تبديل ريد - العمل ، دوائر التطبيق

في هذا المنشور ، نتعلم بشكل شامل عن عمل مفتاح القصب ، وكيفية عمل دوائر تبديل بسيطة من القصب.

ما هو تبديل ريد

مفتاح Reed يسمى أيضًا Reed relay ، وهو مفتاح مغناطيسي منخفض التيار مع زوج مخفي من جهات الاتصال التي تغلق وتفتح استجابة للمجال المغناطيسي القريب منها. يتم إخفاء نقاط التلامس داخل أنبوب زجاجي وتنتهي نهاياته خارج الأنبوب الزجاجي للتوصيل الخارجي.

ومع وجود حوالي مليار من مواصفات التشغيل ، تبدو الحياة الوظيفية لهذه الأجهزة أيضًا رائعة للغاية.

علاوة على ذلك ، فإن مفاتيح التبديل من القصب رخيصة وبالتالي فهي مناسبة لجميع أنواع التطبيقات الكهربائية والإلكترونية.

متى تم اختراع ريد سويتش

تم اختراع مفتاح Reed في عام 1945 ، بواسطة د. إلوود أثناء عمله في شركة Western Electric Corporation بالولايات المتحدة الأمريكية. يبدو أن الاختراع قد تقدم كثيرًا عن الفترة التي تم فيها اختراعه.

استمرت مزايا التطبيق الهائلة في عدم ملاحظتها من قبل المهندسين الإلكترونيين ، حتى الآونة الأخيرة عندما أصبحت مفاتيح القصب جزءًا من العديد من التطبيقات الإلكترونية والكهربائية الهامة.

كيف تعمل مفاتيح ريد

في الأساس ، مفتاح القصب هو مرحل مغناطيسي ميكانيكي. لكي تكون أكثر دقة ، يبدأ تشغيل مفتاح القصب عندما تقترب منه قوة مغناطيسية ، مما يؤدي إلى إجراء التبديل الميكانيكي المطلوب.

يمكن مشاهدة مفتاح ترحيل القصب القياسي كما هو موضح في الشكل أعلاه. وهي مكونة من زوج من الشرائط المغناطيسية الحديدية المسطحة (القصب) والتي يتم غلقها بإحكام في أنبوب زجاجي صغير.

يتم تثبيت القصب بإحكام على طرفي الأنبوب الزجاجي بطريقة تجعل نهاياتها الحرة متداخلة قليلاً في المركز مع فاصل يبلغ حوالي 0.1 مم.

أثناء عملية الختم ، يتم ضخ الهواء داخل الأنبوب واستبداله بالنيتروجين الجاف. هذا أمر بالغ الأهمية لضمان عمل جهات الاتصال في جو خامل مما يساعد على الحفاظ على جهات الاتصال خالية من التآكل ، والقضاء على مقاومة الهواء ، وجعلها تدوم طويلاً.

كيف تعمل

يمكن فهم العمل الأساسي لمفتاح القصب من الشرح التالي

عندما يتم إدخال مجال مغناطيسي بالقرب من مفتاح القصب إما من مغناطيس دائم أو من مغناطيس كهربائي ، فإن القصب الذي يكون مغناطيسيًا حديديًا يتحول إلى جزء من المصدر المغناطيسي. يؤدي هذا إلى اكتساب أطراف القصب قطبية مغناطيسية معاكسة.

إذا كان التدفق المغناطيسي قويًا بشكل كافٍ ، فاجذب القصب تجاه بعضها البعض إلى حد يتغلب على صلابة التثبيت ، وينشئ طرفاها اتصالًا كهربائيًا في مركز الأنبوب الزجاجي.

عند إزالة المجال المغناطيسي ، تفقد القصب قدرتها على الإمساك وتعود الشرائط إلى وضعها الأصلي.

تباطؤ تبديل ريد

كما نعلم ذلك التخلفية هي ظاهرة يتعذر فيها على النظام التنشيط وإلغاء التنشيط عند نقطة ثابتة معينة.

كمثال ، لـ 12 فولت مرحل كهربائي ، قد تكون نقطة التنشيط 11 فولت ، ولكن قد تكون نقطة التعطيل في مكان ما حول 8.5 فولت ، يُعرف هذا الفاصل الزمني بين نقطتي التنشيط والتعطيل بالتباطؤ.

