Reed-schakelaar - Werking, applicatiecircuits

In deze post leren we uitgebreid over het functioneren van reedschakelaars en hoe je eenvoudige reedschakelcircuits kunt maken.

Wat is Reed Switch

Reed-schakelaar, ook wel reed-relais genoemd, is een magnetische schakelaar met lage stroomsterkte met een verborgen paar contacten die sluiten en openen als reactie op een magnetisch veld in de buurt. De contacten zijn verborgen in een glazen buis en de uiteinden eindigen in de glazen buis voor externe verbinding.

En met een bedrijfsspecificatie van ongeveer een miljard, ziet de functionele levensduur van deze apparaten er ook erg indrukwekkend uit.

Bovendien zijn reed-schakelaars goedkoop en daardoor geschikt voor alle soorten elektrische, elektronische toepassingen.

Wanneer werd Reed-schakelaar uitgevonden

Reed-schakelaar werd al in het jaar 1945 uitgevonden door Dr. W.B. Ellwood , terwijl hij werkzaam was bij de Western Electric Corporation in de VS. De uitvinding lijkt ver gevorderd dan de periode waarin ze werd uitgevonden.

De enorme toepassingsvoordelen bleven onopgemerkt door de elektronische ingenieurs, tot de recente tijden dat reed-schakelaars een onderdeel worden van veel cruciale elektronische en elektrische implementaties.

Hoe Reed Switches werken

In wezen is een reed-schakelaar een magneto-mechanisch relais. Om preciezer te zijn, wordt de werking van een reedschakelaar geïnitieerd wanneer een magnetische kracht er dichtbij wordt gebracht, wat resulteert in de vereiste mechanische schakelactie.

Een standaard reed-relaisschakelaar kan worden waargenomen, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Het bestaat uit een paar afgeplatte ferromagnetische stroken (riet) die hermetisch zijn afgesloten in een kleine glazen buis.

De rietjes worden stevig aan beide uiteinden van de glazen buis vastgeklemd, zodanig dat hun vrije uiteinden in het midden licht overlappen met een scheiding van ongeveer 0,1 mm.

Tijdens het sealen wordt de lucht in de buis weggepompt en vervangen door droge stikstof. Dit is cruciaal om ervoor te zorgen dat de contacten in een inerte atmosfeer werken, wat helpt om de contacten corrosievrij te houden, luchtweerstand te elimineren en lang mee te gaan.

Hoe het werkt

De basiswerking van een reedschakelaar kan worden begrepen uit de volgende uitleg

Wanneer een magnetisch veld wordt geïntroduceerd in de buurt van een reedschakelaar, hetzij van een permanente magneet, hetzij van een elektromagneet, worden de ferromagnetische rieten een deel van de magnetische bron. Hierdoor krijgen de uiteinden van de tongen een tegengestelde magnetische polariteit.

Als de magnetische flux voldoende sterk is, trek dan de rieten naar elkaar toe in een mate die hun klemvastheid overwint, en hun twee uiteinden brengen een elektrisch contact tot stand in het midden van de glazen buis.

Wanneer het magnetische veld wordt verwijderd, verliezen de rieten hun houdkracht en veren de stroken terug naar hun oorspronkelijke positie.

Hysterese reedschakelaar

Zoals we dat weten hysterese is een fenomeen waarbij het systeem niet in staat is om op een bepaald vast punt te activeren en deactiveren.

Als voorbeeld voor een 12 V elektrisch relais , het activeringspunt kan 11 V zijn, maar het deactiveringspunt kan ergens rond de 8,5 V liggen, dit tijdsverschil tussen de activerings- en deactiveringspunten staat bekend als hysterese.

Evenzo kan voor een reedschakelaar het deactiveren van de tongen vereisen dat de magneet veel verder weg wordt bewogen van het punt waarop deze aanvankelijk werd geactiveerd.

De volgende afbeelding legt de situatie duidelijk uit

Typisch zal een reedschakelaar sluiten wanneer de magneet op een afstand van 2,5 cm van de magneet wordt gebracht, maar het kan nodig zijn dat de magneet ongeveer 7,5 cm verwijderd wordt om de contacten in zijn oorspronkelijke vorm te openen, vanwege magnetische hysterese.

Hysterese-effect in reedschakelaar corrigeren

Het bovenstaande hystereseprobleem kan tot een enorme omvang worden verminderd door eenvoudig een andere magneet met een omgekeerde N / S-polen aan de andere kant van de reedschakelaar te introduceren, zoals hieronder wordt weergegeven:

Zorg ervoor dat de linker vaste magneet zich niet binnen het intrekbereik van de reedschakelaar bevindt, maar op enige afstand, anders blijft het riet gesloten en gaat het pas open als de rechter magneet te dicht bij het riet wordt gebracht.

