Kontaktron - praca, obwody aplikacji

W tym poście kompleksowo dowiadujemy się o działaniu kontaktronu oraz o tworzeniu prostych obwodów kontaktronowych.

Co to jest Reed Switch

Kontaktron, zwany również kontaktronem, to niskoprądowy przełącznik magnetyczny z ukrytą parą styków, które zamykają się i otwierają w odpowiedzi na pole magnetyczne w pobliżu. Styki są ukryte w szklanej rurce, a jej końce są zakończone szklaną rurką w celu podłączenia zewnętrznego.

Z około miliardem specyfikacji operacyjnych, żywotność tych urządzeń również wygląda imponująco.

Ponadto kontaktrony są tanie i dlatego nadają się do wszystkich typów zastosowań elektrycznych i elektronicznych.

Kiedy wynaleziono przełącznik kontaktronowy

Kontaktron został wynaleziony już w 1945 roku przez Dr W.B. Ellwood , będąc zatrudnionym w Western Electric Corporation w USA. Wynalazek wydaje się być znacznie zaawansowany niż okres, w którym został wynaleziony.

Jego ogromne zalety użytkowe pozostawały niezauważone przez inżynierów elektroników, aż do niedawnych czasów, kiedy kontaktrony stały się częścią wielu kluczowych wdrożeń elektronicznych i elektrycznych.

Jak działają przełączniki kontaktronowe

Zasadniczo kontaktron jest przekaźnikiem magneto-mechanicznym. Mówiąc dokładniej, praca kontaktronu jest inicjowana, gdy zbliża się do niego siła magnetyczna, co powoduje wymagane mechaniczne działanie przełączające.

Można zaobserwować standardowy przełącznik kontaktronowy, jak pokazano na powyższym rysunku. Składa się z pary spłaszczonych pasków ferromagnetycznych (stroików), które są hermetycznie zamknięte w małej szklanej rurce.

Stroiki są mocno zaciśnięte na obu końcach szklanej rurki w taki sposób, że ich wolne końce są lekko zachodzące na środku z odstępem około 0,1 mm.

Podczas procesu uszczelniania powietrze z wnętrza rury jest wypompowywane i zastępowane suchym azotem. Ma to kluczowe znaczenie dla zapewnienia pracy styków w atmosferze obojętnej, która pomaga chronić styki przed korozją, eliminuje opór powietrza i zapewnia długotrwałość.

Jak to działa

Podstawową pracę kontaktronu można zrozumieć z poniższego wyjaśnienia

Kiedy pole magnetyczne jest wprowadzane w pobliżu kontaktronu z magnesu trwałego lub z elektromagnesu, stroiki ferromagnetyczne zamieniają się w część źródła magnetycznego. To powoduje, że końce stroików uzyskują przeciwną biegunowość magnetyczną.

Jeśli strumień magnetyczny jest wystarczająco silny, przyciągaj stroiki do siebie w stopniu, który przezwycięża ich sztywność zaciskania, a ich dwa końce ustanawiają kontakt elektryczny w środku szklanej rurki.

Po usunięciu pola magnetycznego trzciny tracą swoją siłę trzymania, a paski wracają do pierwotnego położenia.

Histereza kontaktronu

Jak wiemy histereza to zjawisko, w którym system nie jest w stanie włączyć i wyłączyć w określonym ustalonym punkcie.

Na przykład dla 12 V. przekaźnik elektryczny punkt aktywacji może wynosić 11 V, ale jego punkt dezaktywacji może wynosić około 8,5 V, to opóźnienie czasowe między punktami aktywacji i dezaktywacji jest znane jako histereza.

Podobnie, w przypadku kontaktronu dezaktywacja jego kontaktronów może wymagać przesunięcia magnesu znacznie dalej od punktu, w którym został początkowo aktywowany.

Poniższy obraz jasno wyjaśnia sytuację

Zazwyczaj kontaktron zamyka się, gdy magnes znajduje się w odległości 1 cala od niego, ale może wymagać przesunięcia magnesu o około 3 cale, aby otworzyć styki do ich pierwotnej postaci, ze względu na histerezę magnetyczną.

Korygowanie efektu histerezy w kontaktronie

Powyższy problem z histerezą można znacznie zmniejszyć, po prostu wprowadzając kolejny magnes z odwróconymi biegunami N / S po przeciwnej stronie kontaktronu, jak pokazano poniżej:

Upewnij się, że magnes stały po lewej stronie nie znajduje się w zasięgu przyciągania kontaktronu, a raczej w pewnej odległości, w przeciwnym razie kontaktron pozostanie zamknięty i otworzy się tylko wtedy, gdy magnes po prawej stronie zostanie zbyt blisko.

