Reed Switch - работещ, схеми за приложение

В тази публикация ние подробно научаваме за функционирането на тръстови превключватели и как да направим прости вериги от тръстови превключватели.

Какво е Reed Switch

Рийд превключвателят, наречен също тръстово реле, е магнитен превключвател с нисък ток със скрита двойка контакти, които се затварят и отварят в отговор на магнитно поле близо до него. Контактите са скрити във вътрешността на стъклена тръба и краищата й са завършени от стъклената тръба за външна връзка.

И с около милиард спецификации на операциите, функционалният живот на тези устройства също изглежда много впечатляващ.

Освен това тръстовите превключватели са евтини и следователно стават подходящи за всички видове електрически, електронни приложения.

Кога е измислен Рид превключвател

Рийд превключвателят е изобретен още през 1945 г. от Д-р У.Б. Ellwood , докато е бил нает в Western Electric Corporation, в САЩ. Изобретението изглежда доста по-напреднало от периода, когато е било изобретено.

Неговите огромни предимства на приложението продължават да бъдат незабелязани от електронните инженери, до последното време, когато тръстовите превключватели стават част от много важни електронни и електрически изпълнения.

Как работят тръстовите превключватели

По същество тръстиковият превключвател е магнито-механично реле. За да бъдем по-точни, тръстовият превключвател работи, когато се доближи магнитна сила близо до него, което води до необходимото механично превключващо действие.

Стандартен превключвател на тръстика може да се види, както е показано на горната фигура. Състои се от двойка сплескани феромагнитни ленти (тръстика), които са херметично затворени в малка стъклена тръба.

Тръстиките са здраво затегнати в двата края на стъклената тръба по такъв начин, че свободните им краища да са леко припокрити в центъра с разстояние от приблизително 0,1 mm.

По време на процеса на запечатване въздухът в тръбата се изпомпва и се заменя със сух азот. Това е от решаващо значение, за да се гарантира, че контактите работят в инертна атмосфера, което помага да се запази контактът без корозия, да се елиминира въздушното съпротивление и да се направи дълготраен.

Как работи

Основната работа на тръстиковия превключвател може да се разбере от следващото обяснение

Когато се въведе магнитно поле близо до тръстиков превключвател или от постоянен магнит, или от електромагнит, тръстиките, които са феромагнитни, се превръщат в част от магнитния източник. Това кара краищата на тръстиката да придобият противоположна магнитна полярност.

Ако магнитният поток е достатъчно силен, привличайте тръстиките един към друг до степен, която преодолява тяхната стегнатост, а двата им края установяват електрически контакт в центъра на стъклената тръба.

Когато магнитното поле бъде премахнато, тръстиката губи своята задържаща сила и лентите се връщат обратно в първоначалното си положение.

Ристерен превключвател Хистерезис

Както знаем това хистерезис е явление, при което системата не е в състояние да активира и деактивира в определена фиксирана точка.

Като пример за 12 V електрическо реле , точката на активиране може да бъде 11 V, но точката му на деактивиране може да бъде някъде около 8,5 V, този момент на забавяне между точките на активиране и деактивиране е известен като хистерезис.

По същия начин, за тръстиков превключвател, деактивирането на неговите тръстики може да наложи магнитът да бъде преместен много по-далеч от точката, в която първоначално е бил активиран.

Следващото изображение обяснява ясно ситуацията

Обикновено тръстовият превключвател ще се затвори, когато магнитът се донесе на разстояние 1 инч от него, но може да се наложи магнитът да се премести на около 3 инча, за да отвори контактите в първоначалната си форма, поради магнитна хистерезис.

Коригиране на ефекта на хистерезис в Reed Switch

Горният проблем с хистерезиса може да бъде намален до голяма степен чрез просто въвеждане на друг магнит с обърнати N / S полюси в противоположната страна на тръстиковия превключвател, показано по-долу:

Уверете се, че левият фиксиран магнит не е в обхвата на изтегляне на тръстиковия превключвател, а на известно разстояние, в противен случай тръстиката ще остане затворена и ще се отвори само когато десният страничен магнит е приближен твърде близо до тръстиката.

