Reed-Schalter - Arbeiten, Anwendungsschaltungen

In diesem Beitrag erfahren Sie ausführlich, wie Reedschalter funktionieren und wie einfache Reedschalterschaltungen hergestellt werden.

Was ist Reed Switch?

Der Reed-Schalter, auch Reed-Relais genannt, ist ein Niedrigstrom-Magnetschalter mit einem verdeckten Kontaktpaar, das sich als Reaktion auf ein Magnetfeld in der Nähe schließt und öffnet. Die Kontakte sind in einer Glasröhre verborgen und ihre Enden sind zur externen Verbindung aus der Glasröhre heraus abgeschlossen.

Und mit rund einer Milliarde Betriebsspezifikationen sieht auch die Lebensdauer dieser Geräte sehr beeindruckend aus.

Darüber hinaus sind Reedschalter billig und daher für alle Arten von elektrischen, elektronischen Anwendungen geeignet.

Wann wurde Reed Switch erfunden?

Der Reedschalter wurde bereits 1945 von erfunden Dr. W.B. Ellwood , während er bei der Western Electric Corporation in den USA beschäftigt war. Die Erfindung scheint viel weiter fortgeschritten zu sein als in der Zeit, als sie erfunden wurde.

Die immensen Anwendungsvorteile blieben von den Elektronikingenieuren unbemerkt, bis in jüngster Zeit Reedschalter Teil vieler wichtiger elektronischer und elektrischer Implementierungen wurden.

Wie Reed-Schalter funktionieren

Grundsätzlich ist ein Reedschalter ein magnetomechanisches Relais. Genauer gesagt wird ein Reedschalter ausgelöst, wenn eine Magnetkraft in seine Nähe gebracht wird, was zu der erforderlichen mechanischen Schaltwirkung führt.

Ein Standard-Reed-Relaisschalter kann wie in der obigen Abbildung gezeigt beobachtet werden. Es besteht aus einem Paar abgeflachter ferromagnetischer Streifen (Schilf), die in einem winzigen Glasrohr hermetisch versiegelt sind.

Die Stimmzungen sind an beiden Enden des Glasrohrs festgeklemmt, so dass sich ihre freien Enden in der Mitte mit einem Abstand von ca. 0,1 mm leicht überlappen.

Während des Versiegelungsprozesses wird die Luft im Rohr abgepumpt und durch trockenen Stickstoff ersetzt. Dies ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Kontakte in einer inerten Atmosphäre arbeiten, was dazu beiträgt, die Kontakte korrosionsfrei zu halten, den Luftwiderstand zu beseitigen und sie langlebig zu machen.

Wie es funktioniert

Die grundlegende Funktionsweise eines Reed-Schalters kann aus der folgenden Erläuterung verstanden werden

Wenn ein Magnetfeld in der Nähe eines Blattschalters entweder von einem Permanentmagneten oder von einem Elektromagneten angelegt wird, verwandeln sich die ferromagnetischen Blätter in einen Teil der Magnetquelle. Dies bewirkt, dass die Enden der Stimmzungen eine entgegengesetzte magnetische Polarität annehmen.

Wenn der Magnetfluss ausreichend stark ist, ziehen Sie die Stimmzungen in einem Ausmaß gegeneinander an, das ihre Klemmsteifigkeit überwindet, und ihre beiden Enden stellen einen elektrischen Kontakt in der Mitte des Glasrohrs her.

Wenn das Magnetfeld entfernt wird, verlieren die Stimmzungen ihre Haltekraft und die Streifen springen in ihre ursprüngliche Position zurück.

Reedschalter-Hysterese

Wie wir das wissen Hysterese ist ein Phänomen, bei dem das System an einem bestimmten festen Punkt nicht aktivieren und deaktivieren kann.

Als Beispiel für eine 12 V. elektrisches Relais kann der Aktivierungspunkt 11 V betragen, aber sein Deaktivierungspunkt kann irgendwo um 8,5 V liegen. Diese Zeitverzögerung zwischen den Aktivierungs- und Deaktivierungspunkten wird als Hysterese bezeichnet.