وبالمثل ، بالنسبة لمفتاح القصب ، قد يتطلب إلغاء تنشيط القصب الخاص به تحريك المغناطيس بعيدًا عن النقطة التي تم تنشيطه فيها في البداية.

الصورة التالية توضح الموقف بوضوح

عادةً ما يتم إغلاق مفتاح القصب عندما يتم إحضار المغناطيس على مسافة 1 بوصة منه ، ولكنه قد يحتاج إلى تحريك المغناطيس على بعد حوالي 3 بوصات لفتح جهات الاتصال إلى شكلها الأصلي ، بسبب التخلف المغناطيسي.

تصحيح تأثير التباطؤ في مفتاح القصب

يمكن تقليل مشكلة التباطؤ المذكورة أعلاه إلى حد كبير عن طريق إدخال مغناطيس آخر مع أقطاب N / S معكوسة في الجانب الآخر من مفتاح القصب ، كما هو موضح أدناه:

تأكد من أن المغناطيس الثابت على الجانب الأيسر ليس ضمن نطاق السحب لمفتاح القصب ، بل على بعد مسافة ما ، وإلا ستظل القصبة مغلقة ولن تفتح إلا عندما يكون مغناطيس الجانب الأيمن قريبًا جدًا من القصبة.

لذلك ، يجب تجربة مسافة المغناطيس الثابت ببعض التجارب والخطأ حتى يتحقق التفاضل الصحيح ، وتنشط القصبة بشكل حاد عند نقطة ثابتة بواسطة المغناطيس المتحرك.

إنشاء مفتاح Reed من النوع 'مغلق بشكل طبيعي'

من المناقشات المذكورة أعلاه ، نعلم أن جهات الاتصال الخاصة بمفتاح القصب عادةً ما تكون من النوع 'المفتوح عادةً'.

تغلق القصب إذا كان المغناطيس ممسكًا بالقرب من جسم الجهاز. ولكن ، قد تكون هناك بعض التطبيقات التي قد يُطلب فيها أن تكون القصبة 'مغلقة بشكل طبيعي' أو في وضع التشغيل ، وإيقاف التشغيل في وجود مجال مغناطيسي.

يمكن تحقيق ذلك بسهولة إما عن طريق تحيز الجهاز بمغناطيس مكمل قريب كما هو موضح أدناه ، أو باستخدام نوع 3 طرفية SPDT من مفتاح القصب كما هو موضح في الرسم البياني الثاني أدناه.

في معظم الأنظمة التي يتم فيها تشغيل مفتاح القصب من خلال 'مغناطيس دائم' ، يتم تثبيت المغناطيس فوق عنصر متحرك ، ويتم تثبيت القصبة فوق منصة ثابتة أو ثابتة.

ومع ذلك ، قد تجد العديد من البرامج حيث يجب وضع كل من المغناطيس والقصب فوق منصة ثابتة. يتم بعد ذلك تحقيق تشغيل / إيقاف تشغيل القصب في مثل هذه الحالات عن طريق تشويه المجال المغناطيسي بمساعدة عامل حديدي خارجي متحرك ، كما هو موضح في الفقرة التالية.

تنفيذ عملية القصب الثابت / المغناطيس

في هذا الإعداد ، يتم الاحتفاظ بالمغناطيس والقصب قريبين بشكل كبير ، مما يمكّن جهات اتصال القصب من أن تكون في وضع مغلق بشكل طبيعي ، ويتم فتحها بمجرد أن يتحرك العامل الخارجي المشوه بين القصبة والمغناطيس.

من ناحية أخرى ، يمكن تطبيق نفس المفهوم للحصول على النتائج المعاكسة تمامًا. هنا ، يتم ضبط المغناطيس على وضع يكفي لإبقاء القصبة في وضع الفتح الطبيعي.

بمجرد نقل العامل الحديدي الخارجي بين القصب والمغناطيس ، يتم تعزيز القوة المغناطيسية وتقويتها بواسطة العامل الحديدي الذي يسحب على الفور مفتاح القصب وينشطه.

