Reed stikalo - delujoča, aplikacijska vezja

V tem prispevku izčrpno spoznavamo delovanje trstičnega stikala in kako narediti preprosta vezja trstičnih stikal.

Kaj je Reed Switch

Reed stikalo, imenovano tudi reed rele, je magnetno stikalo z nizkim tokom s skritim parom kontaktov, ki se zapreta in odpreta kot odziv na magnetno polje v njegovi bližini. Stiki so skriti znotraj steklene cevi, konci pa so zaključeni iz steklene cevi za zunanjo povezavo.

In z okoli milijardo specifikacij delovanja je tudi funkcionalna življenjska doba teh naprav videti zelo impresivno.

Poleg tega so trstična stikala poceni in so zato primerna za vse vrste električnih in elektronskih aplikacij.

Kdaj je bilo izumljeno stikalo Reed

Trstično stikalo je izumil davnega leta 1945 Dr. W.B. Ellwood , medtem ko je bil zaposlen v Western Electric Corporation v ZDA. Zdi se, da je izum precej naprednejši od obdobja, ko je bil izumljen.

Njegove izjemne prednosti uporabe še naprej niso opazili inženirji elektronike do nedavnega, ko so trstična stikala del številnih ključnih elektronskih in električnih izvedb.

Kako delujejo trstična stikala

V bistvu je trstično stikalo magnetno-mehanski rele. Natančneje se trstično stikalo sproži, ko se mu približa magnetna sila, kar povzroči zahtevano mehansko preklopno delovanje.

Prikaže se lahko standardno trstično relejno stikalo, kot je prikazano na zgornji sliki. Sestavljen je iz para sploščenih feromagnetnih trakov (trstičja), ki so hermetično zaprti v majhni stekleni cevi.

Trstički so trdno pritrjeni na obeh koncih steklene cevi tako, da se njihovi prosti konci v sredini nekoliko prekrivajo z razdaljo približno 0,1 mm.

Med postopkom tesnjenja se zrak v cevi izčrpa in nadomesti s suhim dušikom. To je ključnega pomena za zagotovitev, da kontakti delujejo v inertni atmosferi, kar pomaga ohranjati kontakte brez korozije, odpravlja zračni upor in omogoča dolgotrajnost.

Kako deluje

Osnovno delovanje trstičnega stikala lahko razumemo iz naslednje razlage

Ko se magnetno polje vklopi blizu trstičnega stikala bodisi od stalnega magneta bodisi od elektromagneta, se trsje, ki je feromagnetno, spremeni v del magnetnega vira. To povzroči, da konci trstičja dobijo nasprotno magnetno polarnost.

Če je magnetni tok dovolj močan, privlecite trsje drug proti drugemu v obsegu, ki premaga njihovo vpenjalno togost, in oba konca vzpostavita električni kontakt v središču steklene cevi.

Ko magnetno polje odstranimo, trstiče izgubijo zadrževalno moč in trakovi se pomaknejo nazaj v prvotni položaj.

Rest Switch histereza

Kot to vemo histereza je pojav, pri katerem sistem ne more aktivirati in deaktivirati na določeni fiksni točki.

Kot primer za 12 V električni rele , aktivacijska točka je lahko 11 V, vendar je njena deaktivacijska točka lahko nekje okoli 8,5 V, tokratni zamik med aktivacijsko in deaktivacijsko točko je znan kot histereza.

Podobno lahko za trstično stikalo pri izključitvi trstičja magnet odmaknemo precej dlje od točke, na kateri je bil prvotno aktiviran.

Naslednja slika jasno razloži situacijo

Običajno se trstikasto stikalo zapre, ko magnet pripeljete na razdalji 1 cm od njega, vendar bo morda zaradi magnetne histereze magnet moral premakniti približno 3 centimetre stran, da se kontakti odprejo v prvotni obliki.

Popravljanje učinka histereze v trstičnem stikalu

Zgornjo težavo s histerezo je mogoče zmanjšati do te mere, da preprosto vstavimo drug magnet z obrnjenimi N / S poli na nasprotni strani trstnega stikala, prikazano spodaj:

Prepričajte se, da levi bočni fiksni magnet ni v območju vlečenja trstičnega stikala, namesto da bi bil oddaljen, sicer bo trst ostal zaprt in se bo odprl šele, ko bo desni magnet pritrjen preblizu trstike.

