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    • 水银滑环工作原理及典型应用(转载)

      发布日期:2021-03-20 09:32:07

      一.水银滑环工作原理

      什么是水银滑环呢?简单的说,就是以水银为流体介质的一种导电旋转接头,是一种工业零部件。水银滑环的工作原理是利用水银导电,水银代替电刷,具有无磨损的优点。水银滑环,又叫水银导电环或者是水银导电滑环,水银旋转接头。

      二.水银导电滑环与传统滑环的优势

      水银导电滑环与传统碳刷滑环最大的不同点在于它主要以液态水银为导电介质,将固定端与旋转端集成在一起,旋转的时候不需要使用碳刷来进行导电传递,而直接使用水银来进行导电传递。而滑环主要是指2个零部件之间的连接方式,在主动部件和固定部件之间,采用电刷作为信号传递连接的一种精密零部件,它实现了2个相对旋转部件之间的电流,功率,温度信号的传递,水银滑环主要是指传输介质主要以水银为主的滑环。它和传统的集电环有着很大的区别,优点是使用可靠,精度高,支持高环道,高电流。

      三.水银导电滑环的特点

      水银滑环与其他滑环相比较,由于采取了流体作为介质,使得其具有结构紧凑,尺寸小的特点。正是这个特点,让水银滑环在微小精密仪器领域成为不可或缺的角色。由于水银的流体特性,水银滑环转动的时候无磨损,寿命比一般滑环要长很多倍,它是非常合适需要频繁转动的导电旋转接头的。由于水银滑环转动部分无复杂的物理机械结构,使得其具有产品可靠性极高的优点,同时具有免维护、无杂讯、无噪音、转速高、信号不失真、接触电阻小、传递电流大等特性。正是有了上面这些优点和特性,水银滑环产品具有非常高市场吸引力和竞争力。虽然价格相对昂贵,但在很多高精尖领域都占有一席之地。

      四.水银滑环的应用领域

      水银的导电性能非常的强,因此传统电滑环的应用领域水银滑环都能代替,但是由于水银滑环的制造成本相对较高,建议应用于精密、高端的设备上。

      ●工业机械-加工中心、旋转工作台、起重设备塔楼、卷线轮、测试设备、包装机械等;

      ●磁性传动器、处理程序控制设备、转台式传感器、应急照明灯、机器人、雷达等;

      ●制造和控制设备;

      ●展览/显示设备、消费电子产品、旋转灯箱、水平镀银线、染色设备;

      ●医疗设备、手术灯、管内摄影机。

      高频电镀设备是一种非常昂贵的设备,高频电镀设备的分类方法主要从水银滑环原理方面来分类的,从电镀原理可知,电镀电源必须是直流电源或脉冲电源。各类镀槽对电源的要求也不尽相同,电镀时水银滑环的电流、电压应控制在一定的误差范围内。故选用高频开关电源,具有恒压、恒流、恒电流密度控制功能,采用igbt模块和独特的驱动保护方式。

            水电镀工艺是指在电镀流程中需要对电镀镀件进行漂洗工序的电镀类型。电镀电源是将工频交流电变换为不同电压、频率和波形的直流电设备。在晶闸管整流器中主要应用“整流”技术,在高频开关电源中既应用“整流”技术又应用“逆变”技术。

      电镀电源主要由主电路和控制电路组成。 用 途水电镀设备广泛应用于机械、冶金、电镀、锻压、铸造、五金、电子、电器、建筑等领域由plc实现对其进行水银滑环本地控制和远端控制机及其转换,为实际生产带来了便利。在这样的电镀设备中,水银滑环作为旋转关节的关键零部件,其温度的控制非常重要。自动电镀生产线采用先进的设备及自动控制系统,极大地提高了电镀生产的效率,便于实现全线集中监控,系统稳定、可靠、安全,电镀的原理非常简单,电镀指借助外界水银滑环直流电的作用,在溶液中进行电解反应,使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。 下面举个例子做个简单的说明,硫酸铜镀液主要有硫酸铜、硫酸和水,由于电解除油和电镀槽对温度的要求比较高,它直接影响了镀件产品的质量,为此我们选用了温度控制系统。温控系统原理:当温度传感器所测槽液温度低于温控仪设定温度时,温控仪输出信号,驱动继电器,加热管继续加热;当所测水银滑环温度高于设定温度时,温控仪停止输出,加热管停止加热。 这对于水银滑环的寿命来说都是非常关键的因素,对于系统由温控仪、温度传感器、加热管以及继电器组成的例子, 用电解的方法将金属沉积于导体(如金属)或非导体(如塑料、陶瓷、玻璃钢等)表面,从而提高其耐磨性,增加其水银滑环导电性,并使其具有防腐蚀和装饰功能。对于非导体制品的表面,需经过适当地处理(用石墨、导电漆、化学镀处理,或经气相涂层处理),使其形成导电层后,才能进行电镀。

      电镀时,将被镀的制品接在阴极上,要镀的金属接在阳极上。例如在铜板上镀镍,以含硫酸镍的水溶液作电镀液。通电后,阳极上的镍逐渐溶解成正离子,而在阴极的铜板表面上不断有镍析出。 甚至也有其它添加剂。

      电解液是用含有与阳极金属相同离子的溶液。通电后,阳极逐渐溶解成金属正离子,溶液中有相等数目的金属离子在阴极上获得电子随即在被镀制品的表面上析出,形成水银滑环金属镀层。硫酸铜是铜离子(Cu2+)的来源,当溶解于水中会离解出铜离子,铜离子会在阴极(工件)还原(得到电子)沈积成金属铜。这个沉积过程会受镀浴的状况如铜离子浓度、酸碱度(pH)、温度、搅拌、电流、添加剂等影响。

