干簧管 百科内容来自于: 百度百科

干簧管(Reed Switch)也称舌簧管或磁簧开关,是一种磁敏的特殊开关,是干簧继电器和接近开关的主要部件。干簧管于1936年由贝尔电话实验室的沃尔特·埃尔伍德(Walter B. Ellwood)发明,他本人于1940年6月27日在美国申请专利,专利号为2264746。

简介


  
干簧管 干簧管
干簧管通常有两个软磁性材料做成的、无磁时断开的金属簧片触点,有的还有第三个作为常闭触点的簧片。这些簧片触点被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里,玻璃管内平行封装的簧片端部重叠,并留有一定间隙或相互接触以构成开关的 常开常闭触点。干簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长;而与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强等特点,工作可靠性很高。

工作原理

干簧管的工作原理非常简单,两片端点处重叠的可磁化的簧片、密封于一玻璃管中,两簧片分隔的距离仅约几个微米,玻璃管中装填有高纯度的惰性气体,在尚未操作时,两片簧片并未接触、外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性, 结果两片不同极性的簧片将互相吸引并闭合。依此技术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。
干簧管工作原理 干簧管工作原理
如此形成一个 转换开关:当永久 磁铁靠近干簧管或绕在干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时,簧片的触点部分就会被磁力吸引,当吸引力大于簧片的弹力时,常开接点就会吸合;当磁力减小到一定程度时,接点被簧片的弹力打开。

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。
  • 两个簧导线制成铁合金。
  • 受影响的,通过磁场的磁簧引线必须是铁磁性的。
  • 三种最流行的材料性质,容易退火的铁磁性:铁,钴和镍。
  • 两个簧片触点的尖端是镀或溅射铑,钌或铱。
簧片触点构造 簧片触点构造

玻璃密封性

  • 用于甲玻璃管的外封装,其温度膨胀系数(TCE)完全匹配的NiFe合金。
  • 在玻璃管的两端部被加热和玻璃熔化,形成气密密封涵盖两端。
  • 在玻璃封接过程中玻璃腔通常是填充有惰性气体(通常为氮气)或腔体,可能会产生真空,抽真空。 该真空通常支持高电压开关 (超过1000伏特)。

工作特性

  • 吸合(PI,Pull In 磁簧开关接触点接近
  • 断开(DO,Drop Out是打开磁簧开关接触点
  • 大多数公司测量安培匝(AT)的簧片开关

优点和缺点

优点

  • 干簧管的优点是其体积小、重量轻,这使得它们易于安装且不显眼。由于操作开关体积很小,因而无需复杂的凸轮或曲柄,所以不会出现金属疲劳现象,保证了几乎无限的使用寿命。并且能够安装在有限的空间里,很适合用于微型设备。 磁簧开关和合适的磁铁价格便宜且容易获取。干簧管最主要的是一种非接触式的密封开关。
  • 磁簧开关的开关元器件被密封于惰性气体中,不与外界环境接触,这样就大大减少了接点在开、闭过程中由于接点火花而引起的接点氧化和碳化。并防止外界蒸气和灰尘等杂质对接点的侵蚀。工作寿命长。
  • 簧片细而短,有较高的固有频率,提高了接点的通断速度,其开关速度要比一般的电磁继电器快5~10倍。

缺点

  • 首先,触点和簧片是相当小而精致的,所以它们难以承受高压或大电流。 电流过大时,簧片会因过热失去弹性。即开关容量小,接点易产生抖动以及接点接触电阻大。
  • 干簧管有电压和电流额定值。 虽然功率W=电压I*电流U,同样的功率可能由不同的电压和电流组合得到。切记不要超过额定电流。例如,10V*1A = 10W,同时1V*10A=10W,在第2种情况下,电流会太大。如果您要使用大电流,由继电器线圈与磁簧开关组成的继电器电路是更合适的选择。
  • 故障排查工序多。故障干簧管需要用专用仪器(如AT值测试器、绝缘耐压测试器、内阻测试器等)检测。
  • 不适合误差范围小的产品设计:AT值范围大,从成本角度考虑不能保证批量产品的AT值都相同,并且配套磁石也不尽相同。
  • 由于磁簧开关是相当脆弱的,如果引出线焊接到较厚器件上,很容易破损玻璃和密封件。 如果你需要弯曲引出线,需要恰当选择引出线的弯曲点。
如何弯曲簧片开关的引线 如何弯曲簧片开关的引线

触点说明

触点形式

  • “A”型(常开)
      磁场存在时开关触点将闭合
  • “C”型(单级、双投)
      “C”型开关具有转移型触点。当施加一磁场时,公用触点将从常闭(N.C.)触点转移至常开(N.O.)触点。
干簧管结构图 干簧管结构图