مستويات تشغيل مفتاح ريد

يوضح الشكل التالي مستويات تشغيل خطية مختلفة لمفتاح القصب. إذا قمنا بتحريك المغناطيس عبر أي من المستويات a-a و b-b و c-c ، فسيسمح للقصبة بالعمل بشكل طبيعي. ومع ذلك ، يمكن أن يكون اختيار المغناطيس أمرًا بالغ الأهمية إذا كان وضع التشغيل عبر المستوى b-b.

بالإضافة إلى ذلك ، قد تجد قصبًا زائفًا أو كاذبًا ينطلق بسبب القمم السلبية من منحنى نمط مجال المغناطيس.

في الحالات التي تكون فيها القمم السلبية عالية ، قد يتم تشغيل / إيقاف القصب عدة مرات حيث يتحرك المغناطيس عبر نهاية طول القصبة إلى نهايته.

يمكن أيضًا تنفيذ تفعيل القصب من خلال حركة دورانية بنجاح.

لتحقيق ذلك ، يمكنك استخدام من بين العديد من عمليات الإعداد الموضحة أدناه:

الشكل أ

الشكل ب

الشكل ج

من الممكن أيضًا استخدام حركة دورانية لتشغيل مفتاح القصب. في الشكل (أ) و (ب) ، يتم تثبيت مفاتيح القصب في وضع ثابت ، بينما يتم توصيل المغناطيس بالقرص الدوار الذي يتسبب في تحرك المغناطيسات إلى ما بعد مفتاح القصب في كل دوران ، مما يؤدي إلى تشغيل / إيقاف تشغيل القصب في المقابل.

في الشكل C ، يكون كل من المغناطيس ومفتاح القصب ثابتين ، بينما يتم تدوير كاميرا درع مغناطيسي منحوتة بشكل خاص بينهما بحيث تقطع الكاميرا المجال المغناطيسي بالتناوب في كل دوران مما يتسبب في فتح وإغلاق القصبة في نفس التسلسل

يمكن أيضًا استخدام الحركة الدورانية لتشغيل مفتاح القصب ، في A و B تكون المفاتيح ثابتة ويتم تدوير المغناطيس. في المثالين C و D ، تكون المفاتيح والمغناطيسات ثابتة ويعمل المفتاح عندما يكون جزء القطع للدرع المغناطيسي بين المغناطيس والمفتاح.

يمكن تعديل معدلات التبديل ثانية واحدة إلى ما يزيد عن 2000 في الدقيقة ببساطة عن طريق تغيير سرعة القرص الدوار.

العمر التشغيلي لمفاتيح ريد

تم تصميم مفاتيح التبديل من Reed بحيث تتمتع بعمر افتراضي طويل للغاية قد يتراوح من 100 مليون إلى 1000 مليون عملية فتح / إغلاق.

ومع ذلك ، قد يكون هذا صحيحًا فقط طالما أن التيار منخفض ، إذا تجاوز تيار التحويل عبر ملامسات القصب الحد الأقصى للقيمة المقدرة ، فقد تفشل نفس القصبة في غضون بضع عمليات.

عادة ، يتم تصنيف مفاتيح التبديل من القصب للعمل مع التيار في نطاق من 100 مللي أمبير إلى 3 أمبير حسب حجم الجهاز.

يتم تحديد القيمة القصوى المسموح بها للأحمال المقاومة البحتة. إذا كان الحمل سعويًا أو استقرائيًا ، في هذه الحالة ، يجب أن تكون جهات الاتصال الخاصة بمفتاح القصب إما محرومة إلى حد كبير أو يجب أن تكون الحماية المناسبة للشطف والحماية العكسية EMF المطبقة عبر محطات القصب ، كما هو موضح أدناه:

إضافة الحماية ضد المسامير الاستقرائية

أي من الطرق الأربع المذكورة أعلاه يستخدمها البريد لتمكين الحماية لمفتاح القصب من موجات التيار الاستقرائي أو السعوي.

