Reed switch - Reed switch
.jpg)
Den tungomkopplaren är en elektrisk strömställare manövreras av ett pålagt magnetiskt fält . Det uppfanns 1922 av professor Valentin Kovalenkov vid Leningrad Electrotechnical University och utvecklades senare vid Bell Telephone Laboratories 1936 av Walter B. Ellwood till vassreläet. I sin enklaste och vanligaste formen, består den av ett par av ferromagnetiska böjliga metallkontakter i en hermetiskt tillsluten glashölje. Kontakterna är vanligtvis öppna , stängs när ett magnetfält är närvarande, eller de kan normalt vara stängda och öppna när ett magnetfält appliceras. Strömbrytaren kan påverkas av en elektromagnetisk spole , gör en vass relä eller genom att en permanent magnet nära den. När magnetfältet avlägsnas återgår kontakterna i reed-omkopplaren till sitt ursprungliga läge. "Reed" är metalldelen inuti reed switch-kuvertet som är relativt tunn och bred för att göra den flexibel. Det liknar en del av vissa vassväxter . Uttrycket "vass" kan även innefatta den externa ledningen såväl som den inre delen.
Ett vanligt exempel på en reed switch-applikation är att upptäcka öppningen av en dörr eller fönster för ett säkerhetslarm .
Beskrivning
Fig. 1 - anordning som visas i icke-manövrerad position.
Fig. 2 - anordning som visas i manövrerat läge.
Fig. 3 - tvärsnitt
1 - glaskuvert
2 - terminal
3 - fjädrande magnetelement
4 - icke- magnetelement
5 - ledande element
6 - magnetelement
7 - isolerande del
Den vanligaste typen av vassbrytare innehåller ett par magnetiserbara, flexibla metallvass vars ändpartier är åtskilda av ett litet mellanrum när strömställaren är öppen. Vassen är hermetiskt tillslutna i ett rörformigt glaskuvert. En annan typ av reed-omkopplare innehåller en flexibel reed som rör sig mellan en fast, normalt öppen kontakt och en fast, normalt stängd kontakt. Den normalt stängda kontakten är icke-ferromagnetisk och stängs av den flexibla vassens fjäderkraft . Även om reed-omkopplare med flera poler är möjliga används oftare en sammansättning av en-poliga reed-switchar för flerpoliga applikationer.
Ett magnetfält från en elektromagnet eller en permanent magnet kommer att få vassen att attrahera varandra och därmed slutföra en elektrisk krets . Vassens fjäderkraft får dem att separera och öppna kretsen när magnetfältet upphör. En annan konfiguration innehåller en icke- ferromagnetisk normalt stängd kontakt som öppnas när den ferromagnetiska normalt öppna kontakten stängs. Ett tunt lager av icke-ferromagnetiskt material appliceras på reed-omkopplarens kontaktyta för att fungera som en elektrisk kontaktomkopplingsyta (förslitning) och, för normalt öppna kontakter, som ett magnetiskt distansstycke vars tjocklek är viktig för att kontrollera magnetfältnivån vid som kontakten öppnas (bortfallet). Reed-switchkontakter är typiskt rodium , rutenium , iridium eller volfram . Det finns också versioner av reed-omkopplare med kvicksilvervätade kontakter. Sådana omkopplare måste monteras i en viss riktning, så att inte kvicksilverdroppar överbryggar kontakterna även när de inte aktiveras.
Eftersom kontakterna på reed-omkopplaren är förseglade från atmosfären är de skyddade mot atmosfärisk korrosion . Den hermetiska tätningen av en reed-omkopplare gör dem lämpliga för användning i explosiva miljöer där små gnistor från konventionella switchar skulle utgöra en fara.
En viktig kvalitet hos omkopplaren är dess känslighet, mängden magnetfält som krävs för att aktivera den. Känslighet mäts i enheter av ampere-varv (AT), motsvarande strömmen i en testspole multiplicerad med antalet varv i testspolen. Typiska pull-in-känsligheter för kommersiella enheter ligger i intervallet 10 till 60 AT. Ju lägre AT, desto känsligare är reed-omkopplaren. Mindre vippomkopplare, som har mindre delar, är i allmänhet mer känsliga för magnetfält.
Vid produktion sätts ett metallrör i varje ände av ett glasrör och rörets ändar värms upp så att de tätas runt en skaftdel på vassen. Grön-färgat infraröd upptagande glas används ofta, så en infraröd värmekälla kan koncentrera värmet i den lilla tätningszonen av glasröret. Den termiska expansionskoefficienten för glasmaterialet och metalldelarna måste vara liknande för att förhindra att glas-till-metall-tätningen bryts . Det använda glaset måste ha hög elektrisk beständighet och får inte innehålla flyktiga komponenter, såsom blyoxid och fluorider , som kan förorena kontakterna under tätningen. Strömbrytarens ledningar måste hanteras försiktigt för att förhindra att glashöljet går sönder. Glashöljet kan skadas om reed-omkopplaren utsätts för mekanisk belastning.
De flesta reed-omkopplare är fyllda med kväve vid atmosfärstryck. Efter att den slutliga tätningen har gjorts svalnar omkopplaren och det inre trycket är mindre än en atmosfär. Reed-omkopplare förseglade med en kväveatmosfär under tryck har en högre nedbrytningsspänning och är användbara för att växla 220–240 VAC- effekt . Reed-omkopplare med vakuum inuti glaskuvertet kan växla tusentals volt.