Zato je treba razdaljo fiksnega magneta preizkusiti z nekaj poskusi in napakami, dokler ne dosežemo pravega diferenciala, trs pa se na fiksni točki močno aktivira s premikajočim se magnetom.

Ustvarjanje trdih stikal tipa „Normal-Closed“

Iz zgornjih razprav vemo, da so stiki trstičnega stikala običajno „normalno odprti“.

Trstički se zaprejo, če je magnet blizu telesa naprave. Morda pa obstajajo nekatere aplikacije, pri katerih je trst treba 'normalno zapreti' ali vklopiti in izklopiti ob prisotnosti magnetnega polja.

To je mogoče enostavno doseči bodisi s pristranskostjo naprave z dopolnilnim bližnjim magnetom, kot je prikazano spodaj, bodisi z uporabo 3-polnega tipa trstnega stikala SPDT, kot je prikazano na drugem diagramu spodaj.

V večini sistemov, v katerih se trstično stikalo upravlja s 'trajnim magnetom', je magnet nameščen nad gibljivim elementom, trs pa nameščen na fiksni ali konstantni ploščadi.

Vendar lahko najdete več programov, pri katerih morata biti magnet in trst nameščeni na fiksni ploščadi. Delovanje trstike ON / OFF v takih primerih se nato doseže z izkrivljanjem magnetnega polja s pomočjo zunanjega gibljivega železovega sredstva, kot je razloženo v naslednjem odstavku.

Izvajanje fiksne operacije trstike / magneta

V tej nastavitvi sta magnet in trsak bistveno blizu, kar omogoča, da so trsni kontakti v normalno zaprtem položaju in se odprejo takoj, ko se zunanje izkrivljajoče železovo sredstvo premakne mimo trstike in magneta.

Po drugi strani pa lahko isti koncept uporabimo za doseganje ravno nasprotnih rezultatov. Tu je magnet nastavljen v položaj, ki je ravno dovolj, da trst ostane v normalno odprtem položaju.

Takoj, ko se zunanje železovo sredstvo premakne med trs in magnet, magnetno silo okrepi in ojača železo, ki takoj vleče trstično stikalo in ga aktivira.

Obratovalne ravnine trstičnega stikala

Naslednja slika prikazuje različne linearne ravnine delovanja trstičnega stikala. Če magnet premaknemo čez katero koli ravnino a-a, b-b in c-c, bo trst omogočil normalno delovanje. Izbira magneta pa je lahko precej ključnega pomena, če je način delovanja čez ravnino b-b.

Poleg tega boste morda ugotovili, da se zaradi negativnih vrhov iz krivulje vzorca polja magneta sproži napačen ali napačen trs.

V primerih, ko so negativni vrhovi visoki, se trst lahko večkrat vklopi / izklopi, ko se magnet premika čez konec do konca.

Aktivacijo trstike z rotacijskim gibanjem lahko tudi uspešno izvedemo.

Da bi to dosegli, lahko med številnimi nastavitvami, prikazanimi spodaj, uporabite:

SLIKA A

SLIKA B

SLIKA C

Za sprožitev nastavljenega trstičnega stikala je mogoče uporabiti tudi rotacijsko gibanje. Na sliki A in B so trstična stikala nameščena v fiksnem položaju, medtem ko so magneti pritrjeni z vrtljivim diskom, zaradi česar se magneti pri vsakem vrtenju premikajo mimo trstičnega stikala in trdišče ustrezno vklopi / izklopi.

Na sliki C sta magnet in trstično stikalo tiskovina, medtem ko se med njimi zasuka posebej izrezljan magnetni ščit, tako da greben izmenično prereže magnetno polje pri vsakem vrtenju, zaradi česar se trs odpira in zapira v enakem zaporedju.

Rotacijsko gibanje se lahko uporablja tudi za sprožitev trstičnega stikala. V A in B sta stikali mirujoči in magneti se vrtijo. V primerih C in D sta stikali in magneti mirujoča in stikalo deluje, kadar je izrezni del magnetnega ščita med magnetom in stikalom.

