Jazýčkový spínač - pracovní, aplikační obvody

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





V tomto příspěvku se komplexně dozvídáme o fungování jazýčkového spínače a o tom, jak vytvořit jednoduché obvody jazýčkového spínače.

Co je to Reed Switch

Jazýčkový spínač, nazývaný také jazýčkové relé, je nízkoproudý magnetický spínač se skrytým párem kontaktů, které se uzavírají a otevírají v reakci na magnetické pole v jeho blízkosti. Kontakty jsou skryty uvnitř skleněné trubice a její konce jsou zakončeny ze skleněné trubice pro vnější připojení.



A s přibližně miliardou provozních specifikací vypadá funkční životnost těchto zařízení také velmi působivě.

Jazýčkové spínače jsou navíc levné, a proto se stávají vhodnými pro všechny typy elektrických a elektronických aplikací.



Kdy byl spínač Reed vynalezen

Reed switch byl vynalezen již v roce 1945, autorem Dr. W.B. Ellwood , zatímco je zaměstnán ve společnosti Western Electric Corporation v USA. Vynález se zdá být mnohem pokročilejší než období, kdy byl vynalezen.

Jeho obrovské aplikační výhody zůstali elektronickými inženýry nepovšimnuty, až do nedávné doby, kdy se jazýčkové spínače stávají součástí mnoha klíčových elektronických a elektrických implementací.

Jak fungují spínače Reed

Jazýčkový spínač je v zásadě magneto-mechanické relé. Přesněji řečeno, jazýčkový spínač pracuje, když se k němu přivede magnetická síla, což má za následek požadovaný mechanický spínací účinek.

Je možné sledovat standardní spínač jazýčkového relé, jak je znázorněno na obrázku výše. Je tvořen dvojicí zploštělých feromagnetických pásů (rákosí), které jsou hermeticky uzavřeny v malé skleněné trubici.

Rákosí je pevně upnuto na obou koncích skleněné trubice tak, že jejich volné konce jsou ve středu mírně překryty s roztečí přibližně 0,1 mm.

Během procesu utěsnění je vzduch uvnitř trubky odčerpán a nahrazen suchým dusíkem. To je zásadní pro zajištění toho, aby kontakty fungovaly v inertní atmosféře, která pomáhá udržovat kontakty bez koroze, eliminovat odpor vzduchu a prodloužit jejich životnost.

Jak to funguje

Základní fungování jazýčkového spínače lze pochopit z následujícího vysvětlení

Když je magnetické pole zavedeno v blízkosti jazýčkového spínače buď z permanentního magnetu, nebo z elektromagnetu, rákosí se feromagnetické změní na část magnetického zdroje. To způsobí, že konce rákosu získají opačnou magnetickou polaritu.

Pokud je magnetický tok dostatečně silný, přitáhněte rákosí k sobě do té míry, že překoná jejich upínací tuhost, a jejich dva konce vytvoří elektrický kontakt ve středu skleněné trubice.

Když je magnetické pole odstraněno, rákos ztratí svoji přídržnou sílu a proužky se vrátí zpět do své původní polohy.

Hystereze jazýčkového spínače

Jak to víme hystereze je jev, při kterém se systém nedokáže aktivovat a deaktivovat v určitém pevném bodě.

Jako příklad pro 12 V. elektrické relé , aktivační bod může být 11 V, ale jeho deaktivační bod může být někde kolem 8,5 V, tato časová prodleva mezi aktivačními a deaktivačními body je známá jako hystereze.

Podobně u jazýčkového spínače může deaktivace jeho jazýčků vyžadovat posunutí magnetu mnohem dále od bodu, ve kterém byl původně aktivován.

Následující obrázek jasně vysvětluje situaci

Jazýčkový spínač se obvykle zavře, když je magnet přiveden do vzdálenosti 1 palce od něj, ale může být nutné magnet přesunout o 3 palce, aby se kontakty otevřely do původní podoby, kvůli magnetické hysterezi.

Oprava účinku hystereze v jazýčkovém spínači

Výše uvedený problém s hysterezí lze do jisté míry snížit jednoduchým zavedením dalšího magnetu s obrácenými póly N / S na opačné straně jazýčkového spínače, jak je znázorněno níže:

Ujistěte se, že pevný magnet na levé straně není v dosahu zasunutí jazýčkového spínače, spíše v určité vzdálenosti, jinak jazýček zůstane zavřený a otevře se pouze tehdy, když je magnet na pravé straně přiblížen k jazýčku.

