Reed Switch - Circuits d'aplicació, de treball

En aquest post aprenem de manera exhaustiva sobre el funcionament del commutador de canya i com fer circuits senzills de canviador de canya.

Què és Reed Switch

L’interruptor Reed també anomenat relé reed és un interruptor magnètic de baix corrent amb un parell de contactes ocults que es tanquen i s’obren en resposta al camp magnètic proper. Els contactes estan ocults dins d'un tub de vidre i els seus extrems acaben fora del tub de vidre per a la connexió externa.

I amb aproximadament mil milions d’especificacions d’operació, la vida funcional d’aquests dispositius també sembla molt impressionant.

A més, els interruptors reed són econòmics i, per tant, són adequats per a tot tipus d'aplicacions electròniques i electròniques.

Quan es va inventar l'interruptor Reed

El reed switch va ser inventat l'any 1945, per El Dr. W.B. Ellwood , mentre treballava a la Western Electric Corporation, als EUA. L’invent sembla molt més avançat que el període en què es va inventar.

Els seus immensos avantatges d’aplicació van continuar passant desapercebuts pels enginyers electrònics, fins als darrers temps en què els interruptors reed s’estan convertint en una part de moltes implementacions electròniques i elèctriques crucials.

Com funcionen els interruptors Reed

Fonamentalment, un interruptor reed és un relé magneto-mecànic. Per ser més precisos, s'inicia el funcionament d'un interruptor de canya quan s'hi acosta una força magnètica, cosa que provoca l'acció de commutació mecànica necessària.

Es pot presenciar un interruptor de relé de canya estàndard com es mostra a la figura anterior. Es compon d'un parell de tires ferromagnètiques aplanades (canyes) que es tanquen hermèticament en un petit tub de vidre.

Les canyes es fixen fermament a tots dos extrems del tub de vidre de manera que els seus extrems lliures es superposin lleugerament al centre amb una separació aproximada de 0,1 mm.

Durant el procés de segellat, l'aire a l'interior del tub es bomba i es substitueix per nitrogen sec. Això és crucial per assegurar que els contactes funcionin en una atmosfera inerta que ajudi a mantenir lliure la corrosió dels contactes, eliminar la resistència de l'aire i que sigui duradora.

Com funciona

El funcionament bàsic d’un interruptor reed es pot entendre a partir de la següent explicació

Quan s’introdueix un camp magnètic a prop d’un interruptor reed, ja sigui des d’un imant permanent o des d’un electroimant, les canyes ferromagnètiques es converteixen en una part de la font magnètica. Això fa que els extrems de les canyes adquireixin polaritat magnètica oposada.

Si el flux magnètic és suficientment fort, atraieu les canyes les unes cap a les altres fins a superar la rigidesa de subjecció, i els seus dos extrems estableixen un contacte elèctric al centre del tub de vidre.

Quan s’elimina el camp magnètic, les canyes perden el seu poder de retenció i les tires tornen a la seva posició original.

Histèresi de l'interruptor de canya

Com ho sabem histèresi és un fenomen en què el sistema no pot activar-se i desactivar-se en un punt fix concret.

Com a exemple, per a un 12 V relé elèctric , el punt d'activació pot ser d'11 V, però el seu punt de desactivació pot situar-se al voltant de 8,5 V, aquest desfasament entre els punts d'activació i desactivació es coneix com histèresi.

De la mateixa manera, per a un commutador de canya, la desactivació de les seves canyes pot requerir que l'imant es mogui molt més lluny del punt en què es va activar inicialment.

La següent imatge explica la situació amb claredat

Normalment, un interruptor de canya es tancarà quan l’imant es porti a una distància d’1 polzada, però pot ser que l’imant s’hagi de moure a uns 3 centímetres de distància per obrir els contactes a la seva forma original, a causa de la histèresi magnètica.

Correcció de l'efecte d'histèresi en l'interruptor Reed

La qüestió de la histèresi anterior es pot reduir en gran mesura simplement introduint un altre imant amb pols N / S invertits al costat oposat del commutador de canya, que es mostra a continuació:

Assegureu-vos que l’imant fix de la part esquerra no estigui dins del rang d’interracció de l’interruptor de canya, més aviat a certa distància, en cas contrari, la canya romandrà tancada i només s’obrirà quan l’imant de la dreta s’acosti massa a la canya.

