板內嵌有水銀開關固定槽，在開關水平安裝使用的時候，用來固定水銀開關：開關動板下部具有連在一體的彎鉤，該彎鉤一直伸到開關底盒內，底盒內也設有水銀開關固定槽，在開關垂直安裝使用的時候用來固定水銀開關，該水銀開關固定槽靠開關動板的彎鉤端部的彎鉤頭頂起而使水銀開關導通，這時電路通電：反向按下開關動板，開關動板的彎鉤端部的彎勾頭下降，水銀開關固定槽由于自重而下降，這樣固定槽內的水銀開關便斷開而使電路斷電。

三、新型無火花開關的組成

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

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

1、開關底座；2、開關底座內的水銀開關固定槽；3、水銀開關；4、開關動板；5、開關底座內部的支撐柱（開關底座內的水銀開關安裝固定槽的旋轉中心）；6、水銀開關行程上限位圓柱；7、水銀；8、開關面板；9、水銀開關芯引線（L1、L2）；10、開關動板內部的水銀開關固定槽；11、開關動板旋轉中心。

該新型無火花開關，可根據具體要求還可以制作成兩位、三位、N位的開關。

四、新型無火花開關的具體實施方式

該新型無火花開關不但可以垂直安裝，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3安裝固定于開關底座1的水銀開關固定槽2內（開關動板內的水銀開關安裝固定槽不用安裝水銀開關），二者緊密接觸，把水銀開關牢固的固定在水銀開關固定槽內，當按下開關動板4時，開關動板4的彎鉤頭部分將開關底座內部的水銀開關固定槽2頂起，使水銀開關3內水銀7流動至水銀開關3的底部，此時底座1內的水銀開關行程上限位圓柱6，限制住了水銀開關固定槽向上擺動的位置，也就是限制水銀開關芯向上擺動的位置，確保開關穩定運行；兩電極L1、L2導通，由于開關內部的彈簧機構的自鎖作用，從而使電路持續、穩定的導通工作。當反向按下開關動板4時，開關動板4彎鉤頭部分向下運動，垂直安裝水銀開關固定槽2因自重也向下落下：使水銀開關3內水銀7向水銀開關3頂部流動，兩電極L1、L2分斷，由于開關內部的彈簧機構的自鎖作用，從而使電路保持、穩定的斷開停止工作。

2、水平安裝

如圖3所示，水平安裝時，將水銀開關3安裝固定在開關動板4中的水銀開關固定槽10內（開關底盒內的水銀開關安裝固定槽不用安裝水銀開關），按下開關動板4，水銀開關3內水銀7流動至水銀開關3的底部，使水銀開關3的兩個電極L1、L2導通；朝反向按下開關動板4，水銀開關3內水銀7流動至水銀開關3頂部，使水銀開關3的兩個電極L1、L2分斷。同樣由于開關內部彈簧機構的自鎖作用，從而有力保證了本開關的安全、持續、穩定的工作。

日常生活中所用的開關由于采用的是金屬觸點，除開、關時容易產生火花外，由于金屬觸點采用金屬銅制造，因此成本相對較高。與傳統的金屬觸點開關相比，該新型無火花開關具有以下優點：

1、用可更換的水銀開關芯代替傳統的開關金屬觸點，使開關接通和斷開時無火花。

2、該開關導電能力更強，使用壽命更長。

3、開關的通斷由水銀重力確定，因此它可以長期可靠地工作。

4、該開關的電極的接點是液態接觸，無任何噪聲。

5、結構簡單，造價低廉，更加節能、低碳、環保。

6、該開關體積小，方便安裝，維護方便，制造簡便。

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

結束語：實踐證明，利用水銀開關接通和分斷無火花的特點，與普通開關巧妙的有效結合，設計和研制的新型無火花開關，很好的解決了開關觸點火花問題。該新型開關結構簡單，價格低廉，質量高，產品優質。可安裝于工業、家裝等有易燃易爆氣體的場合。該開關經濟耐用，安全系數高，同時也解決了觸點受潮氧化、老化等問題，更加節能、低碳、環保。希望該新型無火花開關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