Reed Switch - Working, Application Circuits

I det här inlägget lär vi oss utförligt om reed switch-funktion och hur man gör enkla reed switch-kretsar.

Vad är Reed Switch

Reed switch kallas också reed relay, är en magnetisk strömbrytare med låg ström med ett dolt par kontakter som stängs och öppnas som svar på magnetfältet i närheten. Kontakterna är dolda inuti ett glasrör och dess ändar avslutas ur glasröret för extern anslutning.

Och med cirka en miljard driftsspecifikationer ser dessa enheters funktionsliv också mycket imponerande ut.

Dessutom är reed-omkopplare billiga och blir därför lämpliga för alla typer av elektriska, elektroniska applikationer.

När uppfanns Reed-omkopplaren

Reed switch uppfanns redan 1945, av Dr. W.B. Ellwood , samtidigt som han var anställd vid Western Electric Corporation, i USA. Uppfinningen verkar vara mycket avancerad än perioden då den uppfanns.

Dess enorma applikationsfördelar fortsatte att vara obemärkta av de elektroniska ingenjörerna, tills de senaste tiderna när reed-omkopplare blir en del av många viktiga elektroniska och elektriska implementeringar.

Hur Reed Switches fungerar

I grund och botten är en reed-omkopplare ett magnetomekaniskt relä. För att vara mer exakt startar en reed-omkopplare som arbetar när en magnetisk kraft bringas nära den, vilket resulterar i den erforderliga mekaniska omkopplingsåtgärden.

En standard reedreläomkopplare kan bevittnas som visas i figuren ovan. Det består av ett par tillplattade ferromagnetiska remsor (vass) som är hermetiskt förseglade i ett litet glasrör.

Vassen kläms fast ordentligt i båda ändarna av glasröret på ett sådant sätt att deras fria ändar överlappas något i mitten med en separation på cirka 0,1 mm.

Under tätningsprocessen pumpas luften inuti röret ut och ersätts med torr kväve. Detta är avgörande för att säkerställa att kontakterna arbetar i en inert atmosfär vilket hjälper till att hålla kontakterna korrosionsfria, eliminera luftmotståndet och göra dem långvariga.

Hur det fungerar

Grundarbetet för en reed-switch kan förstås från följande förklaring

När ett magnetfält införs nära en reed-omkopplare antingen från en permanent magnet eller från en elektromagnet, blir vassen som är ferromagnetiska till en del av magnetkällan. Detta gör att vassändarna får motsatt magnetisk polaritet.

Om magnetflödet är tillräckligt starkt, drar du vassen mot varandra i en utsträckning som övervinner deras fastklämningsstyvhet, och deras båda ändar skapar en elektrisk kontakt i mitten av glasröret.

När magnetfältet avlägsnas förlorar vassen sin hållkraft och remsorna fjädrar tillbaka till sin ursprungliga position.

Reed Switch Hysteresis

Som vi vet det hysteres är ett fenomen där systemet inte kan aktivera och inaktivera vid en viss fast punkt.

Som ett exempel, för en 12 V elrelä , kan aktiveringspunkten vara 11 V, men dess avaktiveringspunkt kan ligga någonstans runt 8,5 V, denna tidsfördröjning mellan aktiverings- och avaktiveringspunkterna kallas hysteres.

På samma sätt, för en reed-omkopplare, kan avaktiveringen av dess vass kräva att magneten flyttas mycket längre bort från den punkt vid vilken den initialt aktiverades.

Följande bild förklarar situationen tydligt

Vanligtvis kommer en reed-omkopplare att stängas när magneten flyttas på ett avstånd av 1 tum från den, men den kan behöva flyttas magneten cirka 3 tum bort för att öppna kontakterna till sin ursprungliga form på grund av magnetisk hysteres.