Proto musí být vzdálenost fixovaného magnetu experimentována s určitým pokusem a omylem, dokud není dosaženo správného rozdílu, a rákos se aktivuje ostře v pevném bodě pohyblivým magnetem.

Vytváření jazýčkového spínače typu „normálně zavřený“

Z výše uvedených diskusí víme, že kontakty jazýčkového spínače jsou obvykle typu „normálně otevřený“.

Rákosí se zavírají, pokud je magnet držen v blízkosti těla zařízení. Mohou však existovat určité aplikace, ve kterých může být vyžadováno, aby byl jazýček „normálně uzavřen“ nebo zapnut a vypnut v přítomnosti magnetického pole.

Toho lze snadno dosáhnout buď předpětím zařízení pomocí doplňkového blízkého magnetu, jak je ukázáno níže, nebo použitím jazýčkového spínače typu SPDT se třemi svorkami, jak je uvedeno v druhém schématu níže.

Ve většině systémů, ve kterých je jazýčkový spínač ovládán permanentním magnetem, je magnet instalován na pohyblivý prvek a jazýček je instalován na pevnou nebo konstantní plošinu.

Můžete však najít několik programů, kde magnet i rákos musí být umístěny přes pevnou plošinu. Provoz ZAPNUTÍ / VYPNUTÍ rákosu se v takových případech poté dosáhne zkreslením magnetického pole pomocí vnějšího pohybujícího se železného činidla, jak je vysvětleno v následujícím odstavci.

Implementace provozu s pevným jazýčkem / magnetem

V tomto nastavení jsou magnet a jazýček udržovány významně blízko, což umožňuje, aby kontakty jazýčku byly v normálně uzavřené situaci, a otevírá se, jakmile se vnější zkreslující železné činidlo pohybuje mezi rákosem a magnetem.

Na druhou stranu lze stejný koncept použít pro získání přesně opačných výsledků. Zde je magnet nastaven do polohy, která stačí k udržení rákosu v normálně otevřené poloze.

Jakmile se vnější železná látka pohne mezi rákosem a magnetem, magnetická síla se zvýší a zesílí železnou látkou, která okamžitě zatáhne jazýčkový spínač a aktivuje jej.

Provozní roviny jazýčkového spínače

Následující obrázek ukazuje různé lineární provozní roviny jazýčkového spínače. Pokud pohybujeme magnetem po kterékoli z rovin a-a, b-b a c-c, umožní to rákosu normálně fungovat. Volba magnetu však může být docela zásadní, pokud je provozní režim napříč rovinou b-b.

Kromě toho můžete najít falešné nebo falešné spouštění rákosu kvůli negativním špičkám z křivky pole pole magnetu.

V situacích, kdy jsou záporné špičky vysoké, se rákos může několikrát zapnout / vypnout, když se magnet pohybuje kolem konce konce rákosu.

Aktivaci rákosu prostřednictvím rotačního pohybu lze také úspěšně realizovat.

K dosažení tohoto cíle můžete použít mnoho z níže uvedených nastavení:

OBRÁZEK ​​A

OBRÁZEK ​​B

OBRÁZEK ​​C.

Je také možné použít rotační pohyb pro spuštění nastavení jazýčkového spínače. Na obrázku A a B jsou jazýčkové spínače instalovány ve pevné poloze, zatímco magnety jsou připevněny k rotujícímu disku, což způsobuje, že se magnety pohybují kolem jazýčkového spínače při každé rotaci a odpovídajícím způsobem zapínají / vypínají jazýček.

Na obrázku C jsou magnet a jazýčkový spínač oba psací potřeby, zatímco mezi nimi se otáčí speciálně vyřezávaná magnetická vačková clona tak, že vačka stříhá magnetické pole střídavě při každé rotaci, čímž se rákos otevírá a zavírá ve stejném pořadí

Rotační pohyb lze také použít k ovládání jazýčkového spínače, v A a B jsou spínače stacionární a magnety se otáčejí. V příkladech C a D jsou spínače i magnety stacionární a spínač pracuje, kdykoli je výřezová část magnetického štítu mezi magnetem a spínačem.