             这些高频电镀设备中,水银滑环的作用非常关键,不过作为耗材的一部分,水银滑环的用量也非常大,因此,对于水银滑环的质量要求非常高。

       

       

      由于印刷机械的成本非常的昂贵,因此,在很多时候,旋转连接的部分都是采用进口水银滑环来实现的,在高端的印刷机械中,一台设备的费用在几百万到几千万左右,因此这个成本占到整个成本一个非常小的部分。一般意义上的印刷机械是印刷机、装订机、制版机等机械设备和其它辅助机械设备的统称。由于种类比较多,这些机械设备都有不同的性能和用途,因此,组成导电环的机械结构和形式都不一样。

      在发达国家,由于有比较成熟的高端印刷技术环境,因此高端设备中的水银滑环的品质也非常高,在很多设备上,用到了大电流,高转速的水银滑环,如CTP的广泛采用,UV印刷、无水胶印技术的商业化应用,此类印刷品普遍采用传统调幅加网的高线数加网(300线/英寸以上,甚至达到400线/英寸),水银滑环的最高电流可大3000A,不过这种类型的水银滑环,价格都在5位数以上,一般的设备都不能使用,只有在高端印刷设备上才可以使用,而且在这种大电流和精度下,人眼在普通视距内(距离纸 张表面10cm左右)已经很难分辨出常规175线/英寸或200线/英寸加网线数下所能够分辨出的网点、网线、玫瑰斑、莫尔纹等视觉干扰情况。由于水银滑环的广泛引用,部分印刷品采用了大电流调频加网技术。这种技术在20世纪90年代出现后,受当时工艺、印刷材料的限制并没有得到广泛的应用。但现在已经有相当多的高精细印刷品开始采用这一技术,能够以更高的精细程度表现细节,这种新型的技术,水银滑环在印刷机械中的应用大幅增长,并且由于网点的分布是随机的,正是由于水银滑环的应用,在旋转部分能够无损的传输大电流,因此传统调幅加网所固有的玫瑰斑、莫尔纹等干扰现象得到根本解决,在渐变色的表现上也更胜一筹。

       

       

       

      在很多场合和条件环境下,导电滑环和电刷滑环并不能真正的派上用场,这个时候就需要水银滑环了,作为一种特殊的材料组成的滑环,在某些领域的优势以及不可替代是显而易见的。水银滑环简单的说,就是以水银为流体介质的一种导电旋转接头,是一种工业零部件,与传统碳刷滑环最大的不同点在于它主要以液态水银为导电介质,将固定端与旋转端集成在一起,旋转的时候不需要使用碳刷来进行导电传递,而直接使用水银来进行导电传递。而滑环主要是指2个零部件之间的连接方式,在主动部件和固定部件之间,采用电刷作为信号传递连接的一种精密零部件,它实现了2个相对旋转部件之间的电流,功率,温度信号的传递,水银滑环主要是指传输介质主要以水银为主的滑环。

       

      它和传统的集电环有着很大的区别,优点是使用可靠,精度高,支持高环道,高电流。超导实验中就有利用水银,它的导电性用来实现微弱信号的传递,还比如恒温箱里的水银导电表控温等等。由于水银是液体,又能导电,因此在滑环里面传递信号和控制电流非常合适,更适用于传统滑环不能胜任的领域,比如高转速,低阻抗,低干扰等场合。其中应用场合主要有自动化包装领域的包装机械,包装机械手,自动化包装机器人等,在监控设备里面,就有旋转电视摄像机,旋转舞台灯具,旋转电脑灯,旋转高速球,旋转监控头等,其他工业设备中有绕线设备,半导体装置,电阻切割设备,测试控制设备等等。

      水银滑环的应用范围非常广泛!从传统行业到新型行业,从民用行业到军用行业,都使用到了水银滑环。水银作为一种大家都知道的材质,是一种良好的导体,相比与铜等其他材料,它的导电性能也不差,由于它是液态,形状可以随意变化,因此和铜等材料比,有些场合,更具有适用性,可以说传统滑环能应用的场合,水银滑环都能胜任,唯一的不足就是水银滑环的造价相对比较昂贵,所以市场价格比电滑环要高出一截,应用在比较高端设备(如医院CT)还是比较合适的。

       

           大批量的中低端设备就有影响了,会对整机产品成本有一定的提高,造成市场竞争力不足。这几年,水银的导电性广泛的应用在滑环这个行业里面,尤其以美国为代表的水银滑环,发展的比较好。国内传统滑环相比而言,还差一个台阶。在未来几年,随着国内产业的升级,成本的越来月低廉,很多传统行业的碳刷滑环都将使用水银滑环来代替。那时候其应用范围的深度和广度都会越来越大。

       

      因此,具有以上两种特殊属性的物质在滑环行业应用恰到好处。现代工业正处于一个快速发展的阶段,从以前的粗狂到现在的越来越精密化,现代化来进行,体积也从原来的庞然大物变成现在越来越精密。尤其是高端装备制造业以及精密自动化机器人领域,水银滑环的用途更加的广阔。

       

      相比较其他滑环而言,由于介质是流体,造就了其结构紧凑,尺寸小的特性,这个特点,在特殊的微小精密仪器领域的主要角色非水银滑环莫属。正是由于水银的特性,滑环转动的时候无磨损,寿命比一般的要长很多倍,在需要频繁转动的导电旋转接头,它是非常合适的。由于转动部分无复杂的物理机械结构使得产品更可靠免维护,无杂讯,无噪音,转速高,价格低信号不失真,接触电阻小,传递更大电流。正是有了上面这些特性,水银滑环的优点使得其产品非常具有吸引力和竞争力。虽然价格昂贵,但在很多领域都占有一席之地。

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