Korrigera hystereseffekten i Reed Switch

Ovanstående hysteresfråga kan reduceras till en geat-utsträckning genom att helt enkelt införa en annan magnet med inverterade N / S-poler på motsatt sida av reed-omkopplaren, vilket visas nedan:

Se till att den fasta magneten på vänster sida inte ligger inom reed-omkopplarens utdragningsområde, snarare på något avstånd, annars kommer vasset att förbli stängt och öppnas först när högermagneten kommer för nära vasset.

Därför måste avståndet för den fasta magneten experimenteras med en del försök och fel tills rätt differential uppnås, och vasset aktiveras kraftigt vid en fast punkt av den rörliga magneten.

Skapa 'Normalt stängd' typ Reed Switch

Från ovanstående diskussioner vet vi att kontakterna för en reed-omkopplare vanligtvis är av 'normalt öppen' typ.

Vassen stängs om en magnet hålls nära enhetens kropp. Men det kan finnas vissa applikationer där röret kan krävas att vara 'normalt stängt' eller slå PÅ och stänga AV i närvaro av ett magnetfält.

Detta kan enkelt uppnås antingen genom att förspänna enheten med en kompletterande närliggande magnet som visas nedan, eller genom att använda en 3-terminal SPDT-typ av reed-omkopplare som anges i det andra diagrammet nedan.

I de flesta system där en reed-omkopplare manövreras genom en 'permanentmagnet' installeras magneten över ett rörligt element och vasset installeras över en fast eller konstant plattform.

Du kan dock hitta flera program där både magneten och röret måste placeras över en fast plattform. I sådana fall uppnås sedan rörets PÅ / AV-funktion genom att förvränga magnetfältet med hjälp av ett externt rörligt järnmedel, vilket förklaras i följande stycke.

Implementering av fast vass / magnetdrift

I denna inställning hålls magneten och vassen betydligt nära, vilket gör att vasskontakterna kan vara i normalt stängd situation, och den öppnas så snart det yttre förvrängande järnmedlet rör sig förbi vasset och magneten.

Å andra sidan kan samma koncept tillämpas för att få exakt motsatta resultat. Här justeras magneten till ett läge som är tillräckligt för att hålla röret i normalt öppet läge.

Så snart det yttre järnmedlet flyttas mellan vasset och magneten förstärks och förstärks den magnetiska kraften av järnmedlet som omedelbart drar in vassomkopplaren och aktiverar den.

Manöverplan för en Reed Switch

Följande bild visar olika linjära arbetsplan för en reed-omkopplare. Om vi ​​flyttar magneten över något av planen a-a, b-b och c-c, kommer vasset att fungera normalt. Att välja magnet kan dock vara ganska avgörande om driftsättet är tvärs över b-b-planet.

Dessutom kan du hitta falska eller falska vassutlösare på grund av negativa toppar från magnetens fältmönsterkurva.

I situationer där de negativa topparna är höga kan vassen slå PÅ / AV flera gånger när magneten rör sig förbi änden till ändlängden på vassen.

Aktivering av vassen genom en rotationsrörelse kan också genomföras framgångsrikt.

För att uppnå detta kan du använda bland de många inställningarna som visas nedan:

FIGUR A

FIGUR B

FIGUR C

Det är också möjligt att använda en rotationsrörelse för att utlösa en uppsättning av reed-omkopplare. I figur A och B är reed-omkopplarna installerade i ett fast läge, medan magneter är fästa med den roterande skivan, vilket får magneterna att röra sig förbi reed-omkopplaren vid varje rotation och koppla reed PÅ / AV på motsvarande sätt.

I figur C är magneten och reed-omkopplaren båda brevpapper, medan en speciellt snidad magnetisk sköldkamera roteras mellan dem så att kammen skär magnetfältet växelvis vid varje rotation vilket gör att vasset öppnas och stängs i samma sekvens.

Rotationsrörelse kan också användas för att aktivera en reed-omkopplare. I A och B är omkopplarna stillastående och magneterna roterar. I exemplen C och D är både omkopplarna och magneterna stillastående och omkopplaren fungerar när utskärningsdelen av magnetskärmen är mellan magnet och omkopplare.