Следователно, разстоянието на неподвижния магнит трябва да се експериментира с известни проби и грешки, докато се постигне десният диференциал и тръстиката се активира рязко в неподвижна точка от движещия се магнит.

Създаване на 'нормално затворен' тип Reed Switch

От горните дискусии знаем, че обикновено контактите на тръстиков превключвател са „нормално отворени“.

Тръстиките се затварят, ако магнитът се държи близо до корпуса на устройството. Но може да има някои приложения, в които тръстиката може да се изисква да бъде „нормално затворена“ или включена и да се изключва в присъствието на магнитно поле.

Това може лесно да бъде постигнато или чрез принудително регулиране на устройството с допълващ близкия магнит, както е показано по-долу, или чрез използване на 3-терминален SPDT тип тръстен превключвател, както е показано на втората диаграма по-долу.

В повечето системи, в които тръстовият превключвател се задейства чрез „постоянен магнит“, магнитът е монтиран върху движещ се елемент, а тръстиката е монтирана върху неподвижна или постоянна платформа.

Можете обаче да намерите няколко програми, при които и магнитът, и тръстиката трябва да бъдат разположени върху фиксирана платформа. След това операцията ON / OFF на тръстиката се постига чрез изкривяване на магнитното поле с помощта на външен движещ се железен агент, както е обяснено в следващия параграф.

Прилагане на операция с фиксирана тръстика / магнит

В тази настройка магнитът и тръстиката се държат значително близо, което позволява на тръстиковите контакти да бъдат в нормално затворено положение и се отваря веднага щом външният изкривяващ железен агент премине между тръстиката и магнита.

От друга страна, същата концепция може да се приложи за получаване на точно обратните резултати. Тук магнитът се настройва в положение, което е достатъчно, за да поддържа тръстиката в нормално отворено положение.

Веднага щом външният железен агент се премести между тръстиката и магнита, магнитната сила се усилва и подсилва от железния агент, който незабавно вмъква тръстиковия превключвател и го активира.

Работни равнини на тръстиков превключвател

Следващата фигура показва различни линейни равнини на работа на тръстиков превключвател. Ако преместим магнита през някоя от равнините a-a, b-b и c-c, ще позволим на тръстиката да работи нормално. Изборът на магнит обаче може да бъде доста важен, ако режимът на работа е в равнината b-b.

Освен това може да откриете фалшиво или фалшиво задействане на тръстика поради отрицателни пикове от кривата на шарката на полето на магнита.

В ситуации, когато отрицателните пикове са високи, тръстиките могат да се включват / изключват няколко пъти, докато магнитът се движи от края до края на тръстиката.

Активирането на тръстиката чрез ротационно движение също може да се приложи успешно.

За да постигнете това, можете да използвате сред многото настройки, показани по-долу:

ФИГУРА А

ФИГУРА Б

ФИГУРА В

Също така е възможно да се използва въртеливо движение за задействане на настроен тръстиков превключвател. На фигури А и В, тръстиковите превключватели са инсталирани във фиксирано положение, докато магнитите са прикрепени към въртящия се диск, което кара магнитите да се движат покрай тръстиковия превключвател при всяко завъртане, като съответно се включва / изключва тръстиката.

На фигура В и магнитът, и тръстиковият превключвател са канцеларски материали, докато специално издълбана магнитна екранираща гърбица се завърта между тях така, че гърбицата реже магнитното поле последователно при всяко завъртане, което кара тръстиката да се отваря и затваря в същата последователност

Ротационното движение може също да се използва за задействане на тръстиков превключвател, В А и В превключвателите са неподвижни и магнитите се въртят. В примери C и D както превключвателите, така и магнитите са неподвижни и превключвателят работи, когато изрезната част на магнитния екран е между магнита и превключвателя.

