Reed Switch - Arbejds-, applikationskredsløb

I dette indlæg lærer vi omfattende om reed switch-funktion, og hvordan man laver enkle reed switch kredsløb.

Hvad er Reed Switch

Reed switch også kaldet reed relay, er en lavstrøm magnetisk switch med et skjult par kontakter, der lukker og åbner som reaktion på magnetfelt i nærheden af ​​det. Kontakterne er skjult inde i et glasrør, og enderne afsluttes ud af glasrøret til ekstern forbindelse.

Og med omkring en milliard operationsspecifikation ser disse enheders funktionelle levetid også meget imponerende ud.

Desuden er reed-switche billige og bliver derfor egnede til alle typer elektriske, elektroniske applikationer.

Hvornår blev Reed-kontakten opfundet

Reed switch blev opfundet helt tilbage i år 1945 af Dr. W.B. Ellwood , mens han var ansat hos Western Electric Corporation i USA. Opfindelsen ser ud til at være meget avanceret end den periode, hvor den blev opfundet.

Dens enorme anvendelsesfordele blev fortsat ubemærket af de elektroniske ingeniører, indtil den nylige tid hvor reed-switches bliver en del af mange vigtige elektroniske og elektriske implementeringer.

Sådan fungerer Reed Switches

Grundlæggende er en reed switch et magnetomekanisk relæ. For at være mere præcis startes en reed-switch, der arbejder, når en magnetisk kraft bringes nær den, hvilket resulterer i den krævede mekaniske koblingshandling.

En standard reedrelæafbryder kan ses som vist i ovenstående figur. Det består af et par flade ferromagnetiske strimler (siv), der er hermetisk forseglet i et lille glasrør.

Sivet er fastspændt i begge ender af glasrøret på en sådan måde, at deres frie ender er let overlappede i midten med en adskillelse på ca. 0,1 mm.

Under forseglingsprocessen pumpes luften inde i røret ud og erstattes af tør kvælstof. Dette er afgørende for at sikre, at kontakterne fungerer i en inert atmosfære, som hjælper med at holde kontakterne korrosionsfri, eliminere luftmodstand og gøre dem langvarige.

Hvordan det virker

Den grundlæggende funktion af en reed-switch kan forstås ud fra den følgende forklaring

Når et magnetfelt introduceres i nærheden af ​​en reed-switch enten fra en permanent magnet eller fra en elektromagnet, bliver sivene, der er ferromagnetiske, til en del af den magnetiske kilde. Dette får enderne af siv til at få modsat magnetisk polaritet.

Hvis den magnetiske flux er tilstrækkelig stærk, skal du tiltrække siv mod hinanden i et omfang, der overvinder deres fastspændingsstivhed, og deres to ender etablerer en elektrisk kontakt i midten af ​​glasrøret.

Når magnetfeltet fjernes, mister sivene deres holdekraft, og strimlerne springer tilbage til deres oprindelige position.

Reed Switch Hysterese

Som vi ved det hysterese er et fænomen, hvor systemet ikke er i stand til at aktivere og deaktivere på et bestemt fast punkt.

Som et eksempel på en 12 V elektrisk relæ , kan aktiveringspunktet være 11 V, men dets deaktiveringspunkt kan være et sted omkring 8,5 V, denne tidsforskydning mellem aktiverings- og deaktiveringspunkterne er kendt som hysterese.

Til en reed-switch kan deaktivering af dens siv også kræve, at magneten flyttes meget længere væk fra det sted, hvor den oprindeligt blev aktiveret.

Følgende billede forklarer situationen tydeligt

Typisk lukker en reed-switch, når magneten bringes i en afstand af 1 tomme fra den, men det kan have brug for, at magneten flyttes omkring 3 inches væk for at åbne kontakterne til sin oprindelige form på grund af magnetisk hysterese.

