Jazýčkový spínač - Reed switch
.jpg)
Jazýčkový spínač je elektrický spínač provozován aplikované magnetické pole . To bylo vynalezeno v roce 1922 profesorem Valentinem Kovalenkovem na Leningradské elektrotechnické univerzitě a později se vyvinulo v Bell Telephone Laboratories v roce 1936 Walterem B. Ellwoodem do relé rákosu. Ve své nejjednodušší a nejběžnější formě se skládá z dvojice feromagnetických pružných kovových kontaktů v hermeticky uzavřené skleněné obálce. Kontakty jsou obvykle normálně otevřené , sepnou se , když je přítomné magnetické pole, nebo mohou být normálně sepnuty a rozepnuty, když se použije magnetické pole. Spínač může být ovládán elektromagnetickou cívkou , vytvořením jazýčkového relé nebo přivedením permanentního magnetu do jeho blízkosti. Když je magnetické pole odstraněno, kontakty v jazýčkovém spínači se vrátí do své původní polohy. „Rákos“ je kovová část uvnitř obálky spínače rákosu, která je relativně tenká a široká, aby byla pružná. Trochu to připomíná část některých rákosových rostlin . Termín „jazýček“ může také zahrnovat vnější drátový vodič i vnitřní část.
Běžným příkladem aplikace jazýčkového spínače je detekce otevření dveří nebo oken pro bezpečnostní alarm .
Popis
Obr. 1 - zařízení zobrazené v neoperované poloze
Obr. 2 - zařízení zobrazené v operované poloze
Obr. 3 - průřez
1 - skleněná obálka
2 - svorka
3 - pružný magnetický člen
4 - ne magnetický člen
5 - vodivý člen
6 - magnetický člen
7 - izolační kus
Nejběžnější typ jazýčkového spínače obsahuje dvojici magnetizovatelných, pružných kovových rákosí, jejichž koncové části jsou při otevřeném spínači odděleny malou mezerou. Rákosí je hermeticky uzavřeno v tubulárním skleněném obalu. Další typ jazýčkového spínače obsahuje jeden pružný jazýček, který se pohybuje mezi pevným normálně otevřeným kontaktem a pevným normálně zavřeným kontaktem. Normálně uzavřený kontakt je neferomagnetický a je uzavřen silou pružiny pružného rákosu . Ačkoli jsou možné jazýčkové spínače s více póly , častěji se pro vícepólové aplikace používá sestava jednopólových jazýčkových spínačů.
Magnetické pole z elektromagnetu nebo permanentního magnetu způsobí rákosí se navzájem přitahují, tak vyplněním elektrický obvod . Síla pružiny rákosí způsobí jejich oddělení a otevření obvodu, když magnetické pole ustane. Další konfigurace obsahuje neferomagnetický normálně sepnutý kontakt, který se otevře, když se feromagnetický normálně rozpojený kontakt sepne. Na oblast kontaktů jazýčkového spínače je nanesena tenká vrstva neferomagnetického materiálu, která slouží jako povrch pro přepínání (opotřebení) elektrického kontaktu a pro normálně otevřené kontakty jako magnetický distanční prvek, jehož tloušťka je důležitá pro řízení úrovně magnetického pole na který kontakt otevírá (výpadek). Kontakty jazýčkových kontaktů jsou obvykle rhodium , ruthenium , iridium nebo wolfram . Existují také verze jazýčkových spínačů s kontakty smáčenými rtutí . Takové spínače musí být namontovány ve zvláštní orientaci, aby kapky rtuti nepřemostily kontakty, i když nejsou aktivovány.
Protože kontakty jazýčkového spínače jsou utěsněny mimo atmosféru, jsou chráněny proti atmosférické korozi . Díky hermetickému utěsnění jazýčkového spínače jsou vhodné pro použití ve výbušném prostředí, kde by malé jiskry od konvenčních spínačů představovaly nebezpečí.
Jednou z důležitých vlastností spínače je jeho citlivost, množství magnetického pole potřebné k jeho aktivaci. Citlivost se měří v jednotkách ampér-závitů (AT), což odpovídá proudu v testovací cívce vynásobenému počtem závitů v testovací cívce. Typické citlivosti pro komerční zařízení jsou v rozsahu 10 až 60 AT. Čím nižší AT, tím citlivější je jazýčkový spínač. Menší jazýčkové spínače, které mají menší části, jsou obecně citlivější na magnetické pole.
Při výrobě je do každého konce skleněné trubice vložen kovový rákos a konce trubice jsou zahřáté tak, že těsní kolem dříkové části na rákosu. Zeleně zbarvené sklo absorbující infračervené záření se často používá, takže infračervený zdroj tepla může koncentrovat teplo v malé těsnicí zóně skleněné trubice. Tepelný koeficient roztažnosti skleněného materiálu a kovových částí musí být podobný, aby nedošlo k rozbití těsnění sklo-kov . Použité sklo musí mít vysoký elektrický odpor a nesmí obsahovat těkavé složky, jako je oxid olovnatý a fluoridy , které mohou během operace utěsnění kontaminovat kontakty. S vodiči spínače musí být zacházeno opatrně, aby nedošlo k rozbití skleněné obálky. Pokud je jazýčkový spínač vystaven mechanickému namáhání, může dojít k poškození skleněné obálky.
Většina jazýčkových spínačů je za atmosférického tlaku naplněna dusíkem . Po provedení konečného utěsnění se spínač ochladí a vnitřní tlak je menší než jedna atmosféra. Jazýčkové spínače utěsněné atmosférou dusíku pod tlakem mají vyšší průrazné napětí a jsou užitečné pro přepínání napájení 220–240 V stř . Jazýčkové spínače s vakuem uvnitř skleněné obálky mohou přepínat tisíce voltů.
