磁簧开关(Reed Switch)也称之为
干簧管,它是一个通过所施加的磁场操作的电开关。
定义
1936年,
贝尔电话实验室的沃尔特.埃尔伍德(Walter B. Ellwood)发明了磁簧开关,并于1940年6月27日在美国申请专利,专利号为2264746 。
基本型式是将两片磁簧片密封在玻璃管内,两片虽重叠,但中间间隔有一小空隙。当外来磁场时将使两片磁簧片接触,进而导通。 一旦磁体被拉到远离开关,磁簧开关将返回到其原来的位置。
磁簧开关的结构
磁簧开关是由两片磁簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成的) 密封在玻璃管内。 两片磁簧片呈重迭状况但中间间隔有一小空隙,外来适当的磁场将会使两片磁簧片接触。
这两片簧片上的触点镀有层很硬的金属,通常都是铑和钌,这层硬金属大大提升了切换次数的寿命。玻璃管内通常注入了氮气或一些相等的
惰性气体,而部份磁簧开关为了提升切换电压的性能,更会把内部做成真空状态。
原理
磁簧开关的工作原理非常简单,两片端点处重叠的可磁化的簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成的)密封于一玻璃管中,两簧片呈交迭状且间隔有一小段空隙(仅约几个
微米),这两片簧片上的触点上镀有层很硬的金属,通常都是铑和钌,这层硬金属大大提升了切换次数及产品寿命。玻璃管中装填有高纯度的惰性气体(如氮气),部份干簧开关为了提升其高压性能,更会把内部做成真空状态。
簧片的作用相当与一个磁通导体。在尚未操作时,两片簧片并未接触;在通过
永久磁铁或电磁线圈产生的磁场时,外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性, 当
磁力超过簧片本身的弹力时,这两片簧片会吸合导通电路;当磁场减弱或消失后,干簧片由于本身的弹性而释放,触面就会分开从而打开电路。
基本的全密封形态 Form A ( 常开 ) 干簧开关的基本结构与组件
上图描述的是Form A (常开 (N.O.)或单刀单掷 (SPST) 干簧开关。 Form B 是代表一个常闭开关,Form C (单向双掷(
SPDT))是代表一个开关带有一个共用簧片,一个常开片和一个常闭片(见图1)。
Form C (单刀双掷 (SPDT) 三个簧片的干簧开关的基本结构
可切换的簧片,在没有磁场时是与常闭片接触,当足够强度的磁场产生时,该簧片会移向常开片,而常开片与常闭片都是固定不动的。这两固定片与可摆动切换的
簧片均为铁磁片,只是常闭的干簧片触点表面部份是由非磁性的金属
熔焊于干簧片上的。置于磁场下时,两旁位于常开与常闭的固定片具相同极性,且和可摆动簧片极性相反,常闭端的非磁性金属会隔离磁通,因此当常开端与可摆动簧片之间的磁力够大时, 摆动簧片将与常开片接触闭合。
通常有两种方式可以令磁簧开关的干簧片吸合:
如图3所示:将磁簧开关放置在线圈中心轴位置,磁场在这部份是最强的两干簧片呈相反极性,在两簧片间产生足够的吸力而互相接触。当有一个永久
磁铁接近干簧开关时,此两片
簧片会被磁化成可相互吸引的不同极性,当磁场够大时,可让两簧片间产生足够的吸引力而互相接触。干簧片都是经过
回火处理的,以 便消除
剩磁,所以当磁场退去后,在干簧片上的磁场随即消失。如果有任何残留的
磁力存在于干簧片上,干簧开关的特性就会改变,在制造过程中,适当的制程和退 火处理是非常重要的。
根据磁簧开关这种特性,磁簧开关可做成非常小尺寸体积的切换组件,并且切换速度非常快速、且具有非常优异的信赖性。永久磁铁的方位和方向确定何时以及多少次开关打开和关闭。
特点
优点
缺点
构建
簧片触点
良好的
电气连接是通过对两个
簧片的接触部分进行镀一层很厚的非磁性贵金属来实现的,低
电阻率的银比耐腐蚀的金更适合做为镀层材料.同样也有使用
水银的湿簧管,湿簧管的触点必须成对安装使用。
磁簧开关簧片触点构造
触点材料
玻璃密封性
工作特性
磁铁
激励形式
激励磁簧开关最常用的方法是用一块
磁铁。典型的激励形式示于下面图4、图5、图6、图7中:
选择
一般来说,用于磁簧开关(
干簧管)的
磁铁选择需要考虑不同的应用因素,如工作温度、
退磁效应、
磁场强度、环境特性、运动以及用途等。
SmCo 钐钴
性能
磁簧开关是一项独特的技术,全密封的特性使得它可以在几乎所有环境下使用。磁簧开关的结构虽然简单但是其制作加工过程中却包含了多项工艺。这些年来,磁簧开关的尺寸已经由大约50毫米 (2寸) 发展到细如6毫米 (0.24寸),这些小的尺寸的出现使它能应用到更多领域中,尤其满足了
射频和快速时域的需求。
磁簧开关的性能如下:
应用
磁簧开关在家电、汽车、通讯、工业、医疗、安防等领域得到了广泛的应用。简单说明一下磁簧开关在
磁簧继电器和干簧传感器的应用。
磁簧继电器
干簧传感器