Comutator Reed - Circuite de lucru, de aplicare

În această postare, aflăm în mod cuprinzător despre funcționarea comutatorului reed și cum să realizăm circuite simple de comutare reed.

Ce este Reed Switch

Comutatorul Reed, numit și releu reed, este un comutator magnetic cu curent redus, cu o pereche ascunsă de contacte care se închid și se deschid ca răspuns la câmpul magnetic din apropiere. Contactele sunt ascunse în interiorul unui tub de sticlă, iar capetele acestuia sunt terminate din tubul de sticlă pentru o conexiune externă.

Și cu aproximativ un miliard de specificații de funcționare, viața funcțională a acestor dispozitive arată, de asemenea, foarte impresionantă.

Mai mult, întrerupătoarele reed sunt ieftine și, prin urmare, devin potrivite pentru toate tipurile de aplicații electrice și electronice.

Când a fost inventat comutatorul Reed

Comutatorul Reed a fost inventat mult înapoi în anul 1945, de către Dr. W.B. Ellwood , în timp ce era angajat la Western Electric Corporation, în SUA. Invenția pare a fi mult mai avansată decât perioada în care a fost inventată.

Avantajele sale imense ale aplicației au continuat să fie neobservate de inginerii electronici, până în vremurile recente când întrerupătoarele reed devin o parte a multor implementări electronice și electrice cruciale.

Cum funcționează comutatoarele Reed

În esență, un comutator reed este un releu magneto-mecanic. Pentru a fi mai precis, funcționarea unui comutator reed este inițiată atunci când se apropie o forță magnetică, ceea ce duce la acțiunea de comutare mecanică necesară.

Un comutator standard cu releu reed poate fi asistat așa cum se arată în figura de mai sus. Este alcătuit dintr-o pereche de benzi feromagnetice aplatizate (stuf) care sunt sigilate ermetic într-un mic tub de sticlă.

Stufurile sunt strânse ferm pe ambele capete ale tubului de sticlă, astfel încât capetele lor libere să fie ușor suprapuse în centru, cu o separare de aproximativ 0,1 mm.

În timpul procesului de etanșare, aerul din interiorul tubului este pompat și este înlocuit cu azot uscat. Acest lucru este crucial pentru a vă asigura că contactele funcționează într-o atmosferă inertă, care ajută la menținerea contactelor libere de coroziune, eliminarea rezistenței la aer și durabilitatea acestuia.

Cum functioneaza

Funcționarea de bază a unui comutator reed poate fi înțeleasă din următoarea explicație

Când un câmp magnetic este introdus în apropierea unui comutator stuf fie de la un magnet permanent, fie de la un electromagnet, stufurile fiind feromagnetice se transformă într-o parte a sursei magnetice. Acest lucru face ca capetele stufului să capete polaritate magnetică opusă.

Dacă fluxul magnetic este suficient de puternic, atrageți trestia una spre cealaltă într-o măsură care le depășește rigiditatea de prindere, iar cele două capete ale acestora stabilesc un contact electric în centrul tubului de sticlă.

Când câmpul magnetic este îndepărtat, trestia își pierde puterea de susținere și benzile se întorc înapoi în poziția lor inițială.

Histereză Reed Switch

După cum știm asta histerezis este un fenomen în care sistemul nu poate activa și dezactiva la un anumit punct fix.

De exemplu, pentru un 12 V releu electric , punctul de activare poate fi de 11 V, dar punctul său de dezactivare poate fi undeva la 8,5 V, acest decalaj între punctele de activare și dezactivare este cunoscut sub numele de histerezis.

În mod similar, pentru un comutator stuf, dezactivarea stufurilor sale poate necesita ca magnetul să fie mutat mult mai departe de punctul în care a fost activat inițial.

Următoarea imagine explică situația în mod clar

În mod obișnuit, un comutator reed se va închide atunci când magnetul este adus la o distanță de 1 inch de la acesta, dar este posibil să fie nevoie ca magnetul să fie deplasat la aproximativ 3 cm distanță pentru a deschide contactele la forma inițială, datorită isterezei magnetice.

