一种新型无火花开关的设计与研究

林波

【摘要】通过调查发现，经济型的无火花开关在广西建材行业有着巨大的市场和发展空间。为了解决电气开关接通、分断时产生火花的问题并尽可能降低成本，研制了一种新型无火花开关。利用水银开关接通和分断无火花的特点，与普通开关的有效结合，解决开关触点火花问题。为日常生活所用电气设备的经济型改造升级提供了可借鉴的案例。

【关键词】新型 无火花开关 经济型设计 水银开关

一、无火花开关的现状

随着社会的发展和人们对安全意识的提高，电气开关接通、分断时产生火花问题，近年来人们在不断的探索和研究，同时提出：将电气开关在接通和分断时产生的火花减小，甚至于没有火花的产生，从而减少和杜绝由此引起火灾和爆炸事故的危害。目前市场上也有无火花开关的产品，由于结构复杂和造价昂贵，维护成本高等原因，因而在日常生活中得不到普及。大多数无火花开关，都是运用于工业生产环境。

然而，家庭装修还较少有无火花开关的使用。家庭装修也是一个很重要的环节，随着人们安全意识的提高，在接通电气设备时要安全可靠并无火花的产生，因此，无火花开关市场需求量很大。但目前在市场上，安全可靠、安装简便、造价低廉的无火花开关基本没有。因此，现有的无火花开关不足以满足大众化的需求。通过调查发现，经济型的无火花开关在广西建材行业有着巨大的市场和发展空间。

二、新型无火花开关的工作原理和设计思路

1、工作原理

日常生活中常见的开关是金属触点开关，在使用的过程中产生火花的现象时有发生，给人们的使用和身心带来诸多不便与不安。在目前的市场上，安全可靠价格低廉并能够让大众化家庭装修所接受的无火花开关基本没有。为解决上述问题，研制了一种新型无火花开关。该开关是在日常生活中常见的普通开关的基础上，利用可更换的水银开关芯，代替传统的开关金属触点。水银开关：又称倾侧开关，是电路开关的一种，价格低廉，目前市场价格大约为0.7元一个。该开关的特点是：有一个小巧的容器，容器里储存着一小滴水银，容器的一端接着两个电极并引出到体外，容器中多数为真空或注入惰性气体。因为重力的关系，水银水珠会向容器中较低的地方流去，如果同时接触到两个电极的话，开关便会将电路闭合，开启开关，从而触发后续电路工作。水银开关无火花，使用寿命比传统的金属触点开关更长，造价低廉，更加节能、低碳、环保。本新型无火花开关在保留原开关自锁机构的基础上进行优化设计，使水银开关正常稳定、安全可靠的工作。

2、设计思路

该新型无火花开关是在日常生活中常见的普通开关的基础上，设计开发而成的。新设计的开关没有金属触点，继续利用原来普通开关的自锁机构，保证新型开关在使用过程中的持续稳定和安全可靠。设计的重点是在开关动板和开关底盒内，开关动板内嵌有水银开关固定槽，在开关水平安装使用的时候，用来固定水银开关：开关动板下部具有连在一体的弯钩，该弯钩一直伸到开关底盒内，底盒内也设有水银开关固定槽，在开关垂直安装使用的时候用来固定水银开关，该水银开关固定槽靠开关动板的弯钩端部的弯钩头顶起而使水银开关导通，这时电路通电：反向按下开关动板，开关动板的弯钩端部的弯勾头下降，水银开关固定槽由于自重而下降，这样固定槽内的水银开关便断开而使电路断电。

三、新型无火花开关的组成

该新型无火花开关主要由开关底座、开关面板、开关动板、水银开关芯等四大部分组成（如图1所示）。

其特征在于，开关底座1与开关面板8通过螺丝固定相连：开关动板4用扣位的方式与开关面板8相连，且可以以扣位（旋转中心）为中心点做往复运动；开关动板4内嵌有水银开关固定槽10，当水平安装时，将水银开关安装到开关动板4的水银开关固定槽10内：开关底座1内设有水银开关固定槽2，当垂直安装本新型开关时，将水银开关芯安装到此水银固定槽内即可，该水银开关固定槽2下端部穿在底座1内的支撑柱5上，水银开关固定槽2可以以支撑柱5为中心做自由旋转运动：底座1内设有水银开关行程上限位圆柱6，用来限制水银开关固定槽向上摆动的位置，也就是限制水银开关芯向上摆动的位置，确保开关稳定运行：水银开关芯3的端部由第一条软导线L1和第二条软导线L2将水银开关芯的两个电极引出，两根软导线接在电路的火线上，从而控制电路的通断，起到开关的作用。

