Chave Reed - Funcionando, Circuitos de Aplicação

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Neste artigo, aprendemos de forma abrangente sobre o funcionamento do interruptor reed e como fazer circuitos simples do interruptor reed.

O que é Reed Switch

A chave Reed, também chamada de relé reed, é uma chave magnética de baixa corrente com um par de contatos ocultos que fecham e abrem em resposta ao campo magnético próximo a ela. Os contatos são escondidos dentro de um tubo de vidro e suas extremidades terminadas fora do tubo de vidro para conexão externa.



E com cerca de um bilhão de especificações de operação, a vida funcional desses dispositivos também parece muito impressionante.

Além disso, os interruptores reed são baratos e, portanto, adequados para todos os tipos de aplicações elétricas e eletrônicas.



Quando foi inventado o interruptor Reed

O interruptor Reed foi inventado no ano de 1945, por Dr. W.B. Ellwood , enquanto trabalhava na Western Electric Corporation, nos EUA. A invenção parece estar muito avançada do que no período em que foi inventada.

Suas imensas vantagens de aplicação continuaram a ser ignoradas pelos engenheiros eletrônicos, até os tempos recentes, quando os interruptores reed estão se tornando parte de muitas implementações eletrônicas e elétricas cruciais.

Como funcionam os interruptores Reed

Fundamentalmente, um interruptor reed é um relé magneto-mecânico. Para ser mais preciso, um interruptor reed é iniciado quando uma força magnética é aproximada dele, o que resulta na ação de comutação mecânica necessária.

Uma chave de relé de palheta padrão pode ser testemunhada conforme mostrado na figura acima. É constituído por um par de tiras ferromagnéticas achatadas (palhetas) que são hermeticamente fechadas num minúsculo tubo de vidro.

As palhetas são fixadas firmemente em uma das extremidades do tubo de vidro, de modo que suas extremidades livres fiquem ligeiramente sobrepostas no centro com uma separação de aproximadamente 0,1 mm.

Durante o processo de selagem, o ar dentro do tubo é bombeado para fora e substituído por nitrogênio seco. Isso é crucial para garantir que os contatos funcionem em uma atmosfera inerte, o que ajuda a mantê-los livres de corrosão, eliminar a resistência do ar e torná-los duradouros.

Como funciona

O funcionamento básico de um interruptor reed pode ser compreendido a partir da seguinte explicação

Quando um campo magnético é introduzido perto de um interruptor de palheta de um ímã permanente ou de um eletroímã, as palhetas sendo ferromagnéticas se transformam em uma parte da fonte magnética. Isso faz com que as pontas das palhetas adquiram polaridade magnética oposta.

Se o fluxo magnético for suficientemente forte, atraia as palhetas uma em direção à outra a uma extensão que supere sua rigidez de fixação, e suas duas extremidades estabelecem um contato elétrico no centro do tubo de vidro.

Quando o campo magnético é removido, os juncos perdem seu poder de retenção e as tiras voltam à sua posição original.

Histerese do interruptor Reed

Como sabemos disso histerese é um fenômeno no qual o sistema é incapaz de ativar e desativar em um determinado ponto fixo.

Por exemplo, para um 12 V relé elétrico , o ponto de ativação pode ser de 11 V, mas seu ponto de desativação pode ser algo em torno de 8,5 V, este lapso de tempo entre os pontos de ativação e desativação é conhecido como histerese.

Da mesma forma, para uma chave de palheta, a desativação de suas palhetas pode exigir que o ímã seja movido para muito mais longe do ponto em que foi inicialmente ativado.

A imagem a seguir explica a situação claramente

Normalmente, uma chave de palheta fecha quando o ímã é colocado a uma distância de 1 polegada dele, mas pode ser necessário que o ímã seja movido cerca de 3 polegadas para abrir os contatos à sua forma original, devido à histerese magnética.