بالنسبة للحمل الاستقرائي مثل ملف الترحيل المزود بمصدر تيار مستمر ، فإن تحويلة المقاوم البسيطة المصنفة بمعدل 8 مرات أكثر من ملف الترحيل ستكون كافية فقط للحفاظ على مرحل القصب آمنًا من ملف التتابع EMFs ، كما هو موضح في الشكل أ.

على الرغم من أن هذا قد يزيد قليلاً من تدفق التيار الخامل في القصب ، إلا أن ذلك لن يضر القصب على أي حال.

يمكن أيضًا استبدال ersistor بمكثف لتمكين نوع مماثل من الحماية ، كما هو موضح في الشكل ب.

عادةً ما يتم تطبيق شبكة حماية مكثف المقاوم كما هو موضح في الشكل C ، في حالة كون الإمداد تيار متردد. يمكن أن يكون المقاوم 150 أوم 1/4 واط ، ويمكن أن يكون المكثف بين 0.1 uF و 1 uF.

وقد ثبت أن هذه الطريقة هي الأكثر فعالية ونجحت في الحفاظ على القصب آمنًا من تبديل بداية المحرك لأكثر من مليون عملية.

يمكن تحديد القيمة R و C من خلال الصيغة التالية

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

حيث E هو تيار الدائرة المغلقة و E هو جهد الدائرة المفتوحة للشبكة.

في الشكل C ، يمكننا رؤية الصمام الثنائي المتصل عبر القصبة. تعمل هذه الحماية بشكل جيد في دوائر التيار المستمر ذات الحمل الاستقرائي ، على الرغم من ضرورة تنفيذ قطبية الصمام الثنائي بشكل صحيح.

عالية الحالية ريد Swithcing

في التطبيقات التي تتطلب تبديل التيار الثقيل باستخدام مفتاح القصب ، يتم استخدام دائرة التيرستورات لتبديل حمل التيار الثقيل ويتم استخدام مفتاح القصب للتحكم في تبديل بوابة التيرستورات كما هو موضح أدناه

نظرًا لكون تيار البوابة أقل بكثير من تيار الحمل ، سيعمل مفتاح القصب بكفاءة ويسمح بتبديل التيرستورات مع الحمل الحالي العالي. يمكن هنا تطبيق مفتاح القصب الدقيق حتى ، وسيعمل بدون مشاكل.

إن 0.1 uF و 100 ohm RC الاختياريان عبارة عن شبكة snubber لحماية التيرستورات ضد التموجات الحثية العالية الحالية ، إذا كان الحمل عبارة عن حمل استقرائي.

مزايا Reed Switch

من المزايا الرائعة لمفتاح القصب قدرته على العمل بكفاءة عالية أثناء تبديل مقادير منخفضة من التيارات والفولتية. يمكن أن تكون هذه مشكلة كبيرة عند استخدام مفتاح عادي. هذا بسبب عدم وجود تيار كافٍ للتخلص من الطبقة السطحية المقاومة المرتبطة عادةً بملامسات التبديل القياسية.

على العكس من ذلك ، فإن مفتاح القصب نتيجة لأسطح التلامس المطلية بالذهب والجو الخامل يعمل بنجاح لأكثر من مليار عملية دون أي مشاكل.

في أحد الاختبارات العملية في معمل شركة أمريكية مرموقة ، تم تشغيل أربعة مفاتيح من القصب ب 120 تسلسل تشغيل / إيقاف في الثانية من خلال حمل يعمل بـ 500 ميكرو فولت و 100 ميكرو أمبير ، تيار مستمر.

في الاختبار ، يمكن لكل من القصب إكمال 50 مليون إغلاق بشكل متسق مع عدم وجود مناسبة واحدة تظهر مقاومة بتبديل تتجاوز 5 أوم.

فشل تبديل ريد

على الرغم من فعاليته الشديدة ، قد يظهر مفتاح القصب ميلًا للفشل إذا تم تشغيله تحت مدخلات تيار أعلى. يؤدي التيار العالي إلى تآكل جهات الاتصال وهو أمر شائع أيضًا في المفاتيح العادية.

ينتج عن هذا التآكل جزيئات صغيرة تكون مغناطيسية أيضًا لتتجمع بالقرب من فجوة جهات الاتصال وتخلق بطريقة ما جسراً عبر الفجوة. يتسبب سد الفجوة هذا في حدوث ماس كهربائي ويبدو أن القصب يندمج بشكل دائم.

