RU134696U1

RU134696U1 - NON-CONTACT PIEZOELECTRIC SWITCH

Info

Publication number: RU134696U1
Application number: RU2013133110/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Зотов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Комм-Инфо"
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2013-11-20

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к бесконтактным пьезоэлектрическим выключателям, которые могут быть использованы для импульсной коммутации в цепях постоянного и переменного тока. Технический результат - уменьшение электрического сопротивления выключателя и обеспечение электрической развязки (изоляции) цепи выключателя и цепи управления. Выключатель содержит цилиндрический корпус, пьезоэлемент, установленный в корпусе и электрически соединенный с элементами схемы управления, размещенными на печатной плате, и электрические выводы для соединения с управляющей сеть. При этом пьезоэлемент размещен на мембране, установленной в торцевой части корпуса, а в качестве элементов схемы управления выключатель содержит твердотельное реле с оптической развязкой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. The utility model relates to electrical engineering, namely to non-contact piezoelectric switches, which can be used for pulse switching in DC and AC circuits. The technical result is a decrease in the electrical resistance of the circuit breaker and the provision of electrical isolation (isolation) of the circuit breaker and the control circuit. The switch contains a cylindrical housing, a piezoelectric element mounted in the housing and electrically connected to the elements of the control circuit located on the printed circuit board, and electrical leads for connecting to the control network. In this case, the piezoelectric element is placed on the membrane installed in the end part of the housing, and as elements of the control circuit, the switch contains a solid-state relay with optical isolation. 2 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к бесконтактным пьезоэлектрическим выключателям, которые могут быть использованы для импульсной коммутации в цепях постоянного и переменного тока.The utility model relates to electrical engineering, namely to non-contact piezoelectric switches, which can be used for pulse switching in DC and AC circuits.

Бесконтактные пьезоэлектрические выключатели имеют ряд преимуществ: высокую надежность, небольшие габариты, возможность работы в химически агрессивных средах, искробезопасность, широкий диапазон рабочих температур, токов и напряжений, низкую стоимость. При этом в отличие от сенсорных (емкостных, индуктивных и др.) выключателей, кнопки пьезовыключателей не требуют дополнительного источника питания.Non-contact piezoelectric switches have a number of advantages: high reliability, small size, the ability to work in chemically aggressive environments, intrinsic safety, a wide range of operating temperatures, currents and voltages, low cost. At the same time, unlike touch (capacitive, inductive, etc.) switches, the piezo-switch buttons do not require an additional power source.

Из уровня техники известны бесконтактные пьезовыключатели (см. Каталог ”Пьезокоммутационные устройства” ASB Holding http://www.vniir.ru/production/cat/cat/ads-vniir-pku.pdf), содержащие металлический корпус, в котором установлен пьезоэлемент, соединенный через токосъемник с печатной платой, на которой размещены элементы схемы управления выключателем, а также электрические выводы для соединения с управляющей сетью. В качестве элементов, осуществляющих управление выключателем, используют бесконтактные транзисторные ключи.The contactless piezoelectric switches are known in the prior art (see the catalog “Piezoelectric switching devices” ASB Holding http://www.vniir.ru/production/cat/cat/ads-vniir-pku.pdf) containing a metal housing in which the piezoelectric element is installed, connected through a current collector to a printed circuit board on which circuit breaker control circuit elements are located, as well as electrical leads for connecting to a control network. As elements that control the switch, use non-contact transistor switches.

Недостатком данных устройств является наличие прямой электрической связи между схемой управления выключателем и цепью управления исполнительным устройством (входом и выходом), а также сравнительно высокое сопротивление транзисторных ключей в открытом состоянии.The disadvantage of these devices is the presence of direct electrical connection between the control circuit of the switch and the control circuit of the actuator (input and output), as well as the relatively high resistance of the transistor switches in the open state.

Задачей заявленной полезной модели является создание электрического выключателя, обладающего малым весом, высокой надежностью и безопасностью работы, а также обеспечением развязки схемы управления выключателем и цепей исполнительных устройств при значительном снижении сопротивления выходного сопротивления выключателя в открытом состоянии (увеличение КПД).The objective of the claimed utility model is the creation of an electric circuit breaker having low weight, high reliability and safety, as well as providing isolation of the control circuit of the circuit breaker and the circuits of actuators with a significant decrease in the output resistance of the circuit breaker in the open state (increase in efficiency).