Correção do efeito de histerese no interruptor Reed

O problema de histerese acima pode ser reduzido em grande medida, simplesmente introduzindo outro ímã com pólos N / S invertidos no lado oposto do interruptor reed, mostrado abaixo:

Certifique-se de que o ímã fixo do lado esquerdo não está dentro da faixa de atração da chave de palheta, mas a alguma distância, caso contrário, a palheta permanecerá fechada e abrirá apenas quando o ímã do lado direito for trazido muito perto da palheta.

Portanto, a distância do ímã fixo deve ser experimentada com alguma tentativa e erro até que o diferencial correto seja alcançado e a palheta seja ativada nitidamente em um ponto fixo pelo ímã em movimento.

Criação de interruptor de palheta do tipo 'normalmente fechado'

A partir das discussões acima, sabemos que normalmente os contatos de uma chave de palheta são do tipo 'normalmente aberto'.

As palhetas fecham se um ímã for segurado próximo ao corpo do dispositivo. Mas, pode haver certas aplicações nas quais a palheta deve ser 'normalmente fechada' ou ligada e desligada na presença de um campo magnético.

Isso pode ser facilmente conseguido polarizando o dispositivo com um ímã complementar próximo, conforme demonstrado abaixo, ou usando um tipo de interruptor reed SPDT de 3 terminais, conforme indicado no segundo diagrama abaixo.

Na maioria dos sistemas em que um interruptor reed é operado por meio de um ímã permanente, o ímã é instalado sobre um elemento móvel e o reed é instalado sobre uma plataforma fixa ou constante.

No entanto, você pode encontrar vários programas em que tanto o ímã quanto a palheta devem ser posicionados sobre uma plataforma fixa. A operação ON / OFF da palheta em tais casos é então alcançada distorcendo o campo magnético com a ajuda de um agente ferroso móvel externo, conforme explicado no parágrafo seguinte.

Implementando operação fixa de junco / ímã

Nesta configuração, o ímã e a palheta são mantidos significativamente próximos, o que permite que os contatos da palheta fiquem na situação normalmente fechada, e se abre assim que o agente ferroso distorcedor externo passa entre a palheta e o ímã.

Por outro lado, o mesmo conceito pode ser aplicado para obter resultados exatamente opostos. Aqui, o ímã é ajustado para uma posição que é apenas o suficiente para manter a palheta na posição normalmente aberta.

Assim que o agente ferroso externo é movido entre a palheta e o ímã, a força magnética é aumentada e reforçada pelo agente ferroso que instantaneamente puxa a chave reed e a ativa.

Planos operacionais de um interruptor Reed

A figura a seguir mostra diferentes planos lineares de operação para uma chave reed. Se movermos o ímã em qualquer um dos planos a-a, b-b e c-c, permitirá que a palheta opere normalmente. No entanto, selecionar o ímã pode ser bastante crucial se o modo de operação for através do plano b-b.

Além disso, você pode encontrar disparos de palhetas falsas ou falsas devido a picos negativos da curva de padrão de campo do ímã.

Em situações em que os picos negativos são altos, as palhetas podem ser LIGADAS / DESLIGADAS várias vezes conforme o ímã passa de ponta a ponta da palheta.

A ativação da palheta por meio de um movimento de rotação também pode ser implementada com sucesso.

Para conseguir isso, você pode usar uma das muitas configurações mostradas abaixo:

FIGURA A

FIGURA B

FIGURA C

Também é possível usar um movimento de rotação para acionar uma configuração de interruptor de palheta. Nas figuras A e B, os interruptores reed são instalados em uma posição fixa, enquanto os ímãs são fixados com o disco giratório que faz com que os ímãs se movam além do interruptor reed em cada rotação, ligando / desligando a palheta de forma correspondente.

Na figura C, o ímã e a chave de palheta são estacionários, enquanto um came de proteção magnética especialmente entalhado é girado entre eles de modo que o came corte o campo magnético alternadamente em cada rotação, fazendo com que a palheta abra e feche na mesma sequência

O movimento giratório também pode ser usado para acionar uma chave de palheta. Em A e B, as chaves são estacionárias e os ímãs giram. Nos exemplos C e D, as chaves e os ímãs são estacionários e a chave opera sempre que a parte de corte da blindagem magnética está entre o ímã e a chave.