In ähnlicher Weise kann es für einen Stimmzungenschalter erforderlich sein, dass der Magnet bei der Deaktivierung seiner Stimmzungen viel weiter von dem Punkt entfernt ist, an dem er ursprünglich aktiviert wurde.

Das folgende Bild erklärt die Situation klar

Normalerweise schließt ein Reed-Schalter, wenn der Magnet in einem Abstand von 1 Zoll von ihm gebracht wird. Aufgrund der magnetischen Hysterese muss der Magnet jedoch möglicherweise etwa 3 Zoll entfernt bewegt werden, um die Kontakte in ihre ursprüngliche Form zu bringen.

Korrigieren des Hystereseeffekts im Reed-Schalter

Das obige Hystereseproblem kann durch einfaches Einführen eines weiteren Magneten mit umgekehrten N / S-Polen auf der gegenüberliegenden Seite des Reed-Schalters auf ein geringes Maß reduziert werden.

Stellen Sie sicher, dass sich der feststehende Magnet auf der linken Seite nicht im Einzugsbereich des Blattschalters befindet, sondern in einiger Entfernung. Andernfalls bleibt das Blatt geschlossen und öffnet sich nur, wenn der Magnet auf der rechten Seite zu nahe an das Blatt gebracht wird.

Daher muss der Abstand des festen Magneten mit einigem Versuch und Irrtum experimentiert werden, bis das richtige Differential erreicht ist und das Blatt an einem festen Punkt durch den sich bewegenden Magneten scharf aktiviert wird.

Reedschalter vom Typ 'Normalerweise geschlossen' erstellen

Aus den obigen Diskussionen wissen wir, dass die Kontakte eines Reed-Schalters normalerweise vom Typ 'normalerweise offen' sind.

Die Stimmzungen schließen sich, wenn ein Magnet nahe am Gerätekörper gehalten wird. Es kann jedoch bestimmte Anwendungen geben, bei denen das Blatt möglicherweise 'normal geschlossen' oder eingeschaltet sein muss und bei Vorhandensein eines Magnetfelds ausgeschaltet werden muss.

Dies kann leicht erreicht werden, indem entweder das Gerät mit einem komplementären Magneten in der Nähe vorgespannt wird, wie unten gezeigt, oder indem ein Reedschalter vom Typ SPDT mit 3 Anschlüssen verwendet wird, wie im zweiten Diagramm unten angegeben.

In den meisten Systemen, in denen ein Reed-Schalter über einen Permanentmagneten betätigt wird, wird der Magnet über einem beweglichen Element und das Reed über einer festen oder konstanten Plattform installiert.

Möglicherweise finden Sie jedoch mehrere Programme, bei denen sowohl der Magnet als auch das Blatt über einer festen Plattform positioniert werden müssen. Der EIN / AUS-Betrieb des Blattes in solchen Fällen wird dann erreicht, indem das Magnetfeld mit Hilfe eines externen beweglichen Eisenmittels verzerrt wird, wie im folgenden Absatz erläutert.

Implementierung eines festen Reed- / Magnetbetriebs

Bei diesem Aufbau werden der Magnet und das Blatt deutlich in der Nähe gehalten, wodurch sich die Blattkontakte in einer normal geschlossenen Situation befinden, und sie öffnen sich, sobald sich das äußere verzerrende Eisenmittel zwischen dem Blatt und dem Magneten vorbeibewegt.

Andererseits kann das gleiche Konzept angewendet werden, um genau die entgegengesetzten Ergebnisse zu erzielen. Hier wird der Magnet auf eine Position eingestellt, die gerade ausreicht, um das Blatt in der normalerweise geöffneten Position zu halten.

Sobald das äußere Eisenmittel zwischen dem Blatt und dem Magneten bewegt wird, wird die Magnetkraft durch das Eisenmittel verstärkt und verstärkt, das den Blattschalter sofort einzieht und aktiviert.

