Reed Switch - Arbeid, applikasjonskretser

I dette innlegget lærer vi omfattende om sivbryterfunksjon, og hvordan du lager enkle sivbryterkretser.

Hva er Reed Switch

Reed-bryter, også kalt reed relay, er en magnetisk bryter med lav strøm med et skjult kontaktpar som lukkes og åpnes som svar på magnetfeltet i nærheten. Kontaktene er skjult inne i et glassrør og endene avsluttes av glassrøret for ekstern tilkobling.

Og med rundt en milliard operasjonsspesifikasjon, ser funksjonaliteten til disse enhetene også veldig imponerende ut.

Videre er sivbrytere billige og blir derfor egnet for alle typer elektriske, elektroniske applikasjoner.

Når ble Reed-bryteren oppfunnet

Reed switch ble oppfunnet helt tilbake i år 1945, av Dr. W.B. Ellwood , mens han var ansatt i Western Electric Corporation, i USA. Oppfinnelsen ser ut til å være mye avansert enn perioden da den ble oppfunnet.

De enorme applikasjonsfordelene fortsatte å bli lagt merke til av de elektroniske ingeniørene, inntil den siste tiden da sivbrytere blir en del av mange viktige elektroniske og elektriske implementeringer.

Hvordan sivbrytere fungerer

I utgangspunktet er en sivbryter et magnetomekanisk relé. For å være mer presis startes en sivbryter som arbeider når en magnetisk kraft bringes nær den, noe som resulterer i den nødvendige mekaniske svitsjhandlingen.

En standard sverdrelébryter kan være vitne til som vist i figuren ovenfor. Den består av et par flate ferromagnetiske striper (siv) som er hermetisk forseglet i et lite glassrør.

Sivene er fastspent i begge ender av glassrøret på en slik måte at deres frie ender overlappes litt i midten med en separasjon på ca. 0,1 mm.

Under forseglingsprosessen pumpes luften inne i røret ut og erstattes av tørt nitrogen. Dette er avgjørende for å sikre at kontaktene fungerer i en inert atmosfære som bidrar til å holde kontaktene korrosjonsfri, eliminere luftmotstand og gjøre dem langvarige.

Hvordan det fungerer

Den grunnleggende virkningen av en sivbryter kan forstås fra følgende forklaring

Når et magnetfelt blir introdusert nær en sivbryter, enten fra en permanent magnet eller fra en elektromagnet, blir sivene som ferromagnetiske til en del av magnetkilden. Dette fører til at endene på sivet får motsatt magnetisk polaritet.

Hvis magnetstrømmen er tilstrekkelig sterk, tiltrekker du sivene mot hverandre i en grad som overvinner deres fastspenningsstivhet, og de to endene deres etablerer en elektrisk kontakt i midten av glassrøret.

Når magnetfeltet fjernes, mister sivets holdekraft, og stripene springer tilbake til sin opprinnelige posisjon.

Reed Switch Hysteresis

Som vi vet det hysterese er et fenomen der systemet ikke kan aktivere og deaktivere på et bestemt fast punkt.

Som et eksempel, for en 12 V elektrisk relé , kan aktiveringspunktet være 11 V, men deaktiveringspunktet kan være et sted rundt 8,5 V, denne tidsforsinkelsen mellom aktiverings- og deaktiveringspunktene er kjent som hysterese.

Tilsvarende, for en sivbryter, kan deaktivering av sivene kreve at magneten flyttes mye lenger bort fra det punktet der den ble aktivert.

Følgende bilde forklarer situasjonen tydelig

Vanligvis vil en sivbryter lukkes når magneten bringes i en avstand på 1 tomme fra den, men det kan hende at magneten må flyttes rundt 3 inches unna for å åpne kontaktene til sin opprinnelige form, på grunn av magnetisk hysterese.