Hitrost preklapljanja je mogoče prilagoditi eno sekundo na več kot 2000 na minuto preprosto s spreminjanjem hitrosti vrtljivega diska.

Življenjska doba trstičnih stikal

Trstična stikala so zasnovana tako, da imajo izjemno dolgo življenjsko dobo, ki se lahko giblje od 100 do 1000 milijonov operacij odpiranja / zapiranja.

Vendar to lahko drži le, dokler je tok nizek, če preklopni tok skozi trstične kontakte presega največjo nazivno vrednost, potem lahko isti trst v nekaj operacijah odpove.

Običajno so trstična stikala ocenjena tako, da delujejo s tokom v območju od 100 mA do 3 amperov, odvisno od velikosti naprave.

Največja dopustna vrednost je določena za popolnoma uporovne obremenitve. Če je obremenitev kapacitivna ali induktivna, morajo biti v tem primeru kontakti trstnega stikala bodisi znatno zmanjšani, bodisi ustrezna zaščita proti snubberju in povratna EMF zaščita, ki je prikazana spodaj:

Dodajanje zaščite pred induktivnimi konicami

Katera koli od zgornjih štirih preprostih metod, ki se uporablja za zaščito trstnega stikala iz induktivnih ali kapacitivnih tokovnih konic.

Za induktivno obremenitev, kot je tuljava releja z enosmernim napajanjem, bo preprost uporni ranž, ocenjen na 8-krat več kot tuljava releja, ravno dovolj, da bo trstni rele varen pred EMF-jem relejske tuljave, kot je prikazano na sliki A.

Čeprav to lahko nekoliko poveča pretok toka v prostem teku v trsju, vendar to vseeno ne bo škodilo trsu.

Ersistor lahko nadomestimo s kondenzatorjem tudi za omogočanje podobne vrste zaščite, kot je prikazano na sliki B.

Običajno se uporabi zaščitno omrežje uporovnega kondenzatorja, kot je prikazano na sliki C, če je napajalnik izmenični. Upor je lahko 150 ohmov 1/4 vata, kondenzator pa je lahko med 0,1 uF in 1 uF.

Ta metoda se je izkazala za najučinkovitejšo in je bila trst varna pred preklopom zaganjalnika motorja že več kot milijon operacij.

Vrednosti R in C lahko določimo z naslednjo formulo

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

Kjer je E tok zaprtega kroga in E napetost odprtega kroga omrežja.

Na sliki C lahko vidimo diodo, priključeno čez trs. Ta zaščita dobro deluje v enosmernih tokokrogih z induktivno obremenitvijo, čeprav je treba pravilno izvesti polarnost diode.

Visokotokovno spreminjanje trstičja

V aplikacijah, ki zahtevajo preklapljanje močnega toka s pomočjo trstičnega stikala, se za preklop močne tokovne obremenitve uporablja vezje triaka, za nadzor preklopa triaka, kot je prikazano spodaj, pa se uporablja trstično stikalo.

Ker je tok vrat bistveno manjši od toka obremenitve, bo trstično stikalo delovalo učinkovito in omogočilo, da se triak lahko preklopi z visoko tokovno obremenitvijo. Tu lahko uporabite celo minutno trstično stikalo in deluje brez težav.

Izbirna 0,1 uF in 100 ohm RC je snubber mreža za zaščito triaka pred visokotokovnimi induktivnimi konicami, če je obremenitev induktivna obremenitev.

Prednosti Reed Switch

Velika prednost trstičnega stikala je njegova sposobnost, da deluje zelo učinkovito, medtem ko preklaplja nizke jakosti tokov in napetosti. To je lahko velika težava pri uporabi običajnega stikala. To je zaradi pomanjkanja ustreznega toka za odpravo uporovne površinske plasti, ki je običajno povezana s standardnimi stikalnimi kontakti.

Nasprotno, trstično stikalo zaradi pozlačenih kontaktnih površin in inertnega ozračja brez težav deluje že več kot milijardo operacij.

V enem od praktičnih preizkusov v uglednem laboratoriju ameriškega podjetja so bila štiri trstična stikala napajana s 120 zaporedji vklopa / izklopa na sekundo z obremenitvijo, ki je delovala s 500 mikrovolti in 100 mikroamperi, enosmerno.

