สวิตช์ปรอท


สวิตช์ปรอทเป็นสวิตช์ไฟฟ้า ที่เปิดและปิดวงจร เมื่อ ปรอทเหลวปริมาณเล็กน้อยไปสัมผัสกับขั้วโลหะเพื่อปิดวงจร มีดีไซน์พื้นฐานหลายแบบ (แบบเอียง แบบเลื่อน แบบรัศมี ฯลฯ) แต่ทุกแบบมีคุณสมบัติร่วมกันคือหน้าสัมผัสสวิตช์ไม่สึกกร่อน
สวิตช์แบบปรอทเป็นแบบที่พบได้บ่อยที่สุดโดยจะอยู่ในสถานะหนึ่ง (เปิดหรือปิด) เมื่อเอียงไปในทิศทางหนึ่งเมื่อเทียบกับแนวนอน และจะอยู่ในสถานะอื่นเมื่อเอียงไปในอีกทิศทางหนึ่ง นี่คือสิ่งที่เทอร์โมสตัทแบบเก่าใช้ในการเปิดหรือปิดเครื่องทำความร้อนหรือเครื่องปรับอากาศ
สวิตช์แบบใช้ปรอทเป็นตัวดันใช้ "ลูกสูบ" ที่จุ่มลงในถังปรอท ทำให้ระดับปรอทในภาชนะสูงขึ้นจนสัมผัสกับขั้วไฟฟ้าอย่างน้อยหนึ่งขั้ว การออกแบบนี้ใช้ในรีเลย์ในงานอุตสาหกรรมที่ต้องการสลับโหลดกระแสสูงบ่อยครั้ง รีเลย์เหล่านี้ใช้ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าดึงปลอกเหล็กภายในภาชนะที่ปิดสนิท
ประวัติศาสตร์
ตั้งแต่ราวปี 1905 ถึง 1910 มีการประดิษฐ์สวิตช์ปรอทหลายชนิด แต่สวิตช์ "ปรอทในซองแก้ว" เริ่มต้นจากสิทธิบัตรหมายเลข 1598874 (ยื่นจดเมื่อวันที่ 19 มกราคม 1922 โดย Louis Phelan) [ 1 ]ซึ่งพัฒนาเป็นสวิตช์ปรอทที่ทันสมัยมากขึ้นโดยมีซองแก้วทรงกระบอกตรงผ่านสิทธิบัตรหมายเลข 2232626 (ยื่นจดเมื่อวันที่ 7 ตุลาคม 1937 โดย Harold Olson แห่งHoneywell ) [ 2 ]
คำอธิบาย
สวิตช์ปรอทมีชุดหน้าสัมผัสไฟฟ้า หนึ่งชุดหรือมากกว่านั้น ใน ซอง แก้ว ปิดผนึก ที่มีปรอทปริมาณเล็กน้อย ซองอาจบรรจุไฮโดรเจนภายใต้ความดันก๊าซเฉื่อยหรือสุญญากาศ แรงโน้มถ่วงจะดึงหยดปรอทลงไปยังจุดต่ำสุดในซองอย่างต่อเนื่อง เมื่อเอียงสวิตช์ไปในทิศทางที่เหมาะสม ปรอทจะสัมผัสกับชุดหน้าสัมผัส ทำให้วงจรไฟฟ้าสมบูรณ์ การเอียงสวิตช์ไปในทิศทางตรงกันข้ามจะทำให้ปรอทเคลื่อนห่างจากชุดหน้าสัมผัสนั้น ทำให้วงจรนั้นขาด[ 3 ]สวิตช์อาจมีชุดหน้าสัมผัสหลายชุด โดยปิดชุดต่างๆ ที่มุมต่างกัน ทำให้สามารถใช้งานแบบขั้วเดียว สองทาง ( SPDT ) ได้
ข้อดี
สวิตช์ปรอทมีข้อดีหลายประการเหนือสวิตช์ประเภทอื่นๆ:
- ขั้วต่อถูกหุ้มไว้ จึงทำให้ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่จุดสัมผัสได้
- ในพื้นที่อันตรายการตัดวงจรจะไม่ก่อให้เกิดประกายไฟที่อาจจุดติดก๊าซไวไฟได้
- หน้าสัมผัสจะสะอาดอยู่เสมอ และแม้ว่าจะเกิดประกายไฟภายใน หน้าสัมผัสก็จะได้รับการฟื้นฟูใหม่ทุกครั้งที่มีการใช้งาน ดังนั้นจึงไม่สึกหรอ
- แม้ปรอทเพียงเล็กน้อยก็ยังมีความต้านทานต่ำ ดังนั้นสวิตช์จึงสามารถนำกระแสไฟฟ้าที่มีประโยชน์ได้ในขนาดเล็ก[ 4 ]
- ความไวของการตกต่อแรงโน้มถ่วงทำให้เกิดฟังก์ชันการตรวจจับที่เป็นเอกลักษณ์ และเหมาะสำหรับกลไกที่เรียบง่ายและใช้แรงน้อยสำหรับการใช้งานด้วยตนเองหรือโดยอัตโนมัติ
- สวิตช์ทำงานเงียบ เนื่องจากไม่มีหน้าสัมผัสใดประกบกันอย่างกระทันหัน
- มวลของหยดปรอทที่เคลื่อนที่ทำให้เกิด ผล แบบโอเวอร์เซ็นเตอร์ช่วยหลีกเลี่ยงการสั่นคลอนขณะที่สวิตช์เอียง
- ซองบรรจุภัณฑ์อาจมีหน้าสัมผัสสำหรับวงจรตั้งแต่สองวงจรขึ้นไป
ข้อเสีย
สวิตช์ปรอทมีข้อเสียหลายประการ:
- ขั้วไฟฟ้าที่สัมผัสกับกระแสไฟฟ้าเป็นระยะๆ มีแนวโน้มที่จะเสียหายจากความร้อนสูงและแรงทำลายล้างของประกายไฟที่เกิดขึ้นทุกครั้งที่วงจรเปิดหรือปิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากวงจรถูกเปิดในขณะที่มีโหลดเหนี่ยวนำสูง วัสดุทนความร้อนบางชนิดถูกนำมาใช้หุ้มขั้วไฟฟ้าเพื่อลดผลกระทบนี้
- อัตราการทำงานที่ค่อนข้างช้า (เนื่องจากความเฉื่อยของหยดปรอท) ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการรอบการทำงานหลายรอบต่อวินาที[ 5 ]
- ซองแก้วและอิเล็กโทรดลวดอาจเปราะบางและจำเป็นต้องใช้สายไฟที่ยืดหยุ่นได้เพื่อป้องกันความเสียหายต่อซอง
- หยดปรอททำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าทั่วไป ดังนั้นวงจรต่างๆ จึงไม่แยกออกจากกันในสวิตช์หลายขั้ว
- เนื่องจากความไวต่อแรงโน้มถ่วง อาจทำให้วัสดุเหล่านี้ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์พกพาหรืออุปกรณ์เคลื่อนที่ที่สามารถเปลี่ยนทิศทางหรือสั่นได้
- สารประกอบปรอทมีพิษร้ายแรงและสะสมอยู่ในห่วงโซ่อาหารดังนั้นมาตรฐานความปลอดภัยจึงห้ามใช้ปรอทในการออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ หลายอย่าง
การใช้งาน
การตรวจจับการหมุน
สวิตช์ตรวจจับการเอียงให้สัญญาณเตือนเมื่อรถพลิคว่ำหรือเอียง สำหรับอุปกรณ์ก่อสร้างและรถยกที่ใช้งานในพื้นที่ขรุขระ มีสวิตช์แบบไม่ใช้สารปรอทหลายประเภท แต่มีเพียงไม่กี่ประเภทที่นำมาใช้งานเนื่องจากไวต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือน ทำให้เกิดการทำงานผิดพลาด อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ที่ทนต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนก็มีอยู่เช่นกัน
การใช้งานในยานยนต์
ผู้ผลิตรถยนต์เคยใช้สวิตช์ปรอทสำหรับควบคุมระบบไฟส่องสว่าง (เช่น ไฟฝากระโปรงท้าย) ระบบควบคุมการขับขี่ และระบบเบรกป้องกันล้อล็อก รถยนต์ที่ถูกทิ้งอาจปล่อยปรอทสู่สิ่งแวดล้อมหากไม่ได้ถอดสวิตช์เหล่านี้ออกอย่างถูกต้อง ตั้งแต่ปี 2003 รถยนต์ที่ผลิตในอเมริกาใหม่จะไม่ใช้สวิตช์ปรอทอีกต่อไป[ 6 ] [ 7 ]
สัญญาณเตือนการล้ม
การทำงานในพื้นที่จำกัด (เช่น ช่างเชื่อมที่อยู่ภายในถัง) ก่อให้เกิดความกังวลด้านความปลอดภัยเป็นพิเศษ สวิตช์ตรวจจับการเอียงจะส่งสัญญาณเตือนหากคนงานล้มลง
ตัวบ่งชี้ทิศทาง/ขอบฟ้าเทียมของเครื่องบิน
โดยทั่วไปแล้ว เครื่องวัดทิศทางที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจะใช้สวิตช์ปรอทเพื่อรักษาแกนไจโรให้อยู่ในแนวตั้ง เมื่อไจโรไม่อยู่ในแนวตั้ง สวิตช์ปรอทจะกระตุ้นมอเตอร์แรงบิดเพื่อเคลื่อนตำแหน่งไจโรกลับไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง (เครื่องวัดทิศทางที่ขับเคลื่อนด้วยอากาศใช้หลักการทำงานที่แตกต่างออกไป)
เทอร์โมสตัท
สวิตช์ปรอทเคยเป็นที่นิยมใช้ในเทอร์โมสตัทแบบไบเมทัล น้ำหนักของหยดปรอทที่เคลื่อนที่ได้ทำให้ เกิด ฮิสเทอรีซิส บางส่วน โดยการเคลื่อนที่แบบโอเวอร์เซ็นเตอร์สปริงไบเมทัลต้องเคลื่อนที่มากขึ้นเพื่อเอาชนะน้ำหนักของปรอท ทำให้มีแนวโน้มที่จะยึดไว้ในตำแหน่งเปิดหรือปิด ปรอทยังให้การสลับเปิด-ปิดที่แม่นยำ และสามารถทนต่อรอบการทำงานนับล้านรอบโดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพของหน้าสัมผัส
