Jazýčkový spínač - pracovný, aplikačné obvody

V tomto príspevku sa komplexne dozvedáme o fungovaní jazýčkového spínača a o tom, ako vytvoriť jednoduché obvody jazýčkového spínača.

Čo je to Reed Switch

Jazýčkový spínač, ktorý sa tiež nazýva jazýčkové relé, je slaboprúdový magnetický spínač so skrytým párom kontaktov, ktoré sa zatvárajú a otvárajú v reakcii na magnetické pole v jeho blízkosti. Kontakty sú skryté vo vnútri sklenenej trubice a jej konce sú ukončené mimo sklenenej trubice na vonkajšie pripojenie.

A s približne miliardou prevádzkových špecifikácií vyzerá funkčná životnosť týchto zariadení tiež veľmi pôsobivo.

Jazýčkové spínače sú navyše lacné a preto sú vhodné pre všetky typy elektrických a elektronických aplikácií.

Kedy bol spínač Reed vynašiel

Reed switch bol vynájdený už v roku 1945, autorom Dr. W.B. Ellwood , zatiaľ čo je zamestnaný v spoločnosti Western Electric Corporation v USA. Vynález sa javí byť omnoho pokrokovejší ako obdobie, keď bol vynájdený.

Jeho obrovské aplikačné výhody zostali bez povšimnutia elektronických inžinierov, až do nedávnych čias, keď sa jazýčkové spínače stávajú súčasťou mnohých dôležitých elektronických a elektrických implementácií.

Ako pracujú jazýčkové spínače

Jazýčkový spínač je v podstate magneto-mechanické relé. Presnejšie povedané, jazýčkový spínač sa spustí, keď sa do jeho blízkosti privedie magnetická sila, ktorá vedie k požadovanému mechanickému spínaniu.

Je možné vidieť štandardný spínač jazýčkového relé, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Skladá sa z dvojice sploštených feromagnetických prúžkov (tŕstia), ktoré sú hermeticky uzavreté v malej sklenenej trubici.

Rákosie je pevne upnuté na obidvoch koncoch sklenenej trubice tak, že ich voľné konce sú v strede mierne prekryté s rozstupom približne 0,1 mm.

Počas procesu utesňovania sa vzduch z trubice odčerpáva a je nahradený suchým dusíkom. To je zásadné pre zabezpečenie toho, aby kontakty pracovali v inertnej atmosfére, ktorá pomáha udržiavať kontakty bez korózie, eliminovať odpor vzduchu a udržiavať ich dlhú životnosť.

Ako to funguje

Základné fungovanie jazýčkového spínača je možné pochopiť z nasledujúceho vysvetlenia

Keď sa magnetické pole zavedie do blízkosti spínača s tŕstím buď z permanentného magnetu, alebo z elektromagnetu, jazýčky sa feromagnetické premenia na časť magnetického zdroja. To spôsobí, že konce jazýčkov získajú opačnú magnetickú polaritu.

Ak je magnetický tok primerane silný, priťahujte tŕstie k sebe do tej miery, aby prekonala ich upínaciu tuhosť, a ich dva konce vytvárajú elektrický kontakt v strede sklenenej trubice.

Keď sa magnetické pole odstráni, trstiny stratia svoju prídržnú silu a pásy sa vrátia do svojej pôvodnej polohy.

Hysterézia jazýčkového spínača

Ako to vieme hysteréza je jav, pri ktorom sa systém nedokáže aktivovať a deaktivovať v konkrétnom pevnom bode.

Ako príklad pre 12 V elektrické relé , aktivačný bod môže byť 11 V, ale jeho deaktivačný bod môže byť niekde okolo 8,5 V, toto časové oneskorenie medzi aktivačnými a deaktivačnými bodmi je známe ako hysterézia.

Podobne pre jazýčkový spínač môže deaktivácia ich jazýčkov vyžadovať posun magnetu oveľa ďalej od bodu, v ktorom bol pôvodne aktivovaný.

Nasledujúci obrázok vysvetľuje situáciu jasne

Jazýčkový spínač sa obvykle uzavrie, keď sa magnet privedie do vzdialenosti 1 palca od neho, ale kvôli magnetickej hysterézii bude pravdepodobne potrebné presunúť magnet o 3 palce, aby sa kontakty otvorili do pôvodnej podoby.

Oprava účinku hysterézy v jazýčkovom spínači

Vyššie uvedený problém s hysteréziou je možné do istej miery znížiť jednoduchým zavedením ďalšieho magnetu s obrátenými pólmi N / S na opačnú stranu jazýčkového spínača, ako je uvedené nižšie:

Uistite sa, že pevný magnet na ľavej strane nie je v dosahu prítlaku jazýčkového spínača, skôr v určitej vzdialenosti, inak jazýček zostane zatvorený a otvorí sa, až keď je magnet na pravej strane príliš blízko k jazýčku.