لذلك في الواقع لا يرجع السبب في ذلك إلى ذوبان جهات الاتصال ، بل بسبب التقصير الناتج عن تجميع الجزيئات المتآكلة التي تجعل ملامسات القصب تبدو وكأنها قد ذابت وانصهرت.

مواصفات لمبدل قصب قياسي عالمي

• أقصى جهد = 150 فولت
• أقصى تيار = 2 أمبير
• الطاقة القصوى = 25 وات
• الأعلى. المقاومة الأولية = 50 ملي أوم
• الأعلى. مقاومة نهاية العمر = 2 أوم
• جهد انهيار الذروة = 500 فولت
• معدل الإغلاق = 400 هرتز
• مقاومة العزل = 5000 ملي أوم
• نطاق درجة الحرارة = -55 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية
• السعة الملامسة = 1.5 بيكو فاراد
• الاهتزاز = 10 ج عند 10-55 هرتز
• الصدمة = 15G mini mu m
• العمر عند الحمل المقنن = 5 × 10 ^ 6 عمليات
• الحياة عند حمولة صفرية = 500 × 10 ^ 6 عمليات

مجالات التطبيقات

1. مؤشر مستوى سائل الفرامل الهيدروليكية ، حيث تعتمد الجدوى بشكل أساسي على الاستقامة وسهولة الاستخدام.
2. عد القرب ، مما يوفر طريقة بسيطة للغاية لتسجيل مرور الأجسام الحديدية عبر نقطة محددة مسبقًا.
3. تبديل قفل الأمان ، مما يوفر استقرارًا استثنائيًا وسهولة استخدام التطبيقات للتصاميم الآلية المعقدة. هنا ، يتم استخدام مفاتيح تبديل القصب المدمجة لتوصيل دائرة لإضاءة مصباح تحذيري أو المطالبة بالمراحل التالية من التشغيل.
4. تبديل مختوم في البيئات القابلة للاشتعال ، يتغلب على إمكانية الاحتراق أيضًا في الأجواء المليئة بالغبار حيث يصعب الاعتماد على المفاتيح المفتوحة القياسية وخاصة في الطقس البارد حيث قد تتجمد المفاتيح العادية ببساطة.
5. في محيط مشع ، حيث يساعد العمل المغناطيسي في الحفاظ على مصداقية الحماية.

بعض دوائر التطبيق الأخرى المنشورة في هذا الموقع

مفتاح التبديل بالعوامة : يمكن استخدام مفاتيح التبديل من ريد لمفاتيح التحكم في منسوب المياه الفعالة الخالية من التآكل. نظرًا لأن مفاتيح القصب محكمة الغلق ، يتم تجنب ملامسة الماء ويعمل النظام بلا حدود دون أي مشاكل.

إنذار بالتنقيط للمريض : تستخدم هذه الدائرة مفتاح القصب لتنشيط الإنذار عندما تصبح عبوة التنقيط المتصلة بالمريض فارغة. يُمكّن الإنذار الممرضة من معرفة الموقف على الفور واستبدال القطارة الفارغة بحزمة جديدة.

إنذار الباب المغناطيسي : في هذا التطبيق ، يتم تنشيط أو إلغاء تنشيط مفتاح القصب عند تحريك مغناطيس مجاور عن طريق فتح أو إغلاق الباب. ينبه التنبيه المستخدم فيما يتعلق بتشغيل الباب.

عداد لف المحولات : هنا ، يتم تشغيل مفتاح القصب بواسطة مغناطيس متصل بعجلة اللفاف الدوارة ، مما يسمح للعداد بالحصول على إشارة ساعة لكل دورة لف من تنشيط القصب.

بوابة فتح / إغلاق تحكم : تعمل مفاتيح Reed أيضًا بشكل رائع كمفاتيح حد الحالة الصلبة. في دائرة تحكم البوابة هذه ، يحد مفتاح القصب من فتح البوابة أو إغلاقها عن طريق إيقاف تشغيل المحرك عندما تصل البوابة إلى حدود الانزلاق القصوى.