As taxas de comutação podem ser ajustadas de um segundo a bem mais de 2.000 por minuto simplesmente alterando a velocidade do disco giratório.

Vida operacional das chaves Reed

As chaves Reed são projetadas para ter uma vida útil extremamente alta, que pode variar de 100 milhões a 1000 milhões de operações de abrir / fechar.

No entanto, isso pode ser verdade apenas enquanto a corrente for baixa, se a corrente de chaveamento através dos contatos reed exceder o valor nominal máximo, então o mesmo reed pode falhar dentro de algumas operações.

Normalmente, os interruptores reed são classificados para funcionar com corrente na faixa de 100 mA a 3 amperes, dependendo do tamanho do dispositivo.

O valor máximo tolerável é especificado para cargas puramente resistivas. Se a carga for capacitiva ou indutiva, nesse caso os contatos da chave reed devem ser substancialmente reduzidos ou a proteção de amortecimento apropriada e proteção EMF reversa aplicada nos terminais reed, conforme mostrado abaixo:

Adicionando proteção contra picos indutivos

Qualquer um dos quatro métodos simples acima é empregado para habilitar a proteção para uma chave reed de picos de corrente indutiva ou capacitiva.

Para uma carga indutiva, como uma bobina de relé com alimentação CC, um shunt de resistor simples avaliado em 8 vezes mais do que a bobina de relé será apenas o suficiente para manter o relé de palheta protegido dos EMFs de volta da bobina do relé, conforme mostrado na figura A.

Embora isso possa aumentar ligeiramente o fluxo de corrente ociosa na palheta, isso não prejudicará a palheta de qualquer maneira.

O ersistor pode ser substituído por um capacitor também para habilitar um tipo de proteção semelhante, conforme mostrado na figura B.

Normalmente, uma rede de proteção do capacitor resistor é aplicada conforme indicado na figura C, caso a alimentação seja CA. O resistor pode ter 150 ohm 1/4 watt, e o capacitor pode ser qualquer coisa entre 0,1 uF e 1 uF.

Este método provou ser o mais eficaz e tem sido bem-sucedido em manter a palheta protegida de comutação de partida de motor por mais de um milhão de operações.

Os valores R e C podem ser determinados através da seguinte fórmula

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

Onde E é a corrente de circuito fechado e E é a tensão de circuito aberto da rede.

Na figura C podemos ver um diodo conectado através da palheta. Esta proteção funciona bem em circuitos CC com carga indutiva, embora a polaridade do diodo deva ser implementada corretamente.

Troca de cana de alta corrente

Em aplicações que requerem comutação de corrente pesada usando um interruptor reed, um circuito triac é empregado para alternar a carga de corrente pesada e um interruptor reed é usado para controlar a comutação de porta do triac como mostrado abaixo

Sendo a corrente da porta significativamente menor do que a corrente de carga, a chave reed funcionará de forma eficiente e permitirá que o triac seja comutado com a carga de alta corrente. Mesmo interruptor de palheta mínimo pode ser aplicado aqui e funcionará sem problemas.

O opcional 0,1 uF e o RC de 100 ohm é uma rede de amortecimento para proteger o triac contra picos indutivos de alta corrente, se a carga for uma carga indutiva.

Vantagens do Reed Switch

Uma grande vantagem do reed switch é sua capacidade de trabalhar de forma muito eficiente, ao mesmo tempo que chavea baixas magnitudes de correntes e tensões. Isso pode ser um problema significativo quando um switch regular é usado. Isso ocorre devido à falta de corrente adequada para eliminar a camada de superfície resistiva normalmente associada aos contatos padrão da chave.

Ao contrário, um interruptor reed como resultado de suas superfícies de contato banhadas a ouro e atmosfera inerte funciona com sucesso em mais de um bilhão de operações sem problemas.

Em um dos testes práticos em um laboratório de renomada empresa dos EUA, quatro reed switches foram alimentados com 120 sequências ON / OFF por segundo através de uma carga trabalhando com 500 micro-volts e 100 microampères, cc.