Korrigering af hystereseeffekt i reed-switch

Ovenstående hystereseproblem kan reduceres i en geat-grad ved simpelthen at indføre en anden magnet med en omvendt N / S-pol på den modsatte side af reed-kontakten, vist nedenfor:

Sørg for, at den faste venstre magnet ikke er inden for reed-switchens indtrækningsområde, snarere i nogen afstand væk, ellers forbliver røret lukket og åbner kun, når højre sidemagnet bringes for tæt på røret.

Derfor skal afstanden fra den faste magnet eksperimenteres med en vis prøve og fejl, indtil den rigtige differentiale er opnået, og røret aktiveres skarpt på et fast punkt af den bevægelige magnet.

Oprettelse af 'Normalt lukket' type reed-switch

Fra ovenstående diskussioner ved vi, at kontakterne på en reed-switch typisk er 'normalt åben'.

Rørene lukkes, hvis en magnet holdes tæt på enhedens krop. Men der kan være visse applikationer, hvor der kan kræves, at røret er 'normalt lukket' eller tændt, og slukker i nærværelse af et magnetfelt.

Dette kan let opnås enten ved at forspænde enheden med en supplerende nærliggende magnet som vist nedenfor eller ved at bruge en 3-terminal SPDT-type reed-switch som angivet i det andet diagram nedenfor.

I de fleste systemer, hvor en drejekontakt betjenes gennem 'en permanent magnet, installeres magneten over et bevægeligt element, og røret installeres over en fast eller konstant platform.

Du kan dog finde flere programmer, hvor både magneten og røret skal placeres over en fast platform. TÆND / SLUK-operationen af ​​røret opnås i sådanne tilfælde ved at forvrænge magnetfeltet ved hjælp af et eksternt jernholdigt middel, som forklaret i det følgende afsnit.

Implementering af fast siv / magnetdrift

I denne opsætning holdes magneten og røret betydeligt tæt ved, hvilket gør det muligt for røretkontakter at være i normalt lukket situation, og det åbner, så snart det eksterne forvrængende jernholdige middel bevæger sig forbi mellem røret og magneten.

På den anden side kan det samme koncept anvendes for at få nøjagtige de modsatte resultater. Her justeres magneten til en position, der er lige nok til at holde røret i normalt åben position.

Så snart det ydre jernholdige middel flyttes mellem røret og magneten, bliver den magnetiske kraft forstærket og forstærket af det jernholdige middel, som straks trækker reed-kontakten ind og aktiverer den.

Betjeningsplaner for en Reed-switch

Følgende figur viser forskellige lineære driftsplaner for en reed-switch. Hvis vi bevæger magneten hen over et hvilket som helst af planerne a-a, b-b og c-c, tillader røret at fungere normalt. Valg af magnet kan dog være ret afgørende, hvis driftsformen er på tværs af b-b-planet.

Derudover kan du finde falske eller falske reed udløsende på grund af negative toppe fra magnetens feltmønsterkurve.

I situationer, hvor de negative toppe er høje, kan sivene tænde / slukke flere gange, når magneten bevæger sig forbi enden til enden af ​​røret.

Aktivering af siv gennem en rotationsbevægelse kan også implementeres med succes.

For at opnå dette kan du bruge blandt de mange opsætninger vist nedenfor:

FIGUR A

FIGUR B

FIGUR C

Det er også muligt at bruge en rotationsbevægelse til at udløse en opsætning af reed-switch. I figur A og B er reed-switchene installeret i en fast position, mens magneter er fastgjort med den roterende skive, som får magneterne til at bevæge sig forbi reed-kontakten ved hver rotation og tænder / slukker reed tilsvarende.

I figur C er magneten og reed-kontakten begge papirvarer, mens en specielt udskåret magnetisk skjoldkamera roteres mellem dem, således at kammen skifter magnetfeltet skiftevis ved hver rotation, hvilket får røret til at åbne og lukke i samme rækkefølge.

Rotationsbevægelse kan også bruges til at aktivere en reed-switch, i A og B er switchene stationære, og magneterne roterer. I eksemplerne C og D er både omskifterne og magneterne stationære, og afbryderen fungerer, når udskæringsdelen af ​​det magnetiske skjold er mellem magnet og afbryder.