Reed-omkopplare kan användas för att direkt växla en mängd olika laster som sträcker sig från nanovolts till kilovolt, femtoampers till ampere och DC till radiofrekvens. Andra magnetiskt aktiverade omkopplingsanordningar har ett begränsat utbud av utspänningar och strömmar och styr i allmänhet inte direkt en slutanordning såsom en lampa, solenoid eller motor.
Reed-omkopplare har små läckströmmar jämfört med halvledarenheter; detta kan exempelvis vara användbart i medicinska anordningar som kräver skydd för en patient från små läckströmmar. Vasset är hermetiskt tillslutet och kan därför fungera i nästan vilken miljö som helst, där brandfarlig gas finns eller där korrosion skulle påverka öppna kontaktkontakter. En reed-omkopplare har mycket låg motståndskraft när den är stängd, vanligtvis så låg som 50 milliohm, medan Hall Effect-enheterna kan vara i hundratals ohm. En reed-omkopplare kräver endast två ledningar medan de flesta solid-state-enheter kräver tre ledningar. En reed-omkopplare kan sägas kräva noll effekt för att driva den.
Användningar
Reed-reläer
En eller flera vippströmställare inuti en elektromagnetisk spole utgör ett vassrelä. Reed-reläer används när driftsströmmarna är relativt låga och erbjuder hög driftshastighet, bra prestanda med mycket små strömmar som inte tillförlitligt byts av konventionella kontakter, hög tillförlitlighet och lång livslängd. Miljoner vassreläer användes i telefonväxlar på 1970- och 1980-talet. I synnerhet användes de för att växla i den brittiska TXE- familjen av telefonväxlar. Den inerta atmosfären runt vasskontakterna säkerställer att oxidation inte påverkar kontaktmotståndet. Kvicksilvervätade vassreläer används ibland, särskilt i höghastighetsräkningskretsar.
Magnetiska sensorer
Reed-omkopplare som drivs av magneter används ofta i mekaniska system som närhetssensorer . Exempel är dörr- och fönstersensorer i inbrottslarmsystem och manipulationssäkerhetsmetoder . Reed-omkopplare har använts i bärbara datorer för att sätta den bärbara datorn i viloläge / viloläge när locket är stängt. Hastighetssensorer på cykelhjul använder ofta en reed-omkopplare för att manövrera kort varje gång en magnet på hjulet passerar sensorn. Reed-omkopplare användes tidigare i tangentborden för dataterminaler, där varje tangent hade en magnet och en reed-omkopplare manövrerades genom att trycka på tangenten. Elektriska och elektroniska tangentbord för pedaler som används av rörorgel och Hammond-orgelspelare använder ofta reed-omkopplare, där glashöljet på kontakterna skyddar dem från smuts, damm och andra partiklar. De kan också användas för att kontrollera dykutrustning, såsom ficklampor eller kameror, som måste tätas för att hålla vattnet ute under högt tryck.
Vid en tidpunkt använde borstlösa likströmsmotorer reed-omkopplare för att känna av rotorns position i förhållande till fältstolparna. Detta gjorde det möjligt för växlingstransistorer att fungera som en kommutator, men utan kontaktproblem, slitage och elektriskt brus från en traditionell DC-kommutator. Motordesignen kan också "inverteras", placera permanentmagneter på rotorn och växla fältet genom de externa, fasta spolarna. Detta undvek behovet av någon gnidningskontakt för att ge rotorn kraft. Sådana motorer användes i lågeffektiva artiklar med lång livslängd, såsom datorns kylfläktar och hårddiskar. När billiga Hall- effektsensorer blev tillgängliga ersatte de reed-omkopplarna och gav ännu längre livslängd.
Reed-omkopplare används i minst ett märke av endoskopisk kapsel för att slå på strömkällan endast när enheten tas bort från den sterila förpackningen.
Reed-omkopplare kan väljas för en viss sensorapplikation när en halvledarenhet inte uppfyller krav som strömförbrukning eller kompatibilitet med elektriska gränssnitt.
Liv
Vassens mekaniska rörelse ligger under materialets utmattningsgräns så att vassen inte går sönder på grund av utmattning. Slitage och livslängd är nästan helt beroende av den elektriska belastningens effekt på kontakterna tillsammans med egenskaperna hos den specifika reed-omkopplaren som används. Kontaktytans slitage uppstår endast när strömbrytaren kommer i kontakt med öppet eller stängt På grund av detta bedömer tillverkarna livslängden i antal operationer snarare än timmar eller år. I allmänhet orsakar högre spänningar och högre strömmar snabbare slitage och kortare livslängd. Beroende på den elektriska belastningen kan livslängden ligga inom tusentals operationer eller miljarder operationer.
Se även
Anteckningar
Referenser
Vidare läsning
- Hovgaard, Ole M .; Perreault, George E. (1955-03-02). "Utveckling av Reed Switches och Relays". Bell System Technical Journal . 34 (2): 309–332. doi : 10.1002 / j.1538-7305.1955.tb01474.x . ISSN 0005-8580 .