Hvis du besøker en moderne fabrikk og observerer den fantastiske elektronikken i arbeid i en monteringscelle, vil du se en rekke sensorer utstilt. De fleste av disse sensorene har separate ledninger for positiv spenningsforsyning, jord og signal. Ved å tilføre strøm kan en sensor gjøre jobben sin, enten det er å observere tilstedeværelsen av ferromagnetiske metaller i nærheten eller sende ut en lysstråle som en del av anleggets sikkerhetssystem. De beskjedne mekaniske bryterne som utløser disse sensorene, som reed-bryteren, trenger bare to ledninger for å gjøre jobben sin. Disse bryterne aktiveres ved hjelp av magnetfelt.
Hva er en Reed-bryter?
Reed-bryteren ble født i 1936. Den var WB Ellwoods ideer ved Bell Telephone Laboratories, og den fikk patent i 1941. Bryteren ser ut som en liten glasskapsel med elektriske ledninger som stikker ut av hver ende.
Hvordan fungerer en reedbryter?
Brytermekanismen består av to ferromagnetiske blader, atskilt med bare noen få mikrometer. Når en magnet nærmer seg disse bladene, trekker de to bladene seg mot hverandre. Når bladene berører hverandre, lukker de normalt åpne (NO) kontaktene, slik at strømmen kan flyte. Noen reedbrytere inneholder også en ikke-ferromagnetisk kontakt, som danner en normalt lukket (NC) utgang. En magnet som nærmer seg, vil koble fra kontakten og trekke seg vekk fra bryterkontakten.
Kontakter er laget av en rekke metaller, inkludert wolfram og rhodium. Noen varianter bruker til og med kvikksølv, som må holdes i riktig retning for å kunne bytte riktig. En glasshylse fylt med inert gass – vanligvis nitrogen – forsegler kontaktene ved et indre trykk under én atmosfære. Tetting isolerer kontaktene, noe som forhindrer korrosjon og eventuelle gnister som kan oppstå fra kontaktbevegelse.
Reed-bryterapplikasjoner i den virkelige verden
Du finner sensorer i hverdagsgjenstander som biler og vaskemaskiner, men et av de mest fremtredende stedene disse bryterne/sensorene fungerer er i innbruddsalarmer. Faktisk er alarmer en nesten perfekt bruk for denne teknologien. Et bevegelig vindu eller en dør inneholder en magnet, og sensoren sitter på basen og sender et signal inntil magneten fjernes. Når vinduet er åpent – eller hvis noen kutter ledningen – vil en alarm lyde.
Selv om innbruddsalarmer er en utmerket bruk for reed-brytere, kan disse enhetene være enda mindre. En miniatyrisert bryter passer inni medisinsk utstyr kjent som PillCams. Når pasienten svelger den lille sonden, kan legen aktivere den ved hjelp av en magnet utenfor kroppen. Denne forsinkelsen sparer strøm inntil sonden er plassert riktig, noe som betyr at innebygde batterier kan være enda mindre, en kritisk funksjon i noe som er designet for å bevege seg gjennom et menneskes fordøyelseskanal. Foruten den lille størrelsen illustrerer denne applikasjonen også hvor følsomme de kan være, ettersom disse sensorene kan fange opp et magnetfelt gjennom menneskekjøtt.
Reed-brytere krever ikke en permanentmagnet for å aktivere dem; et elektromagnetrelé kan slå dem på. Siden Bell Labs opprinnelig utviklet disse bryterne, er det ikke overraskende at telefonindustrien brukte reed-reléer for kontroll- og minnefunksjoner inntil alt ble digitalt på 1990-tallet. Denne typen relé danner ikke lenger ryggraden i kommunikasjonssystemet vårt, men de er fortsatt vanlige i mange andre applikasjoner i dag.
Fordeler med Reed-reléer
Hall-effektsensoren er en solid-state-enhet som kan oppdage magnetfelt, og det er et alternativ til reed-bryteren. Hall-effekter er absolutt passende for noen applikasjoner, men reed-brytere har overlegen elektrisk isolasjon enn sine solid-state-motparter, og de har mindre elektrisk motstand på grunn av lukkede kontakter. I tillegg kan reed-brytere fungere med en rekke spenninger, belastninger og frekvenser, ettersom bryteren fungerer ganske enkelt som en tilkoblet eller frakoblet ledning. Alternativt trenger du støttekretser for å gjøre det mulig for Hall-sensorer å gjøre jobben sin.
Reed-brytere har utrolig høy pålitelighet for å være en mekanisk bryter, og de kan fungere i milliarder av sykluser før de svikter. I tillegg, på grunn av den forseglede konstruksjonen, kan de operere i eksplosive miljøer der en gnist potensielt kan ha katastrofale resultater. Reed-brytere er kanskje en eldre teknologi, men de er langt fra foreldet. Du kan feste pakker som inneholder reed-brytere til kretskort (PCB-er) ved hjelp av automatiserte pick-and-place-maskiner.
Din neste konstruksjon kan kreve en rekke integrerte kretser og komponenter, som alle har blitt lansert de siste årene, men ikke glem den beskjedne reed-bryteren. Den fullfører sin grunnleggende bryterjobb på en strålende enkel måte. Etter over 80 års bruk og utvikling kan du stole på at reed-bryterens velprøvde design fungerer konsekvent.
Publisert: 22. april 2024