Korrigere hystereseeffekt i sivbryter

Ovennevnte hystereseproblem kan reduseres til en geat-grad ved ganske enkelt å innføre en annen magnet med en invertert N / S-stolpe på motsatt side av sivbryteren, vist nedenfor:

Forsikre deg om at den faste venstre magneten ikke er innenfor sortebryterens inntrekkingsområde, i stedet for et stykke unna, ellers forblir sivet lukket og åpnes bare når høyre sidemagnet kommer for nær sivet.

Derfor må avstanden til den faste magneten eksperimenteres med noe prøving og feiling til riktig differensial er oppnådd, og siv aktiveres skarpt på et fast punkt av den bevegelige magneten.

Opprette 'Normally Closed' Type Reed Switch

Fra de ovennevnte diskusjonene vet vi at kontaktene til en sivbryter vanligvis er av typen 'normalt åpen'.

Sivene lukkes hvis en magnet holdes nær enhetens kropp. Men det kan være visse applikasjoner der sivet kan være nødvendig å være 'normalt lukket' eller slått PÅ, og slå AV i nærvær av et magnetfelt.

Dette kan enkelt oppnås enten ved å forspenne enheten med en kompletterende nærliggende magnet som vist nedenfor, eller ved å bruke en 3-terminal SPDT-type reed-bryter som angitt i det andre diagrammet nedenfor.

I de fleste systemer der en sivbryter betjenes gjennom 'en permanent magnet, er magneten installert over et bevegelig element, og sivet er installert over en fast eller konstant plattform.

Du kan imidlertid finne flere programmer der både magneten og sivet må plasseres over en fast plattform. PÅ / AV-operasjonen av sivet oppnås i slike tilfeller ved å forvride magnetfeltet ved hjelp av et eksternt jernholdig middel, som forklart i det følgende avsnittet.

Implementering av fast siv / magnetoperasjon

I dette oppsettet holdes magneten og sivet betydelig i nærheten, noe som gjør det mulig for sivkontaktene å være i normalt lukket situasjon, og den åpnes så snart det eksterne forvrengende jernmidlet beveger seg forbi mellom sivet og magneten.

På den annen side kan det samme konseptet brukes for å få nøyaktig motsatte resultater. Her justeres magneten til en posisjon som er akkurat nok til å holde sivet i normalt åpen stilling.

Så snart det eksterne jernmidlet flyttes mellom siv og magnet, blir den magnetiske kraften forsterket og forsterket av jernmidlet som umiddelbart trekker inn sivbryteren og aktiverer den.

Driftsfly av en sivbryter

Følgende figur viser forskjellige lineære driftsplaner for en sivbryter. Hvis vi beveger magneten over et av planene a-a, b-b og c-c, vil sivet kunne fungere normalt. Valg av magnet kan imidlertid være ganske avgjørende hvis driftsmåten er over b-b-planet.

I tillegg kan du finne falske eller falske sivutløsere på grunn av negative topper fra magnetens feltmønsterkurve.

I situasjoner der de negative toppene er høye, kan sivene slå seg av / på flere ganger når magneten beveger seg forbi enden til enden av sivet.

Aktivering av sivet gjennom en rotasjonsbevegelse kan også implementeres med suksess.

For å oppnå dette kan du bruke blant de mange oppsettene vist nedenfor:

FIGUR A

FIGUR B

FIGUR C

Det er også mulig å bruke en rotasjonsbevegelse for å utløse en sivbryter som er satt opp. I figur A og B er sivbryterne installert i en fast posisjon, mens magneter er festet med den roterende skiven som får magnetene til å bevege seg forbi sivbryteren ved hver rotasjon, og slå sivet PÅ / AV tilsvarende.

I figur C er magneten og sivbryteren begge brevpapir, mens en spesialskåret magnetisk skjoldkamera roteres mellom dem slik at kammen veksler magnetfeltet vekselvis ved hver rotasjon som får sivet til å åpne og lukke i samme sekvens

Roterende bevegelse kan også brukes til å aktivere en sivbryter. I A og B er bryterne stasjonære og magnetene roterer. I eksemplene C og D er både bryterne og magneten stasjonær, og bryteren fungerer når utskjæringsdelen av magnetskjoldet er mellom magnet og bryter.

