Reed-kytkin - toimiva, sovelluspiirit

Tässä viestissä opimme kattavasti ruokokytkimen toiminnasta ja siitä, miten yksinkertaisia ​​ruokokytkinpiirejä tehdään.

Mikä on Reed Switch

Reed-kytkin, jota kutsutaan myös ruoko-releeksi, on matalavirtainen magneettikytkin, jossa on piilotettu kosketuspari, joka sulkeutuu ja avautuu vastauksena lähellä olevaan magneettikenttään. Koskettimet on piilotettu lasiputken sisään ja sen päät päätetty ulos lasiputkesta ulkoista liitäntää varten.

Noin miljardin toimintamäärityksen ansiosta näiden laitteiden käyttöikä näyttää myös erittäin vaikuttavalta.

Ruokokytkimet ovat lisäksi halpoja ja sopivat siksi kaiken tyyppisiin sähköisiin, elektronisiin sovelluksiin.

Milloin Reed-kytkin keksittiin

Reed-kytkin keksittiin jo vuonna 1945 Tohtori W.B. Ellwood työskennellessään Western Electric Corporationissa Yhdysvalloissa. Keksintö näyttää olevan paljon edistyneempi kuin kausi, jolloin se keksittiin.

Elektroniikkasuunnittelijat eivät huomanneet sen valtavia sovellusetuja, kunnes viime aikoihin, jolloin ruokokytkimet ovat tulleet osaksi monia tärkeitä sähköisiä ja sähköisiä toteutuksia.

Kuinka Reed-kytkimet toimivat

Pohjimmiltaan ruokokytkin on magneto-mekaaninen rele. Tarkemmin sanottuna ruokokytkimen toiminta käynnistyy, kun magneettinen voima tuodaan sen lähelle, mikä johtaa vaadittuun mekaaniseen kytkentätoimintaan.

Tavallinen reed-relekytkin voidaan todistaa yllä olevan kuvan mukaisesti. Se koostuu pariksi litistetyistä ferromagneettisista nauhoista (ruoko), jotka on suljettu hermeettisesti pieneen lasiputkeen.

Ruoko kiinnitetään tukevasti lasiputken molempiin päihin siten, että niiden vapaat päät ovat hieman päällekkäin keskeltä noin 0,1 mm: n etäisyydellä.

Tiivistysprosessin aikana putken sisällä oleva ilma pumpataan pois ja korvataan kuivalla typellä. Tämä on ratkaisevan tärkeää sen varmistamiseksi, että koskettimet toimivat inertissä ilmakehässä, joka auttaa pitämään koskettimet korroosiovapaina, eliminoimaan ilmanvastuksen ja tekemään siitä pitkäikäisen.

Kuinka se toimii

Ruokokytkimen perustoiminta voidaan ymmärtää seuraavasta selityksestä

Kun magneettikenttä syötetään ruokokytkimen läheisyyteen joko kestomagneetista tai sähkömagneetista, ferromagneettiset ruoko muuttuu osaksi magneettista lähdettä. Tämä saa ruoko päät saavuttamaan vastakkaisen magneettisen napaisuuden.

Jos magneettivuo on riittävän voimakas, houkuttele ruoko toisiaan kohti niin paljon, että se ylittää niiden kiinnitysjäykkyyden, ja niiden molemmat päät muodostavat sähköisen kosketuksen lasiputken keskelle.

Kun magneettikenttä poistetaan, ruoko menettää pitovoimansa ja nauhat jousivat takaisin alkuperäiseen asentoonsa.

Reed-kytkimen hystereesi

Kuten tiedämme sen hystereesi on ilmiö, jossa järjestelmä ei pysty aktivoimaan ja deaktivoimaan tietyssä kiinteässä pisteessä.

Esimerkiksi 12 V: n jännitteelle sähkörele , aktivointipiste voi olla 11 V, mutta sen deaktivointipiste voi olla noin 8,5 V, tämä aktivointipisteiden ja deaktivointipisteiden välinen viive tunnetaan hystereesinä.

Vastaavasti ruokokytkimelle sen ruoko deaktivointi saattaa edellyttää magneetin siirtämistä paljon kauempana pisteestä, jossa se alun perin aktivoitiin.

Seuraava kuva selittää tilanteen selvästi

Ruokokytkin sulkeutuu tyypillisesti, kun magneetti tuodaan 1 tuuman etäisyydelle siitä, mutta se saattaa tarvita magneetin siirtämisen noin 3 tuuman päähän koskettimien avaamiseksi alkuperäiseen muotoonsa magneettisen hystereesin takia.

