幹簧管

幹簧管

磁敏的特殊開關
幹簧管(Reed Switch)也稱舌簧管或磁簧開關,是一種磁敏的特殊開關,是幹簧繼電器和接近開關的主要部件。幹簧管于1936年由貝爾電話實驗室的沃爾特·埃爾伍德(Walter B. Ellwood)發明,他本人于1940年6月27日在美國申請專利,專利号為2264746。
    中文名:幹簧管 外文名:Reed Switch 所屬品牌: 又稱:舌簧管或磁簧開關 發明時間:1936年 發明者:沃爾特·埃爾伍德 專利号:2264746

構建

觸點

良好的電氣連接是通過對兩個簧片的接觸部分進行鍍一層很厚的非磁性貴金屬來實現的,低電阻率的銀比耐腐蝕的金更适合做為鍍層材料.同樣也有使用水銀的濕簧管,濕簧管的觸點必須成對安裝使用。

兩個簧導線制成鐵合金。

受影響的,通過磁場的磁簧引線必須是鐵磁性的。

三種最流行的材料性質,容易退火的鐵磁性:鐵,钴和鎳。

兩個簧片觸點的尖端是鍍或濺射铑,钌或銥。

玻璃密封性

用于甲玻璃管的外封裝,其溫度膨脹系數(TCE)完全匹配的NiFe合金。

在玻璃管的兩端部被加熱和玻璃熔化,形成氣密密封涵蓋兩端。

在玻璃封接過程中玻璃腔通常是填充有惰性氣體(通常為氮氣)或腔體,可能會産生真空,抽真空。該真空通常支持高電壓開關(超過1000伏特)。

優點和缺點

優點

幹簧管(磁簧開關)的優點是其體積小、重量輕,這使得它們易于安裝和不顯眼的。操作開關是非常小的,因而消除了繁瑣的凸輪或曲柄,所以不會出現在所有金屬降級有關的金屬疲勞現象,确保實際上無極限的機械使用壽命。并且,能夠安裝在極度有限的空間,極适合用于微型化設備。磁簧開關和合适的磁鐵,是又便宜又容易獲得。

磁簧開關的開關元器件被氣密式密封于一惰性氣體氣氛中,永遠不會與外界環境接觸,這樣就大大減少了接點在開、閉過程中由于接點火花而引起的接點氧化和碳化。并防止外界有機蒸氣和灰塵等雜質對接點的侵蝕。工作壽命長。

簧片細而短,有較高的固有頻率,提高了接點的通斷速度,其開關速度要比一般的電磁繼電器快5~10倍。

缺點

首先,觸點和簧片是相當小而精緻的,所以它們不會處理大的電壓或電流導緻的簧片引發切換。大電流過熱導緻簧片失去彈性;即開關容量小,接點易産生抖動以及接點接觸電阻大;抗突波能力低:交流電感性電路之應用上存在的斷開逆向瞬間電流,極易對幹簧管造成過載損壞。

幹簧管提供開關典型的電壓和電流額定值。測量的額定功率,在功率(W),僅僅意味着乘以電流和電壓,但切記不要超過額定電流的-例如,10V,1A=10W,但也等于1V10A10W,但在這種情況下,電流會太高。如果您要切換大電流,僅僅操作的繼電器線圈與磁簧開關的繼電器電路才是必要使用的。

故障排查工序多。故障幹簧管需要用專用儀器(如AT值測試器、絕緣耐壓測試器、内阻測試器等)檢測。

不适合誤差範圍小的産品設計中:AT值範圍大,從成本角度考慮不能保證批量産品的AT值都相同,并且配套磁石也不盡相同。

幹簧管加工損耗大。幹簧管采玻璃封裝,在運送和加工過程中容易受損,影響産品及壽命。由于磁簧開關是相當脆弱的,尤其是如果你是厚厚的引出線焊接到,很容易打破玻璃和密封件。如果你需要彎曲的引出線,确保您玻璃之間的密封和彎曲點,圖2中所示的頂部用鉗子夾住他們安全。

觸點說明

觸點形式

“A”型(常開)

磁場存在時開關觸點将閉合

“C”型(單級、雙投)