Preto musí byť vzdialenosť fixovaného magnetu experimentovaná s určitou metódou pokusov a omylov, kým sa nedosiahne správny rozdiel, a jazýček sa v pevnom bode prudko aktivuje pohybujúcim sa magnetom.

Vytvára sa jazýčkový spínač typu „normálne zatvorený“

Z vyššie uvedených diskusií vieme, že kontakty jazýčkového spínača sú zvyčajne typu „bežne otvorený“.

Jazýčky sa zatvoria, ak je magnet držaný blízko tela prístroja. Môžu však existovať určité aplikácie, pri ktorých sa môže vyžadovať, aby bol jazýček „normálne zatvorený“ alebo zapnutý a aby bol v prítomnosti magnetického poľa vypnutý.

To sa dá ľahko dosiahnuť buď predpätím zariadenia pomocou komplementujúceho blízkeho magnetu, ako je to demonštrované nižšie, alebo použitím jazýčkového spínača s 3 svorkami typu SPDT, ako je uvedené v druhom diagrame nižšie.

Vo väčšine systémov, v ktorých sa jazýčkový spínač ovláda prostredníctvom „permanentného magnetu“, je magnet inštalovaný cez pohyblivý prvok a jazýček je inštalovaný cez pevnú alebo konštantnú plošinu.

Môžete však nájsť niekoľko programov, kde magnet aj tŕstie musia byť umiestnené nad pevnou plošinou. Prevádzka ZAPNUTIA / VYPNUTIA tŕstia sa v takýchto prípadoch potom dosiahne narušením magnetického poľa pomocou vonkajšieho pohybujúceho sa železného činidla, ako je vysvetlené v nasledujúcom odseku.

Implementácia činnosti s pevným jazýčkom / magnetom

V tomto usporiadaní sú magnet a tŕstie držané výrazne blízko seba, čo umožňuje, aby boli kontakty tŕstia v normálne uzavretej situácii, a otvára sa, akonáhle sa vonkajšie rušivé železné činidlo pohybuje medzi tŕstím a magnetom.

Na druhej strane, rovnaký koncept možno použiť na získanie presne opačných výsledkov. Tu sa magnet nastaví do polohy, ktorá je dostatočná na udržanie rákosu v normálne otvorenej polohe.

Akonáhle sa vonkajšie železné činidlo presunie medzi jazýčkom a magnetom, magnetická sila sa zvýši a posilní železným činidlom, ktoré okamžite vtiahne jazýčkový spínač a aktivuje ho.

Prevádzkové roviny jazýčkového spínača

Nasledujúci obrázok zobrazuje rôzne lineárne prevádzkové roviny jazýčkového spínača. Ak posunieme magnet cez ktorúkoľvek z rovín a-a, b-b a c-c, umožní to rákosu normálnu činnosť. Avšak výber magnetu môže byť dosť zásadný, ak je prevádzkový režim v rovine b-b.

Ďalej môžete nájsť falošné alebo falošné spúšťanie trstiny v dôsledku negatívnych špičiek z krivky poľa poľa magnetu.

V situáciách, keď sú záporné vrcholy vysoké, sa môže rákos zapínať / vypínať niekoľkokrát, keď sa magnet pohybuje okolo konca konca konca rákosu.

Tiež je možné úspešne realizovať aktiváciu tŕstia rotačným pohybom.

Aby ste to dosiahli, môžete použiť spomedzi mnohých nastavení uvedených nižšie:

OBRÁZOK A

OBRÁZOK B

OBRÁZOK C

Je tiež možné použiť rotačný pohyb na spustenie nastavenia jazýčkového spínača. Na obrázkoch A a B sú jazýčkové spínače inštalované v pevnej polohe, zatiaľ čo magnety sú pripevnené k rotujúcemu disku, čo spôsobuje, že sa magnety pri každej rotácii pohybujú okolo jazýčkového spínača, čím sa jazýček zodpovedajúcim spôsobom zapína / vypína.

Na obrázku C sú magnet aj jazýčkový spínač stacionárne, zatiaľ čo medzi nimi sa otáča špeciálne vyrezávaná vačka magnetického štítu tak, aby vačka striedavo rezala magnetické pole pri každej rotácii, čím sa jazýček otvára a zatvára v rovnakom poradí.

Na aktiváciu jazýčkového spínača sa môže použiť aj rotačný pohyb. V prípade A a B sú spínače stacionárne a magnety sa otáčajú. V príkladoch C a D sú spínače aj magnety stacionárne a spínač pracuje, kedykoľvek je výrezová časť magnetického štítu medzi magnetom a spínačom.

