安全节能插座的制作

　　科技小论文_安全节能插座的制作
　　在上初中物理课的时候，学习安全用电，使我懂得了家庭用电的安全重要性。在家庭用电中，如使用者稍有不慎，将会酿成大祸。改革开放以来，随着我国经济的大力发展，各种电器设备大量增加，安全用电成为现实问题。我国每年有数千人伤亡与触电事故有关。同时，触电伤亡事故在各类伤亡事故中占相当大的比重。据统计，发生触电事故的主要原因有（1） 缺乏电器安全知识（2） 违反操作规程（3） 设备不合格（4） 其他偶然原因。其中第（1）（2）（4）为人为因素或不可抗拒因素，（3）则为客观因素。于是我们设想，能不能发明出一种安全用电设备来减少家庭触电事故的发生呢？经过讨论，我们将目光集中在插座上。
　　同时，随着我国的经济发展，建设节约型社会已经写入十一五发展规划，成为人们日常生活的主题。我们觉得它不仅表现在每个人的节能行动上，更可以通过改进设备的使用来达到节能的目的。目前，以我国电脑拥有量5299万台计算，一年全国电脑累计关机状态下耗电量很可能超过19亿度。电脑关机耗电因光驱、硬盘等配置不同而不同。一般来说，关机状态下的电脑功耗为：主机4.3W，显示屏3.5W，合计7.8W左右。假设每台电脑每天关机16小时，一年一台电脑累计关机状态下耗电36.2度。以芯片供应商英飞凌(Infineon)所做的调查而言，以美国一地为例，只要关机的电脑中有百分之一关闭显示器，每天省下的电量约是36万千瓦，相当于一座中型发电厂所能发出的电量。《人民日报》的一个数字更令人触目惊心：在中国仅不关显示器和打印机每年浪费12亿度电！欧盟规定，计算机在睡眠和关闭状况下的能耗须低于10瓦和3瓦，我国目前仅有10.5％的计算机能够达到这一要求；美国规定，显示器在睡眠和关闭状态下的能耗须低于4瓦和2瓦，我国目前仅有19％的显示器能达到这一要求。
　　由是观之，设计一种新的插座，达到安全节能，已成为社会发展的现实需要，具有普遍性和时代性。

设计制作过程
　　有了这个想法以后，我们先买来一些插座拆开进行研究。发现大多数家庭所购买的插座都是在插座内部火线与插座的触片直接连接。这样，稍有不慎，不小心在湿手的情况下碰到插座的触片或小孩好奇地将金属物插入插座，都将产生严重的后果。
　　毕云松因此提出了要在插座上添加一个开关，将它连在火线与触片之间，这样在插头不用的时候，插座本身是断电的。可是，如果每一次插拔开关时都人为的开闭开关，无疑使插座的使用变得繁琐。而且在不用的状态下，如果忘记关插座上的开关，那开关根本就起不到作用。后来他提出了能否在插座上加一个自动的开关，在插头插进的时候插座上的开关能够自动的闭合，拔出插头时开关自动断电，插座的内部便不带电。
　　刚开始，我们想用插头上的金属片利用弹簧将插座内部的触片与火线自动连通。可是这样的设计必然会使插座内部的结构异常复杂，稍微有一处发生变形就有可能使开关失效。后来，我提出了利用机械按压的方案（如图1）。这一方案十分巧妙地将按压开关嵌入到插座中，通过插头在使用时对插座上突起的按压开关的按压，使金属片将火线连通，插座正常使用。在拔掉开关的同时，弹簧使按压开关自动上抬，使火线断开，这样在插座不使用时，插座不带电，安全性大大的提升。 
图1

　　 与此同时，王明赫提出了另一个节能插座的方案。他通过对人们在使用计算机后常常遗忘关闭显示器、打印机、音箱等设备的问题进行研究。提出了节能插座设计方案。他设想能不能发明一个插座让使用者在关闭计算机的同时，显示器，打印机，音箱等计算机附属设备同时关闭呢？于是他设计一个节能插座的方案（如图2）来解决了这个问题。 
图２

　　我们初步的设想如上图，通过改变插座内导线的结构设计来解决这个问题。在从插口的电路上安装一个电流开关。检测主插口电路上是否有电流通过。有电流通过时，开关闭合，没有电流时开关自动断开。当用户使用时，将电脑主机的插头插在主插口上，显示器、打印机、音箱等设备插在从插口上。当使用者将电脑的主机开启时，感应开关就会自动感应到电流，使电流开关闭合，接通从插口处的电路。这样，显示器，打印机就自动接通。当电脑主机关闭时，感应开关也随之关闭，使显示器等设备自动关闭。通过这样的设计，便达到了在主机开启、关闭的同时，计算机的其它设备也随之开启、关闭，有效地减少了因待机而消耗的大量电能。
　　随后，我们在一起商量，觉得如果能将这两个方案同时应用，将安全与节能结合在同一插座上，那将大大提升插座的安全性及节能性。
　　下一步就是制作实物的过程。我们首先买了一个插座研究其结构，思考对它的改进方法。刚开始我们想象设计图那样在插座内部加一个弹簧、金属片、按压开关。后来，我们在五金市场发现了一个小型的弹簧开关（如图3），十分小巧。放在插座上正合适。于是，我们决定把这种开关嵌在插座上。先将插座的插口旁边抠出一个孔（如图4），使其能恰好放进弹簧开关。然后在插座的内部也“开辟”了一小块空间，用于弹簧开关的安放。再将弹簧开关连在插座触片与火线之间。这样当插座插上插头的时候，弹簧开关自动闭合，使火线与插座连接。在拔出插头后，火线与插座内部的触片断开，实现了插座内断电。降低了触电的危险。尽管这一项改进是很小的，很细微的。但巧妙的处理却起到了实效。制作好的效果如图5，图6。

 
图3 图4
 
图5 图6

　　 然后我们开始考虑制作节能型的插座。首先研究关键的电流开关。开始的时候，考虑用单簧管的原理（如图7）。紫色线路为主插头的线路，将它的导线绕在一个干簧管上。这样，根据高中物理教材上讲述的：1820年，丹麦的物理学家奥斯特（1777~1851）通过实验表明，通电导线的周围和磁铁的周围一样，存在着磁场，这就是电流的磁场。通过这个原理，我们设想，在主机导线连通

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