Om du besöker en modern fabrik och observerar den fantastiska elektroniken i arbete i en monteringscell, kommer du att se en mängd olika sensorer utställda. De flesta av dessa sensorer har separata ledningar för positiv spänningsförsörjning, jord och signal. Genom att applicera ström kan en sensor göra sitt jobb, oavsett om det handlar om att observera närvaron av ferromagnetiska metaller i närheten eller skicka ut en ljusstråle som en del av anläggningens säkerhetssystem. De enkla mekaniska brytarna som utlöser dessa sensorer, som tungströmbrytaren, behöver bara två ledningar för att göra sitt jobb. Dessa brytare aktiveras med hjälp av magnetfält.
Vad är en Reed-brytare?
Reed-brytaren föddes 1936. Den var WB Ellwoods påhitt på Bell Telephone Laboratories, och den fick sitt patent 1941. Brytaren ser ut som en liten glaskapsel med elektriska ledningar som sticker ut ur varje ände.
Hur fungerar en reedbrytare?
Omkopplingsmekanismen består av två ferromagnetiska blad, separerade med bara några få mikrometer. När en magnet närmar sig dessa blad drar de två bladen mot varandra. När bladen vidrör varandra stänger de de normalt öppna (NO) kontakterna, vilket gör att elektricitet kan flöda. Vissa tungkontakter innehåller också en icke-ferromagnetisk kontakt, som bildar en normalt sluten (NC) utgång. En närmande magnet kommer att koppla bort kontakten och dra sig loss från omkopplingskontakten.
Kontakter tillverkas av en mängd olika metaller, inklusive volfram och rodium. Vissa varianter använder till och med kvicksilver, vilket måste hållas i rätt riktning för att bryta korrekt. Ett glashölje fyllt med inert gas – vanligtvis kväve – förseglar kontakterna vid ett inre tryck under en atmosfär. Förseglingen isolerar kontakterna, vilket förhindrar korrosion och eventuella gnistor som kan uppstå vid kontaktrörelser.
Reed-switchapplikationer i den verkliga världen
Du hittar sensorer i vardagliga föremål som bilar och tvättmaskiner, men en av de mest framträdande platserna där dessa brytare/sensorer fungerar är i inbrottslarm. Faktum är att larm är en nästan perfekt tillämpning för denna teknik. Ett rörligt fönster eller en rörlig dörr innehåller en magnet, och sensorn sitter på basen och skickar en signal tills magneten tas bort. Med fönstret öppet – eller om någon klipper av kabeln – ljuder ett larm.
Även om inbrottslarm är ett utmärkt användningsområde för tungkontakter, kan dessa enheter vara ännu mindre. En miniatyriserad brytare passar inuti medicintekniska produkter som kallas PillCams. När patienten sväljer den lilla sonden kan läkaren aktivera den med en magnet utanför kroppen. Denna fördröjning sparar ström tills sonden är korrekt placerad, vilket innebär att batterierna inbyggda kan vara ännu mindre, en kritisk funktion i något som är utformat för att färdas genom en människas matsmältningskanal. Förutom sin lilla storlek illustrerar denna applikation också hur känsliga de kan vara, eftersom dessa sensorer kan fånga upp ett magnetfält genom människokött.
Reed-brytare kräver inte en permanentmagnet för att aktivera dem; ett elektromagnetrelä kan slå på dem. Eftersom Bell Labs ursprungligen utvecklade dessa brytare är det inte förvånande att telefonindustrin använde reed-reläer för styr- och minnesfunktioner tills allt blev digitalt på 1990-talet. Denna typ av relä utgör inte längre ryggraden i vårt kommunikationssystem, men de är fortfarande vanliga i många andra tillämpningar idag.
Fördelar med Reed-reläer
Halleffektsensorn är en halvledarenhet som kan detektera magnetfält, och det är ett alternativ till tungkontakten. Halleffekter är verkligen lämpliga för vissa tillämpningar, men tungkontakter har överlägsen elektrisk isolering jämfört med sina halvledarenheter, och de möter mindre elektriskt motstånd på grund av slutna kontakter. Dessutom kan tungkontakter fungera med en mängd olika spänningar, belastningar och frekvenser, eftersom kontakten helt enkelt fungerar som en ansluten eller frånkopplad kabel. Alternativt behöver du stödjande kretsar för att Hallsensorer ska kunna göra sitt jobb.
Reed-brytare har otroligt hög tillförlitlighet för att vara en mekanisk brytare, och de kan fungera i miljarder cykler innan de går sönder. Dessutom, på grund av sin tätade konstruktion, kan de fungera i explosiva miljöer där en gnista potentiellt kan få katastrofala resultat. Reed-brytare må vara en äldre teknik, men de är långt ifrån föråldrade. Du kan applicera paket som innehåller reed-brytare på kretskort (PCB) med hjälp av automatiserade pick-and-place-maskiner.
Din nästa version kan kräva en mängd olika integrerade kretsar och komponenter, som alla har lanserats under de senaste åren, men glöm inte den enkla tungkontakten. Den utför sin grundläggande kopplingsuppgift på ett briljant enkelt sätt. Efter över 80 års användning och utveckling kan du lita på att tungkontaktens beprövade design fungerar konsekvent.
Publiceringstid: 22 april 2024