No teste, cada uma das palhetas conseguiu completar 50 milhões de fechamentos de forma consistente, sem uma única ocasião mostrando uma resistência comutada além de 5 ohms.

Reed Switch Falhas

Embora extremamente eficiente, o reed switch pode apresentar tendência a falhar se for operado com entradas de corrente mais altas. A alta corrente causa a erosão dos contatos, o que também é comumente visto em interruptores regulares.

Essa erosão resulta em partículas minúsculas que também são magnéticas para se acumular perto da lacuna dos contatos e, de alguma forma, criar uma ponte através da lacuna. Esta ponte causa um curto-circuito e as palhetas parecem estar permanentemente ligadas.

Então, na verdade, não é devido ao derretimento dos contatos, mas sim ao curto-circuito devido à coleção de partículas erodidas que faz com que os contatos reed pareçam ter derretido e fundido.

Especificações para uma chave de palheta universal padrão

  • Tensão máxima = 150 V
  • Corrente máxima = 2 amperes
  • Potência máxima = 25 watts
  • Máx. resistência inicial = 50 miliohms
  • Máx. resistência de fim de vida = 2 Ohms
  • Tensão de ruptura de pico = 500 V
  • Taxa de fechamento = 400 Hz
  • Resistência de isolamento = 5000 milliohms
  • Faixa de temperatura = -55 graus C a +150 graus C
  • Capacitância de contato = 1,5 pF
  • Vibração = 10G a 10-55Hz
  • Choque = 15G mini mu m
  • Vida na carga nominal = 5 x 10 ^ 6 operações
  • Vida em carga zero = 500 x 10 ^ 6 operações

Áreas de aplicação

  1. Indicador de nível de fluido de freio hidráulico, onde a viabilidade depende fundamentalmente da simplicidade e facilidade de uso.
  2. Contagem de proximidade , proporcionando uma abordagem incrivelmente simples para registrar a passagem de objetos ferrosos em um ponto pré-determinado definido.
  3. Comutação de bloqueio de segurança , oferecendo estabilidade extraordinária e facilidade de uso de aplicativos para projetos intrincadamente mecanizados. Aqui, interruptores reed integrados são usados ​​para conectar um circuito para acender uma lâmpada de advertência ou solicitar os próximos estágios de operação.
  4. Troca selada em ambientes inflamáveis , contorna a possibilidade de combustão também em ambientes cheios de poeira, onde os interruptores abertos padrão podem ser difíceis de confiar e particularmente em climas frios, onde interruptores regulares podem simplesmente congelar.
  5. Em ambiente radioativo , onde o trabalho magnético ajuda a preservar a credibilidade da blindagem.

Alguns outros circuitos de aplicação publicados neste site

Interruptor de flutuação : Os interruptores Reed podem ser usados ​​para interruptores de flutuação livre de corrosão eficazes, controladores de nível de água. Como os interruptores reed são lacrados, o contato com a água é evitado e o sistema funciona infinitamente sem problemas.

Alarme de gotejamento do paciente : Este circuito usa um interruptor reed para ativar um alarme quando o pacote de gotejamento conectado a um paciente fica vazio. O alarme permite que a enfermeira conheça a situação imediatamente e substitua o gotejamento vazio por um novo pacote.

Alarme de porta magnética : Nesta aplicação, um interruptor reed é ativado ou desativado quando um ímã adjacente é movido pela abertura ou fechamento de uma porta. O alarme alerta o usuário sobre o funcionamento da porta.

Contador de enrolamento de transformador : Aqui, o interruptor reed é operado por um ímã preso a uma roda enroladora giratória, que permite que o contador obtenha um sinal de relógio para cada rotação de enrolamento a partir da ativação da palheta.

Controlador de abertura / fechamento de portão : Interruptores Reed também funcionam muito bem como interruptores de limite de estado sólido. Neste circuito controlador de portão, o interruptor reed limita a abertura ou fechamento do portão desligando o motor sempre que o portão atinge seus limites máximos de deslizamento.




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