Технический результат заявленной полезной модели заключается в уменьшении электрического сопротивления выключателя в открытом состоянии.The technical result of the claimed utility model is to reduce the electrical resistance of the switch in the open state.

Указанный технический результат достигается за счет того, что бесконтактный пьезоэлектрический выключатель содержит цилиндрический корпус, пьезоэлемент, установленный в корпусе и электрически соединенный с элементами схемы управления, размещенными на печатной плате, и электрические выводы для соединения с управляющей сетью, отличающийся тем, что пьезоэлемент размещен на мембране, установленной в торцевой части корпуса, при этом в качестве элемента схемы управления выключатель содержит твердотельное реле с оптической развязкой.The specified technical result is achieved due to the fact that the non-contact piezoelectric switch contains a cylindrical body, a piezoelectric element installed in the body and electrically connected to the control circuit elements located on the printed circuit board, and electrical leads for connecting to the control network, characterized in that the piezoelectric element is placed on the membrane installed in the end part of the housing, while the switch contains an optical isolation solid state relay as an element of the control circuit.

Кроме того, указанный технический результат достигается в предпочтительных вариантах реализации полезной модели за счет того, что:In addition, the specified technical result is achieved in the preferred embodiments of the utility model due to the fact that:

- выключатель содержит световой индикатор работы, установленный со стороны торцевой поверхности корпуса,- the switch contains a light indicator installed on the side of the end surface of the housing,

- корпус выполнен из алюминия или стали.- the case is made of aluminum or steel.

В заявленном выключателе в качестве элемента, обеспечивающего развязку цепей коммутации, использовано твердотельное реле с оптической развязкой - оптоэлектронный коммутатор переменного тока с нормально разомкнутыми (замкнутыми) выходными контактами. За счет этого полностью исключается влияние схемы управления выключателем на управляемые цепи, одновременно обеспечено минимальное сопротивление исполнительного элемента в открытом состоянии, что также значительно улучшает параметры работы управляемых цепей.In the claimed circuit breaker, as an element providing isolation of the switching circuits, a solid-state relay with optical isolation is used - an optoelectronic AC switch with normally open (closed) output contacts. Due to this, the influence of the circuit breaker control circuit on controlled circuits is completely eliminated, at the same time, the minimum resistance of the actuator in the open state is ensured, which also significantly improves the operation parameters of controlled circuits.

Конструкция заявленного устройства схематично показана на фиг. 1.The design of the claimed device is shown schematically in FIG. one.

Устройство включает цилиндрический корпус 1, выполненный, например, из алюминия или нержавеющей стали. С торца корпуса (в его «донышке») размещена гибкая мембрана 2 толщиной 0,5-1 мм. На мембране с внутренней стороны закреплен пьезоэлемент 3, который через токосъемники 4 и полевой транзистор 5 электрически соединен с твердотельным реле 6 с оптической развязкой (оптореле), размещенном на печатной плате 7. Устройство также имеет гибкие электрические выводы 8 для подключения управляющей сети. Кроме того, устройство может содержать световой индикатор 9 работы, установленный со стороны торцевой поверхности корпуса 1.The device includes a cylindrical housing 1, made, for example, of aluminum or stainless steel. A flexible membrane 2 with a thickness of 0.5-1 mm is placed at the end of the body (in its "bottom"). A piezoelectric element 3 is fixed on the membrane from the inside, which is electrically connected through a current collector 4 and a field effect transistor 5 to a solid-state relay 6 with an optical isolation (opto-relay) located on a printed circuit board 7. The device also has flexible electrical leads 8 for connecting a control network. In addition, the device may include a light indicator 9 of the work installed on the side of the end surface of the housing 1.

