[发明专利]利用感应加热的热膨胀液体触点微开关

说明书

技术领域

本发明是一种热膨胀驱动的微开关，具体为通过微加工技术制作，利用电磁感应的原理加热导体，导电液体作为动触点，通过改变导电液体的温度控制导电液体的膨胀与收缩，进而控制微开关的通、断状态，属于热驱动微开关和微继电器的领域。微开关可应用于通讯设备、测量设备、自动化设备以及工业控制等多个方面。

背景技术

热驱动微开关是基于热膨胀效应的开关，其原理是利用物体的热胀冷缩使物体的长度发生变化，动触点随物体的长度变化而运动，从而实现对微开关的通断控制。加州大学的J.Simon 等人在Journal of Microelectromechanical System（1997，6（3）：208—216）上发表了一篇“Aliquid-filled microrelay with a moving mercury microdrop”的文章，该文章介绍了一种微继电器，继电器的两端分别是一个储液腔，两储液腔通过一个微流道连通,储液腔和微流道内充满绝缘液体。两个信号电极垂直于微通道，关于微通道对称分布，两电极的一端在微通道内，另一端在微通道外。在微通道内信号电极的附近放置一个水银滴，利用电阻丝加热微通道内的液体,液体气化产生的气泡将会推动水银滴移动,当水银滴移动到两信号电极断开处,水银滴与两信号电极接触，两信号电极连通，当水银滴离开信号电极所在的位置时，两信号电极断开，从而实现继电器的通断。Jitendra Pal等人，在2013年第八届的IEEE的工业电子与应用的会议（20138th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications(ICIEA)）上发表了一篇“A novel electrothermally actuated RF MEMS switch for wireless applications”的论文，该论文提出了一种多重V字形结构的弯曲梁，V字梁的两端固定，尖端自由。当在V字梁上施加电压时，就会有电流通过，在热膨胀的作用下，V字梁就会变长，而由于V字梁的下端固定，V字梁只能沿着尖顶方向运动，当触点接触时开关接通。

目前，热驱动微开关都是利用电阻加热的方法，存在着功耗大且响应慢等问题，并且上述的移动水银滴型微继电器中气体推动水银滴移动时，水银滴的位置难以控制，不能保证与信号电极的准确接触。

发明内容

本发明的目的在于克服电阻加热存在的效率低、响应时间长以及水银滴位置移动难以控制等问题。本发明提出了一种基于感应加热原理的热膨胀液体触点微开关。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

利用感应加热的热膨胀液体触点微开关，其包括微开关壳体9、感应线圈4、铁芯8、水银3、信号电极I10、信号电极II7、环氧树脂胶帽I2、环氧树脂胶帽II5、导线I1、导线II6。微开关壳体9为一段直径较大，另一段直径较小的变截面玻璃管，其中较大段的直径为较小段直径的2～8倍，微开关壳体9直径较大段的外侧缠绕有感应线圈4，在微开关壳体9的内部设置有铁芯8，铁芯8位于感应线圈4的中心，在微开关壳体9的较大段装满水银3，并浸没铁芯8。微开关壳体9的直径较大段的端部连接有环氧树脂胶帽II5，微开关壳体9的直径较小段的端部连接有环氧树脂胶帽I2，信号电极I10和信号电极II7的一端分别穿过环氧树脂胶帽I2和环氧树脂胶帽II5至微开关壳体9内部，另一端分别与导线I1、导线II6连接；信号电极II7与水银3接触，信号电极I10不与水银3接触；铁芯8和水银3在变化的磁场作用下会发热，水银3在自身的热量以及铁芯8传导的热量下受热膨胀就会与信号电极I10和信号电极II7都保持接触。

微开关壳体9选用内径φ0.5～5mm，长15～20mm的玻璃管制作；感应线圈4选用直径φ0.05～0.5mm的带漆包线的铜线缠绕而成；铁芯8选用φ0.4～4.8mm，长2～5mm的高磁导率的钢；信号电极I10和信号电极II7选用直径φ0.5～1mm铜丝，长5～10mm。

所述的微开关壳体9直径较大段的长度为6～7mm，玻璃管壁厚为0.1～0.2mm；

所述的感应线圈4缠绕在开关壳体9直径较大的那一段上，绕制20～50匝，缠绕层数不限于1层，并用胶水固定；

所述的铁芯8与感应线圈4同心且铁芯8先进入微开关壳体9的一端与微开关壳体9的直径较大和较小段之间的缩颈处接触；

所述的水银3通过使用注射器从开关壳体9的小端注入，水银柱长度约为9～10mm，使其浸没铁芯8；