Interruptor de láminas - Reed switch
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El interruptor de lengüeta es un interruptor eléctrico operado por un campo magnético aplicado . Fue inventado en 1922 por el profesor Valentin Kovalenkov en la Universidad Electrotécnica de Leningrado, y más tarde evolucionó en Bell Telephone Laboratories en 1936 por Walter B. Ellwood en el relé de lengüeta. En su forma más simple y común, consta de un par de contactos metálicos flexibles ferromagnéticos en un sobre de vidrio herméticamente cerrado . Los contactos suelen estar normalmente abiertos , cerrándose cuando hay un campo magnético, o pueden estar normalmente cerrados y abiertos cuando se aplica un campo magnético. El interruptor puede ser accionado por una bobina electromagnética , creando un relé de lengüeta , o acercando un imán permanente . Cuando se elimina el campo magnético, los contactos del interruptor de lengüeta vuelven a su posición original. La "lengüeta" es la parte de metal dentro de la envoltura del interruptor de lengüeta que es relativamente delgada y ancha para que sea flexible. Se parece un poco a parte de algunas plantas de caña . El término "lengüeta" también puede incluir el cable externo así como la parte interna.
Un ejemplo común de una aplicación de interruptor de láminas es detectar la apertura de una puerta o ventanas, para una alarma de seguridad .
Descripción
Fig.1 - dispositivo mostrado en posición no
operada
Fig.2 - dispositivo mostrado en posición operada Fig.3 - sección transversal
1 - envoltura de vidrio
2 - terminal
3 - miembro magnético elástico
4 - no miembro magnético
5 - miembro conductor
6 - miembro magnético
7 - pieza aislante
El tipo más común de interruptor de lengüeta contiene un par de lengüetas de metal flexibles y magnetizables cuyas partes terminales están separadas por un pequeño espacio cuando el interruptor está abierto. Las lengüetas están selladas herméticamente dentro de un sobre de vidrio tubular. Otro tipo de interruptor de lengüeta contiene una lengüeta flexible que se mueve entre un contacto fijo normalmente abierto y un contacto fijo normalmente cerrado. El contacto normalmente cerrado no es ferromagnético y está cerrado por la fuerza del resorte de la lengüeta flexible . Aunque son posibles los interruptores de láminas con múltiples polos , más a menudo se utiliza un conjunto de interruptores de láminas unipolares para aplicaciones de varios polos.
Un campo magnético de un electroimán o un imán permanente hará que las lengüetas se atraigan entre sí, completando así un circuito eléctrico . La fuerza del resorte de las lengüetas hace que se separen y abran el circuito cuando cesa el campo magnético. Otra configuración contiene un contacto normalmente cerrado no ferromagnético que se abre cuando se cierra el contacto normalmente abierto ferromagnético. Se aplica una capa delgada de material no ferromagnético al área de contacto del interruptor de láminas para que sirva como superficie de conmutación (desgaste) de contacto eléctrico y, para contactos normalmente abiertos, como espaciador magnético cuyo grosor es importante para controlar el nivel del campo magnético en que abre el contacto (el abandono). Los contactos de los interruptores de lengüeta suelen ser de rodio , rutenio , iridio o tungsteno . También hay versiones de interruptores de láminas con contactos mojados con mercurio . Dichos interruptores deben montarse en una orientación particular, no sea que gotas de mercurio puenteen los contactos incluso cuando no estén activados.
Dado que los contactos del interruptor de láminas están sellados lejos de la atmósfera, están protegidos contra la corrosión atmosférica . El sellado hermético de un interruptor de lengüeta los hace adecuados para su uso en atmósferas explosivas donde las pequeñas chispas de los interruptores convencionales constituirían un peligro.
Una cualidad importante del interruptor es su sensibilidad, la cantidad de campo magnético necesario para accionarlo. La sensibilidad se mide en unidades de amperios-vueltas (AT), que corresponden a la corriente en una bobina de prueba multiplicada por el número de vueltas en la bobina de prueba. Las sensibilidades típicas de pull-in para dispositivos comerciales se encuentran en el rango de 10 a 60 AT. Cuanto más bajo sea el AT, más sensible será el interruptor de lengüeta. Los interruptores de lengüeta más pequeños, que tienen partes más pequeñas, generalmente son más sensibles a los campos magnéticos.
En la producción, se inserta una caña de metal en cada extremo de un tubo de vidrio y los extremos del tubo se calientan de modo que sellen alrededor de una parte de la caña en las cañas. El vidrio absorbente de infrarrojos de color verde se utiliza con frecuencia, por lo que una fuente de calor infrarrojo puede concentrar el calor en la pequeña zona de sellado del tubo de vidrio. El coeficiente térmico de expansión del material de vidrio y las partes metálicas debe ser similar para evitar que se rompa el sello vidrio-metal . El vidrio utilizado debe tener una alta resistencia eléctrica y no debe contener componentes volátiles, como óxido de plomo y fluoruros , que puedan contaminar los contactos durante la operación de sellado. Los cables del interruptor deben manipularse con cuidado para evitar romper el sobre de vidrio. La envoltura de vidrio puede dañarse si el interruptor de lengüeta se somete a esfuerzos mecánicos.
La mayoría de los interruptores de lengüeta están llenos de nitrógeno a presión atmosférica. Una vez realizado el sellado final, el interruptor se enfría y la presión interna es inferior a una atmósfera. Los interruptores de lengüeta sellados con una atmósfera de nitrógeno presurizado tienen un voltaje de ruptura más alto y son útiles para conmutar energía de 220-240 VCA . Los interruptores de lengüeta con vacío dentro de la envoltura de vidrio pueden cambiar miles de voltios.
