Reed kapcsoló - működő, alkalmazási áramkörök

Ebben a bejegyzésben átfogóan megismerjük a nádkapcsoló működését és az egyszerű nádkapcsoló áramkörök elkészítését.

Mi az a Reed Switch

A nádkapcsoló, amelyet nád relének is hívnak, egy alacsony áramú mágneses kapcsoló, rejtett érintkezőpárral, amely a közeli mágneses mezőre reagálva zár és nyílik. Az érintkezőket egy üvegcső belsejében rejtik el, és a végei az üvegcsőből záródnak ki a külső csatlakoztatáshoz.

Körülbelül egymilliárd működési specifikációval ezeknek az eszközöknek a működési élettartama is nagyon hatásosnak tűnik.

A nádkapcsolók ráadásul olcsók, ezért alkalmasak minden típusú elektromos, elektronikus alkalmazásra.

Mikor találták ki a Reed kapcsolót

A Reed kapcsolót 1945-ben találták ki Dr. W.B. Ellwood , miközben az USA-ban, a Western Electric Corporationnél alkalmazott. Úgy tűnik, hogy a találmány sokkal előrehaladottabb, mint az az időszak, amikor feltalálták.

Hatalmas alkalmazási előnyeit az elektronikai mérnökök továbbra sem vették észre, egészen a közelmúltig, amikor a nádkapcsolók sok alapvető elektronikus és elektromos megvalósítás részévé válnak.

Hogyan működnek a Reed kapcsolók

Alapvetően a nádkapcsoló egy magneto-mechanikus relé. Pontosabban, a nádkapcsoló működése akkor kezdődik, amikor mágneses erő kerül a közelébe, ami a szükséges mechanikus kapcsolási műveletet eredményezi.

A szokásos nádkapcsoló kapcsoló a fenti ábra szerint látható. Ez egy pár lapított ferromágneses csík (nád) alkotja, amelyeket hermetikusan lezárnak egy apró üvegcsőben.

A nádat az üvegcső mindkét végén szilárdan rögzítik oly módon, hogy szabad végeik közepén kissé átfedjék egymástól, körülbelül 0,1 mm-es elválasztással.

A lezárási folyamat során a csőben lévő levegőt kiszivattyúzzák, és száraz nitrogénnel helyettesítik. Ez kulcsfontosságú annak biztosításához, hogy az érintkezők inert légkörben működjenek, ami elősegíti az érintkezők korróziómentességét, a légellenállás kiküszöbölését és hosszú élettartamát.

Hogyan működik

A nádkapcsoló alapvető működése a következő magyarázatból érthető

Ha egy mágneses mező egy nádkapcsoló közelében vagy állandó mágnesből, vagy elektromágnesből kerül be, a ferromágneses nád a mágneses forrás részévé válik. Ez a nád végeinek ellentétes mágneses polaritást eredményez.

Ha a mágneses fluxus kellően erős, vonzza egymáshoz a nádasokat olyan mértékben, hogy legyőzze szorítómerevségüket, és két végük elektromos kapcsolatot létesít az üvegcső közepén.

A mágneses mező eltávolításakor a nád elveszíti tartóerejét, és a csíkok visszaállnak eredeti helyzetükbe.

Nádkapcsoló hiszterézis

Ahogy tudjuk hiszterézis olyan jelenség, amelyben a rendszer nem képes egy adott rögzített ponton aktiválni és deaktiválni.

Például egy 12 V-ra elektromos relé , az aktiválási pont lehet 11 V, de deaktiválási pontja valahol 8,5 V körül lehet, ezt az időeltolódást az aktiválási és deaktiválási pontok között hiszterézisnek nevezik.

Hasonlóképpen, a nádkapcsoló esetében nádjának deaktiválásához szükség lehet arra, hogy a mágnes sokkal távolabb kerüljön attól a ponttól, ahol eredetileg aktiválódott.

A következő kép világosan magyarázza a helyzetet

Jellemzően a nádkapcsoló bezáródik, amikor a mágnest 1 hüvelyk távolságra hozzák tőle, de szükség lehet arra, hogy a mágnest 3 hüvelyk távolságra mozgassa, hogy az érintkezőket eredeti formájához nyissa ki a mágneses hiszterézis miatt.

A hiszterézis hatásának korrekciója a Reed kapcsolóban

A fenti hiszterézis problémát ütemben csökkenthetjük, ha egyszerűen egy másik mágnest viszünk be egy fordított N / S pólussal a nádkapcsoló ellentétes oldalán, az alábbiak szerint:

Ügyeljen arra, hogy a bal oldali rögzített mágnes ne legyen a nádkapcsoló behúzási tartományán belül, inkább valamilyen távolságban, különben a nád zárva marad és csak akkor nyílik meg, ha a jobb oldali mágnest túl közel hozzák a nádhoz.