Rýchlosti prepínania je možné upraviť za jednu sekundu na viac ako 2 000 za minútu jednoduchou zmenou rýchlosti rotujúceho disku.

Životnosť jazýčkových spínačov

Jazýčkové spínače sú navrhnuté tak, aby mali extrémne vysokú životnosť, ktorá sa môže pohybovať od 100 miliónov do 1 000 miliónov operácií otvorenia / zatvorenia.

To však môže byť pravda, iba ak je prúd nízky, ak spínací prúd cez jazýčkové kontakty prekročí maximálnu menovitú hodnotu, potom ten istý jazýček môže v priebehu niekoľkých operácií zlyhať.

Jazýčkové spínače sú zvyčajne dimenzované na prácu s prúdom v rozsahu od 100 mA do 3 ampérov v závislosti od veľkosti zariadenia.

Maximálna prípustná hodnota je uvedená pre čisto odporové zaťaženie. Ak je záťaž kapacitná alebo indukčná, v takom prípade musia byť kontakty jazýčkového spínača buď podstatne znížené, alebo musí byť na svorky jazýčkového kontaktu použitá primeraná ochrana proti tlmeniu a spätná ochrana EMF, ako je uvedené nižšie:

Pridanie ochrany pred indukčnými hrotmi

Ktorákoľvek z vyššie uvedených štyroch jednoduchých metód sa používa na umožnenie ochrany jazýčkového spínača pred špičkami indukčného alebo kapacitného prúdu.

Pre indukčné zaťaženie, ako je napríklad reléová cievka s jednosmerným napájaním, bude stačiť jednoduchý bočník odporu s 8-násobne vyššou hodnotou ako cievka relé, ktorý zaistí, aby jazýčkové relé bolo v bezpečí pred spätnými elektromagnetickými cievkami relé, ako je to znázornené na obrázku A.

Aj keď to môže mierne zvýšiť tok voľnobežného prúdu v rákosu, ale to trstine aj tak neublíži.

Erzistor možno nahradiť kondenzátorom, aby sa zabezpečil podobný druh ochrany, ako je to znázornené na obrázku B.

Typicky sa používa ochranná sieť rezistorových kondenzátorov, ako je to znázornené na obrázku C, v prípade, že zdrojom je striedavý prúd. Odpor môže byť 150 ohmový 1/4 watt a kondenzátor môže byť čokoľvek medzi 0,1 uF a 1 uF.

Táto metóda sa ukázala ako najefektívnejšia a bola úspešná pri ochrane rákosu pred spínaním motorového štartéra pre viac ako milión operácií.

Hodnoty R a C je možné určiť pomocou nasledujúceho vzorca

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

Kde E je prúd v uzavretom obvode a E je napätie v otvorenom obvode siete.

Na obrázku C vidíme diódu pripojenú cez tŕstie. Táto ochrana funguje dobre v jednosmerných obvodoch s indukčnou záťažou, aj keď musí byť polarita diódy správne implementovaná.

Vysokoprúdový jazýčkový prepínač

V aplikáciách, ktoré vyžadujú spínanie silného prúdu pomocou jazýčkového spínača, sa na spínanie silnoprúdovej záťaže používa triakový obvod a jazýčkový spínač sa používa na riadenie hradlového spínania triaku, ako je uvedené nižšie.

Prúd hradla je výrazne menší ako prúd záťaže, jazýčkový spínač bude pracovať efektívne a umožní prepnutie triaku pri vysokom prúdovom zaťažení. Tu je možné použiť aj prepínač s jazýčkovým kontaktom a bude fungovať bez problémov.

Voliteľná 0,1 uF a 100 ohmová RC je tlmiaca sieť na ochranu triaku pred vysokoprúdovými indukčnými hrotmi, ak je záťaž indukčnou záťažou.

Výhody jazýčkového spínača

Veľkou výhodou jazýčkového spínača je jeho schopnosť pracovať veľmi efektívne pri prepínaní nízkych prúdov a napätí. To môže byť pri použití bežného prepínača značný problém. Je to z dôvodu nedostatku adekvátneho prúdu na vylúčenie odporovej povrchovej vrstvy, ktorá je bežne spojená so štandardnými spínacími kontaktmi.

Naopak, jazýčkový spínač vďaka pozláteným kontaktným plochám a inertnej atmosfére úspešne funguje bez problémov už viac ako miliardu operácií.

V jednom z praktických testov v renomovanom laboratóriu spoločnosti v USA boli štyri jazýčkové spínače napájané 120 sekvenciami ON / OFF za sekundu prostredníctvom záťaže pracujúcej s 500 mikro voltmi a 100 mikroampérmi, ss.