Rychlost přepínání lze upravit za jednu sekundu na více než 2 000 za minutu jednoduše změnou rychlosti rotujícího disku.

Životnost jazýčkových spínačů

Jazýčkové spínače jsou navrženy tak, aby měly extrémně vysokou životnost, která se může pohybovat od 100 milionů do 1 000 milionů operací otevření / zavření.

To však může být pravda, pouze pokud je proud nízký, pokud spínací proud přes kontakty jazýčku překročí maximální jmenovitou hodnotu, pak může stejný jazýček selhat během několika operací.

Jazýčkové spínače jsou obvykle dimenzovány tak, aby pracovaly s proudem v rozsahu 100 mA až 3 A v závislosti na velikosti zařízení.

Maximální přípustná hodnota je uvedena pro čistě odporová zatížení. Pokud je zátěž kapacitní nebo indukční, v takovém případě musí být kontakty jazýčkového spínače buď podstatně snížené, nebo musí být na svorkách jazýčku aplikována příslušná ochrana tlumiče a ochrana proti zpětnému elektromagnetickému rušení, jak je uvedeno níže:

Přidání ochrany proti indukčním špičkám

Kterákoli z výše uvedených čtyř jednoduchých metod se používá k umožnění ochrany jazýčkového spínače před špičkami indukčního nebo kapacitního proudu.

Pro indukční zátěž, jako je reléová cívka se stejnosměrným napájením, bude stačit jednoduchý odporový bočník s 8krát vyšším odporem než cívka relé, aby bylo jazýčkové relé v bezpečí před zpětnými elektromagnetickými cívkami relé, jak je znázorněno na obrázku A.

To sice může mírně zvýšit tok volnoběžného proudu v rákosu, ale to rákos i tak nepoškodí.

Erzistor lze nahradit kondenzátorem také pro umožnění podobného druhu ochrany, jak je znázorněno na obrázku B.

Typicky se používá ochranná síť rezistorových kondenzátorů, jak je uvedeno na obrázku C, v případě, že je zdrojem střídavý proud. Odpor může být 150 ohm 1/4 watt a kondenzátor může být cokoli mezi 0,1 uF a 1 uF.

Ukázalo se, že tato metoda je nejúčinnější a úspěšně chrání rákos před přepínáním motorových spouštěčů po více než milion operací.

Hodnoty R a C lze určit pomocí následujícího vzorce

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

Kde E je proud v uzavřeném obvodu a E je napětí v otevřeném obvodu sítě.

Na obrázku C vidíme diodu připojenou přes rákos. Tato ochrana funguje dobře v DC obvodech s indukční zátěží, i když polarita diody musí být správně implementována.

Vysokoproudé přepínání rákosu

V aplikacích, které vyžadují spínání silného proudu pomocí jazýčkového spínače, se pro spínání silnoproudé zátěže používá triakový obvod a jazýčkový spínač se používá pro ovládání hradlového spínání triaku, jak je znázorněno níže

Protože proud brány je podstatně menší než proud zátěže, jazýčkový spínač bude fungovat efektivně a umožní přepnutí triaku s vysokým proudovým zatížením. Lze zde použít i minutový jazýčkový spínač, který bude fungovat bez problémů.

Volitelná 0,1 uF a 100 ohmová RC je tlumicí síť pro ochranu triaku před indukčními špičkami vysokého proudu, pokud je zátěž indukční zátěží.

Výhody jazýčkového spínače

Velkou výhodou jazýčkového spínače je jeho schopnost pracovat velmi efektivně při přepínání nízkých velikostí proudů a napětí. To může být při použití běžného přepínače významný problém. Důvodem je nedostatek adekvátního proudu k eliminaci odporové povrchové vrstvy, která je obvykle spojena se standardními spínacími kontakty.

Naopak, jazýčkový spínač v důsledku pozlacených kontaktních ploch a inertní atmosféry úspěšně funguje bez problémů více než miliardu operací.

V jednom z praktických testů v renomované laboratoři společnosti v USA byly čtyři jazýčkové spínače napájeny 120 sekvencemi ON / OFF za sekundu prostřednictvím zátěže pracující s 500 mikrovolty a 100 mikroampéry, stejnosměrný proud.