Jazýčkové spínače lze použít k přímému přepínání různých zátěží od nanovoltů po kilovolty, femtoampery po ampéry a stejnosměrné na vysokofrekvenční. Jiná magneticky aktivovaná spínací zařízení mají omezený rozsah výstupních napětí a proudů a obecně nekontrolují přímo konečné zařízení, jako je lampa, solenoid nebo motor.
Jazýčkové spínače mají ve srovnání se zařízeními v pevné fázi malé svodové proudy; to může být užitečné například ve zdravotnických zařízeních vyžadujících ochranu pacienta před malými svodovými proudy. Rákos je hermeticky uzavřen, a proto může pracovat téměř v jakémkoli prostředí, jako je například hořlavý plyn nebo kde by koroze ovlivňovala rozpojené spínací kontakty. Jazýčkový spínač má při sepnutí velmi nízký odpor, obvykle až 50 miliohmů, zatímco zařízení s Hallovým efektem mohou být v řádu stovek ohmů. Jazýčkový spínač vyžaduje pouze dva vodiče, zatímco většina polovodičových zařízení vyžaduje tři vodiče. Dá se říci, že jazýčkový spínač vyžaduje pro jeho provoz nulový výkon.
Použití
Reed relé
Jeden nebo více jazýčkových spínačů uvnitř elektromagnetické cívky tvoří jazýčkové relé. Jazýčková relé se používají, když jsou provozní proudy relativně nízké a nabízejí vysokou provozní rychlost, dobrý výkon s velmi malými proudy, které nejsou spolehlivě spínány konvenčními kontakty, vysokou spolehlivostí a dlouhou životností. V sedmdesátých a osmdesátých letech byly v telefonních ústřednách použity miliony jazýčkových relé . Zejména byly použity pro přepojení v britské rodině telefonních ústředen TXE . Inertní atmosféra kolem jazýčkových kontaktů zajišťuje, že oxidace neovlivní kontaktní odpor. Rtuťově navlhčená jazýčková relé se někdy používají, zejména ve vysokorychlostních počítacích obvodech.
Magnetické senzory
Jazýčkové spínače ovládané magnety se běžně používají v mechanických systémech jako snímače přiblížení . Příkladem jsou dveřní a okenní senzory v zabezpečovacích systémech proti vloupání a metody ochrany proti neoprávněné manipulaci . Jazýčkové spínače se u notebooků používají k přepnutí notebooku do režimu spánku / hibernace, když je víko zavřené. Senzory rychlosti na jízdních kolech často používají jazýčkový spínač ke krátké aktivaci pokaždé, když magnet na kole projde senzorem. Jazýčkové spínače se dříve používaly v klávesnicích počítačových terminálů, kde každý klíč měl magnet a jazýčkový spínač ovládaný stisknutím klávesy. Elektrické a elektronické pedálové klávesnice používané varhanami a hráči na varhany Hammond často používají jazýčkové spínače, kde je skleněný kryt kontaktů chrání před nečistotami, prachem a jinými částicemi. Mohou být také použity k ovládání potápěčského vybavení, jako jsou baterky nebo kamery, které musí být zapečetěné, aby udržovaly vodu pod vysokým tlakem.
Najednou střídavé stejnosměrné elektromotory používaly jazýčkové spínače ke snímání polohy rotoru vzhledem k pólům pole. To umožnilo spínací tranzistory působit jako komutátor, ale bez kontaktních problémů, opotřebení a elektrického šumu tradičního stejnosměrného komutátoru. Konstrukce motoru může být také „obrácená“, umisťováním permanentních magnetů na rotor a přepínáním pole přes externí pevné cívky. Tím se zabránilo nutnosti jakéhokoli třecího kontaktu, který by dodával energii rotoru. Takové motory se používaly v nízkoenergetických výrobcích s dlouhou životností, jako jsou chladicí ventilátory počítačů a diskové jednotky. Jakmile byly k dispozici levné snímače s Hallovým efektem , nahradily jazýčkové spínače a poskytly ještě delší životnost.
Jazýčkové spínače se používají v alespoň jedné značce endoskopické kapsle k zapnutí zdroje energie pouze v případě, že je jednotka vyjmuta ze sterilního obalu.
Jazýčkové spínače mohou být vybrány pro konkrétní aplikaci snímače, když polovodičové zařízení nesplňuje požadavky, jako je spotřeba energie nebo kompatibilita elektrického rozhraní.
Život
Mechanický pohyb rákosí je pod mezní únavou materiálů, takže rákos se v důsledku únavy nezlomí. Opotřebení a životnost téměř úplně závisí na vlivu elektrického zatížení na kontakty a na vlastnostech konkrétního použitého jazýčkového spínače. Opotřebení kontaktního povrchu nastává pouze při rozpojení nebo sepnutí kontaktů spínače. Z tohoto důvodu výrobci hodnotí životnost spíše podle počtu operací než hodin nebo let. Obecně platí, že vyšší napětí a vyšší proudy způsobují rychlejší opotřebení a kratší životnost. V závislosti na elektrické zátěži může být životnost v řádu tisíců operací nebo miliard operací.
Viz také
Poznámky
Reference
Další čtení
- Hovgaard, Ole M .; Perreault, George E. (02.03.1955). "Vývoj jazýčkových spínačů a relé". Technický deník Bell System . 34 (2): 309–332. doi : 10,1002 / j.1538-7305.1955.tb01474.x . ISSN 0005-8580 .