Betriebsebenen eines Reed-Schalters

Die folgende Abbildung zeigt verschiedene lineare Betriebsebenen für einen Reedschalter. Wenn wir den Magneten über eine der Ebenen a-a, b-b und c-c bewegen, kann das Blatt normal arbeiten. Die Auswahl des Magneten kann jedoch sehr wichtig sein, wenn sich der Betriebsmodus in der b-b-Ebene befindet.

Darüber hinaus kann es aufgrund negativer Spitzen aus der Feldmusterkurve des Magneten zu falschen oder falschen Reed-Auslösern kommen.

In Situationen, in denen die negativen Spitzen hoch sind, können die Stimmzungen mehrmals ein- und ausgeschaltet werden, wenn sich der Magnet über die Länge der Stimmzungen von Ende zu Ende bewegt.

Die Aktivierung des Blattes durch eine Drehbewegung kann ebenfalls erfolgreich durchgeführt werden.

Um dies zu erreichen, können Sie eine der vielen unten gezeigten Einstellungen verwenden:

ABBILDUNG A.

ABBILDUNG B.

ABBILDUNG C.

Es ist auch möglich, eine Drehbewegung zum Auslösen eines Reed-Schalters zu verwenden. In Abbildung A und B sind die Reed-Schalter in einer festen Position installiert, während die Magnete an der rotierenden Scheibe angebracht sind, wodurch sich die Magnete bei jeder Umdrehung am Reed-Schalter vorbei bewegen und das Reed entsprechend ein- und ausschalten.

In Abbildung C sind sowohl der Magnet als auch der Reed-Schalter Schreibwaren, während ein speziell geschnitzter magnetischer Abschirmnocken zwischen ihnen gedreht wird, so dass der Nocken das Magnetfeld bei jeder Umdrehung abwechselnd abschneidet, wodurch sich das Blatt in derselben Reihenfolge öffnet und schließt

Eine Drehbewegung kann auch verwendet werden, um einen Reedschalter zu betätigen. In A und B sind die Schalter stationär und die Magnete drehen sich. In den Beispielen C und D sind sowohl die Schalter als auch die Magnete stationär und der Schalter arbeitet immer dann, wenn sich der ausgeschnittene Teil der magnetischen Abschirmung zwischen Magnet und Schalter befindet.

Die Schaltgeschwindigkeiten können einfach durch Ändern der Drehzahl um eine Sekunde auf weit über 2000 pro Minute eingestellt werden.

Lebensdauer von Reed-Schaltern

Reed-Schalter sind für eine extrem hohe Lebensdauer ausgelegt, die zwischen 100 und 1000 Millionen Öffnungs- / Schließvorgängen liegen kann.

Dies kann jedoch nur so lange zutreffen, wie der Strom niedrig ist. Wenn der Schaltstrom durch die Reed-Kontakte den maximalen Nennwert überschreitet, kann dasselbe Reed innerhalb weniger Vorgänge ausfallen.

In der Regel sind Reed-Schalter so ausgelegt, dass sie je nach Größe des Geräts mit Strom in einem Bereich von 100 mA bis 3 Ampere arbeiten.

Der maximal tolerierbare Wert wird für rein ohmsche Lasten angegeben. Wenn die Last kapazitiv oder induktiv ist, müssen in diesem Fall die Kontakte des Reed-Schalters entweder wesentlich reduziert oder ein geeigneter Dämpfungsschutz und ein umgekehrter EMF-Schutz auf die Reed-Klemmen angewendet werden, wie unten gezeigt:

Schutz vor induktiven Spitzen hinzufügen

Jede der obigen vier einfachen Methoden wird verwendet, um einen Reedschalter vor induktiven oder kapazitiven Stromspitzen zu schützen.

Bei einer induktiven Last wie einer Relaisspule mit Gleichstromversorgung reicht ein einfacher Widerstands-Shunt, der 8-mal höher ist als die Relaisspule, gerade aus, um das Reed-Relais vor den EMFs der Relaisspule zu schützen, wie in Abbildung A dargestellt.