Los interruptores de lengüeta se pueden usar para conmutar directamente una variedad de cargas que van desde nanovoltios a kilovoltios, femtoamperios a amperios y CC a radiofrecuencia. Otros dispositivos de conmutación activados magnéticamente tienen un rango limitado de tensiones y corrientes de salida y, por lo general, no controlan directamente un dispositivo final como una lámpara, un solenoide o un motor.
Los interruptores de lengüeta tienen pequeñas corrientes de fuga en comparación con los dispositivos de estado sólido; esto puede ser útil, por ejemplo, en dispositivos médicos que requieren la protección de un paciente de pequeñas corrientes de fuga. La lengüeta está sellada herméticamente y, por lo tanto, puede funcionar en casi cualquier entorno, como donde hay gas inflamable o donde la corrosión afectaría los contactos abiertos del interruptor. Un interruptor de lengüeta tiene una resistencia muy baja cuando está cerrado, típicamente tan bajo como 50 miliohmios, mientras que los dispositivos de efecto Hall pueden estar en los cientos de ohmios. Un interruptor de lengüeta requiere solo dos cables, mientras que la mayoría de los dispositivos de estado sólido requieren tres cables. Se puede decir que un interruptor de lengüeta requiere energía cero para operarlo.
Usos
Relés de láminas
Uno o más interruptores de lengüeta dentro de una bobina electromagnética constituyen un relé de lengüeta. Los relés Reed se utilizan cuando las corrientes de funcionamiento son relativamente bajas y ofrecen alta velocidad de funcionamiento, buen rendimiento con corrientes muy pequeñas que no se conmutan de forma fiable mediante contactos convencionales, alta fiabilidad y larga vida útil. Se utilizaron millones de relés de lengüeta en centrales telefónicas en los años setenta y ochenta. En particular, se utilizaron para conmutar en la familia británica de centrales telefónicas TXE . La atmósfera inerte alrededor de los contactos de lengüeta asegura que la oxidación no afectará la resistencia del contacto. A veces se utilizan relés de láminas humedecidos con mercurio, especialmente en circuitos de conteo de alta velocidad.
Sensores magnéticos
Los interruptores de lengüeta accionados por imanes se utilizan comúnmente en sistemas mecánicos como sensores de proximidad . Algunos ejemplos son los sensores de puertas y ventanas en los sistemas de alarma antirrobo y los métodos de protección contra manipulaciones . Se han utilizado interruptores de lengüeta en computadoras portátiles para poner la computadora portátil en modo de suspensión / hibernación cuando la tapa está cerrada. Los sensores de velocidad en las ruedas de las bicicletas utilizan con frecuencia un interruptor de lengüeta para actuar brevemente cada vez que un imán de la rueda pasa por el sensor. Los interruptores de lengüeta se usaban anteriormente en los teclados para terminales de computadora, donde cada tecla tenía un imán y un interruptor de lengüeta que se accionaba presionando la tecla. Los teclados de pedal eléctricos y electrónicos utilizados por los músicos de órganos de tubos y órganos de Hammond a menudo usan interruptores de lengüeta, donde la cubierta de vidrio de los contactos los protege de la suciedad, el polvo y otras partículas. También se pueden usar para controlar el equipo de buceo, como linternas o cámaras, que deben sellarse para mantener el agua a alta presión.
En una época, los motores eléctricos de CC sin escobillas usaban interruptores de láminas para detectar la posición del rotor en relación con los polos de campo. Esto permitió que los transistores de conmutación actuaran como un conmutador, pero sin los problemas de contacto, el desgaste y el ruido eléctrico de un conmutador de CC tradicional. El diseño del motor también podría "invertirse", colocando imanes permanentes en el rotor y conmutando el campo a través de las bobinas fijas externas. Esto evitó la necesidad de cualquier contacto de fricción para proporcionar energía al rotor. Dichos motores se utilizaron en artículos de baja potencia y larga vida útil, como ventiladores de refrigeración de computadoras y unidades de disco. A medida que se dispuso de sensores económicos de efecto Hall , reemplazaron los interruptores de lengüeta y brindaron una vida útil aún más prolongada.
Los interruptores de lengüeta se utilizan en al menos una marca de cápsulas endoscópicas para encender la fuente de alimentación solo cuando la unidad se saca del embalaje estéril.
Los interruptores de lengüeta se pueden seleccionar para una aplicación de sensor en particular cuando un dispositivo de estado sólido no cumple con requisitos como el consumo de energía o la compatibilidad de la interfaz eléctrica.
La vida
El movimiento mecánico de las cañas está por debajo del límite de fatiga de los materiales, por lo que las cañas no se rompen por fatiga. El desgaste y la vida útil dependen casi por completo del efecto de la carga eléctrica en los contactos junto con las propiedades del interruptor de láminas específico utilizado. El desgaste de la superficie de contacto ocurre solo cuando los contactos del interruptor se abren o cierran. Debido a esto, los fabricantes clasifican la vida en número de operaciones en lugar de horas o años. En general, los voltajes más altos y las corrientes más altas provocan un desgaste más rápido y una vida útil más corta. Dependiendo de la carga eléctrica, la vida útil puede estar en el rango de miles de operaciones o miles de millones de operaciones.
Ver también
Notas
Referencias
Otras lecturas
- Hovgaard, Ole M .; Perreault, George E. (2 de marzo de 1955). "Desarrollo de Interruptores y Relés Reed". Revista técnica de Bell System . 34 (2): 309–332. doi : 10.1002 / j.1538-7305.1955.tb01474.x . ISSN 0005-8580 .