Skiftehastigheder kan justeres et sekund til godt 2000 pr. Minut ved blot at ændre den roterende skivehastighed.

Reed-switches levetid

Reed-afbrydere er designet til at have ekstremt høj levetid, som kan variere fra 100 millioner til 1000 millioner åbne / lukke operationer.

Dette kan dog kun være tilfældet, så længe strømmen er lav, hvis koblingsstrømmen gennem reedkontakterne overstiger den maksimale nominelle værdi, kan det samme reed muligvis mislykkes inden for få operationer.

Typisk vurderes reed-switche til at arbejde med strøm inden for et interval på 100 mA til 3 ampere afhængigt af enhedens størrelse.

Den maksimale tolerante værdi er angivet for rent resistive belastninger. Hvis belastningen er kapacitiv eller induktiv, skal reed-switchens kontakter i så fald enten være væsentligt nedsat, eller passende snubberbeskyttelse og omvendt EMF-beskyttelse anvendes over reed-terminalerne, som vist nedenfor:

Tilføjelse af beskyttelse mod induktive pigge

En hvilken som helst af de ovennævnte fire enkle metoder, der anvendes til at muliggøre beskyttelse til en reed-switch fra induktive eller kapacitive strømspidser.

For en induktiv belastning, såsom en relæspole med jævnstrømsforsyning, vil en simpel modstandsshunt, der er vurderet til 8 gange mere end relæspolen, være lige nok til at holde reedrelæet sikkert fra relæspolen tilbage EMF'er, som vist figur A.

Selvom dette kan øge tomgangsstrømmen lidt i siv, men det vil alligevel ikke skade siv.

Ersistoren kan udskiftes med en kondensator, også for at muliggøre en lignende form for beskyttelse, som vist i figur B.

Typisk anvendes et modstandskondensatorbeskyttelsesnetværk som angivet i figur C, hvis forsyningen er en AC. Modstanden kan være 150 ohm 1/4 watt, og kondensatoren kan være mellem 0,1 uF og 1 uF.

Denne metode har vist sig at være den mest effektive og har været vellykket med at holde røret sikkert fra motorstartsskift i over en million operationer.

Værdien R og C kan bestemmes ved hjælp af følgende formel

C = I ^ 2/10 uF, og R = E / 10I (1 + 50 / E)

Hvor E er lukket kredsløbsstrøm, og E er netværkets åbne kredsløbsspænding.

I figur C kan vi se en diode forbundet over røret. Denne beskyttelse fungerer godt i jævnstrømskredsløb med induktiv belastning, selvom diodens polaritet skal implementeres korrekt.

High Current Reed Swithcing

I applikationer, der kræver kraftig strømskift ved hjælp af en reed-switch, anvendes et triac-kredsløb til at skifte den tunge strømbelastning, og en reed-switch bruges til at styre gate-switch af triac som vist nedenfor

Portstrømmen er betydeligt mindre end belastningsstrømmen, reed-kontakten fungerer effektivt og gør det muligt at skifte triac med den høje strømbelastning. Selv minut-reed-switch kan anvendes her og fungerer uden problemer.

Den valgfrie 0,1 uF og 100 ohm RC er et snubber-netværk, der er til beskyttelse af triac mod induktive spidser med høj strøm, hvis belastningen er en induktiv belastning.

Fordele ved Reed Switch

En stor fordel ved reed-kontakten er dens evne til at arbejde meget effektivt, mens der skiftes lave størrelser af strømme og spændinger. Dette kan være et væsentligt problem, når der bruges en almindelig switch. Dette skyldes mangel på tilstrækkelig strøm til at eliminere det resistive overfladelag, der normalt er forbundet med standardkontaktkontakter.

Tværtimod fungerer en reed-switch som et resultat af dens guldbelagte kontaktflader og inerte atmosfære med succes i over en milliard operationer uden problemer.

I en af ​​de praktiske tests i et anset amerikansk virksomhedslaboratorium blev fire reed-switche drevet med 120 ON / OFF-sekvenser pr. Sekund gennem en belastning, der arbejder med 500 mikrovolt og 100 mikroampere, jævnstrøm.