Dlatego odległość magnesu stałego musi być eksperymentowana metodą prób i błędów, aż zostanie osiągnięta właściwa różnica, a stroik aktywuje się gwałtownie w ustalonym punkcie przez poruszający się magnes.

Tworzenie kontaktronu typu „normalnie zamknięty”

Z powyższych dyskusji wiemy, że typowo styki kontaktronu są typu „normalnie rozwartego”.

Stroiki zamykają się, jeśli magnes jest trzymany blisko korpusu urządzenia. Ale mogą istnieć pewne zastosowania, w których stroik może być „normalnie zamknięty” lub włączony i wyłączony w obecności pola magnetycznego.

Można to łatwo osiągnąć poprzez polaryzowanie urządzenia za pomocą uzupełniającego pobliskiego magnesu, jak pokazano poniżej, lub za pomocą 3-zaciskowego typu SPDT kontaktronu, jak pokazano na drugim schemacie poniżej.

W większości systemów, w których kontaktron jest obsługiwany za pomocą „magnesu trwałego”, magnes jest instalowany na ruchomym elemencie, a kontaktron na stałej lub stałej platformie.

Jednak możesz znaleźć kilka programów, w których zarówno magnes, jak i stroik muszą być umieszczone na stałej platformie. W takich przypadkach działanie stroika w trybie ON / OFF uzyskuje się następnie poprzez zniekształcenie pola magnetycznego za pomocą zewnętrznego ruchomego środka żelaznego, jak wyjaśniono w następnym akapicie.

Wdrażanie operacji stałego trzciny / magnesu

W tej konfiguracji magnes i stroik są utrzymywane w znacznej odległości, co pozwala na to, aby styki kontaktronowe znajdowały się w stanie normalnie zamkniętym i otwiera się, gdy tylko zewnętrzny, zniekształcający czynnik żelazny przejdzie między stroikiem a magnesem.

Z drugiej strony tę samą koncepcję można zastosować do uzyskania dokładnie przeciwnych wyników. Tutaj magnes jest ustawiany w pozycji wystarczającej do utrzymania stroika w pozycji normalnie otwartej.

Gdy tylko zewnętrzny czynnik żelazny zostanie przeniesiony między stroik a magnes, siła magnetyczna zostaje wzmocniona i wzmocniona przez czynnik żelazny, który natychmiast wciąga kontaktron i aktywuje go.

Płaszczyzny operacyjne kontaktronu

Poniższy rysunek przedstawia różne liniowe płaszczyzny działania kontaktronu. Jeśli przesuniemy magnes na którąkolwiek z płaszczyzn a-a, b-b i c-c, pozwoli to na normalne działanie stroika. Jednak wybór magnesu może być raczej kluczowy, jeśli tryb pracy przebiega w poprzek płaszczyzny b-b.

Dodatkowo możesz znaleźć fałszywe lub fałszywe wyzwalanie trzciny z powodu ujemnych wartości szczytowych z krzywej wzoru pola magnesu.

W sytuacjach, gdy ujemne piki są wysokie, stroiki mogą się włączać / wyłączać kilka razy, gdy magnes przesuwa się wzdłuż końca do końca stroika.

Z powodzeniem można również zrealizować aktywację trzciny ruchem obrotowym.

Aby to osiągnąć, możesz skorzystać z wielu konfiguracji pokazanych poniżej:

RYSUNEK A.

RYSUNEK B.

RYSUNEK C.

Możliwe jest również wykorzystanie ruchu obrotowego do wyzwalania konfiguracji kontaktronu. Na rysunkach A i B kontaktrony są zamontowane w ustalonej pozycji, podczas gdy magnesy są przymocowane do obracającego się dysku, który powoduje, że magnesy przesuwają się obok kontaktronu przy każdym obrocie, odpowiednio włączając kontaktron.

Na rysunku C magnes i kontaktron są nieruchome, podczas gdy specjalnie rzeźbiona krzywka osłony magnetycznej jest obracana między nimi tak, że krzywka przecina pole magnetyczne naprzemiennie przy każdym obrocie, powodując otwieranie i zamykanie trzciny w tej samej kolejności

Ruch obrotowy może również służyć do uruchamiania kontaktronu, w A i B przełączniki są nieruchome, a magnesy obracają się. W przykładach C i D zarówno przełączniki, jak i magnesy są nieruchome, a przełącznik działa zawsze, gdy odcinająca część osłony magnetycznej znajduje się między magnesem a przełącznikiem.