Corectarea efectului de histerezis în comutatorul Reed

Problema de histerezis de mai sus poate fi redusă într-o măsură ridicată prin simpla introducere a unui alt magnet cu poli N / S inversați în partea opusă a comutatorului Reed, un indicat mai jos:

Asigurați-vă că magnetul fix din partea stângă nu se află în raza de acțiune a comutatorului de stuf, mai degrabă la o anumită distanță, altfel stuful va rămâne închis și se va deschide numai atunci când magnetul din partea dreaptă este adus prea aproape de stuf.

Prin urmare, distanța magnetului fix trebuie experimentată cu unele încercări și erori până când se atinge diferențialul corect, iar trestia se activează brusc la un punct fix de magnetul în mișcare.

Se creează comutatorul Reed de tip „Închis în mod normal”

Din discuțiile de mai sus știm că de obicei contactele unui comutator reed sunt de tip „normal deschis”.

Stufurile se închid dacă un magnet este ținut aproape de corpul dispozitivului. Dar, pot exista anumite aplicații în care poate fi necesar ca stuful să fie „normal închis” sau pornit și să se oprească în prezența unui câmp magnetic.

Acest lucru poate fi realizat cu ușurință fie prin polarizarea dispozitivului cu un magnet apropiat complementar, așa cum se arată mai jos, fie prin utilizarea unui comutator reed de tip SPDT cu 3 terminale, așa cum este indicat în a doua diagramă de mai jos.

În majoritatea sistemelor în care un comutator reed este acționat printr-un magnet permanent, magnetul este instalat peste un element în mișcare, iar stuful este instalat pe o platformă fixă ​​sau constantă.

Cu toate acestea, puteți găsi mai multe programe în care atât magnetul, cât și stuful trebuie să fie poziționate peste o platformă fixă. Funcționarea ON / OFF a stufului în astfel de cazuri se realizează apoi prin distorsionarea câmpului magnetic cu ajutorul unui agent feros în mișcare extern, așa cum se explică în paragraful următor.

Implementarea operației fixe Reed / Magnet

În acest set, magnetul și stuful sunt păstrate în mod semnificativ aproape, ceea ce permite contactelor stufului să fie într-o situație normal închisă și se deschide de îndată ce agentul feros distorsionant extern se deplasează între stuf și magnet.

Pe de altă parte, același concept poate fi aplicat pentru obținerea exactă a rezultatelor opuse. Aici, magnetul este reglat într-o poziție care este suficientă pentru a menține stuful în poziție normal deschisă.

De îndată ce agentul feros extern este deplasat între stuf și magnet, forța magnetică este îmbunătățită și întărită de agentul feros care trage instantaneu comutatorul de stuf și îl activează.

Planurile de operare ale unui comutator Reed

Figura următoare prezintă diferite planuri liniare de funcționare pentru un comutator reed. Dacă deplasăm magnetul pe oricare dintre planurile a-a, b-b și c-c, vom permite trestia să funcționeze normal. Cu toate acestea, selectarea magnetului poate fi destul de importantă dacă modul de funcționare este peste planul b-b.

În plus, puteți găsi declanșare falsă sau falsă a stufului datorită vârfurilor negative din curba modelului câmpului magnetului.

În situațiile în care vârfurile negative sunt ridicate, stufurile pot porni ON / OFF de mai multe ori pe măsură ce magnetul trece peste capăt până la capăt lungimea stufului.

Activarea stufului printr-o mișcare de rotație poate fi, de asemenea, implementată cu succes.

Pentru a realiza acest lucru, puteți utiliza printre numeroasele seturi prezentate mai jos:

FIGURA A

FIGURA B

FIGURA C

De asemenea, este posibil să utilizați o mișcare de rotație pentru a declanșa un comutator reed configurat. În figurile A și B, comutatoarele reed sunt instalate într-o poziție fixă, în timp ce magneții sunt atașați cu discul rotativ care determină magneții să treacă dincolo de comutatorul reed pe fiecare rotație, comutând reed ON / OFF corespunzător.

În figura C, magnetul și comutatorul reed sunt ambele de papetărie, în timp ce o camă de scut magnetic special sculptată este rotită între ele astfel încât camera să taie câmpul magnetic alternativ la fiecare rotație, determinând deschiderea și închiderea stufului în aceeași secvență

Mișcarea rotativă poate fi, de asemenea, utilizată pentru a acționa un comutator reed, în A și B comutatoarele sunt staționare și magneții se rotesc. În exemplele C și D, atât comutatoarele, cât și magneții sunt staționari, iar comutatorul funcționează ori de câte ori porțiunea decupată a scutului magnetic este între magnet și comutator.