V testu každý z rákosí mohl dokončit 50 milionů uzávěrů důsledně, přičemž ani jedna příležitost nevykazovala spínaný odpor nad 5 ohmů.

Selhání jazýčkového spínače

I když je extrémně efektivní, jazýčkový spínač může vykazovat tendenci k selhání, pokud je provozován pod vstupy s vyšším proudem. Vysoký proud způsobuje erodování kontaktů, což je také běžně vidět u běžných spínačů.

Tato eroze má za následek, že se malé částice, které jsou také magnetické, shromažďují v blízkosti mezery kontaktů a nějakým způsobem vytvářejí přemostění přes mezeru. Toto přemostění mezery způsobí zkrat a rákosí se zdá být trvale zapnuté.

Ve skutečnosti to tedy není kvůli roztavení kontaktů, ale spíše zkratu kvůli hromadění erodovaných částic, které způsobí, že jazýčkové kontakty vypadají, jako by se roztavily a roztavily.

Specifikace standardního univerzálního jazýčkového spínače

  • Maximální napětí = 150 V
  • Maximální proud = 2 ampéry
  • Maximální výkon = 25 wattů
  • Max. počáteční odpor = 50 miliohmů
  • Max. odolnost na konci životnosti = 2 Ohmy
  • Špičkové průrazné napětí = 500 V
  • Uzavírací frekvence = 400 Hz
  • Izolační odpor = 5 000 miliohmů
  • Teplotní rozsah = -55 ° C až +150 ° C
  • Kontaktní kapacita = 1,5 pF
  • Vibrace = 10G při 10-55Hz
  • Šok = 15G mini mu m
  • Životnost při jmenovitém zatížení = 5 x 10 ^ 6 operací
  • Životnost při nulovém zatížení = 500 x 10 ^ 6 operací

Oblasti použití

  1. Ukazatel hladiny hydraulické brzdové kapaliny, kde se proveditelnost zásadně spoléhá na přímočarost a snadné použití.
  2. Počítání vzdálenosti , což přináší neuvěřitelně jednoduchý přístup k záznamu průchodu železných předmětů přes stanovený předem určený bod.
  3. Přepínání bezpečnostního blokování , nabízející mimořádnou stabilitu a snadné použití aplikací pro složitě mechanizované návrhy. Zde se integrované jazýčkové spínače používají k připojení obvodu k rozsvícení varovné lampy nebo k vyvolání dalších fází provozu.
  4. Uzavřené spínání v hořlavém prostředí , obchází možnost spalování také v prašných atmosférách, kde je těžké se spolehnout na standardní otevřené spínače, a zejména v chladném počasí, kde by běžné spínače mohly jednoduše zamrznout.
  5. V radioaktivním prostředí , kde magnetická práce pomáhá zachovat důvěryhodnost stínění.

Některé další aplikační obvody zveřejněné na tomto webu

Plovákový spínač : Jazýčkové spínače lze použít pro účinné plovákové spínače pro kontrolu hladiny vody bez koroze. Vzhledem k tomu, že jazýčkové spínače jsou utěsněny, nedochází ke kontaktu s vodou a systém bez problémů funguje nekonečně dlouho.

Alarm odkapávání pacienta : Tento obvod používá jazýčkový spínač k aktivaci alarmu, když se odkapávací balíček připojený k pacientovi vyprázdní. Alarm umožňuje zdravotní sestře okamžitě poznat situaci a nahradit prázdnou kapačku novým balíčkem.

Magnetický alarm dveří : V této aplikaci se jazýčkový spínač aktivuje nebo deaktivuje, když se sousedním magnetem pohne otevřením nebo zavřením dveří. Výstraha upozorní uživatele na provoz dveří.

Počitadlo vinutí transformátoru : Zde je jazýčkový spínač ovládán magnetem připevněným na rotujícím navíjecím kole, což umožňuje počitadlu získat hodinový signál pro každou rotaci navíjení z aktivace jazýčku.

Regulátor otevírání / zavírání brány : Jazýčkové spínače fungují skvěle také jako polovodičové polohové spínače. V tomto obvodu ovladače brány jazýčkový spínač omezuje otevírání nebo zavírání brány vypínáním motoru, kdykoli brána dosáhne svých maximálních mezních hodnot.




Předchozí: Vysvětlení základní elektroniky Další: Obvod zesilovače LM4862 - lepší alternativa LM386