Ezért a rögzített mágnes távolságát némi próbával és hibával kell kísérletezni, amíg a megfelelő differenciál el nem ér, és a nád a mozgó mágnes által egy rögzített pontban élesen aktiválódik.

'Normálan zárt' típusú Reed kapcsoló létrehozása

A fenti megbeszélésekből tudjuk, hogy általában a nádkapcsoló érintkezői „általában nyitott” típusúak.

A nád bezárul, ha a készülék testéhez mágnest tartanak. De előfordulhat, hogy egyes alkalmazásoknál szükség lehet a nád „normál csukására” vagy „BE” kapcsolására, és mágneses mező jelenlétében KIKAPCSOLÁSRA.

Ezt könnyen elérhetjük az eszköz előfeszítésével egy közeli kiegészítő mágnessel, amint az alábbiakban bemutatjuk, vagy egy 3 terminálos SPDT típusú nádkapcsoló használatával, amint azt az alábbi második ábra mutatja.

A legtöbb olyan rendszerben, amelyben a nádkapcsolót állandó mágnesen keresztül működtetik, a mágnest egy mozgó elemre, a nádat pedig egy rögzített vagy állandó platformra helyezik.

Találhat azonban több olyan programot, ahol a mágnest és a nádat egyaránt rögzített emelvényen kell elhelyezni. A nád BE / KI működését ilyenkor a mágneses mező torzításával érik el egy külső mozgó vasszer segítségével, amint azt a következő bekezdés elmagyarázza.

Fix Reed / Mágneses műveletek végrehajtása

Ebben a felállításban a mágnes és a nád jelentősen közel vannak egymáshoz, ami lehetővé teszi, hogy a nád érintkezői normálisan zárt helyzetben legyenek, és azonnal kinyílik, amint a külső torzító vasszer elhalad a nád és a mágnes között.

Másrészt ugyanez a koncepció alkalmazható pontosan az ellenkező eredmények elérésére. Itt a mágnest olyan helyzetbe állítják, amely éppen elég ahhoz, hogy a nád normálisan nyitott helyzetben legyen.

Amint a külső vas-anyag elmozdul a nád és a mágnes között, a mágneses erő megnő és megerősödik a vas-szer hatására, amely azonnal behúzza a nádkapcsolót és aktiválja azt.

A Reed kapcsoló működési síkjai

Az alábbi ábra a nádkapcsoló különböző lineáris működési síkjait mutatja. Ha a mágnest áthelyezzük az a-a, b-b és c-c bármelyik síkon, akkor a nád normálisan fog működni. A mágnes kiválasztása azonban meglehetősen döntő lehet, ha a működési mód a b-b síkon van.

Ezen kívül előfordulhat, hogy hamis vagy hamis nád váltja ki a mágnes mezőgörbéjének negatív csúcsait.

Olyan helyzetekben, amikor a negatív csúcsok magasak, a nád többször be- és kikapcsolhat, amikor a mágnes áthalad a nád vége és vége között.

A nád forgási mozgással történő aktiválása szintén sikeresen megvalósítható.

Ennek eléréséhez használhatja az alább látható számos beállítást:

A. ÁBRA

B. ÁBRA

C. ÁBRA

Lehetőség van forgó mozgás használatára a felállított nádkapcsoló kiváltására is. Az A és B ábrán a nádkapcsolók rögzített helyzetben vannak felszerelve, míg a mágnesek a forgótárcsával vannak rögzítve, amely a mágneseket minden egyes forgatásnál elmozdul a nádkapcsoló mellett, a nádat ennek megfelelően be / ki kapcsolva.

A C ábrán a mágnes és a nádkapcsoló egyaránt írószer, míg egy speciálisan faragott mágneses pajzs bütyköt forgatnak közöttük úgy, hogy a bütykös felváltva vágja el a mágneses teret minden egyes forgatásnál, ami a nádnak ugyanabban a sorrendben nyílik és záródik.

Forgó mozgás használható a nádkapcsoló működtetésére is, A és B esetén a kapcsolók álló helyzetben vannak és a mágnesek forognak. A C és D példában mind a kapcsolók, mind a mágnesek álló helyzetben vannak, és a kapcsoló akkor működik, amikor a mágneses védőburkolat kivágási része a mágnes és a kapcsoló között van.