Per tant, la distància de l’imant fix s’ha d’experimentar amb algun assaig i error fins que s’aconsegueixi el diferencial correcte, i la canya s’activi bruscament en un punt fix mitjançant l’imant en moviment.

S'està creant un interruptor Reed de tipus 'tancat normalment'

Per les discussions anteriors, sabem que normalment els contactes d'un commutador reed són de tipus 'normalment oberts'.

Les canyes es tanquen si es manté un imant a prop del cos del dispositiu. Tanmateix, és possible que hi hagi determinades aplicacions en les que es pugui necessitar que la canya estigui 'normalment tancada' o engegada i que s'apagui en presència d'un camp magnètic.

Això es pot aconseguir fàcilment si esbiaixa el dispositiu amb un imant proper complementari, com es mostra a continuació, o mitjançant un commutador de canya tipus SPDT de 3 terminals, tal com s’indica al segon diagrama següent.

En la majoria dels sistemes en què un interruptor de canya funciona mitjançant un imant permanent, l'imant s'instal·la sobre un element mòbil i la canya s'instal·la sobre una plataforma fixa o constant.

No obstant això, és possible que trobeu diversos programes on tant l’imant com la canya s’han de col·locar sobre una plataforma fixa. El funcionament ON / OFF de la canya en aquests casos s'aconsegueix distorsionant el camp magnètic amb l'ajuda d'un agent fèrric en moviment extern, tal com s'explica al paràgraf següent.

Implementació de l'operació fixa Reed / Magnet

En aquesta configuració, l’imant i la canya es mantenen molt a prop, cosa que permet que els contactes de canya es trobin en situació de tancament normal, i s’obre tan bon punt l’agent ferrós distorsionador extern passa entre la canya i l’imant.

D'altra banda, es pot aplicar el mateix concepte per obtenir exactament els resultats oposats. Aquí, l’imant s’ajusta a una posició suficient per mantenir la canya en posició oberta normalment.

Tan bon punt l’agent ferrós extern es mou entre la canya i l’imant, la força magnètica es veu reforçada i reforçada per l’agent ferrós que instantàniament arrenca l’interruptor de canya i l’activa.

Avions operatius d'un interruptor Reed

La següent figura mostra diferents plans lineals d’operació per a un interruptor reed. Si fem moure l’imant per qualsevol dels plans a-a, b-b i c-c, permetrem que la canya funcioni amb normalitat. No obstant això, seleccionar l'imant pot ser bastant crucial si el mode d'operació es troba a través del pla b-b.

A més, és possible que aparegui un desencadenament fals o fals de canya a causa de pics negatius de la corba del patró del camp de l'imant.

En situacions en què els pics negatius són elevats, les canyes poden activar-se o desactivar-se diverses vegades a mesura que l’imant passi més enllà de la longitud de la canya.

L'activació de la canya mitjançant un moviment de rotació també es pot implementar amb èxit.

Per aconseguir-ho, podeu utilitzar algunes de les configuracions que es mostren a continuació:

FIGURA A

FIGURA B

FIGURA C

També és possible utilitzar un moviment de rotació per activar un interruptor de canya configurat. A les figures A i B, els interruptors de canya s’instal·len en una posició fixa, mentre que els imants s’uneixen amb el disc giratori que fa que els imants passin del commutador de canya de cada rotació, activant / canviant la canya corresponentment.

A la figura C, l’imant i l’interruptor de canya són de papereria, mentre que una lleva d’escut magnètic especialment tallada gira entre elles de manera que la lleva talla el camp magnètic alternativament en cada rotació fent que la canya s’obri i es tanqui en la mateixa seqüència

El moviment rotatori també es pot utilitzar per accionar un interruptor de canya, A i B els interruptors estan estacionaris i els imants giren. En els exemples C i D, els interruptors i els imants són estacionaris i el commutador funciona sempre que la porció de tall de l'escut magnètic es troba entre l'imant i l'interruptor.