1、开关底座；2、开关底座内的水银开关固定槽；3、水银开关；4、开关动板；5、开关底座内部的支撑柱（开关底座内的水银开关安装固定槽的旋转中心）；6、水银开关行程上限位圆柱；7、水银；8、开关面板；9、水银开关芯引线（L1、L2）；10、开关动板内部的水银开关固定槽；11、开关动板旋转中心。

该新型无火花开关，可根据具体要求还可以制作成两位、三位、N位的开关。

四、新型无火花开关的具体实施方式

该新型无火花开关不但可以垂直安装，还可以水平安装，使用起来非常方便。

1、垂直安装

如图2所示，垂直安装时将水银开关3安装固定于开关底座1的水银开关固定槽2内（开关动板内的水银开关安装固定槽不用安装水银开关），二者紧密接触，把水银开关牢固的固定在水银开关固定槽内，当按下开关动板4时，开关动板4的弯钩头部分将开关底座内部的水银开关固定槽2顶起，使水银开关3内水银7流动至水银开关3的底部，此时底座1内的水银开关行程上限位圆柱6，限制住了水银开关固定槽向上摆动的位置，也就是限制水银开关芯向上摆動的位置，确保开关稳定运行；两电极L1、L2导通，由于开关内部的弹簧机构的自锁作用，从而使电路持续、稳定的导通工作。当反向按下开关动板4时，开关动板4弯钩头部分向下运动，垂直安装水银开关固定槽2因自重也向下落下：使水银开关3内水银7向水银开关3顶部流动，两电极L1、L2分断，由于开关内部的弹簧机构的自锁作用，从而使电路保持、稳定的断开停止工作。

2、水平安装

如图3所示，水平安装时，将水银开关3安装固定在开关动板4中的水银开关固定槽10内（开关底盒内的水银开关安装固定槽不用安装水银开关），按下开关动板4，水银开关3内水银7流动至水银开关3的底部，使水银开关3的两个电极L1、L2导通；朝反向按下开关动板4，水银开关3内水银7流动至水银开关3顶部，使水银开关3的两个电极L1、L2分断。同样由于开关内部弹簧机构的自锁作用，从而有力保证了本开关的安全、持续、稳定的工作。

日常生活中所用的开关由于采用的是金属触点，除开、关时容易产生火花外，由于金属触点采用金属铜制造，因此成本相对较高。与传统的金属触点开关相比，该新型无火花开关具有以下优点：

1、用可更换的水银开关芯代替传统的开关金属触点，使开关接通和断开时无火花。

2、该开关导电能力更强，使用寿命更长。

3、开关的通断由水银重力确定，因此它可以长期可靠地工作。

4、该开关的电极的接点是液态接触，无任何噪声。

5、结构简单，造价低廉，更加节能、低碳、环保。

6、该开关体积小，方便安装，维护方便，制造简便。

7、可以在恶劣环境条件下使用。由于水银开关芯是密封的，内部的水银和外界是隔绝的，因此该新型开关可以使用在有油、蒸汽、灰尘及腐蚀性气体的环境中。

结束语：实践证明，利用水银开关接通和分断无火花的特点，与普通开关巧妙的有效结合，设计和研制的新型无火花开关，很好的解决了开关触点火花问题。该新型开关结构简单，价格低廉，质量高，产品优质。可安装于工业、家装等有易燃易爆气体的场合。该开关经济耐用，安全系数高，同时也解决了触点受潮氧化、老化等问题，更加节能、低碳、环保。希望该新型无火花开关能像水银体温计一样走进千家万户，给人们的生活带来方便和安全。endprint