A kapcsolási sebesség egy másodperctől 2000-ig meghaladhatja a percenkénti sebességet, egyszerűen a forgótárcsa sebességének megváltoztatásával.

A nádkapcsolók élettartama

A Reed kapcsolókat rendkívül hosszú élettartammal tervezték, amely 100 millió és 1000 millió közötti nyitási / zárási művelet között mozoghat.

Ez azonban csak addig lehet igaz, amíg az áram alacsony, ha a nádérintkezőkön keresztüli kapcsolási áram meghaladja a maximális névleges értéket, akkor ugyanaz a nád néhány műveleten belül meghibásodhat.

A nádkapcsolók általában a készülék méretétől függően 100 mA és 3 Amper közötti árammal működnek.

A maximálisan tolerálható érték tisztán ellenálló terhelések esetén van megadva. Ha a terhelés kapacitív vagy induktív, abban az esetben a nádkapcsoló érintkezőinek vagy jelentősen le kell gyengülniük, vagy pedig megfelelő permetező- és fordított EMF-védelmet kell alkalmazniuk a nádsorkapcsokon, az alábbiak szerint:

Védelem hozzáadása az induktív tüskék ellen

A fenti négy egyszerű módszer bármelyikét alkalmazzuk, amely lehetővé teszi az induktív vagy kapacitív áramcsúcsoktól való nádváltás elleni védelmet.

Induktív terhelés esetén, például egyenáramú tápellátású relétekercs esetén, a relétekercsénél 8-szor nagyobb névleges ellenállású sönt éppen elegendő lesz ahhoz, hogy a nád relét biztonságban tartsa a relétekercs vissza EMF-jeitől, az A. ábra szerint.

Bár ez némileg megnövelheti a nádas alapjárati áramlását, de ez egyébként sem fogja károsítani a nádat.

Az erisztor kondenzátorral is cserélhető, a hasonló védelem lehetővé tétele érdekében, amint az a B. ábrán látható.

Jellemzően egy ellenállás-kondenzátor védőhálózatot alkalmaznak a C ábra szerint, abban az esetben, ha a táp váltakozó áramú. Az ellenállás lehet 150 ohm 1/4 wattos, a kondenzátor pedig 0,1 uF és 1 uF közötti érték lehet.

Ez a módszer bizonyult a leghatékonyabbnak, és több mint egymillió művelet során sikeresen védte a nádat a motorindító kapcsolásától.

Az R és C érték a következő képlettel határozható meg

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

Ahol E a zárt áramkör és E a hálózat nyitott áramfeszültsége.

A C ábrán láthatunk egy diódát, amely a nádason keresztül van összekötve. Ez a védelem jól működik induktív terhelésű egyenáramú áramkörökben, bár a dióda polaritását helyesen kell megvalósítani.

Nagy áramú nádcsapás

Azokban az alkalmazásokban, amelyek nagy áramváltást igényelnek nádkapcsolóval, egy triac áramkört alkalmaznak a nagy áramterhelés kapcsolására, és egy nádkapcsolót használnak a triac kapu kapcsolásának vezérlésére az alábbiak szerint

A kapuáram lényegesen kisebb, mint a terhelési áram, a nádkapcsoló hatékonyan fog működni, és lehetővé teszi a triac átkapcsolását a nagy áramterheléssel. Itt még a percnyi nádkapcsoló is alkalmazható, és probléma nélkül fog működni.

Az opcionális 0,1 uF és a 100 ohmos RC egy szimpla hálózat a triac védelmére a nagy áramú induktív tüskék ellen, ha a terhelés induktív terhelés.

A Reed Switch előnyei

A nádkapcsoló nagy előnye, hogy nagyon hatékonyan képes működni, miközben az áramok és feszültségek kis nagyságát kapcsolják. Ez egy jelentős kapcsoló használata esetén jelentős problémát jelenthet. Ennek oka az a megfelelő áram hiánya, amely kiküszöböli a szokásos kapcsolóérintkezőkhöz általában társított ellenállási felületi réteget.

Éppen ellenkezőleg, egy nádkapcsoló aranyozott érintkezési felületei és inert atmoszférája eredményeként több mint egymillió műveletnél eredményesen működik, minden probléma nélkül.

Az egyik híres amerikai vállalati laboratórium egyik gyakorlati tesztjén négy nádkapcsolót tápláltak másodpercenként 120 ON / OFF szekvenciával, 500 mikro-voltos és 100 microamp DC-vel működő terhelésen keresztül.