Byttehastigheter kan justeres ett sekund til godt over 2000 per minutt, ganske enkelt ved å endre den roterende platehastigheten.

Levetid for sivbrytere

Reed-brytere er designet for å ha ekstremt høy levetid som kan variere fra 100 millioner til 1000 millioner åpne / lukke operasjoner.

Dette kan imidlertid bare være sant så lenge strømmen er lav, hvis bryterstrømmen gjennom sivkontaktene overskrider den maksimale nominelle verdien, kan det være at samme siv mislykkes i løpet av noen få operasjoner.

Vanligvis er reed-brytere vurdert til å fungere med strøm innenfor et område på 100 mA til 3 ampere, avhengig av størrelsen på enheten.

Maksimal tolerabel verdi er spesifisert for rent resistive belastninger. Hvis lasten er kapasitiv eller induktiv, må kontaktene til sivbryteren i så fall enten være vesentlig nedsatt eller passende snubberbeskyttelse og omvendt EMF-beskyttelse på tvers av sivterminalene, som vist nedenfor:

Legger til beskyttelse mot induktive pigger

Enhver av de fire ovennevnte enkle metodene, benyttes for å muliggjøre beskyttelse mot en sivbryter fra induktive eller kapasitive strømspisser.

For en induktiv belastning, for eksempel en reléspole med DC-forsyning, vil en enkel motstandshunt vurdert til 8 ganger mer enn reléspolen være akkurat nok til å holde sivreléet trygt fra reléspolen tilbake EMF, som vist figur A.

Selv om dette kan øke tomgangsstrømmen i sivet litt, men det vil uansett ikke skade sivet.

Ersistoren kan erstattes med en kondensator også for å muliggjøre en lignende type beskyttelse, som vist i figur B.

Vanligvis brukes et motstandskondensatorbeskyttelsesnettverk som angitt i figur C, i tilfelle forsyningen er en AC. Motstanden kan være 150 ohm 1/4 watt, og kondensatoren kan være mellom 0,1 uF og 1 uF.

Denne metoden har vist seg å være den mest effektive, og har vært vellykket med å holde sivet trygt mot motorstarter i over en million operasjoner.

Verdien R og C kan bestemmes ved hjelp av følgende formel

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

Hvor E er lukket kretsstrøm og E er åpen kretsspenning i nettverket.

I figur C kan vi se en diode koblet over sivet. Denne beskyttelsen fungerer bra i DC-kretser med induktiv belastning, selv om diodens polaritet må implementeres riktig.

High Current Reed Swithcing

I applikasjoner som krever kraftig strømbryter ved bruk av en reed-bryter, brukes en triac-krets for å bytte den store strømbelastningen, og en reed-bryter brukes til å kontrollere gate-koblingen til triacen som vist nedenfor

Portstrømmen er betydelig mindre enn belastningsstrømmen, reed-bryteren vil fungere effektivt og tillate at triacen blir slått med den høye strømbelastningen. Selv liten sivbryter kan brukes her, og fungerer uten problemer.

Den valgfrie 0.1 uF og 100 ohm RC er et snubber-nettverk for å beskytte triacen mot induktive pigger med høy strøm, hvis belastningen er en induktiv belastning.

Fordeler med Reed Switch

En stor fordel med sivbryteren er dens kapasitet til å jobbe veldig effektivt mens du bytter til lave størrelser av strøm og spenning. Dette kan være et betydelig problem når en vanlig bryter brukes. Dette skyldes mangel på tilstrekkelig strøm for å eliminere det resistive overflatelaget som normalt er assosiert med standard bryterkontakter.

Tvert imot, en sivbryter som et resultat av sine gullbelagte kontaktflater og inert atmosfære fungerer vellykket i over en milliard operasjoner uten problemer.

I en av de praktiske testene i et kjent USAs laboratorium ble fire sivbrytere drevet med 120 PÅ / AV-sekvenser per sekund gjennom en belastning som arbeidet med 500 mikrovolt og 100 mikroampere, likestrøm.