Dies kann zwar den Leerlaufstrom im Blatt geringfügig erhöhen, schadet dem Blatt jedoch nicht.

Der Ersatzwiderstand kann auch durch einen Kondensator ersetzt werden, um einen ähnlichen Schutz zu ermöglichen, wie in Abbildung B dargestellt.

Typischerweise wird ein Widerstandskondensator-Schutznetzwerk angelegt, wie in Abbildung C gezeigt, falls die Versorgung ein Wechselstrom ist. Der Widerstand kann 150 Ohm 1/4 Watt betragen, und der Kondensator kann zwischen 0,1 uF und 1 uF liegen.

Diese Methode hat sich als die effektivste erwiesen und hat das Schilf über eine Million Mal erfolgreich vor dem Einschalten des Motorstarters geschützt.

Die Werte R und C können durch die folgende Formel bestimmt werden

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

Dabei ist E der Strom im geschlossenen Kreislauf und E die Leerlaufspannung des Netzwerks.

In Abbildung C sehen wir eine Diode, die über das Blatt angeschlossen ist. Dieser Schutz funktioniert gut in Gleichstromkreisen mit induktiver Last, obwohl die Polarität der Diode korrekt implementiert werden muss.

Hochstrom-Reed-Umschaltung

In Anwendungen, die ein Schalten mit starkem Strom unter Verwendung eines Reed-Schalters erfordern, wird eine Triac-Schaltung zum Schalten der Last mit hohem Strom verwendet, und ein Reed-Schalter wird zum Steuern des Gate-Schaltens des Triac verwendet, wie nachstehend gezeigt

Da der Gate-Strom erheblich geringer als der Laststrom ist, arbeitet der Reed-Schalter effizient und ermöglicht das Schalten des Triacs mit der Hochstromlast. Sogar ein winziger Reed-Schalter kann hier angewendet werden und funktioniert ohne Probleme.

Die optionalen 0,1 uF und der 100 Ohm RC sind ein Dämpfungsnetzwerk zum Schutz des Triacs vor induktiven Hochstromspitzen, wenn die Last eine induktive Last ist.

Vorteile von Reed Switch

Ein großer Vorteil des Reed-Schalters ist seine Fähigkeit, sehr effizient zu arbeiten und gleichzeitig geringe Größen von Strömen und Spannungen zu schalten. Dies kann ein erhebliches Problem sein, wenn ein normaler Schalter verwendet wird. Dies ist auf den Mangel an ausreichendem Strom zurückzuführen, um die Widerstandsoberflächenschicht zu beseitigen, die normalerweise mit Standardschaltkontakten verbunden ist.

Im Gegenteil, ein Reed-Schalter funktioniert aufgrund seiner vergoldeten Kontaktflächen und seiner inerten Atmosphäre ohne Probleme erfolgreich für über eine Milliarde Operationen.

In einem der praktischen Tests in einem renommierten US-amerikanischen Firmenlabor wurden vier Reedschalter mit 120 EIN / AUS-Sequenzen pro Sekunde durch eine Last mit 500 Mikrovolt und 100 Mikroampere Gleichstrom betrieben.

Im Test konnte jedes der Stimmzungen 50 Millionen Verschlüsse konsistent abschließen, ohne dass ein einziger Anlass einen Schaltwiderstand von mehr als 5 Ohm aufwies.

Reed-Switch-Fehler

Obwohl äußerst effizient, kann der Reed-Schalter eine Tendenz zum Versagen aufweisen, wenn er unter höheren Stromeingängen betrieben wird. Ein hoher Strom führt dazu, dass die Kontakte erodieren, was auch bei normalen Schaltern häufig der Fall ist.

Diese Erosion führt zu winzigen Partikeln, die sich auch magnetisch in der Nähe des Kontaktspaltes ansammeln und irgendwie eine Überbrückung des Spaltes erzeugen. Diese Überbrückung der Lücke verursacht einen Kurzschluss und das Schilf scheint permanent eingeschaltet zu sein.