“C”型開關具有轉移型觸點。當施加一磁場時,公用觸點将從常閉(N.C.)觸點轉移至常開(N.O.)觸點。

觸點材料

铑觸點

鍍铑觸點最常使用。這種觸點從低負荷至重負荷具有非常穩定的工作特性和很長的工作壽命,這是因為铑具有高熔點及高硬度的性能。

水銀接點

水銀接點幹簧管具有無跳動操作特點,因此不需要額外的抑制跳動電路。它們具有大功率開關能力、很低且穩定的接觸阻抗特性以及工作壽命長的特點。他們亦可以用于高浪湧電流的開關。

钌觸點

钌的硬度比铑更高。鍍铑觸點具有較好的機械磨損及熱損耗特性,但僅用于小負載的開關。因為钌的這些特點,華壬電子已成功開發了氧化钌複蓋于铑或者鉑上面的雙鍍觸點。這些雙鍍觸點自低負荷至重負荷均具有極良好的開關特性。

分類

幹簧管與一般之繼電器最大不同之點如下:

1、電氣電路與磁場回路使用同一媒體(簧片)。

2、由于開關與線圈互相分離,故可利用永久磁場加以驅動,僅要将接點部封入時,極為容易進行。

幹簧管根據不同特性可按如下分類:

大氣性

1、封入型

2、開放型

觸點構造

A型:屬于經常開離型簧片開關。在施加外部磁場時接點才閉合,而在平常時,保持開離狀态。

B型:屬于經常閉合型簧片開關。在施加外部磁場時接點才開離,而在平常時,保持閉合狀态。

C型:轉接開關型。

機能

1、非自行保持型:具有可依外部磁場之有無而起作用之特征(單穩定型)。

2、自行保持型:一但起作用以後,即使除掉外部磁場,仍可保持原來狀态(雙穩定型)。

形狀

大型:玻璃管長30~60mm,玻璃管徑3.5~6mm。

中型:玻璃管長20~30mm,玻璃管徑2.5~3.5mm。

小型:玻璃管長5~20mm,玻璃管徑1.5~2.5mm。

另外,對于簧片之形狀,接點部之構造等,常有不同的設計,但隻要是使用簧片,均屬于簧片開關之範圍。

生産過程

制造幹簧管,高标準的清潔環境及高精密度是必不可少的,因此所有的制程均是在無塵室的環境下進行。同時,需要确保在密封過程中沒有污染物進入玻璃管。簧片必須經過退火處理,退火的過程可移除掉金屬上的磁滞、将會讓簧片的磁場感性特性穩定、并且能避免不良品的發生。然後将簧片透過二氧化碳清洗的方式來充份清洗、強力将微小的二氧化碳晶體吹送到簧片金屬、以去除附着在其上面的雜質微粒。此時、再以噴鍍的方式精準鍍上1微米厚度的铑或钌、其底層會為約0.2微米厚度的鎢。

下一個步驟,組裝玻璃管與鎳鐵合金的簧片。密封玻璃管之前,先将管内的空氣完全排出、并填充入以氖氣為主的惰性混合氣體。運用此制程可大幅提高磁簧管的絕緣、耐壓。密封後再經退火程序、移除玻璃結構中殘馀的應力。磁簧管外面的引線均為鍍錫,可确保良好的焊接效果。此鍍錫過程均以自動電鍍設備、加上一層約8~12微米厚度、符合最新Rohs規定的純錫。

在幹簧管制造過程中,金屬簧片被嵌入在玻璃管的末端。玻璃管末端受熱與簧片融合.利用玻璃管對紅外線吸收的原理,使用紅外線加熱設置對玻璃管末端進行密封。玻璃管和金屬簧片的熱膨脹系數必須接近才能防止玻璃管和金屬密封時易破碎的問題,采用的玻璃管必須有一個很高的電抗值。而且,不能含有揮發性物質比如鉛氧化物和氟化物,幹簧管的引腳必須慎重處理以防止玻璃管破碎。

應用

幹簧管可以作為傳感器用,用于計數,限位等等。例如,有一種自行車公裡計,就是在輪胎上粘上磁鐵,在一旁固定上幹簧管構成的。把幹簧管裝在門上,可作為開門時的報警用。也可作為開關使用。

