Физика за переключателем отказов при открытии?

13

Я был удивлен, узнав, что механический переключатель (SPST) отскакивает, когда он открывается. Что заставляет контакт временно вернуться к прикосновению?

Это явление происходит только с определенными типами переключателей (например, с ползунковыми переключателями, но не с большинством кнопок)?

Ричард Хансен
источник
3
Вот статья , посвященная обсуждению изменений, предложенная «The Ganssle Group», которая может представлять интерес.
Джелтон

Ответы:

14

В основном ни одно вещество не является идеально гладким или неэластичным. Когда два объекта объединяются с какой-либо силой, возникает кинетическая энергия, которая должна угаснуть при контакте. Таким образом, вы получаете некоторый «звон», плюс, так как поверхность не является гладкой, контакт делает / ломается немного случайным образом до установления (например, даже при скользящем переключателе сопротивление контакта будет изменяться при движении)

Это происходит со всеми выключателями; скользящие, нажимные кнопки, реле и т. д., хотя скользящие или смачиваемые контакты (например, ртутные) лучше. Это также происходит при размыкании выключателя, а не только при замыкании. Некоторые из них лучше других - вы можете получить некоторые ужасные, которые будут отскакивать в течение десятков мс, а некоторые хорошие, которые находятся в пределах <5 мс.

Чтобы добавить больше при размыкании переключателя, это связано с нерегулярным открытием нерегулярных поверхностей. Широкое сопротивление, которое он создает, похоже на отскок во время закрытия. Когда давление сбрасывается, одна часть контакта может отсоединиться, но другая часть может на короткое время получить более низкое сопротивление, чем раньше, чем больше неровная поверхность и чем больше угловое усилие между контактами, тем более вероятен этот эффект быть.

На первый взгляд, под микроскопом поверхность меди выглядит несколько иначе:

Медная поверхность

Оли Глейзер
источник
1
Я понимаю, почему происходит подпрыгивание, когда два контакта объединяются. Меня интересует, почему происходит подпрыгивание, когда два контакта раздвинуты.
Ричард Хансен
Это больше связано с гладкостью контакта, а не отскоком, создавая различное сопротивление, когда контакты разъединяются. По сути, все контакты не разделяются одновременно (направление движения не будет совершенно перпендикулярно другому контакту, поэтому вы получаете действие по стиранию, упомянутое Олин и Дэвидом)
Оли Глейзер
2

Подумай об обратном. Что делать, если вам было поручено разработать переключатель, который не отскакивал при открытии. Как бы вы гарантировали на микроскопическом уровне, что два проводника всегда монотонно смещаются без какого-либо вытирающего действия (скольжения, которое может вызвать мгновенное открытие и закрытие)? Вы должны учитывать, что на этом уровне все является пружиной, какой бы жесткой она ни казалась на макроскопическом уровне. Даже если бы было как-то возможно не выполнять какие-либо действия по очистке, так как контакты разъединяются, как вы гарантируете, что не будет никакого колебания контактов при их удалении? Вы должны учитывать, что скорость начинается с 0, поэтому даже небольшой люфт или звон из-за нарушения статического трения могут быть значительными.

Подумайте об этом и опишите нам сухой механический переключатель, который не отскочит, если вы действительно думаете, что это возможно.

Олин Латроп
источник
3
Олин прав, но я бы хотел добавить немного. Под «вытирающим действием» Олин подразумевает, что два контакта скользят друг против друга. Один контакт не просто снимает другой, но и скользит. Вы можете увидеть это, положив локти на бедра и сложив руки в молитвенной позе. Думайте о своих руках как о контактах, а ваши руки - о пружинах. Теперь прижмите одну руку сильнее к другой, чтобы ваши руки не были сосредоточены на вашем теле. Твои руки будут скользить. Любой разумный переключатель всегда будет иметь некоторое пружинное воздействие на контакты и, следовательно, некоторое скольжение и подпрыгивание.
Как насчет реле? Их контакты разъединяются без вытирающего действия?
dext0rb
1
@DavidKessner: Так, если Олин прав, почему бы не +1? :)
Все механические контакты сделают это; в том числе реле.
gbarry
8
Я отредактировал первое предложение, нет необходимости писать таким образом, чтобы четко утверждать, что вы считаете, что пользователь виноват в том, что не понял ответа. Если вы чувствуете, что вопрос ниже, вы не отвечаете, не оскорбляйте пользователя, иначе вы не сможете продолжить работу на этом сайте.
Кортук
1

В 1950-х и начале 1960-х годов я работал инженером-электриком в команде, разрабатывающей источники постоянного тока с регулируемым током (> 100 А). Мы использовали магнитные усилители для управления, но затем стали появляться так называемые SCR (кремниевые выпрямители, теперь называемые тиристорами). Они были очень восприимчивы к перегрузкам и сгорали быстрее, чем имеющиеся предохранители, поэтому одним из способов их защиты был «лом», то есть выключатель, который закорачивал вторичную обмотку трансформатора, так что питание было отключено от SCR. и перегорели предохранители в линии питания - здоровенный трансформатор и его кабели могли бы безопасно выдержать удар. Беда была в том, что там было очень много опасных и пугающе шумных искр, поскольку переключатель неизбежно отскакивал. Умные инженеры в исследовательской лаборатории спроектировали

Как я помню из высокоскоростной пленки переключателя, верхний контакт спустился до нижнего, и комбинация была подпружинена так, что они оставались вместе, когда они отскакивали и качались вверх и вниз. Когда мы тестировали один, действительно не было искр от коммутатора, но слабое соединение с трансформатором прервалось со всемогущим ударом. (до того, как жалуются доттерсы и глазницы, да, я знаю, что это должно быть "не было искры", но то, что я написал, звучит больше как реальность)

Гарри Уэстон
источник