簧片开关-工作、应用电路

在这篇文章中，我们全面了解了簧片开关的功能，以及如何制作简单的簧片开关电路。

什么是簧片开关

簧片开关也叫簧片继电器，是一种低电流的磁开关，它有一对隐藏的触点，触点根据附近的磁场闭合和断开。触点隐藏在玻璃管内，其两端端出玻璃管进行外部连接。

这些设备的操作规格大约有十亿，其功能寿命也非常可观。

此外，簧片开关价格低廉，因此适用于所有类型的电气、电子应用。

簧片开关是什么时候发明的

簧片开关发明于1945年，由W.B.埃尔伍德博士当时他在美国西部电气公司工作。这项发明似乎比它刚发明的时候先进多了。

它巨大的应用优势一直没有被电子工程师注意到，直到最近簧片开关成为许多重要电子和电气装置的一部分。

簧片开关的工作原理

从根本上说，簧片开关是一种磁机械继电器。更准确地说，当磁力靠近簧片开关时，簧片开关开始工作，从而产生所需的机械开关动作。

标准簧片继电器开关如图所示。它是由一对扁平的铁磁条(簧片)密封在一个小玻璃管中。

簧片牢牢地夹在玻璃管的两端，其自由端在中心略微重叠，间隔约为0.1 mm。

在密封过程中，管道内的空气被泵出，并被干燥的氮气取代。这是至关重要的，以确保接触工作在惰性气氛，这有助于保持接触腐蚀，消除空气阻力，并使其长期持久。

工作原理

下面的解释可以理解簧片开关的基本工作原理

当磁场从永磁体或电磁铁引入簧片开关附近时，具有铁磁性的簧片变成磁源的一部分。这导致簧片的两端获得相反的磁极性。

如果磁通量足够强，将簧片相互吸引到一定程度，以克服它们的夹紧刚性，它们的两端在玻璃管的中心建立一个电接触。

当磁场被移除时，簧片就失去了吸附力，簧片就会弹回原来的位置。

舌簧开关滞后

我们知道磁滞是指系统在某一特定的不动点上不能激活或不激活的现象。

以12v为例电气继电器，激活点可能为11 V，但其失活点可能在8.5 V左右，激活点和失活点之间的此时间差称为滞后。

同样，对于簧片开关来说，簧片的失活可能需要磁铁远离它最初被激活的位置。

下面的图片清楚地解释了这种情况

通常，当磁铁与簧片开关相距1英寸时，簧片开关将闭合，但由于磁滞，可能需要将磁铁移动约3英寸以将触点打开至其原始形状。

簧片开关磁滞效应的校正

通过简单地在簧片开关的另一侧引入另一个具有倒N/S磁极的磁铁，可以在很大程度上减少上述迟滞问题，如下图所示:

确保左侧固定磁铁不在簧片开关的拉入范围内，而是在一定距离之外，否则簧片将保持闭合状态，只有当右侧磁铁过于靠近簧片时，簧片才会打开。

因此，必须对固定磁体的距离进行一定的试验和误差，直到达到右差速器，并由移动磁体在一个固定点剧烈地激活簧片。

创建“常闭”型簧片开关

从上面的讨论我们知道，典型的簧片开关的触点是“常开”类型。

如果将磁铁靠近设备本体，则簧片闭合。但是，在某些应用中，簧片可能需要“常闭”或开关ON，并在磁场的存在下开关OFF。

这可以很容易地通过如下所示，用附近的互补磁铁对设备进行偏置，或者使用下面第二张图中所示的3端子SPDT型簧片开关来实现。

在大多数系统中，簧片开关通过永久磁铁操作，磁铁安装在移动元件上，簧片安装在固定或固定平台上。

然而，你可能会发现在一些程序中，磁铁和簧片都必须放置在一个固定的平台上。在这种情况下，簧片的ON/OFF操作是通过在外部移动的亚铁剂的帮助下扭曲磁场来实现的，如下段所述。

执行固定簧片/磁铁操作

在这种设置中，磁铁和簧片保持非常接近，这使得簧片触点处于正常关闭的状态，当外部扭曲的亚铁剂在簧片和磁铁之间移动时，簧片触点立即打开。

另一方面，同样的概念也可以用于得到完全相反的结果。在这里，磁铁被调整到一个位置刚好足够保持簧片在常开的位置。

一旦外部的铁质介质在簧片和磁铁之间移动，磁力得到增强和加强的铁质介质立即拉入簧片开关并激活它。

簧片开关的操作平面

下图显示了簧片开关不同的工作线性平面。如果我们把磁体移过a-a, b-b, c-c这三个平面，簧片就可以正常工作了。然而，如果操作方式是在b-b平面上，磁体的选择是相当关键的。

此外，由于磁铁磁场模式曲线的负峰值，您可能会发现假簧片触发或假簧片触发。

在负峰高的情况下，当磁铁穿过簧片的端到端长度时，簧片可能会开关ON/OFF几次。

通过旋转运动激活簧片也可以成功实现。

为了实现这一点，你可以使用如下所示的许多设置:

也可以使用旋转运动触发簧片开关设置。在图A和图B中，簧片开关被安装在一个固定的位置上，而磁铁与旋转盘相连，使得磁铁在每次旋转时移动经过簧片开关，相应地开关簧片on /OFF。