Les velocitats de commutació es poden ajustar d’un segon a més de 2000 per minut simplement canviant la velocitat del disc giratori.

Vida útil dels commutadors Reed

Els interruptors Reed estan dissenyats per tenir una vida útil extremadament alta que pot oscil·lar entre 100 i 1000 milions d’operacions d’obertura / tancament.

Tanmateix, això pot ser cert només mentre el corrent sigui baix, si el corrent de commutació a través dels contactes de canya supera el valor nominal màxim, la mateixa canya pot fallar en poques operacions.

Normalment, els commutadors reed estan classificats per funcionar amb corrent dins d’un rang de 100 mA a 3 Amps en funció de la mida del dispositiu.

El valor màxim tolerable s’especifica per a càrregues purament resistives. Si la càrrega és capacitiva o inductiva, en aquest cas els contactes del commutador de canya han de ser substancialment reduïts o bé s’han d’aplicar una protecció antilliscant adequada i una protecció EMF inversa a través dels terminals de canya, com es mostra a continuació:

Addició de protecció contra pics inductius

Qualsevol dels quatre mètodes simples anteriors es va utilitzar per permetre la protecció a un canviador de canya contra pics de corrent inductius o capacitius.

Per a una càrrega inductiva, com ara una bobina de relé amb alimentació de CC, un simple derivador de resistència classificat en 8 vegades més que la bobina de relé serà suficient per mantenir el relé de canya segur de la bobina de retransmissió EMF, tal com es mostra a la figura A.

Tot i que això pot augmentar lleugerament el flux de corrent inactiu a la canya, però això no perjudicarà la canya de totes maneres.

L'ersistor es pot substituir per un condensador també per permetre un tipus de protecció similar, tal com es mostra a la figura B.

Normalment, s’aplica una xarxa de protecció del condensador de resistència tal com s’indica a la figura C, en cas que el subministrament sigui de corrent altern. La resistència pot ser de 150 ohms a 1/4 de watt i el condensador pot estar entre 0,1 uF i 1 uF.

Aquest mètode s’ha demostrat que és el més eficaç i ha tingut èxit a l’hora de mantenir la canya fora de perill del canvi d’arrencada del motor durant més d’un milió d’operacions.

El valor R i C es pot determinar mitjançant la següent fórmula

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

On E és el corrent de circuit tancat i E és la tensió de circuit obert de la xarxa.

A la figura C podem veure un díode connectat a través de la canya. Aquesta protecció funciona bé en circuits de CC amb càrrega inductiva, tot i que s’ha d’implementar correctament la polaritat del díode.

Swithcing de canya d'alta intensitat

En aplicacions que requereixen commutació de corrent intens mitjançant un interruptor reed, s’utilitza un circuit triac per canviar la càrrega de corrent pesat i s’utilitza un interruptor reed per controlar la commutació de porta del triac, tal com es mostra a continuació.

Com que el corrent de la porta és significativament inferior al corrent de càrrega, l'interruptor reed funcionarà de manera eficient i permetrà canviar el triac amb la càrrega de corrent elevada. Fins i tot es pot aplicar un interruptor de canya de minut aquí i funcionarà sense problemes.

El 0,1 uF opcional i el RC de 100 ohm és una xarxa snubber per protegir el triac contra pics inductius d’alt corrent, si la càrrega és una càrrega inductiva.

Avantatges de Reed Switch

Un gran avantatge del commutador reed és la seva capacitat per funcionar de manera molt eficient mentre canvia les baixes magnituds de corrents i tensions. Això pot ser un problema important quan s’utilitza un commutador normal. Això es deu a la manca de corrent adequat per eliminar la capa superficial resistiva normalment associada als contactes de commutació estàndard.

Al contrari, un interruptor de canya com a resultat de les seves superfícies de contacte xapades en or i l'atmosfera inert funciona amb èxit durant més de mil milions d'operacions sense cap problema.

En una de les proves pràctiques en un reputat laboratori de la companyia nord-americana, es van alimentar quatre interruptors reed amb 120 seqüències ON / OFF per segon mitjançant una càrrega que treballava amb 500 micro volts i 100 microamps, dc.