Viteza de comutare poate fi ajustată cu o secundă la peste 2000 pe minut, pur și simplu prin schimbarea vitezei discului rotativ.

Durata de viață a comutatoarelor Reed

Întrerupătoarele Reed sunt proiectate să aibă o durată de viață de lucru extrem de ridicată, care poate fi cuprinsă între 100 și 1000 de milioane de operațiuni de deschidere / închidere.

Cu toate acestea, acest lucru poate fi adevărat numai atâta timp cât curentul este scăzut, dacă curentul de comutare prin contactele reed depășește valoarea nominală maximă, atunci același reed ar putea eșua în câteva operații.

De obicei, întrerupătoarele reed sunt evaluate pentru a funcționa cu curent în intervalul de 100 mA la 3 Amperi, în funcție de dimensiunea dispozitivului.

Valoarea maximă tolerabilă este specificată pentru sarcini pur rezistive. În cazul în care sarcina este capacitivă sau inductivă, în acest caz contactele comutatorului reed trebuie fie reduse în mod substanțial, fie o protecție adecvată pentru snubber și o protecție EMF inversă aplicată peste bornele reed, așa cum se arată mai jos:

Adăugarea protecției împotriva vârfurilor inductive

Oricare dintre cele patru metode simple de mai sus este folosită pentru a permite protecția la un comutator reed de la vârfurile de curent inductiv sau capacitiv.

Pentru o sarcină inductivă, cum ar fi o bobină de releu cu o sursă de curent continuu, un șunt simplu de rezistență de 8 ori mai mult decât bobina de releu va fi suficient pentru a menține releul reed în siguranță de EMF-urile din spatele bobinei releului, așa cum se arată în figura A.

Deși acest lucru poate crește ușor curentul de ralanti în stuf, dar asta nu va afecta oricum stuful.

Rezistorul poate fi înlocuit cu un condensator și pentru a permite un tip similar de protecție, așa cum se arată în figura B.

De obicei, o rețea de protecție a condensatorului de rezistență este aplicată așa cum este indicat în figura C, în cazul în care alimentarea este o alternativă. Rezistența poate fi de 150 ohmi 1/4 watt, iar condensatorul poate fi între 0,1 uF și 1 uF.

Această metodă sa dovedit a fi cea mai eficientă și a reușit să păstreze trestia în siguranță de comutarea demarorului motorului pentru peste un milion de operații.

Valoarea R și C poate fi determinată prin următoarea formulă

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

Unde E este curentul de circuit închis și E este tensiunea de circuit deschis a rețelei.

În figura C putem vedea o diodă conectată peste stuf. Această protecție funcționează bine în circuitele de curent continuu cu sarcină inductivă, deși polaritatea diodei trebuie implementată corect.

Swithcing de curent ridicat

În aplicațiile care necesită comutare de curent puternic utilizând un comutator reed, este utilizat un circuit triac pentru comutarea sarcinii de curent greu și un comutator reed este utilizat pentru controlul comutării porții triac, așa cum se arată mai jos

Curentul de poartă fiind semnificativ mai mic decât curentul de sarcină, comutatorul reed va funcționa eficient și va permite comutarea triacului cu sarcina de curent mare. Chiar și comutatorul de reed minute poate fi aplicat aici și va funcționa fără probleme.

Opțional 0,1 uF și RC de 100 ohmi este o rețea snubber pentru protejarea triacului împotriva vârfurilor inductive de curent ridicat, dacă sarcina este o sarcină inductivă.

Avantajele Reed Switch

Un mare avantaj al comutatorului reed este capacitatea sa de a lucra foarte eficient în timp ce comută magnitudini mici de curenți și tensiuni. Aceasta poate fi o problemă semnificativă atunci când este utilizat un comutator obișnuit. Acest lucru se datorează lipsei de curent adecvat pentru a elimina stratul de suprafață rezistiv asociat în mod normal cu contactele de comutare standard.

Dimpotrivă, un întrerupător de reed ca urmare a suprafețelor sale de contact placate cu aur și a atmosferei inerte funcționează cu succes pentru peste un miliard de operațiuni fără probleme.

Într-unul dintre testele practice dintr-un renumit laborator al companiei SUA, patru comutatoare reed au fost alimentate cu 120 de secvențe ON / OFF pe secundă printr-o sarcină care lucrează cu 500 de micro-volți și 100 de microampere, c.c.