Hystereesivaikutuksen korjaaminen Reed-kytkimessä

Yllä olevaa hystereesikysymystä voidaan vähentää asteittain tuomalla yksinkertaisesti toinen magneetti, jossa on käänteiset N / S-napat ruokokytkimen vastakkaisella puolella, joka näkyy alla:

Varmista, että vasemmanpuoleinen kiinteä magneetti ei ole ruokokytkimen sisäänvetoalueella, pikemminkin jonkin matkan päässä, muuten ruoko pysyy suljettuna ja avautuu vasta, kun oikeanpuoleinen magneetti tuodaan liian lähelle ruokoa.

Siksi kiinteän magneetin etäisyyttä on kokeiltava jonkin verran kokeiluja, kunnes oikea ero saavutetaan, ja ruoko aktivoituu jyrkästi kiinteässä kohdassa liikkuvan magneetin toimesta.

'Normaalisti suljetun' tyypin Reed-kytkimen luominen

Edellä olevista keskusteluista tiedämme, että tyypillisesti ruokokytkimen koskettimet ovat 'normaalisti avoimia' tyyppiä.

Ruoko sulkeutuu, jos magneettia pidetään lähellä laitteen runkoa. Mutta voi olla tiettyjä sovelluksia, joissa ruoko voidaan vaatia 'normaalisti suljettuna' tai kytkettynä päälle ja kytkemään pois päältä magneettikentän läsnä ollessa.

Tämä voidaan helposti saavuttaa joko esijännittämällä laite täydentävällä lähellä olevalla magneetilla, kuten alla on esitetty, tai käyttämällä 3-napaista SPDT-tyyppistä ruokokytkintä alla olevan toisen kaavion mukaisesti.

Suurimmassa osassa järjestelmistä, joissa ruokokytkintä käytetään kestomagneetin kautta, magneetti asennetaan liikkuvan elementin päälle ja ruoko asennetaan kiinteän tai vakion tason päälle.

Saatat kuitenkin löytää useita ohjelmia, joissa sekä magneetti että ruoko on sijoitettava kiinteän alustan päälle. Ruoko ON / OFF-toiminto saavutetaan tällöin vääristämällä magneettikenttää ulkoisen liikkuvan rauta-aineen avulla, kuten seuraavassa kappaleessa selitetään.

Kiinteän reed- / magneettitoiminnon toteuttaminen

Tässä kokoonpanossa magneetti ja ruoko pidetään merkittävästi lähellä, mikä mahdollistaa ruoko-koskettimien olevan normaalisti suljetussa tilassa, ja se avautuu heti, kun ulkoinen vääristävä rauta-aine siirtyy ohi ruoko ja magneetti.

Toisaalta samaa käsitettä voidaan soveltaa täsmälleen päinvastaisten tulosten saamiseksi. Tässä magneetti säädetään asentoon, joka on juuri riittävä pitämään ruoko normaalisti auki-asennossa.

Heti, kun ulkoista rauta-ainetta siirretään ruoko ja magneetti, rauta-aine lisää magneettista voimaa ja vahvistaa sitä, joka vetää heti sisään ruokokytkimen ja aktivoi sen.

Reed-kytkimen toimintatasot

Seuraava kuva esittää ruokokytkimen eri lineaarisia toimintatasoja. Jos siirrämme magneetin minkä tahansa tason a-a, b-b ja c-c poikki, ruoko voi toimia normaalisti. Magneetin valinta voi kuitenkin olla melko ratkaisevan tärkeää, jos toimintatapa on b-b-tason poikki.

Lisäksi saatat löytää väärän tai väärän ruoko laukaisevan magneettikentän käyrän negatiivisten piikkien vuoksi.

Tilanteissa, joissa negatiiviset huiput ovat korkeat, ruoko voi kytkeytyä päälle / pois useita kertoja, kun magneetti liikkuu ohi ruoko päästä päähän.

Ruokon aktivointi pyörimisliikkeen avulla voidaan myös toteuttaa onnistuneesti.

Tämän saavuttamiseksi voit käyttää monia alla näytettyjä asetuksia:

KUVA A

KUVA B

KUVA C

On myös mahdollista käyttää kiertoliikettä käynnistetyn reed-kytkimen käynnistämiseksi. Kuvissa A ja B ruokokytkimet on asennettu kiinteään asentoon, kun taas magneetit on kiinnitetty pyörivään levyyn, joka saa magneetit liikkumaan ruokokytkimen ohi jokaisella kierroksella kytkemällä ruoko vastaavasti päälle / pois päältä.

Kuvassa C magneetti ja ruokokytkin ovat molemmat paperitavarat, kun taas erityisen veistettyä magneettista suojakameraa pyöritetään niiden välillä siten, että nokka katkaisee magneettikentän vuorotellen jokaisella kierroksella, jolloin ruoko avautuu ja sulkeutuu samassa järjestyksessä.