V teste mohlo každé z tŕstia dokončiť 50 miliónov uzáverov dôsledne, pričom ani raz nedošlo k prepínaniu odporu nad 5 ohmov.

Zlyhanie jazýčkového spínača

Aj keď je jazýčkový spínač mimoriadne efektívny, môže vykazovať tendenciu zlyhávať, ak je prevádzkovaný pri vstupoch s vyšším prúdom. Vysoký prúd spôsobuje eróziu kontaktov, čo je tiež bežné pri bežných prepínačoch.

Táto erózia vedie k tomu, že malé častice, ktoré sú tiež magnetické, sa zhromažďujú v blízkosti medzery kontaktov a nejako vytvárajú premostenie cez medzeru. Toto premostenie medzery spôsobí skrat a jazýčky sa zdajú byť natavené natrvalo ZAPNUTÉ.

Takže to vlastne nie je kvôli roztaveniu kontaktov, ale skôr skratu kvôli zhromažďovaniu erodovaných častíc, čo spôsobuje, že jazýčkové kontakty vyzerajú, akoby sa roztavili a splynuli.

Špecifikácie pre štandardný univerzálny jazýčkový spínač

• Maximálne napätie = 150 V
• Maximálny prúd = 2 ampéry
• Maximálny výkon = 25 wattov
• Max. počiatočný odpor = 50 miliohmov
• Max. odpor na konci životnosti = 2 Ohmy
• Špičkové prierazné napätie = 500 V
• Uzatváracia frekvencia = 400 Hz
• Izolačný odpor = 5 000 miliohmov
• Teplotný rozsah = -55 stupňov C až +150 stupňov C.
• Kontaktná kapacita = 1,5 pF
• Vibrácie = 10G pri 10-55Hz
• Šok = 15G mini mu m
• Životnosť pri menovitom zaťažení = 5 x 10 ^ 6 operácií
• Životnosť pri nulovom zaťažení = 500 x 10 ^ 6 operácií

Oblasti použitia

1. Ukazovateľ hladiny hydraulickej brzdovej kvapaliny, kde sa uskutočniteľnosť zásadne opiera o priamočiarosť a jednoduché použitie.
2. Počítanie vzdialenosti , čo poskytuje neuveriteľne jednoduchý prístup k zaznamenávaniu prechodu železných predmetov cez stanovený vopred určený bod.
3. Prepínanie bezpečnostného blokovania , ktorý ponúka mimoriadnu stabilitu a jednoduché použitie aplikácií so zložito mechanizovaným dizajnom. Tu sa zabudované jazýčkové spínače používajú na pripojenie obvodu na rozsvietenie výstražnej žiarovky alebo na vyvolanie ďalších fáz prevádzky.
4. Uzavreté zapínanie v horľavom prostredí , obchádza možnosť horenia aj v prachom nabitých atmosférach, kde je ťažké sa spoľahnúť na štandardné otvorené spínače, a to najmä v chladnom počasí, kde by bežné spínače mohli jednoducho zamrznúť.
5. V rádioaktívnom prostredí , kde magnetická práca pomáha zachovať dôveryhodnosť tienenia.

Niektoré ďalšie aplikačné okruhy zverejnené na tomto webe

Plavákový spínač : Jazýčkové spínače je možné použiť na efektívne riadenie hladiny vody v plavákových spínačoch bez korózie. Pretože jazýčkové spínače sú utesnené, zabráni sa kontaktu s vodou a systém bude bez problémov fungovať nekonečne dlho.

Alarm kvapkania pacienta : Tento obvod používa jazýčkový spínač na aktiváciu alarmu, keď sa odkvapkávací balíček pripojený k pacientovi vyprázdni. Alarm umožňuje zdravotnej sestre okamžite spoznať situáciu a nahradiť prázdny odkvapkávač novým balíkom.

Magnetický alarm dverí : V tejto aplikácii sa jazýčkový spínač aktivuje alebo deaktivuje, keď sa susedným magnetom pohne otvorením alebo zatvorením dverí. Výstraha upozorní používateľa na činnosť dverí.

Počítadlo vinutí transformátora : Tu je jazýčkový spínač ovládaný magnetom pripevneným na rotujúcom navíjacom kolese, ktorý umožňuje počítadlu získať hodinový signál pre každú rotáciu navíjania z aktivácie jazýčka.

Ovládač otvárania / zatvárania brány : Jazýčkové spínače fungujú skvele aj ako polovodičové polohové spínače. V tomto obvode ovládača brány obmedzuje jazýčkový spínač otváranie alebo zatváranie brány vypínaním motora, kedykoľvek brána dosiahne svoje maximálne limity posuvu.