Szybkość przełączania można regulować od jednej sekundy do znacznie ponad 2000 na minutę, po prostu zmieniając prędkość obrotowej tarczy.

Żywotność kontaktronów

Przełączniki kontaktronowe są zaprojektowane tak, aby miały wyjątkowo długą żywotność, która może wynosić od 100 milionów do 1000 milionów operacji otwierania / zamykania.

Jednak może to być prawdą tylko wtedy, gdy prąd jest niski, jeśli prąd przełączania przez styki kontaktronowe przekracza maksymalną wartość znamionową, to ten sam kontaktron może ulec awarii w ciągu kilku operacji.

Zazwyczaj kontaktrony są przystosowane do pracy z prądem w zakresie od 100 mA do 3 A w zależności od wielkości urządzenia.

Maksymalna dopuszczalna wartość jest określona dla obciążeń czysto rezystancyjnych. Jeśli obciążenie jest pojemnościowe lub indukcyjne, w takim przypadku styki kontaktronu muszą być znacznie obniżone lub należy zastosować odpowiednie zabezpieczenie przed tłumikiem i odwrotną polem elektromagnetyczną na zaciskach kontaktronowych, jak pokazano poniżej:

Dodanie ochrony przed impulsami indukcyjnymi

Dowolna z powyższych czterech prostych metod zastosowana w celu zabezpieczenia kontaktronu przed indukcyjnymi lub pojemnościowymi skokami prądu.

W przypadku obciążenia indukcyjnego, takiego jak cewka przekaźnika z zasilaniem DC, prosty bocznik rezystora o 8-krotnie większej wartości niż cewka przekaźnika wystarczy, aby chronić przekaźnik kontaktronowy przed polami elektromagnetycznymi z powrotem cewki przekaźnika, jak pokazano na rysunku A.

Chociaż może to nieznacznie zwiększyć przepływ prądu jałowego w stroiku, ale to i tak nie zaszkodzi trzcinie.

Erystor można zastąpić kondensatorem, również w celu zapewnienia podobnego rodzaju ochrony, jak pokazano na rysunku B.

Zwykle stosowana jest sieć ochronna kondensatora rezystorowego, jak pokazano na rysunku C, w przypadku, gdy zasilanie jest prądem przemiennym. Rezystor może mieć moc 150 omów i 1/4 wata, a kondensator może mieć wartość od 0,1 μF do 1 μF.

Ta metoda okazała się najskuteczniejsza i skutecznie chroniła stroik przed włączeniem rozrusznika silnika przez ponad milion operacji.

Wartość R i C można określić za pomocą następującego wzoru

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

Gdzie E to prąd obwodu zamkniętego, a E to napięcie obwodu otwartego sieci.

Na rysunku C widzimy diodę połączoną przez kontaktron. Zabezpieczenie to działa dobrze w obwodach prądu stałego z obciążeniem indukcyjnym, chociaż biegunowość diody musi być prawidłowo zrealizowana.

Przełączanie kontaktronów wysokoprądowych

W zastosowaniach, które wymagają przełączania dużego prądu za pomocą kontaktronu, obwód triaka jest używany do przełączania dużego obciążenia prądowego, a kontaktron jest używany do sterowania przełączaniem bramki triaka, jak pokazano poniżej

Ponieważ prąd bramki jest znacznie mniejszy niż prąd obciążenia, kontaktron będzie działał wydajnie i pozwoli na przełączanie triaka przy dużym obciążeniu prądowym. Można tu zastosować nawet niewielki kontaktron, który będzie działał bez problemów.

Opcjonalne 0,1 uF i 100 omów RC to sieć tłumiąca, która chroni triak przed wysokoprądowymi impulsami indukcyjnymi, jeśli obciążenie jest obciążeniem indukcyjnym.

Zalety przełącznika kontaktronowego

Ogromną zaletą kontaktronu jest jego zdolność do bardzo wydajnej pracy przy przełączaniu małych wartości prądów i napięć. Może to stanowić poważny problem, gdy używany jest zwykły przełącznik. Dzieje się tak z powodu braku odpowiedniego prądu do wyeliminowania rezystancyjnej warstwy powierzchniowej zwykle związanej ze standardowymi stykami przełączającymi.

Wręcz przeciwnie, kontaktron dzięki pozłacanym powierzchniom stykowym i obojętnej atmosferze działa z powodzeniem przez ponad miliard operacji bez żadnych problemów.

W jednym z praktycznych testów w laboratorium renomowanej firmy w USA, cztery kontaktrony były zasilane 120 sekwencjami włączania / wyłączania na sekundę przez obciążenie pracujące z 500 mikro-woltami i 100 mikroamperami prądu stałego.