I testen kunne hvert av sivene fullføre 50 millioner lukkinger konsekvent med ikke en eneste anledning som viste en byttet motstand utover 5 ohm.

Feil på sivbryter

Selv om det er ekstremt effektivt, kan reed-bryteren vise en tendens til å mislykkes hvis det drives under høyere strøminnganger. Høy strøm fører til at kontaktene eroderer, noe som også ofte sees i vanlige brytere.

Denne erosjonen resulterer i små partikler som også er magnetiske for å samles i nærheten av kontakten og på en eller annen måte skape en bro over gapet. Denne broen mellom gapet fører til kortslutning og siv ser ut til å være smeltet permanent PÅ.

Så faktisk skyldes det ikke smelting av kontaktene, snarere kortslutning på grunn av samlingen av de eroderte partiklene som får sivkontaktene til å virke som om de har smeltet og smeltet.

Spesifikasjoner for en standard Universal Reed-bryter

• Maks spenning = 150 V.
• Maksimal strøm = 2 ampere
• Maksimal effekt = 25 watt
• Maks. startmotstand = 50 milliohms
• Maks. motstand mot utgangen av livet = 2 ohm
• Toppbruddsspenning = 500 V.
• Stengningshastighet = 400 Hz
• Isolasjonsmotstand = 5000 milliohms
• Temperaturområde = -55 grader C til +150 grader C
• Kontaktkapasitans = 1,5 pF
• Vibrasjon = 10G ved 10-55Hz
• Støt = 15G mini mu m
• Levetid ved nominell belastning = 5 x 10 ^ 6 operasjoner
• Levetid ved null belastning = 500 x 10 ^ 6 operasjoner

Bruksområder

1. Hydraulisk nivåindikator for bremsevæske, der gjennomførbarhet i utgangspunktet er avhengig av enkelhet og brukervennlighet.
2. Nærhetstelling , som gir en utrolig enkel tilnærming til å registrere passering av jernholdige gjenstander over et bestemt forhåndsbestemt punkt.
3. Sikkerhetslåsing , som tilbyr ekstraordinær stabilitet og brukervennlighet av applikasjoner til kompliserte mekaniserte design. Her brukes innebygde sivbrytere til å koble til en krets for å lyse opp en advarselslampe eller be om de neste trinnene i driften.
4. Forseglet kobling i brennbare omgivelser , omgår forbrenningsmuligheten også i støvfylte atmosfærer der vanlige åpne brytere kan være vanskelig å stole på, og spesielt i kaldt vær der vanlige brytere ganske enkelt kan fryse opp.
5. I radioaktive omgivelser , hvor magnetisk arbeid bidrar til å bevare troverdigheten til skjerming.

Noen andre applikasjonskretser publisert på dette nettstedet

Flytebryter : Reed-brytere kan brukes til effektive korrosjonsfrie flottørbrytere vannstandsregulatorer. Siden sivbrytere er forseglet, unngås vannkontakt og systemet fungerer uendelig uten problemer.

Pasientdryppalarm : Denne kretsen bruker en sivbryter for å aktivere en alarm når drypppakken som er koblet til en pasient blir tom. Alarmen gjør det mulig for sykepleieren å kjenne situasjonen umiddelbart og erstatte det tomme dryppet med en ny pakke.

Magnetisk døralarm : I dette programmet aktiveres eller deaktiveres en sivbryter når en tilstøtende magnet beveges ved å åpne eller lukke en dør. Alarmen varsler brukeren om døren.

Transformatorviklingsteller : Her betjenes sivbryteren av en magnet festet på et roterende hjul, som gjør at telleren får et kloksignal for hver viklingsrotasjon fra sivaktivering.

Portåpning / lukk kontrolleren : Reed-brytere fungerer også bra som solid state grensebrytere. I denne portkontrollerkretsen begrenser sivbryteren portens åpning eller lukking ved å slå av motoren når porten når sine maksimale skyvegrenser.