A teszt során mindegyik nád 50 millió lezárást tudott teljesíteni, következetesen úgy, hogy egyetlen esetben sem mutatott 5 ohmnál nagyobb kapcsolási ellenállást.

Reed kapcsoló hibák

Bár rendkívül hatékony, a nádkapcsoló hajlamos lehet a meghibásodásra, ha nagyobb áramerősségű bemeneteknél működik. A nagy áram miatt az érintkezők megkopnak, ami a szokásos kapcsolóknál is gyakran megfigyelhető.

Ez az erózió apró részecskéket eredményez, amelyek szintén mágnesesek, hogy az érintkezők rése közelében összegyűljenek, és valahogy áthidalást teremtsenek a résen. Ez a rés áthidalása rövidzárlatot okoz, és úgy tűnik, hogy a nád véglegesen be van olvadva.

Tehát valójában nem az érintkezők megolvadása, sokkal inkább az erodált részecskék összegyűjtése miatti rövidzárlat okozza a nád érintkezőket, mintha megolvadtak és összeolvadtak volna.

Normál univerzális nádkapcsoló specifikációi

• Maximális feszültség = 150 V
• Maximális áram = 2 amper
• Maximális teljesítmény = 25 watt
• Max. kezdeti ellenállás = 50 milliohm
• Max. az élet végének ellenállása = 2 Ohm
• Csúcstörési feszültség = 500 V
• Zárási sebesség = 400 Hz
• Szigetelési ellenállás = 5000 milliohm
• Hőmérsékleti tartomány = -55 ° C és +150 ° C között
• Kontaktkapacitás = 1,5 pF
• Rezgés = 10G 10-55Hz-en
• Sokk = 15G mini mu m
• Élet névleges terhelésnél = 5 x 10 ^ 6 művelet
• Élet nulla terhelésnél = 500 x 10 ^ 6 művelet

Alkalmazási területek

1. Hidraulikus fékfolyadék szintjelző, ahol a megvalósíthatóság alapvetően az egyszerűségre és a könnyű használatra támaszkodik.
2. Közelségszámolás hihetetlenül egyszerű megközelítést biztosít a vas tárgyak áthaladásának rögzítéséhez egy előre meghatározott ponton.
3. Biztonsági reteszelés kapcsolása , rendkívüli stabilitást és az alkalmazások egyszerű használatát kínálva a bonyolultan gépesített terveknél. Itt beágyazott nádkapcsolókkal kapcsolják be az áramkört, hogy figyelmeztető lámpát gyújtsanak, vagy felszólítsák a működés következő lépéseire.
4. Tömített kapcsolás gyúlékony környezetben , kiküszöböli az égési lehetőséget porral töltött légkörben is, ahol a szokásos nyitott kapcsolókra nehéz lehet támaszkodni, különösen hideg időben, ahol a rendszeres kapcsolók egyszerűen megfagyhatnak.
5. Radioaktív környezetben , ahol a mágneses munka segít megőrizni az árnyékolás hitelességét.

Néhány más, ezen a weboldalon közzétett alkalmazási áramkör

Úszókapcsoló : A Reed kapcsolók hatékony korróziómentes úszókapcsolók vízszintszabályozóihoz használhatók. Mivel a nádkapcsolók vannak lezárva, a vízzel való érintkezés elkerülhető, és a rendszer minden probléma nélkül végtelenül működik.

Beteg csepp riasztás : Ez az áramkör nádkapcsolóval aktiválja a riasztást, amikor a pácienshez csatlakoztatott csepegtetőcsomag üres lesz. A riasztás lehetővé teszi az ápoló számára, hogy azonnal megismerje a helyzetet, és az üres csepegtetőt új csomagra cserélje.

Mágneses ajtó riasztó : Ebben az alkalmazásban a nádkapcsoló akkor aktiválódik vagy deaktiválódik, amikor a szomszédos mágnest az ajtó nyitása vagy zárása mozgatja. A riasztó figyelmezteti a felhasználót az ajtó működésére.

Transzformátor tekercselő számlálója : Itt a nádkapcsolót egy forgó tekercskerékre rögzített mágnes működteti, amely lehetővé teszi a számláló számára, hogy a nád aktiválásából minden egyes tekercselési órajelzést kapjon.

Kapu nyitás / zárás vezérlő : A Reed kapcsolók szilárdtest-határkapcsolóként is kiválóan működnek. Ebben a kapuvezérlő áramkörben a nádkapcsoló korlátozza a kapu nyitását vagy zárását azáltal, hogy leállítja a motort, amikor a kapu eléri maximális csúszási határát.