一種防觸電墻壁插座

熊天睿 楊子毅 張致遠

我們在看報時看到一則新聞 ：一位母親帶著一歲多的小孩在餐廳就餐，就在她低頭點菜時，小孩的手摸到了插座，當(dāng)即被電擊傷。這可真是讓人揪心??！

其實，不僅是嬰幼兒，我們小學(xué)生也喜歡東摸西碰。尤其是插座，家長越是叮囑不要觸碰，我們越是好奇。而且，我們也有用電需求，在日常生活中難免會使用插座。既然如此，能不能設(shè)計一種避免兒童觸電的安全插座呢？想到這，我們立刻進行了頭腦風(fēng)暴。

我看到有人將插座放在水里，即便手伸進水里也不會觸電，真是神奇。

鑰匙插進門鎖后不能立即開鎖，需要往某個方向擰動才能開鎖。如果插頭和鑰匙一樣，只有旋轉(zhuǎn)到特定角度才能通電，就可以避免嬰幼兒不小心觸電。

電話手表通過磁吸方式連接充電線，操作非常簡單。不充電時，手表上的充電觸點不帶電，即便人體觸碰也是安全的。我們可以按照這種思路設(shè)計安全插座，不使用時，插座不帶電；使用時，只要將插頭靠近插座，兩者就能吸附在一起，開始通電。

一、確定方案

經(jīng)過市場調(diào)研和科技查新，我們發(fā)現(xiàn)市場上已有旋轉(zhuǎn)式插座，于是，我們決定采用熊天睿的思路，利用磁吸原理，設(shè)計一種防觸電墻壁插座。

該裝置由墻壁插座和插頭轉(zhuǎn)換器組成。墻壁插座包含殼體、金屬導(dǎo)電片、常開型磁控開關(guān)、常開型延時繼電器、金屬片等。插頭轉(zhuǎn)換器包含殼體、金屬導(dǎo)電片、強磁磁鐵等，正面設(shè)計圖如圖1。

插座上金屬導(dǎo)電片的通電情況由磁控開關(guān)和延時繼電器共同控制，在插頭轉(zhuǎn)換器未插入時，磁控開關(guān)斷開，延時繼電器無輸入信號，金屬導(dǎo)電片不帶電，起到防觸電的效果。當(dāng)插頭轉(zhuǎn)換器吸附在插座上時，磁控開關(guān)閉合，向延時繼電器輸入信號，電流通過金屬導(dǎo)電片流向插頭。

二、選擇材料

1.我們對鐵質(zhì)、銅質(zhì)、鋁質(zhì)的金屬導(dǎo)電片進行導(dǎo)電性能測試，數(shù)據(jù)顯示銅質(zhì)金屬導(dǎo)電片的導(dǎo)電能力最強，于是我們選擇用它來制作插頭、插座的通電連接材料。

2.插頭轉(zhuǎn)換器內(nèi)的磁性材料必須具有很強的磁性，我們在網(wǎng)上查找材料，經(jīng)過反復(fù)對比后發(fā)現(xiàn)釹鐵硼磁鐵最符合要求。

3.我們用強磁磁鐵接近鐵片、銅片、鋁片、硅鋼片，測試不同材料的磁化情況。結(jié)果顯示，銅片、鋁片不會被吸引也不會被磁化，鐵片能被吸附且?guī)в幸欢ù判?，硅鋼片能被吸附但沒有被磁化。于是，我們選擇將硅鋼片放置在插座中，用它來吸引插頭轉(zhuǎn)換器內(nèi)的磁鐵。

三、制作模型

材料準(zhǔn)備齊全后，我們請五金加工廠的孫師傅和袁師傅按照設(shè)計圖紙和要求，制作了一種防觸電墻壁插座模型。墻壁插座正面如圖2，插頭轉(zhuǎn)換器正面如圖3，插頭轉(zhuǎn)換器反面如圖4，插頭轉(zhuǎn)換器側(cè)視圖如圖5。

四、功能檢測

1.關(guān)閉總電源，將墻壁插座接入總電源。打開總電源，用測電筆測試插座的金屬導(dǎo)電片，結(jié)果顯示不帶電。

2.將電器插頭接入新型插頭轉(zhuǎn)換器反面，再將插頭轉(zhuǎn)換器正面靠近插座，因磁鐵的吸附作用，兩者緊密結(jié)合在一起，延時繼電器開始工作，燈泡亮了。如圖6。

3.移開插頭轉(zhuǎn)換器，小燈泡瞬間熄滅。再用測電筆測試插座的金屬導(dǎo)電片，結(jié)果顯示不帶電。

測試結(jié)果證明我們的設(shè)計方案是可行的，但模型的外觀設(shè)計、加工精度等還有待完善。

五、改進方案

一是為墻壁插座加裝保護罩，提高安全性。二是加入高溫與防漏電控制智能裝置，出現(xiàn)電路短路、過載、漏電時，插座能夠自動斷電，保證用電安全。三是將插頭、插座的外觀設(shè)計得更加科學(xué)、美觀。

六、心得體會

在反復(fù)的設(shè)計、修改過程中，我們真正感受到創(chuàng)新并非易事。如果不思考，問題就永遠存在；如果遇到挫折就放棄，那我們永遠也體會不到成功的快樂。對于每一位熱愛創(chuàng)新的青少年來說，掌握科學(xué)知識很重要，擁有頑強的毅力和執(zhí)著的精神同樣重要，我們的才干和能力就是在堅持不懈的實踐中逐步提高的。

指導(dǎo)老師? 李宏亮? 李勝輝? 方育紅