กริ่งประตู
ตัวอย่างเช่น กริ่งประตูรุ่นเก่าบางรุ่น เช่น รุ่น ZM-1U4 ของโซเวียต ใช้สวิตช์ปรอทเป็นตัวตัดกระแสไฟฟ้า
สวิตช์แรงดัน
สวิตช์แรงดันบางชนิดใช้ท่อบูร์ดอนและสวิตช์ปรอท แรงเล็กน้อยที่เกิดจากท่อบูร์ดอนสามารถทำให้สวิตช์ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ
เครื่องจำหน่ายสินค้าอัตโนมัติและเครื่องเล่นเกม
สวิตช์ปรอทยังคงใช้ในระบบไฟฟ้าเชิงกลซึ่งการวางแนวทางกายภาพของแอคทูเอเตอร์หรือโรเตอร์เป็นปัจจัยสำคัญ นอกจากนี้ยังใช้กันทั่วไปในเครื่องขายสินค้าอัตโนมัติและเคยใช้กันทั่วไปในเครื่องสล็อตและเครื่องพินบอลโดยทำหน้าที่เป็นสัญญาณเตือนการเอียงที่ตรวจจับเมื่อมีคนพยายามโยกหรือเอียงเครื่องเพื่อให้เครื่องขายสินค้าหรือส่งผลต่อผลลัพธ์ของการเล่น สวิตช์ปรอทไม่ค่อยพบในเครื่องพินบอลรุ่นใหม่เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับความเป็นพิษของปรอทและความดึงดูดใจของเครื่องพินบอลต่อเด็ก[ 8 ]
ระเบิด
สวิตช์เอียงสามารถจุดระเบิดระเบิดได้[ 9 ] [ 10 ]สวิตช์เอียงปรอทสามารถพบได้ในฟิวส์ระเบิดและทุ่นระเบิดบาง ชนิด โดยทั่วไปในรูปแบบของอุปกรณ์ป้องกันการจัดการเช่นทุ่นระเบิด VS-50 รุ่นหนึ่ง
ความเป็นพิษ
เนื่องจากปรอทเป็นโลหะหนักที่ เป็น พิษ อุปกรณ์ที่มีสวิตช์ปรอทจึงต้องได้รับการจัดการเป็นของเสียอันตรายก่อนการกำจัด เนื่องจากปัจจุบันอยู่ ภายใต้ข้อจำกัด ของ RoHSการใช้งานในปัจจุบันส่วนใหญ่จึงได้กำจัดปรอทออกไปแล้ว ลูกบอลโลหะและสายสัมผัสสามารถใช้แทนได้โดยตรง แต่Hอาจต้องใช้วงจรเพิ่มเติมเพื่อกำจัดปัญหาการกระเด้งของสวิตช์เทอร์โมสตัทที่มีความแม่นยำต่ำใช้แถบโลหะสองชนิดและหน้าสัมผัสสวิตช์ ส่วนเทอร์โมสตัท ที่มีความแม่นยำสูงจะใช้ เทอร์มิสเตอร์หรือเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิซิลิคอน มาตรวัดความเร่งราคาประหยัดสามารถใช้แทนสวิตช์เอียงปรอทในการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงได้
ในสหรัฐอเมริกาหน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) ควบคุมการกำจัดและการปล่อยสารปรอท[ 11 ]แต่ละรัฐและท้องถิ่นอาจออกกฎระเบียบเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้หรือการกำจัดสารปรอท
ดูเพิ่มเติม
- วาล์วอาร์คปรอทอุปกรณ์แปลงกระแสไฟฟ้าที่ออกแบบมาสำหรับแรงดัน/กระแสไฟฟ้าสูง
- แบตเตอรี่ปรอทแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี
- เครื่องวัดปริมาณสาร ปรอท (Mercury coulometer ) เป็นอุปกรณ์ทางเคมีวิเคราะห์ไฟฟ้าที่ใช้วัดปริมาณสารที่เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างปฏิกิริยาของปรอท
- หัววัดปรอทอุปกรณ์ตรวจวัดทางไฟฟ้าสำหรับเก็บตัวอย่างเพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติทางไฟฟ้า
- คอมมิวเทเตอร์แบบหมุนด้วยปรอทเป็นสวิตช์กลับทิศทางกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า โดยใช้ธาตุปรอทเป็นองค์ประกอบ
- รีเลย์ที่เปียกปรอท
- รีเลย์ปรอท
ลิงก์ภายนอก
- วิธีดัดแปลงสวิตช์ปรอทสำหรับควบคุมหุ่นยนต์