Tatsächlich liegt es also nicht am Schmelzen der Kontakte, sondern am Kurzschluss aufgrund der Ansammlung der erodierten Partikel, die dazu führen, dass die Schilfkontakte so aussehen, als wären sie geschmolzen und verschmolzen.

Technische Daten für einen Standard Universal Reed Switch

• Maximale Spannung = 150 V.
• Maximaler Strom = 2 Ampere
• Maximale Leistung = 25 Watt
• Max. Anfangswiderstand = 50 Milliohm
• Max. End-of-Life-Widerstand = 2 Ohm
• Spitzen-Durchbruchspannung = 500 V.
• Verschlussrate = 400 Hz
• Isolationswiderstand = 5000 Milliohm
• Temperaturbereich = -55 ° C bis +150 ° C.
• Kontaktkapazität = 1,5 pF
• Vibration = 10 G bei 10-55 Hz
• Schock = 15G Mini mu m
• Lebensdauer bei Nennlast = 5 x 10 ^ 6 Operationen
• Lebensdauer bei Nulllast = 500 x 10 ^ 6 Operationen

Anwendungsbereiche

1. Hydraulische Bremsflüssigkeitsstandsanzeige, wo Machbarkeit grundsätzlich von Unkompliziertheit und Benutzerfreundlichkeit abhängt.
2. Näherungszählung Dies liefert einen unglaublich einfachen Ansatz zur Aufzeichnung des Durchgangs von Eisenobjekten über einen festgelegten vorgegebenen Punkt.
3. Umschalten der Sicherheitsverriegelung und bietet außergewöhnliche Stabilität und Benutzerfreundlichkeit von Anwendungen für kompliziert mechanisierte Konstruktionen. Hier werden eingebettete Reed-Schalter verwendet, um einen Stromkreis anzuschließen, um eine Warnlampe anzuzünden oder die nächsten Betriebsstufen aufzurufen.
4. Versiegeltes Schalten in brennbaren Umgebungen Umgeht die Verbrennungsmöglichkeit auch in staubgefüllten Atmosphären, in denen sich offene Standardschalter nur schwer verlassen können, und insbesondere bei kaltem Wetter, in dem normale Schalter einfach einfrieren können.
5. In radioaktiver Umgebung , wo magnetisches Arbeiten dazu beiträgt, die Glaubwürdigkeit der Abschirmung zu erhalten.

Einige andere auf dieser Website veröffentlichte Anwendungsschaltungen

Schwimmerschalter : Reed-Schalter können für effektive korrosionsfreie Schwimmerschalter verwendet werden. Da Reedschalter abgedichtet sind, wird der Kontakt mit Wasser vermieden und das System arbeitet unendlich ohne Probleme.

Patiententropfenalarm : Dieser Stromkreis verwendet einen Reed-Schalter, um einen Alarm zu aktivieren, wenn das an einen Patienten angeschlossene Tropfpaket leer wird. Der Alarm ermöglicht es der Krankenschwester, die Situation sofort zu erkennen und den leeren Tropfen durch ein neues Paket zu ersetzen.

Magnetischer Türalarm : In dieser Anwendung wird ein Reed-Schalter aktiviert oder deaktiviert, wenn ein benachbarter Magnet durch Öffnen oder Schließen einer Tür bewegt wird. Der Alarm warnt den Benutzer vor der Bedienung der Tür.

Transformator Wicklungszähler : Hier wird der Reed-Schalter von einem Magneten betätigt, der an einem rotierenden Wicklerrad angebracht ist, wodurch der Zähler für jede Wicklungsdrehung ein Taktsignal aus der Reed-Aktivierung erhält.

Gate Open / Close Controller : Reed-Schalter eignen sich auch hervorragend als Halbleiter-Endschalter. In dieser Torsteuerschaltung begrenzt der Reedschalter das Öffnen oder Schließen des Tors durch Abschalten des Motors, wenn das Tor seine maximalen Gleitgrenzen erreicht.