Pyörivää liikettä voidaan käyttää myös ruokokytkimen käyttämiseen, A: ssa ja B: ssä kytkimet ovat paikallaan ja magneetit pyörivät. Esimerkeissä C ja D sekä kytkimet että magneetit ovat paikallaan ja kytkin toimii aina, kun magneettisen suojan aukko-osa on magneetin ja kytkimen välissä.

Kytkentänopeutta voidaan säätää sekunnista yli 2000: een minuutissa yksinkertaisesti muuttamalla pyörivän levyn nopeutta.

Reed-kytkimien käyttöikä

Reed-kytkimillä on erittäin pitkä käyttöikä, joka voi vaihdella 100 miljoonasta 1000 miljoonaan auki / kiinni -käyttöä.

Tämä voi kuitenkin olla totta vain niin kauan kuin virta on matala, jos ruoko-koskettimien kautta oleva kytkentävirta ylittää suurimman nimellisarvon, sama ruoko voi epäonnistua muutaman toiminnon aikana.

Ruokokytkimet luokitellaan tyypillisesti toimimaan virralla, joka on 100 mA - 3 A, laitteen koosta riippuen.

Suurin sallittu arvo määritetään puhtaasti resistiivisille kuormille. Jos kuorma on kapasitiivinen tai induktiivinen, siinä tapauksessa ruokokytkimen koskettimien on oltava joko olennaisesti alentuneita tai asianmukainen puristussuoja ja päinvastainen EMF-suoja, joka on asetettu reed-liittimien yli, kuten alla on esitetty:

Suojauksen lisääminen induktiivisia piikkejä vastaan

Mikä tahansa edellä olevista neljästä yksinkertaisesta menetelmästä, jota käytetään suojaamaan ruoko-kytkin induktiivisista tai kapasitiivisista virtapiikeistä.

Induktiiviselle kuormitukselle, kuten tasavirtalähteellä varustetulle relekelalle, yksinkertainen vastuksen shuntti, jonka mitoitus on 8 kertaa suurempi kuin releen kela, riittää pitämään ruoko-releen turvassa releen kelan takaisin EMF-elementeistä, kuten kuvassa A.

Vaikka tämä voi hieman lisätä joutokäynnin virtaa ruokossa, mutta se ei kuitenkaan vahingoita ruokoa.

Eristin voidaan korvata kondensaattorilla myös samanlaisen suojauksen mahdollistamiseksi, kuten kuvassa B.

Tyypillisesti käytetään vastuskondensaattorin suojaverkkoa kuvan C mukaisesti, jos syöttö on vaihtovirta. Vastus voi olla 150 ohmia 1/4 wattia, ja kondensaattori voi olla mitä tahansa 0,1 uF: n ja 1 uF: n välillä.

Tämä menetelmä on osoittautunut tehokkaimmaksi, ja se on onnistunut pitämään ruoko turvassa moottorin käynnistysvaihdokselta yli miljoonassa toiminnassa.

Arvot R ja C voidaan määrittää seuraavan kaavan avulla

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

Missä E on suljetun piirin virta ja E on verkon avoimen piirin jännite.

Kuvassa C näemme diodin, joka on kytketty ruokoon. Tämä suojaus toimii hyvin tasavirtapiireissä, joissa on induktiivinen kuorma, vaikka diodin napaisuus on toteutettava oikein.

Suuri virta Reed Swithcing

Sovelluksissa, jotka edellyttävät suurta virtakytkentää reed-kytkimellä, triac-piiriä käytetään suuren virran kuormituksen kytkemiseen ja reed-kytkintä käytetään triac-portin kytkennän ohjaamiseen alla esitetyllä tavalla

Koska porttivirta on merkittävästi pienempi kuin kuormavirta, ruokokytkin toimii tehokkaasti ja sallii triacin kytkemisen suurella virtakuormalla. Jopa minuutin reed-kytkintä voidaan käyttää täällä, ja se toimii ilman ongelmia.

Valinnainen 0,1 uF ja 100 ohmin RC on snubber-verkko, joka on tarkoitettu triacin suojaamiseen suurivirta-induktiivisilta piikkeiltä, ​​jos kuorma on induktiivinen kuorma.

Reed-kytkimen edut

Ruokokytkimen suuri etu on sen kyky työskennellä erittäin tehokkaasti samalla kun se vaihtaa pieniä virtojen ja jännitteiden suuruuksia. Tämä voi olla merkittävä ongelma, kun käytetään tavallista kytkintä. Tämä johtuu riittävän virran puutteesta normaaliin kytkinkoskettimeen normaalisti liittyvän resistiivisen pintakerroksen eliminoimiseksi.

Päinvastoin, ruokokytkin kullattujen kosketuspintojensa ja inertin ilmakehän ansiosta toimii menestyksekkäästi yli miljardissa toiminnassa ilman ongelmia.

Yhdessä maineikkaan USA: n yrityslaboratorion käytännön kokeista neljä ruokokytkintä sai virran 120 ON / OFF-sekvenssillä sekunnissa kuormituksen kautta, joka työskenteli 500 mikrovolttia ja 100 mikroamppua, DC.