幹簧管在家電、汽車、通訊、工業、醫療、安防等領域得到了廣泛的應用。除此之外,還可應用于其它在傳感器及電子器件,如液位計、門磁、幹簧繼電器等。

我們在此簡單介紹四類産品及行業應用,以便大家更深入地了解:幹簧管可用于簧片繼電器、油位傳感器和接近傳感器(磁性傳感器)、高危環境。

繼電器

幹簧管可應用于幹簧繼電器。一個線圈内的一個或多個磁簧開關磁簧繼電器,以得到多對極點的幹簧繼電器。。幹簧繼電器工作電流時使用的是比較低的,并提供高運行速度,良好的性能,這是不可靠的切換由傳統的接觸,高可靠性和長壽命的非常小的電流。在20世紀70年代和80年代,以百萬計的幹簧繼電器,用于在電話交流。尤其是,它們被用來TXE在英國家庭的電話交流切換。簧片觸點周圍的惰性氣氛中确保氧化将不會影響的接觸電阻。有時使用水銀濕簧繼電器,尤其是在高速計數電路。

幹簧繼電器的優點:

(1)體積小,質量輕;

(2)簧片輕而短,有固有頻率,可提高接點的通斷速度,通斷的時間僅為1~3ms,比一般的電磁繼電器快5~10倍;

(3)接點與大氣隔絕,管内有稀有氣體,可減少接點的氧化合碳化,并且由于密封,可防止外界有機蒸氣和塵埃雜質對接點的侵蝕。

油位傳感器

幹簧管目前是各種車用油箱油位傳感器的極好替代品,目前現有的技術中,油(液)位傳感器共分兩類:一類是用滑動電位器為基本檢測元件,它是由浮子帶動電位器,再用歐姆表檢測其阻值,從而達到顯示油位的目的,但當油垢複蓋電位器後,其阻值會發生變化,造成誤差太大,甚至不能使用,此類油箱傳感器成為壽命很短的易損件。

另一類是用電感線圈為基本檢測元件。它是用浮子帶動電感線圈,改變震當電路的震蕩頻率,再通過頻率計檢測其頻率來測定油(液)位。但其結構複雜,調試麻煩,成本高,價格貴,不能被廣泛使用。所以,利用幹簧管壽命長、動作安全可靠、無火花等特性生産的液位傳感器,是現用各種車用油箱油位傳感器的極好替代品。

磁性傳感器

幹簧管除了應用于幹簧繼電器和傳感器外,幹簧管(磁簧開關)被廣泛用于電路控制,尤其是在通信領域。磁簧開關磁鐵驅動中常用的機械系統,接近傳感器。例子是門和窗傳感器在防盜報警系統和防篡改方法。

筆記本電腦使用磁簧開關,把筆記本電腦的睡眠/休眠模式,當蓋子被關閉。自行車車輪和汽車齒輪的轉速傳感器使用磁簧開關,簡單驅動每個車輪上的磁鐵時通過傳感器。以前用于磁簧開關在計算機終端,其中每個鍵有一個磁鐵,通過按壓鍵緻動的簧片開關的鍵盤;正在使用更便宜的開關。電氣和電子踏闆鍵盤所使用的管風琴,電子琴玩家經常使用磁簧開關,接觸的玻璃外殼,保護其不受污垢,灰塵,和其他微粒。它們也可能被用于控制潛水設備如手電筒或相機,它必須被密封,以保持加壓水。

幹簧管也能用于如電腦散熱風扇和磁盤驅動器。由于便宜的霍爾效應傳感器面世,他們更換簧片開關,并給予較長的使用壽命。最近一個時期,固态霍爾效應傳感器已取代磁簧開關。

高危環境

幹簧管可以為高真空式或惰性氣體填充式,幹簧管将控制電路通斷時觸點産生的火花封閉在管身内,使其完全與爆炸性氣體和煤塵隔絕,達到防止爆炸、提高安全系數的目的。

幹簧管的玻璃管内裝有兩根強磁性簧片,将此置于管内一端使之以一定間隙彼此相對。玻璃管内封入惰性氣體,同時觸點部位鍍铑或銥,以防止觸點的活性化。幹簧管利用線圈或永磁體,為簧片誘導出N極和S極,後因這種磁性的吸引力而開始吸合。

當解除磁場時,由于簧片所具有的彈性,觸點即刻恢複原狀并打開電路。隔爆型幹簧管按鈕和開關适用于含有爆炸性氣體和煤塵的礦井,以及含有爆炸性氣體的工廠、船舶等危險場所,用做本質安全型控制電路和非本質安全型控制電路的控制之用。

注意事項

從處理引線腳成型、外部磁場幹擾、幹簧管保護、沖擊及震動、安裝(焊接及錫焊)等多個方面來說明幹簧管(磁簧開關)的使用注意事項。

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