Daarom moet de afstand van de vaste magneet met wat vallen en opstaan ​​worden geëxperimenteerd totdat het juiste differentieel is bereikt en het riet op een vast punt scherp wordt geactiveerd door de bewegende magneet.

Het creëren van een 'normaal gesloten' type reedschakelaar

Uit de bovenstaande discussies weten we dat de contacten van een reed-schakelaar typisch 'normaal open' zijn.

De tongen sluiten als een magneet dicht bij het apparaat wordt gehouden. Maar er kunnen bepaalde toepassingen zijn waarbij het riet mogelijk 'normaal gesloten' moet zijn of AAN moet staan ​​en moet worden uitgeschakeld in de aanwezigheid van een magnetisch veld.

Dit kan eenvoudig worden bereikt door het apparaat voor te spannen met een complementaire magneet in de buurt, zoals hieronder wordt aangetoond, of door een reedschakelaar van het type SPDT met 3 aansluitingen te gebruiken, zoals aangegeven in het tweede diagram hieronder.

In de meeste systemen waarin een reedschakelaar wordt bediend via 'een permanente magneet', wordt de magneet boven een bewegend element geïnstalleerd en wordt het riet boven een vast of constant platform geïnstalleerd.

Het is echter mogelijk dat u verschillende programma's vindt waarbij zowel de magneet als het riet boven een vast platform moeten worden geplaatst. De AAN / UIT-werking van het riet in dergelijke gevallen wordt dan bereikt door het magnetische veld te vervormen met behulp van een extern bewegend ijzerhoudend middel, zoals uitgelegd in de volgende paragraaf.

Implementeren van vaste riet- / magneetwerking

In deze opstelling worden de magneet en het riet aanzienlijk dichtbij gehouden, waardoor de reedcontacten zich in een normaal gesloten toestand kunnen bevinden, en het gaat open zodra het externe vervormende ijzerhoudende agens tussen het riet en de magneet voorbij beweegt.

Aan de andere kant kan hetzelfde concept worden toegepast om precies de tegenovergestelde resultaten te krijgen. Hier wordt de magneet ingesteld op een positie die net genoeg is om het riet in de normaal geopende positie te houden.

Zodra het externe ferromiddel tussen het riet en de magneet wordt bewogen, wordt de magnetische kracht versterkt en versterkt door het ferromiddel dat de reedschakelaar onmiddellijk naar binnen trekt en activeert.

Operationele vliegtuigen van een reedschakelaar

De volgende afbeelding toont verschillende lineaire werkingsvlakken voor een reedschakelaar. Als we de magneet over een van de vlakken a-a, b-b en c-c bewegen, kan het riet normaal werken. Het selecteren van de magneet kan echter nogal cruciaal zijn als de bedieningsmodus zich over het b-b-vlak bevindt.

Bovendien kunt u valse of valse reed-triggering vinden als gevolg van negatieve pieken in de veldpatrooncurve van de magneet.

In situaties waar de negatieve pieken hoog zijn, kunnen de tongen verschillende keren AAN / UIT worden geschakeld als de magneet langs het uiteinde naar de uiteinde van het riet beweegt.

Activering van het riet door een roterende beweging kan ook met succes worden geïmplementeerd.

Om dit te bereiken, kunt u een van de vele onderstaande opstellingen gebruiken:

FIGUUR A

AFBEELDING B

AFBEELDING C

Het is ook mogelijk om een ​​roterende beweging te gebruiken om een ​​reedschakelaaropstelling te activeren. In figuur A en B zijn de reedschakelaars in een vaste positie geïnstalleerd, terwijl magneten zijn bevestigd met de roterende schijf waardoor de magneten bij elke rotatie langs de reedschakelaar bewegen, waardoor het reed dienovereenkomstig AAN / UIT wordt geschakeld.

In figuur C zijn de magneet en de reedschakelaar beide stationair, terwijl een speciaal uitgesneden magnetische schildnok daartussen wordt gedraaid, zodat de nok het magnetische veld afwisselend bij elke rotatie afsnijdt, waardoor het riet in dezelfde volgorde opent en sluit

Draaibeweging kan ook worden gebruikt om een ​​reedschakelaar te bedienen. In A en B zijn de schakelaars stationair en draaien de magneten. In voorbeelden C en D zijn zowel de schakelaars als de magneten stationair en werkt de schakelaar wanneer het uitgesneden gedeelte van de magnetische afscherming zich tussen magneet en schakelaar bevindt.