Твердотельное реле 6 с оптической развязкой представляет собой, в частности, пластмассовый 4-х выводной SOP корпус, в котором размещены элементы интегральной оптоэлектронной гибридной микросхемы (выполненной в соответствии с ГОСТ 18725-83 и КЕНС.421156.091 ТУ).Solid-state relay 6 with optical isolation is, in particular, a plastic 4-pin SOP housing, which contains elements of an integrated optoelectronic hybrid microcircuit (made in accordance with GOST 18725-83 and TENS KEN.421156.091 TU).

Общая компоновка схемы реле 6 показана на фиг. 2.The general arrangement of relay circuit 6 is shown in FIG. 2.

Реле имеет два входных контакта 10 и 11 (являющихся анодом и катодом соответственно), соединенных с излучающим светодиодом 12, а также принимающие излучение фотогальванические ячейки 13, электрически соединенные с элементом 14, замыкающим выходные контакты 15 и 16.The relay has two input contacts 10 and 11 (which are the anode and cathode, respectively) connected to the emitting LED 12, as well as radiation-receiving photovoltaic cells 13, electrically connected to the element 14, which closes the output contacts 15 and 16.

Заявленный выключатель работает следующим образом.The claimed switch operates as follows.

При нажатии на мембрану 2 происходит деформация пьезоэлемента 3, что приводит к появлению напряжения на токосъемниках 4 в результате прямого физического пьезоэффекта. Электрический сигнал поступает на полевой транзистор 5, который усиливает сигнал и подает его на контакты 10 и 11 твердотельного реле 6. Светодиод 12 преобразует протекающий через него ток в инфракрасное излучение, которое проходя в корпусе некоторое расстояние, попадает на матрицу фотогальванических ячеек 13. При этом происходит преобразование падающего света в напряжение и получаемый электрический сигнал поступает в элемент 14, замыкающий выходные контакты 15 и 16.When pressed on the membrane 2, the piezoelectric element 3 is deformed, which leads to the appearance of voltage on the current collectors 4 as a result of the direct physical piezoelectric effect. An electric signal is supplied to the field-effect transistor 5, which amplifies the signal and feeds it to the contacts 10 and 11 of the solid-state relay 6. The LED 12 converts the current flowing through it into infrared radiation, which, passing through the housing for some distance, enters the matrix of photovoltaic cells 13. the incident light is converted to voltage and the resulting electrical signal enters element 14, which closes the output contacts 15 and 16.

Заявленный выключатель обладает следующими характеристиками:The claimed switch has the following characteristics:

- масса не более 10 г,- weight not more than 10 g,

- число коммутационных циклов без разрушения не менее 1 млн.,- the number of switching cycles without destruction of at least 1 million,

- длительность коммутирующего импульса 0,15-0,40 с,- the duration of the switching pulse of 0.15-0.40 s,

- напряжение питания около 5 В,- supply voltage of about 5 V,

- рассеиваемая мощность не более 0,2 Вт,- power dissipation is not more than 0.2 W,

- коммутируемое напряжение не более 60 В,- switching voltage no more than 60 V,

- коммутируемы ток (постоянный) не более 350 мА,- switched current (constant) not more than 350 mA,

- сопротивление выключателя в открытом состоянии не более 1,6 Ом,- the resistance of the switch in the open state is not more than 1.6 ohms,

- усилие срабатывания выключателя 3-5 Н- force of operation of the switch 3-5 N

- ток утечки на выходе в закрытом состоянии при напряжении 60 В 1 мкА.- leakage current at the outlet in the closed state at a voltage of 60 V 1 μA.

Таким образом, заявленная конструкция обеспечивает уменьшение потерь на электрическое сопротивление, а также улучшении показателей работы выключателя.Thus, the claimed design provides a reduction in loss of electrical resistance, as well as improving the performance of the switch.

Claims

1. A non-contact piezoelectric switch containing a cylindrical housing, a piezoelectric element mounted in the housing and electrically connected to the elements of the control circuit located on the printed circuit board, and electrical leads for connecting to the control network, characterized in that the piezoelectric element is placed on the membrane installed in the end part case, while as elements of a control circuit, the switch contains a solid-state relay with optical isolation.

2. The switch according to claim 1, characterized in that it contains a work indicator light mounted on the side of the end surface of the housing.

3. The switch according to claim 1 or 2, characterized in that the housing is made of aluminum or steel.