Testissä kukin ruoko saattoi suorittaa 50 miljoonaa sulkemista johdonmukaisesti, eikä yksikään tilanne osoittanut kytkettyä vastusta yli 5 ohmia.

Reed-kytkimen viat

Vaikka reed-kytkin on erittäin tehokas, se voi osoittaa taipumusta epäonnistua, jos sitä käytetään suurempien virtatulojen alla. Suuri virta aiheuttaa koskettimien heikentymisen, mikä näkyy myös tavallisissa kytkimissä.

Tämän eroosion seurauksena pienet hiukkaset, jotka ovat myös magneettisia kerääntymään lähelle koskettimien aukkoa ja jotenkin luovat sillan aukon yli. Tämä aukon silta aiheuttaa oikosulun ja ruoko näyttää olevan sulanut pysyvästi PÄÄLLE.

Joten oikeastaan ​​se ei johdu koskettimien sulamisesta, pikemminkin kuluneiden hiukkasten kerääntymisestä johtuva oikosulku, joka saa ruokokontaktit näyttämään sulaneen ja sulaneen.

Standardin yleisen Reed-kytkimen tekniset tiedot

• Suurin jännite = 150 V
• Suurin virta = 2 ampeeria
• Suurin teho = 25 wattia
• Maks. alkuvastus = 50 milliohmia
• Maks. käyttöiän loppuvastus = 2 ohmia
• Huippuhajontajännite = 500 V
• Sulkeutumisnopeus = 400 Hz
• Eristysvastus = 5000 milliohmia
• Lämpötila-alue = -55 ° C - +150 ° C
• Kontaktikapasitanssi = 1,5 pF
• Tärinä = 10G taajuudella 10-55Hz
• Isku = 15G mini mu m
• Käyttöikä nimelliskuormalla = 5 x 10 ^ 6 operaatiota
• Elämä nollakuormalla = 500 x 10 ^ 6 operaatiota

Sovellusalueet

1. Hydraulinen jarrunesteen tason ilmaisin, missä toteutettavuus perustuu periaatteessa suoraviivaisuuteen ja helppokäyttöisyyteen.
2. Läheisyyden laskenta , joka tarjoaa uskomattoman yksinkertaisen lähestymistavan rautaesineiden kulun tallentamiseen ennalta määrätyn pisteen yli.
3. Turvalukituksen kytkentä , joka tarjoaa poikkeuksellisen vakauden ja helppokäyttöisyyden sovelluksissa monimutkaisesti koneellisiin malleihin. Tässä upotettuja reed-kytkimiä käytetään piirin kytkemiseen varoitusvalon sytyttämiseksi tai seuraavien toimintavaiheiden käynnistämiseksi.
4. Suljettu kytkentä syttyvissä ympäristöissä , kiertää palamismahdollisuuden myös pölyisissä ilmakehissä, joissa tavallisiin avoimiin kytkimiin voi olla vaikea luottaa, ja etenkin kylmällä säällä, jossa tavalliset kytkimet saattavat yksinkertaisesti jäätyä.
5. Radioaktiivisessa ympäristössä , jossa magneettinen työskentely auttaa säilyttämään suojauksen uskottavuuden.

Jotkut muut tällä sivustolla julkaistut sovelluspiirit

Kellukytkin : Reed-kytkimiä voidaan käyttää tehokkaisiin korroosiovapaisiin uimurikytkimiin. Koska ruokokytkimet on suljettu, vesikontaktia vältetään ja järjestelmä toimii loputtomasti ilman ongelmia.

Potilaan tiputushälytys : Tämä piiri käyttää ruokokytkintä aktivoidakseen hälytyksen, kun potilaaseen liitetty tippapaketti tyhjenee. Hälytyksen avulla sairaanhoitaja tietää tilanteen välittömästi ja korvaa tyhjä tippa uudella pakkauksella.

Magneettinen oven hälytys : Tässä sovelluksessa ruokokytkin aktivoituu tai deaktivoituu, kun viereistä magneettia liikutetaan avaamalla tai sulkemalla ovea. Hälytys varoittaa käyttäjää oven toiminnasta.

Muuntajan käämityslaskuri : Tässä ruokokytkintä käytetään pyörivään kelauspyörään kiinnitetyllä magneetilla, jonka avulla laskuri saa kellosignaalin jokaista kelauskierrosta varten ruoko-aktivoinnista.

Portin auki / kiinni-ohjain : Reed-kytkimet toimivat hyvin myös kiinteän tilan rajakytkiminä. Tässä porttiohjauspiirissä ruokokytkin rajoittaa portin avaamista tai sulkeutumista sammuttamalla moottorin aina, kun portti saavuttaa suurimmat liukurajat.