De schakelsnelheden kunnen één seconde tot ruim 2000 per minuut worden aangepast door simpelweg de snelheid van de roterende schijf te veranderen.

Levensduur van reedschakelaars

Reed-schakelaars zijn ontworpen om een ​​extreem lange levensduur te hebben, die kan variëren van 100 miljoen tot 1000 miljoen open / dicht-bewerkingen.

Dit kan echter alleen waar zijn zolang de stroom laag is, als de schakelstroom door de reed-contacten de maximale nominale waarde overschrijdt, kan hetzelfde reed binnen enkele bewerkingen uitvallen.

Typisch zijn reed-schakelaars geschikt om te werken met stroom binnen een bereik van 100 mA tot 3 Amp, afhankelijk van de grootte van het apparaat.

De maximaal toelaatbare waarde is gespecificeerd voor puur ohmse belastingen. Als de belasting capacitief of inductief is, moeten in dat geval de contacten van de reedschakelaar ofwel substantieel gereduceerd zijn of moeten de juiste snubberbescherming en omgekeerde EMF-bescherming worden toegepast over de reedaansluitingen, zoals hieronder weergegeven:

Bescherming toevoegen tegen inductieve pieken

Elk van de bovenstaande vier eenvoudige methoden wordt gebruikt om een ​​reedschakelaar te beschermen tegen inductieve of capacitieve stroompieken.

Voor een inductieve belasting, zoals een relaisspoel met een DC-voeding, is een eenvoudige weerstandsshunt met een nominale waarde van 8 keer meer dan de relaisspoel net voldoende om het reedrelais te beschermen tegen de EMV's van de relaisspoel, zoals weergegeven in afbeelding A.

Hoewel dit de ruststroom in het riet iets kan verhogen, maar dat sowieso niet schadelijk is voor het riet.

De ersistor kan worden vervangen door een condensator om ook een soortgelijke bescherming mogelijk te maken, zoals weergegeven in afbeelding B.

Typisch wordt een beschermingsnetwerk voor weerstandscondensatoren toegepast zoals aangegeven in afbeelding C, voor het geval de voeding een wisselstroom is. De weerstand kan 150 ohm 1/4 watt zijn en de condensator kan tussen 0,1 uF en 1 uF zijn.

Het is bewezen dat deze methode het meest effectief is, en is erin geslaagd het riet gedurende meer dan een miljoen bewerkingen te beschermen tegen het omschakelen van de motorstarter.

De waarde R en C kan worden bepaald met de volgende formule

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

Waar E is de gesloten circuitstroom en E is de nullastspanning van het netwerk.

In figuur C zien we een diode die over het riet is aangesloten. Deze bescherming werkt goed in DC-circuits met inductieve belasting, hoewel de polariteit van de diode correct moet worden geïmplementeerd.

Rietwissel met hoge stroomsterkte

In toepassingen die een sterke stroomomschakeling vereisen met behulp van een reed-schakelaar, wordt een triac-schakeling gebruikt voor het schakelen van de zware stroombelasting en wordt een reed-schakelaar gebruikt voor het regelen van de poortschakeling van de triac, zoals hieronder weergegeven

Omdat de poortstroom aanzienlijk lager is dan de belastingsstroom, zal de reed-schakelaar efficiënt werken en kan de triac worden geschakeld met de hoge stroombelasting. Zelfs een minuut reed-schakelaar kan hier worden toegepast, en zal zonder problemen werken.

De optionele 0,1 uF en de 100 ohm RC is een snubber-netwerk om de triac te beschermen tegen inductieve pieken met hoge stroomsterkte, als de belasting een inductieve belasting is.

Voordelen van Reed Switch

Een groot voordeel van de reed-schakelaar is het vermogen om zeer efficiënt te werken bij het schakelen van kleine stromen en spanningen. Dit kan een aanzienlijk probleem zijn wanneer een gewone schakelaar wordt gebruikt. Dit komt door een gebrek aan voldoende stroom om de resistieve oppervlaktelaag te elimineren die normaal geassocieerd is met standaard schakelcontacten.

Integendeel, een reed-schakelaar werkt dankzij zijn vergulde contactoppervlakken en inerte atmosfeer probleemloos voor meer dan een miljard operaties.

In een van de praktijktests in een gerenommeerd Amerikaans bedrijfslaboratorium werden vier reedschakelaars gevoed met 120 AAN / UIT-sequenties per seconde door een belasting die werkte met 500 microvolt en 100 microampère, gelijkstroom.