Omkopplingshastigheter kan justeras en sekund till långt över 2000 per minut genom att helt enkelt ändra den roterande skivhastigheten.

Rörswitchers livslängd

Reed-omkopplare är utformade för att ha extremt hög livslängd som kan sträcka sig från 100 miljoner till 1000 miljoner öppna / stängda operationer.

Detta kan dock vara sant endast så länge strömmen är låg, om kopplingsströmmen genom reedkontakterna överskrider det maximala nominella värdet, kan samma reed misslyckas inom några få operationer.

Normalt klassificeras reed-omkopplare för att fungera med ström inom ett intervall på 100 mA till 3 ampere beroende på enhetens storlek.

Det maximalt tillåtna värdet anges för rent resistiva belastningar. Om belastningen är kapacitiv eller induktiv, i så fall måste kontakterna på reed-omkopplaren antingen vara kraftigt nedsatta eller lämpligt snubberskydd och omvänd EMF-skydd appliceras över reed-terminalerna, som visas nedan:

Lägger till skydd mot induktiva spikar

Någon av ovanstående fyra enkla metoder används för att möjliggöra skydd mot en reed-omkopplare från induktiva eller kapacitiva strömspikar.

För en induktiv belastning, såsom en reläspole med likströmsförsörjning, kommer en enkel motståndshunt som är 8 gånger högre än reläspolen tillräckligt för att hålla vassreläet säkert från reläspolens bakre EMF, som visas i figur A.

Även om detta kan öka tomgångsflödet i vasset men det skadar inte vasset ändå.

Ersistorn kan ersättas med en kondensator också för att möjliggöra en liknande typ av skydd, som visas i figur B.

Vanligtvis appliceras ett motståndskondensatorskyddsnätverk som anges i figur C, om matningen är en växelström. Motståndet kan vara 150 ohm 1/4 watt, och kondensatorn kan vara mellan 0,1 uF och 1 uF.

Denna metod har visat sig vara den mest effektiva och har varit framgångsrik när det gäller att hålla röret säkert från motorstarterväxling i över en miljon operationer.

Värdet R och C kan bestämmas med hjälp av följande formel

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

Där E är den slutna kretsströmmen och E är nätets öppna kretsspänning.

I figur C kan vi se en diod ansluten över röret. Detta skydd fungerar bra i likströmskretsar med induktiv belastning, även om diodens polaritet måste implementeras korrekt.

Högströmsvassning

I applikationer som kräver tungströmsomkoppling med en reed-omkopplare används en triac-krets för att koppla den tunga strömbelastningen och en reed-switch används för att styra gate-omkopplingen av triacen som visas nedan

Grindströmmen är betydligt mindre än lastströmmen, reed-omkopplaren fungerar effektivt och gör att triacen kan växlas med den höga strömbelastningen. Till och med minutvassbrytare kan användas här och fungerar utan problem.

Den valfria 0.1 uF och 100 ohm RC är ett snubber-nätverk för att skydda triacen mot induktiva toppar med hög ström, om belastningen är en induktiv belastning.

Fördelar med Reed Switch

En stor fördel med reed-omkopplaren är dess förmåga att arbeta mycket effektivt medan man byter låg styrka av strömmar och spänningar. Detta kan vara ett stort problem när en vanlig switch används. Detta beror på brist på tillräcklig ström för att eliminera det resistiva ytskiktet som normalt är associerat med standardkontakter.

Tvärtom fungerar en reed-omkopplare till följd av dess guldpläterade kontaktytor och inert atmosfär framgångsrikt i över en miljard operationer utan problem.

I ett av de praktiska testerna i ett känt USA-laboratorium drevs fyra reed-omkopplare med 120 PÅ / AV-sekvenser per sekund genom en belastning som arbetar med 500 mikrovolt och 100 mikroampor, likström.