V preskusu je lahko vsaka od trstičnic dosledno dokončala 50 milijonov zapiranj, pri čemer nobena priložnost ni pokazala preklopnega upora več kot 5 ohmov.

Napake trstnega stikala

Čeprav je trstično stikalo izjemno učinkovito, lahko kaže, da odpove, če deluje pod višjimi tokovnimi vhodi. Zaradi močnega toka se stiki porušijo, kar je pogosto opaziti tudi pri običajnih stikalih.

Ta erozija povzroči majhne delce, ki so tudi magnetni, da se zberejo v bližini reže kontaktov in nekako ustvarijo premostitev čez režo. Ta premostitev vrzeli povzroči kratek stik in trsje je videti trajno vklopljeno.

Torej dejansko ni zaradi taljenja kontaktov, temveč zaradi kratkega stika zaradi nabiranja erodiranih delcev, zaradi česar se zdi, da so trsni kontakti kot da so se stopili in stopili.

Specifikacije za standardno univerzalno trstično stikalo

• Največja napetost = 150 V
• Največji tok = 2 ampera
• Največja moč = 25 vatov
• Maks. začetni upor = 50 miliom
• Maks. odpornost na izrabljeno življenjsko dobo = 2 ohma
• Najvišja napetost razgradnje = 500 V
• Hitrost zapiranja = 400 Hz
• Izolacijska upornost = 5000 miliom
• Temperaturno območje = -55 stopinj C do +150 stopinj C
• Kapaciteta kontakta = 1,5 pF
• Vibracije = 10G pri 10-55Hz
• Šok = 15G mini mu m
• Življenjska doba pri nazivni obremenitvi = 5 x 10 ^ 6 operacij
• Življenjska doba pri ničelni obremenitvi = 500 x 10 ^ 6 operacij

Področja uporabe

1. Kazalnik nivoja hidravlične zavorne tekočine, kjer je izvedljivost v osnovi odvisna od naravnosti in enostavnosti uporabe.
2. Štetje v bližini , ki zagotavlja neverjetno preprost pristop k beleženju prehoda železnih predmetov čez določeno vnaprej določeno točko.
3. Preklop varnostne blokade , ki ponuja izjemno stabilnost in enostavnost uporabe aplikacij za zapleteno mehanizirane zasnove. Tu se vgrajena trstična stikala uporabljajo za priključitev vezja za prižig previdne svetilke ali za spodbujanje naslednjih stopenj delovanja.
4. Zaprto preklapljanje v vnetljivih okoljih , se izogne ​​možnosti zgorevanja tudi v atmosferi, kjer je prah, kjer je težko zanesti standardna odprta stikala, zlasti v hladnem vremenu, kjer lahko običajna stikala preprosto zmrznejo.
5. V radioaktivnem okolju , kjer magnetno delo pomaga ohraniti verodostojnost zaščite.

Nekatera druga vezja aplikacij, objavljena na tej spletni strani

Plavajoče stikalo : Reed stikala se lahko uporabljajo za učinkovita plavajoča stikala brez korozije regulatorji nivoja vode. Ker so trstična stikala zatesnjena, se izognemo stiku z vodo in sistem brez težav deluje neskončno.

Alarm za kapljanje pacienta : To vezje uporablja trstično stikalo za aktiviranje alarma, ko se kapljični paket, povezan s pacientom, izprazni. Alarm omogoča medicinski sestri, da takoj pozna situacijo in prazno kapnico nadomesti z novo embalažo.

Magnetni alarm za vrata : V tej aplikaciji se trstično stikalo aktivira ali deaktivira, ko se sosednji magnet premakne z odpiranjem ali zapiranjem vrat. Alarm uporabnika opozori na delovanje vrat.

Števec navitja transformatorja : Tu trstično stikalo upravlja magnet, pritrjen na vrtljivem kolesu za navijanje, ki števcu omogoča, da od aktivacije trstike dobi časovni signal za vsako vrtenje navijanja.

Krmilnik za odpiranje / zapiranje vrat : Reed stikala delujejo tudi kot polprevodniška končna stikala. V tem vezju krmilnika vrat trstično stikalo omeji odpiranje ali zapiranje vrat z izklopom motorja, kadar koli vrata dosežejo svoje največje drsne meje.