In de test kon elk van de tongen 50 miljoen sluitingen consistent voltooien, waarbij geen enkele gelegenheid een geschakelde weerstand van meer dan 5 ohm vertoonde.

Fouten in de reedschakelaar

Hoewel uiterst efficiënt, kan reed-schakelaar de neiging vertonen om te falen als deze wordt gebruikt met hogere stroomingangen. Hoge stroom zorgt ervoor dat de contacten eroderen, wat ook vaak voorkomt bij gewone schakelaars.

Deze erosie resulteert in kleine deeltjes die ook magnetisch zijn om zich te verzamelen nabij de opening van de contacten en op de een of andere manier een overbrugging over de opening vormen. Dit overbruggen van de opening veroorzaakt kortsluiting en het riet lijkt permanent AAN te zijn gesmolten.

Dus eigenlijk is het niet het gevolg van het smelten van de contacten, maar van de kortsluiting als gevolg van de verzameling van geërodeerde deeltjes waardoor het lijkt alsof de rietcontacten zijn gesmolten en versmolten.

Specificaties voor een standaard universele reedschakelaar

• Maximale spanning = 150 V
• Maximale stroom = 2 ampère
• Maximaal vermogen = 25 watt
• Max. Hoogte aanvankelijke weerstand = 50 milliohm
• Max. Hoogte einde levensduur = 2 Ohm
• Piek doorslagspanning = 500 V.
• Sluitingssnelheid = 400 Hz
• Isolatieweerstand = 5000 milliohm
• Temperatuurbereik = -55 ° C tot +150 ° C
• Contactcapaciteit = 1,5 pF
• Trilling = 10G bij 10-55Hz
• Schok = 15G mini mu m
• Levensduur bij nominale belasting = 5 x 10 ^ 6 bewerkingen
• Levensduur bij nullast = 500 x 10 ^ 6 bewerkingen

Toepassingsgebieden

1. Indicator hydraulische remvloeistof, waar haalbaarheid fundamenteel afhangt van eenvoud en gebruiksgemak.
2. Nabijheid tellen , wat een ongelooflijk eenvoudige benadering oplevert voor het registreren van het passeren van ijzerhoudende objecten over een vooraf bepaald punt.
3. Veiligheidsvergrendeling schakelen , die buitengewone stabiliteit en gebruiksgemak van toepassingen biedt voor ingewikkeld gemechaniseerde ontwerpen. Hier worden ingebedde reed-schakelaars gebruikt om een ​​circuit aan te sluiten om een ​​waarschuwingslampje te laten branden of om de volgende werkingsfasen aan te geven.
4. Verzegelde schakeling in brandbare omgevingen , omzeilt verbrandingsmogelijkheden ook in een met stof verpakte atmosfeer waar standaard open schakelaars moeilijk te vertrouwen zijn en vooral bij koud weer waar gewone schakelaars gewoon kunnen bevriezen.
5. In een radioactieve omgeving , waar magnetisch werken helpt om de geloofwaardigheid van afscherming te behouden.

Enkele andere applicatiecircuits die op deze website zijn gepubliceerd

Vlotterschakelaar : Reed-schakelaars kunnen worden gebruikt voor effectieve corrosievrije vlotterschakelaars voor waterpeilregelaars. Doordat reedschakelaars verzegeld zijn, wordt watercontact vermeden en werkt het systeem probleemloos oneindig.

Druppelalarm voor de patiënt : Dit circuit gebruikt een reed-schakelaar om een ​​alarm te activeren wanneer het infuuspakket dat op een patiënt is aangesloten, leeg raakt. Het alarm stelt de verpleegkundige in staat de situatie onmiddellijk te kennen en het lege infuus te vervangen door een nieuwe verpakking.

Magnetic Door Alarm : In deze toepassing wordt een reedschakelaar geactiveerd of gedeactiveerd wanneer een aangrenzende magneet wordt bewogen door het openen of sluiten van een deur. Het alarm maakt de gebruiker attent op de werking van de deur.

Transformatorwikkelingsteller : Hier wordt de reedschakelaar bediend door een magneet die is bevestigd aan een draaiend spoelwiel, waardoor de teller een kloksignaal krijgt voor elke wikkelingsrotatie van de reedactivering.

Poort openen / sluiten controller : Reed-schakelaars werken ook uitstekend als eindschakelaars in vaste toestand. In dit poortcontrolecircuit beperkt de reedschakelaar het openen of sluiten van de poort door de motor uit te schakelen wanneer de poort zijn maximale schuiflimieten bereikt.