I testet kunde vart och ett av vassen slutföra 50 miljoner stängningar konsekvent med inte ett enda tillfälle som visade ett omkopplat motstånd över 5 ohm.

Fel på reed-omkopplare

Även om den är extremt effektiv kan reed-omkopplaren visa en tendens att misslyckas om den drivs under högre strömingångar. Hög ström får kontakterna att erodera vilket också ofta ses i vanliga omkopplare.

Denna erosion resulterar i små partiklar som också är magnetiska för att samlas nära kontakterna och på något sätt skapa en överbryggning över springan. Denna överbryggning av klyftan orsakar kortslutning och vass tycks smälta permanent PÅ.

Så faktiskt beror det inte på smältning av kontakterna, snarare kortslutning på grund av uppsamling av de eroderade partiklarna som gör att vasskontakterna verkar som om de har smält och smält.

Specifikationer för en standard Universal Reed Switch

• Max spänning = 150 V.
• Maximal ström = 2 ampere
• Max effekt = 25 watt
• Max. initialt motstånd = 50 milliohms
• Max. uthållighet mot slutet av livet = 2 ohm
• Toppspänning = 500 V.
• Stängningshastighet = 400 Hz
• Isolationsmotstånd = 5000 milliohms
• Temperaturområde = -55 grader C till +150 grader C
• Kontaktkapacitans = 1,5 pF
• Vibration = 10G vid 10-55Hz
• Chock = 15G mini mu m
• Livslängd vid nominell belastning = 5 x 10 ^ 6 operationer
• Livslängd vid nollast = 500 x 10 ^ 6 operationer

Användningsområden

1. Hydraulisk bromsvätskenivåindikator, där genomförbarheten i grunden bygger på enkelhet och användarvänlighet.
2. Närhetsräkning , levererar ett otroligt enkelt tillvägagångssätt för att registrera passering av järnhaltiga föremål över en förutbestämd punkt.
3. Säkerhetsspärrbyte , som erbjuder extraordinär stabilitet och enkel användning av applikationer till invecklat mekaniserade konstruktioner. Här används inbäddade reed-omkopplare för att ansluta en krets för att tända en varningslampa eller uppmana nästa steg i drift.
4. Förseglad omkoppling i brandfarliga miljöer , kringgår förbränningsmöjligheten också i dammpackade atmosfärer där vanliga öppna omkopplare kan vara svåra att lita på och särskilt i kallt väder där vanliga omkopplare helt enkelt kan frysa.
5. I radioaktiva omgivningar , där magnetiskt arbete hjälper till att bevara avskärmningens trovärdighet.

Några andra applikationskretsar publiceras på denna webbplats

Flottörbrytare : Reed-omkopplare kan användas för effektiva korrosionsfria flottöromkopplare vattennivåregulatorer. Eftersom reed-omkopplare är förseglade undviks vattenkontakt och systemet fungerar oändligt utan problem.

Patient dropplarm : Denna krets använder en reed-omkopplare för att aktivera ett larm när dropppaketet som är anslutet till en patient blir tomt. Larmet gör det möjligt för sjuksköterskan att känna till situationen omedelbart och byta ut det tomma droppet mot ett nytt paket.

Magnetiskt dörrlarm : I denna applikation aktiveras eller avaktiveras en reed-omkopplare när en närliggande magnet flyttas genom att en dörr öppnas eller stängs. Larmet varnar användaren om hur dörren fungerar.

Transformatorlindningsräknare : Här styrs reed-omkopplaren av en magnet fäst på ett roterande rullhjul, vilket gör att räknaren kan få en klocksignal för varje lindningsrotation från reed-aktiveringen.

Port Öppna / Stäng kontrollenhet : Reed-omkopplare fungerar också bra som solid state-gränslägesbrytare. I denna grindkontrollkrets begränsar reed-omkopplaren grindens öppning eller stängning genom att stänga av motorn när grinden når sina maximala glidgränser.