I testen kunne hvert af sivene gennemføre 50 millioner lukninger konsekvent med ikke en eneste lejlighed, der viste en skiftet modstand ud over 5 ohm.

Fejl ved reed-switch

Selvom det er ekstremt effektivt, kan reed-switch vise en tendens til at mislykkes, hvis den drives under højere strømindgange. Høj strøm får kontakterne til at erodere, hvilket også ofte ses i almindelige kontakter.

Denne erosion resulterer i små partikler, som også er magnetiske til at samle sig tæt på kontakternes mellemrum og på en eller anden måde skabe en bro over hullet. Denne bro over kløften forårsager kortslutning, og siv ser ud til at være smeltet permanent TIL.

Så faktisk skyldes det ikke smeltning af kontakterne, snarere kortslutning på grund af opsamlingen af ​​de eroderede partikler, der får rørkontakterne til at virke som om de er smeltet og smeltet.

Specifikationer for en standard Universal Reed-switch

• Maksimal spænding = 150 V.
• Maksimal strøm = 2 ampere
• Maksimal effekt = 25 watt
• Maks. indledende modstand = 50 milliohms
• Maks. udgangsbestandighed = 2 ohm
• Spids for maksimal nedbrydning = 500 V.
• Lukningshastighed = 400 Hz
• Isolationsmodstand = 5000 milliohms
• Temperaturområde = -55 grader C til +150 grader C
• Kontaktkapacitans = 1,5 pF
• Vibration = 10G ved 10-55Hz
• Stød = 15G mini mu m
• Levetid ved nominel belastning = 5 x 10 ^ 6 operationer
• Levetid ved nul belastning = 500 x 10 ^ 6 operationer

Anvendelsesområder

1. Hydraulisk bremsevæskeniveauindikator, hvor gennemførligheden grundlæggende er afhængig af ligefremhed og brugervenlighed.
2. Tælling af nærhed , leverer en utrolig enkel tilgang til registrering af passering af jernholdige genstande over et bestemt forudbestemt punkt.
3. Sikkerhedslåsningskontakt , der tilbyder ekstraordinær stabilitet og brugervenlighed af applikationer til kompliceret mekaniserede designs. Her bruges indlejrede reed-switche til at forbinde et kredsløb for at tænde en advarselslampe eller bede de næste driftsfaser.
4. Forseglet omskiftning i brandfarlige omgivelser , omgår forbrændingsmuligheden også i støvpakket atmosfære, hvor standard åbne afbrydere kan være svære at stole på, og især i koldt vejr, hvor almindelige afbrydere simpelthen kan fryse.
5. I radioaktive omgivelser , hvor magnetisk arbejde hjælper med at bevare afskærmningens troværdighed.

Nogle andre applikationskredsløb offentliggjort på dette websted

Flydekontakt : Reed-afbrydere kan bruges til effektive korrosionsfri svømmerafbrydere vandstandsregulatorer. Da rørskifter er forseglet, undgås vandkontakt, og systemet fungerer uendeligt uden problemer.

Patient dryppealarm : Dette kredsløb bruger en reed-switch til at aktivere en alarm, når dryppakken, der er tilsluttet en patient, bliver tom. Alarmen gør det muligt for sygeplejersken at kende situationen med det samme og udskifte det tomme dryp med en ny pakke.

Magnetisk døralarm : I denne applikation aktiveres eller deaktiveres en reed-switch, når en tilstødende magnet bevæges ved åbning eller lukning af en dør. Alarmen advarer brugeren om betjeningen af ​​døren.

Transformer Winding Counter : Her betjenes reed-kontakten af ​​en magnet, der er fastgjort på et roterende hjul, hvilket gør det muligt for tælleren at få et ursignal for hver viklingsrotation fra reed-aktivering.

Port Åbn / Luk Controller : Reed-afbrydere fungerer også godt som solid state-afbrydere. I dette gate-controller kredsløb begrænser reed-kontakten portens åbning eller lukning ved at slukke for motoren, når porten når sine maksimale glidende grænser.