在图C中，磁铁和簧片开关都是固定的，同时一个特殊雕刻的磁屏蔽凸轮在它们之间旋转，这样凸轮在每次旋转时交替地切割磁场，导致簧片按相同的顺序打开和关闭

旋转运动也可用来驱动簧片开关，在a和B中，开关是静止的，磁铁旋转。在例子C和D中，开关和磁铁都是静止的，当磁屏蔽的切断部分位于磁铁和开关之间时，开关就会工作。

只需改变旋转盘的速度，开关率就可以在一秒内调整到2000多/分钟。

簧片开关的使用寿命

簧片开关设计具有极高的工作寿命，可在1亿至10亿的开启/关闭操作范围。

然而，这可能只在电流很低的情况下是正确的，如果通过簧片触点的开关电流超过最大额定值，那么同一个簧片可能在几次操作中失效。

通常，簧片开关额定工作电流范围在100毫安到3安培，这取决于设备的大小。

最大容许值是为纯电阻负载规定的。如果负载是电容性或电感性的，在这种情况下，簧片开关的触点必须大幅度降额，或在簧片端子上应用适当的缓冲保护和反电动势保护，如下所示:

增加对感应尖刺的保护

上述四种简单方法中的任何一种，用于使簧片开关免受电感或电容电流尖峰的保护。

对于电感负载，如带有直流电源的继电器线圈，一个简单的电阻分流额定比继电器线圈多8倍，将刚好足够保持簧片继电器安全，从继电器线圈回EMFs，如图a所示。

虽然这可能会稍微增加怠速电流在簧片，但这不会伤害簧片无论如何。

如图B所示，该电阻也可以用电容替换，以实现类似的保护。

通常，如图C所示的电阻电容保护网络，如果电源是交流电源。电阻可以是150欧姆1/4瓦，电容可以是0.1 uF和1 uF之间的任何东西。

这种方法已被证明是最有效的，并已成功地保持簧片安全，从电机起动开关超过一百万次的操作。

R和C的值可以通过以下公式确定

C = I^2 / 10uf, R = E / 10I(1 + 50/E)

式中，E是闭合电路电流，E是网络的开路电压。

在图C中，我们可以看到一个二极管连接在簧片上。这种保护在带有电感负载的直流电路中工作得很好，尽管二极管的极性必须正确实现。

高电流簧片开关

在需要使用簧片开关进行大电流切换的应用中，三端双向晶闸管电路用于切换大电流负载，簧片开关用于控制三端双向晶闸管的栅极切换，如下所示

当栅极电流明显小于负载电流时，簧片开关将有效工作，并允许双向晶闸管在高电流负载下切换。即使是微小的簧片开关也可以在这里使用，并且可以正常工作。

可选的0.1 uF和100 ohm RC是一个缓冲网络，用于在负载为电感负载的情况下保护双向晶闸管免受高电流电感尖峰的影响。

簧片开关的优点

簧片开关的一个很大的优点是，当开关电流和电压较低时，它的工作效率非常高。当使用常规开关时，这可能是一个严重的问题。这是由于缺乏足够的电流来消除通常与标准开关触点相关的电阻表层。

相反，簧片开关由于其镀金接触面和惰性气氛，可成功工作超过10亿次，没有任何问题。

在一个著名的美国公司实验室的实际测试中，四个簧片开关通过500微伏和100微安的直流负载以每秒120个ON/OFF序列供电。

在测试中，每个簧片可以连续完成5000万次闭合，没有一次开关电阻超过5欧姆。

舌簧开关故障

簧片开关虽然效率极高，但如果在高电流输入下操作，可能会出现故障。高电流导致触点腐蚀，这在常规开关中也很常见。

这种侵蚀产生了微小的颗粒，这些颗粒也具有磁性，可以在接触点的间隙附近收集，并以某种方式在间隙之间建立起桥梁。这种间隙的桥接导致短路，簧片似乎被永久地融合在ON上。

所以，实际上，这不是由于熔点，而是由于收集腐蚀颗粒造成的短路，这导致簧片接触似乎已经熔化和融合。

标准通用簧片开关的规格

• 最大电压= 150v
• 最大电流=2安培
• 最大功率= 25瓦
• Max。初始电阻= 50毫欧姆
• Max。寿命结束电阻= 2欧姆
• 峰值击穿电压= 500 V
• 闭合率= 400hz
• 绝缘电阻=5000毫欧姆
• 温度范围= -55摄氏度到+150摄氏度
• 接触电容= 1.5 pF
• 振动= 10G在10-55Hz
• 冲击= 15G mini mu m
• 额定负载下的寿命= 5 × 10^6操作
• 零负载时的寿命= 500 × 10^6次操作

应用领域

1. 液压制动液液位指示器，其中，可行性基本上依赖于直截了当和易于使用。
2. 距离计算，提供了一种非常简单的方法来记录铁物体通过预定点的情况。
3. 安全联锁装置开关，为复杂的机械化设计提供了非凡的稳定性和易用性应用程序。在这里，嵌入式簧片开关用于连接电路，以点亮警示灯或提示下一阶段的操作。
4. 在易燃环境中密封开关，避免燃烧的可能性;在充满灰尘的环境中，标准的开关很难依赖;尤其是在寒冷的天气里，常规的开关可能会冻住。
5. 在放射性环境中，其中磁工作有助于保持屏蔽的可靠性。

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浮动开关:簧片开关可用于有效的无腐蚀浮子开关水位控制器。由于簧片开关是密封的，避免了水接触，系统无限工作，没有任何问题。

病人滴报警这个电路使用一个簧片开关，当接在病人身上的输液包空了时，就会发出警报。警报器使护士能够立即了解情况，并用新包装更换空的点滴。

门磁报警：在此应用中，当相邻磁铁因门的打开或关闭而移动时，簧片开关激活或禁用。警报提醒用户门的操作。

变压器绕组计数器在这里，簧片开关是由附在旋转的绕线轮上的磁铁操作的，它允许计数器从簧片激活的每一个绕线旋转获得时钟信号。

门打开/关闭控制器：簧片开关也可以用作固态限位开关。在该闸门控制器电路中，簧片开关通过在闸门达到其最大滑动极限时关闭电机来限制闸门的打开或关闭。