Скоростта на превключване може да се регулира една секунда до над 2000 в минута само чрез промяна на скоростта на въртящия се диск.

Експлоатационен живот на тръстови превключватели

Рийд превключвателите са проектирани да имат изключително висока продължителност на живота, която може да варира от 100 милиона до 1000 милиона операции отваряне / затваряне.

Това обаче може да е вярно само докато токът е нисък, ако превключващият ток през тръстичните контакти надвишава максималната номинална стойност, тогава същата тръстика може да се провали в рамките на няколко операции.

Обикновено тръстовите превключватели са класирани да работят с ток в диапазон от 100 mA до 3 ампера в зависимост от размера на устройството.

Максимално допустимата стойност е посочена за чисто резистивни товари. Ако натоварването е капацитивно или индуктивно, в този случай контактите на тръстиковия превключвател трябва да бъдат или значително намалени, или подходяща защита от снубер и обратна ЕМП защита, приложена през терминалните тръби, както е показано по-долу:

Добавяне на защита срещу индуктивни шипове

Всеки от горните четири прости метода, използван за осигуряване на защита на тръстиков превключвател от индуктивни или капацитивни токови пикове.

За индуктивно натоварване, като релейна намотка с постоянен ток, обикновен резисторен шунт, оценен на 8 пъти повече от намотката на релето, ще бъде достатъчно, за да запази тръстовото реле в безопасност от EMF на намотката на релето, както е показано на фигура А.

Въпреки че това може леко да увеличи потока на празен ход в тръстиката, но това така или иначе няма да навреди на тръстиката.

Ерзисторът може да бъде заменен с кондензатор също за осигуряване на подобен вид защита, както е показано на фигура Б.

Обикновено се прилага резисторна кондензаторна защитна мрежа, както е показано на фигура С, в случай че захранването е променливотоково. Резисторът може да бъде 150 ома 1/4 вата, а кондензаторът може да бъде между 0,1 uF и 1 uF.

Доказано е, че този метод е най-ефективен и е успял да запази тръстиката от превключване на стартера на двигателя за повече от милион операции.

Стойностите R и C могат да бъдат определени чрез следната формула

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

Където E е токът на затворената верига, а E е напрежението на отворената верига на мрежата.

На фигура С можем да видим диод, свързан през тръстиката. Тази защита работи добре в постояннотокови вериги с индуктивно натоварване, въпреки че полярността на диода трябва да бъде правилно приложена.

Силно токови тръстикови превключвания

В приложения, които изискват превключване на тежък ток с помощта на тръстиков превключвател, се използва симисторна верига за превключване на тежкия токов товар и се използва превключвател за управление на превключването на вратата на триак, както е показано по-долу

Токът на затвора е значително по-малък от тока на натоварване, тръстиковият превключвател ще работи ефективно и ще позволи на симистора да бъде превключен с високотоково натоварване. Тук може да се приложи дори превключвател за минута и ще работи без проблеми.

Незадължителната 0,1 uF и 100 ома RC е снубер мрежа за защита на симистора срещу индуктивни пикове с висок ток, ако товарът е индуктивен товар.

Предимства на Reed Switch

Голямо предимство на тръстиковия превключвател е способността му да работи много ефективно, докато превключва ниски величини на токове и напрежения. Това може да бъде значителен проблем, когато се използва обикновен превключвател. Това се дължи на липсата на адекватен ток за елиминиране на резистивния повърхностен слой, обикновено свързан със стандартните контакти на превключвателя.

Напротив, тръстиковият превключвател в резултат на позлатените си контактни повърхности и инертната атмосфера работи успешно за над милиард операции без никакви проблеми.

В един от практическите тестове в известна лаборатория на американска компания, четири тръстични превключвателя бяха захранвани със 120 последователности ON / OFF в секунда чрез товар, работещ с 500 микроволта и 100 микроампера, dc.