W teście każdy ze stroików był w stanie dokończyć 50 milionów zamknięć konsekwentnie, przy czym ani jeden przypadek nie wykazał przełączanej rezystancji powyżej 5 omów.

Awarie przełącznika kontaktronowego

Chociaż niezwykle wydajny, kontaktron może wykazywać tendencję do awarii, jeśli działa przy wyższych wejściach prądowych. Wysoki prąd powoduje erozję styków, co jest również powszechne w zwykłych przełącznikach.

W wyniku erozji maleńkie cząstki, które są również magnetyczne, zbierają się w pobliżu szczeliny styków i w jakiś sposób tworzą mostek w szczelinie. To zmostkowanie szczeliny powoduje zwarcie i wydaje się, że stroiki są na stałe włączone.

Tak więc w rzeczywistości nie jest to spowodowane stopieniem styków, a raczej zwarciem z powodu gromadzenia się zerodowanych cząstek, które powoduje, że styki trzciny wyglądają, jakby się stopiły i stopiły.

Specyfikacje standardowego uniwersalnego kontaktronu

• Maksymalne napięcie = 150 V.
• Maksymalny prąd = 2 amperów
• Maksymalna moc = 25 watów
• Maks. początkowa rezystancja = 50 miliomów
• Maks. rezystancja końca życia = 2 omy
• Szczytowe napięcie przebicia = 500 V.
• Stopień zamknięcia = 400 Hz
• Rezystancja izolacji = 5000 miliomów
• Zakres temperatur = -55 ° C do + 150 ° C
• Pojemność styku = 1,5 pF
• Wibracje = 10G przy 10-55 Hz
• Shock = 15G mini mu m
• Trwałość przy obciążeniu znamionowym = 5 x 10 ^ 6 operacji
• Żywotność przy zerowym obciążeniu = 500 x 10 ^ 6 operacji

Obszary zastosowań

1. Hydrauliczny wskaźnik poziomu płynu hamulcowego, gdzie wykonalność zasadniczo zależy od prostoty i łatwości użycia.
2. Liczenie zbliżeniowe , zapewniające niezwykle proste podejście do rejestrowania przemieszczania się obiektów żelaznych przez ustalony z góry określony punkt.
3. Przełączanie blokady bezpieczeństwa , oferując niezwykłą stabilność i łatwość użycia aplikacji w skomplikowanych projektach zmechanizowanych. Tutaj wbudowane kontaktrony służą do podłączenia obwodu zapalającego lampkę ostrzegawczą lub podpowiadającego kolejne etapy działania.
4. Uszczelnione przełączanie w łatwopalnych środowiskach , omija możliwość spalania również w zapylonej atmosferze, w której trudno jest polegać na standardowych otwartych przełącznikach, a szczególnie w zimne dni, kiedy zwykłe przełączniki mogą po prostu zamarznąć.
5. W radioaktywnym otoczeniu , gdzie praca magnetyczna pomaga zachować wiarygodność ekranowania.

Niektóre inne obwody aplikacji opublikowane w tej witrynie

Przełącznik pływakowy : Kontaktrony mogą być używane do skutecznych, odpornych na korozję przełączników pływakowych, kontrolerów poziomu wody. Ponieważ kontaktrony są uszczelnione, unika się kontaktu z wodą, a system działa w nieskończoność bez żadnych problemów.

Alarm kapania pacjenta : Ten obwód wykorzystuje kontaktron do aktywowania alarmu, gdy zestaw kroplówki podłączony do pacjenta opróżni się. Alarm umożliwia pielęgniarce natychmiastowe poznanie sytuacji i wymianę pustego kroplówki na nowe opakowanie.

Magnetyczny alarm drzwi : W tym zastosowaniu kontaktron aktywuje się lub dezaktywuje, gdy sąsiedni magnes jest poruszany przez otwarcie lub zamknięcie drzwi. Alarm ostrzega użytkownika o działaniu drzwi.

Licznik uzwojenia transformatora : W tym przypadku kontaktron jest obsługiwany przez magnes zamocowany na obracającym się kółku nawijacza, co umożliwia licznikowi uzyskanie sygnału zegarowego dla każdego obrotu uzwojenia od aktywacji kontaktronu.

Sterownik otwierania / zamykania bramy : Kontaktrony świetnie sprawdzają się również jako półprzewodnikowe wyłączniki krańcowe. W tym obwodzie sterownika bramki, kontaktron ogranicza otwieranie lub zamykanie bramy, wyłączając silnik, gdy tylko brama osiągnie maksymalne granice przesuwania.