În test, fiecare stuf ar putea finaliza 50 de milioane de închideri în mod consecvent, nici măcar o singură ocazie nu arăta o rezistență comutată peste 5 ohmi.

Defecțiuni ale comutatorului Reed

Deși extrem de eficient, comutatorul reed poate arăta o tendință de eșec dacă este acționat sub intrări de curent mai mari. Curentul ridicat face ca contactele să se erodeze, ceea ce se vede de obicei în comutatoarele obișnuite.

Această eroziune are ca rezultat particule minuscule care sunt, de asemenea, magnetice pentru a se colecta în apropierea decalajului contactelor și a crea cumva o punte de legătură între decalaj. Această punte a decalajului provoacă un scurtcircuit și stufurile par să fie fuzionate permanent.

Deci, de fapt, nu se datorează topirii contactelor, mai degrabă scurtcircuitului datorat colectării particulelor erodate care face ca contactele de stuf să pară că s-au topit și s-au topit.

Specificații pentru un comutator universal standard Reed

• Tensiunea maximă = 150 V
• Curent maxim = 2 amperi
• Puterea maximă = 25 wați
• Max. rezistența inițială = 50 miliohmi
• Max. rezistență la sfârșitul duratei de viață = 2 Ohmi
• Tensiunea de rupere de vârf = 500 V
• Rata de închidere = 400 Hz
• Rezistența la izolație = 5000 miliohmi
• Intervalul de temperatură = -55 grade C până la +150 grade C
• Capacitate de contact = 1,5 pF
• Vibrație = 10G la 10-55Hz
• Șoc = 15G mini mu m
• Durata de viață la sarcină nominală = 5 x 10 ^ 6 operațiuni
• Durata de viață la sarcină zero = 500 x 10 ^ 6 operații

Domenii de aplicații

1. Indicator de nivel al lichidului de frână hidraulic, unde fezabilitatea se bazează fundamental pe simplitate și ușurință în utilizare.
2. Numărarea proximității , oferind o abordare incredibil de simplă pentru înregistrarea trecerii obiectelor feroase printr-un punct prestabilit stabilit.
3. Comutare de blocare de siguranță , oferind stabilitate extraordinară și ușurință în utilizare a aplicațiilor pentru proiectele mecanizate complex. Aici, comutatoarele reed încorporate sunt utilizate pentru a conecta un circuit pentru a aprinde o lampă de avertizare sau pentru a solicita următoarele etape de funcționare.
4. Comutare sigilată în medii inflamabile , ocolește posibilitatea de ardere și în atmosfere pline de praf în care întrerupătoarele deschise standard ar putea fi greu de bazat și mai ales în vreme rece, unde întrerupătoarele regulate ar putea pur și simplu să înghețe.
5. În împrejurimi radioactive , unde lucrul magnetic ajută la păstrarea credibilității ecranării.

Câteva alte circuite de aplicații publicate pe acest site web

Comutator plutitor : Întrerupătoarele Reed pot fi utilizate pentru comutatoarele eficiente de plutitor fără coroziune, pentru controlul nivelului apei. Întrucât întrerupătoarele reed sunt sigilate, contactul cu apa este evitat și sistemul funcționează la infinit fără probleme.

Alarmă de picurare a pacientului : Acest circuit utilizează un comutator reed pentru a activa o alarmă atunci când pachetul de picurare conectat la un pacient devine gol. Alarma îi permite asistentei să cunoască imediat situația și să înlocuiască picătura goală cu un pachet nou.

Alarmă magnetică de ușă : În această aplicație, un comutator reed se activează sau se dezactivează atunci când un magnet adiacent este mișcat prin deschiderea sau închiderea unei uși. Alarma avertizează utilizatorul cu privire la funcționarea ușii.

Contor de înfășurare a transformatorului : Aici, comutatorul reed este acționat de un magnet atașat pe o roată de înfășurare rotativă, care permite contorului să obțină un semnal de ceas pentru fiecare rotație de înfășurare de la activarea reed.

Gate Open / Close Controller : Întrerupătoarele Reed funcționează excelent și ca întrerupătoare de limită în stare solidă. În acest circuit de control al porții, comutatorul reed limitează deschiderea sau închiderea porții oprind motorul ori de câte ori poarta atinge limitele maxime de alunecare.