В теста всяка от тръстиките може да завърши 50 милиона затваряния последователно, като нито един случай не показва превключено съпротивление над 5 ома.

Неизправности на Reed Switch

Въпреки че е изключително ефективен, тръстиковият превключвател може да покаже тенденция към отказ, ако работи при по-високи токови входове. Силният ток води до ерозия на контактите, което също често се наблюдава при обикновените превключватели.

Тази ерозия води до малки частици, които също са магнитни, за да се съберат близо до процепа на контактите и по някакъв начин да създадат мост през процепа. Това преодоляване на пролуката причинява късо съединение и изглежда, че тръстиките са слети постоянно.

Така че всъщност не се дължи на стопяване на контактите, а на късо съединение поради събирането на ерозиралите частици, което кара тръстиковите контакти да изглеждат като разтопени и слети.

Спецификации за стандартен универсален тръстиков превключвател

• Максимално напрежение = 150 V
• Максимален ток = 2 ампера
• Максимална мощност = 25 вата
• Макс. първоначално съпротивление = 50 милиома
• Макс. съпротивление при изтичане на живота = 2 ома
• Пиково напрежение на пробив = 500 V
• Скорост на затваряне = 400 Hz
• Изолационно съпротивление = 5000 милиома
• Температурен диапазон = -55 градуса С до +150 градуса С
• Капацитет на контакта = 1,5 pF
• Вибрация = 10G при 10-55Hz
• Шок = 15G мини mu m
• Живот при номинално натоварване = 5 х 10 ^ 6 операции
• Живот при нулев товар = 500 х 10 ^ 6 операции

Области на приложения

1. Индикатор за нивото на хидравличната спирачна течност, където осъществимостта фундаментално разчита на праволинейност и лекота на използване.
2. Преброяване на близостта , предоставящ невероятно прост подход за регистриране на преминаването на железни предмети през предварително зададена точка.
3. Превключване на безопасната блокировка , предлагащи изключителна стабилност и лесна употреба на приложения за сложно механизирани дизайни. Тук вградените тръстикови превключватели се използват за свързване на верига за запалване на предупредителна лампа или за подсказване на следващите етапи на работа.
4. Запечатано превключване в запалима среда , заобикаля възможността за изгаряне и в атмосфера, пълна с прах, където трудно може да се разчита на стандартни отворени превключватели и особено в студено време, където обикновените превключватели могат просто да замръзнат.
5. В радиоактивна среда , където магнитната работа помага да се запази надеждността на екранирането.

Някои други схеми за приложение, публикувани в този уебсайт

Поплавък : Рийд ключовете могат да се използват за ефективни контролери за нивото на водата без корозия на поплавък. Тъй като тръстовите превключватели са запечатани, контактът с вода се избягва и системата работи безкрайно без никакви проблеми.

Аларма за капене на пациента : Тази схема използва тръстичен превключвател за активиране на аларма, когато капковият пакет, свързан към пациент, се изпразни. Алармата дава възможност на медицинската сестра да разбере ситуацията незабавно и да замени празното капково с нов пакет.

Аларма за магнитна врата : В това приложение тръстовият превключвател активира или деактивира, когато съседен магнит се премести от отварянето или затварянето на врата. Алармата предупреждава потребителя относно работата на вратата.

Брояч за навиване на трансформатор : Тук тръстиковият превключвател се управлява от магнит, прикрепен към въртящо се колело за навиване, което позволява на брояча да получава тактов сигнал за всяко завъртане на намотката от активирането на тръстиката.

Контролер за отваряне / затваряне на порта : Рийд превключвателите също работят чудесно като твърди крайни превключватели. В тази верига на контролера на портата, тръстиковият превключвател ограничава отварянето или затварянето на портата чрез изключване на двигателя, когато портата достигне максималните си граници на плъзгане.