A la prova, cadascuna de les canyes podia completar 50 milions de tancaments de manera constant, sense que cap ocasió mostri una resistència commutada superior als 5 ohms.

Fallades del commutador de canya

Tot i que extremadament eficient, el commutador reed pot mostrar una tendència a fallar si funciona amb entrades de corrent més altes. El corrent elevat fa que els contactes s’erosionin, cosa que també es veu habitualment en els commutadors normals.

Aquesta erosió resulta en petites partícules que també són magnètiques per recollir-se a prop de la bretxa dels contactes i d'alguna manera crear un pont a través de la bretxa. Aquest pont de la bretxa provoca un curtcircuit i les canyes semblen estar fusionades permanentment.

Per tant, en realitat no es deu a la fusió dels contactes, sinó al curtcircuit a causa de la col·lecció de partícules erosionades que fa que els contactes de canya semblin que s’hagin fos i fusionat.

Especificacions d’un commutador universal Reed Standard

• Tensió màxima = 150 V
• Corrent màxim = 2 amperes
• Potència màxima = 25 watts
• Màx. resistència inicial = 50 milliohms
• Màx. resistència al final de la vida = 2 Ohms
• Tensió de ruptura màxima = 500 V
• Velocitat de tancament = 400 Hz
• Resistència d’aïllament = 5000 milhms
• Rang de temperatura = -55 graus C a +150 graus C
• Capacitat de contacte = 1,5 pF
• Vibració = 10G a 10-55Hz
• Xoc = 15G mini mu m
• Vida útil a càrrega nominal = 5 x 10 ^ 6 operacions
• Vida útil a càrrega zero = 500 x 10 ^ 6 operacions

Àrees d'aplicacions

1. Indicador de nivell de líquid de frens hidràulic, on la viabilitat es basa fonamentalment en la senzillesa i la facilitat d’ús.
2. Recompte de proximitat , proporcionant un enfocament increïblement senzill per registrar el pas d'objectes fèrrics a través d'un punt predeterminat fixat.
3. Commutació de bloqueig de seguretat , oferint una extraordinària estabilitat i facilitat d'ús d'aplicacions a dissenys complexament mecanitzats. Aquí, els interruptors reed incrustats s’utilitzen per connectar un circuit per encendre una làmpada de precaució o demanar les properes fases d’operació.
4. Commutació segellada en entorns inflamables , eludeix la possibilitat de combustió també en atmosferes plenes de pols on els interruptors oberts estàndard podrien ser difícils de confiar i, especialment, en temps fred, on els interruptors regulars podrien simplement congelar-se.
5. En entorns radioactius , on el treball magnètic ajuda a preservar la credibilitat del blindatge.

Alguns altres circuits d'aplicacions publicats en aquest lloc web

Interruptor flotant : Els interruptors Reed es poden utilitzar per a controladors de nivell d’aigua amb interruptors de flotador lliures de corrosió. Com que els interruptors de canya estan segellats, s'evita el contacte amb l'aigua i el sistema funciona infinitament sense problemes.

Alarma de degoteig del pacient : Aquest circuit utilitza un interruptor reed per activar una alarma quan el paquet de degoteig connectat a un pacient queda buit. L'alarma permet a la infermera conèixer la situació immediatament i substituir el degoteig buit per un nou paquet.

Alarma de porta magnètica : En aquesta aplicació, un interruptor reed s'activa o es desactiva quan un imant adjacent es mou per l'obertura o el tancament d'una porta. L'alarma avisa l'usuari sobre el funcionament de la porta.

Comptador de bobinatge del transformador : Aquí, el commutador de canya funciona mitjançant un imant fixat en una roda de bobina giratòria, que permet al comptador obtenir un senyal de rellotge per a cada rotació de bobinatge a partir de l’activació de canya.

Controlador d'obertura / tancament de porta : Els commutadors Reed també funcionen molt bé com a interruptors límit d'estat sòlid. En aquest circuit de control de portes, l'interruptor reed limita l'obertura o tancament de la porta apagant el motor cada vegada que la porta arriba als seus límits de lliscament màxims.