触点材料

  • 铑触点
      镀铑触点最常使用。这种触点从低负荷至重负荷具有非常稳定的工作特性和很长的工作寿命,这是因为铑具有高熔点及高硬度的性能。
  • 水银接点
      水银接点干簧管具有无跳动操作特点,因此不需要额外的抑制跳动电路。它们具有大功率开关能力、很低且稳定的接触阻抗特性以及工作寿命长的特点。他们亦可以用于高浪涌电流的开关。
  • 钌触点
      钌的硬度比铑更高。镀铑触点具有较好的机械磨损及热损耗特性,但仅用于小负载的开关。因为钌的这些特点,华壬电子已成功开发了氧化钌覆盖于铑或者铂上面的双镀触点。这些双镀触点自低负荷至重负荷均具有极良好的开关特性。

分类

干簧管与一般之继电器最大不同之点如下:
  • 电气电路与磁场回路使用同一媒体(簧片)。
  • 由于开关与线圈互相分离,故可利用永久磁场加以驱动,仅要将接点部封入时,极为容易进行。
按照不同的特性干簧管按如下分类:

大气性

  • 封入型
  • 开放型

触点构造

  • A型:属于经常开离型簧片开关。 在施加外部磁场时接点才闭合,而在平常时,保持开离状态。
  • B型:属于经常闭合型簧片开关。 在施加外部磁场时接点才开离,而在平常时,保持闭合状态。
  • C型:转接开关型。

机能

  • 非自行保持型:具有可依外部磁场之有无而起作用之特征(单稳定型)。
  • 自行保持型:一但起作用以后,即使除掉外部磁场,仍可保持原来状态(双稳定型)。

形状

  • 大型:玻璃管长30~60mm,玻璃管径3.5~6mm。
  • 中型:玻璃管长20~30mm,玻璃管径2.5~3.5mm。
  • 小型:玻璃管长5~20mm,玻璃管径1.5~2.5mm。
另外,对于簧片之形状,接点部之构造等,常有不同的设计,但只要是使用簧片,均属于磁簧开关的范围。

制造过程

制造干簧管,高标准的清洁环境及高精密度是必不可少的,因此所有的制程均是在无尘室的环境下进行。同时,需要确保在密封过程中没有污染物进入玻璃管。簧片必须经过退火处理,退火的过程可移除掉金属上的磁滞、将会让簧片的磁场感性特性稳定、并且能避免不良品的发生。然后将簧片透过二氧化碳清洗的方式来充份清洗、强力将微小的二氧化碳晶体吹送到簧片金属、以去除附着在其上面的杂质微粒。此时、再以喷镀的方式精准镀上1微米厚度的铑或钌、其底层会为约0.2微米厚度的钨。
下一个步骤,组装玻璃管与镍铁合金的簧片。密封玻璃管之前,先将管内的空气完全排出、并填充入以氖气为主的惰性混合气体。运用此制程可大幅提高磁簧管的绝缘、耐压。密封后再经退火程序、移除玻璃结构中残余的应力。磁簧管外面的引线均为镀锡,可确保良好的焊接效果。此镀锡过程均以自动电镀设备、加上一层约8~12微米厚度的纯锡。
在干簧管制造过程中,金属簧片被嵌入在玻璃管的末端。玻璃管末端受热与簧片融合.利用玻璃管对红外线吸收的原理,使用红外线加热设置对玻璃管末端进行密封。玻璃管和金属簧片的热膨胀系数必须接近才能防止玻璃管和金属密封时易破碎的问题,采用的玻璃管必须有一个很高的电抗值。而且,不能含有挥发性物质比如铅氧化物和氟化物,干簧管的引脚必须慎重处理以防止玻璃管破碎。

应用

干簧管可以作为传感器用,用于计数,限位等等。例如,有一种自行车公里计,就是在轮胎上粘上磁铁,在一旁固定上干簧管构成的。把干簧管装在门上,可作为开门时的报警用。也可作为开关使用。
干簧管在家电、汽车、通讯、工业、医疗、安防等领域得到了广泛的应用。除此之外,还可应用于其它在传感器及电子器件,如液位计、门磁、干簧继电器等。
干簧管可用于簧片继电器、油位传感器、接近传感器(磁性传感器),也可用于高危环境。

干簧继电器

干簧管可应用于干簧继电器。一个线圈内的一个或多个磁簧开关磁簧继电器,以得到多对极点的干簧继电器。 干簧继电器工作电流时使用的是比较低的,并提供高运行速度,良好的性能,这是不可靠的切换由传统的接触,高可靠性和长寿命的非常小的电流。 在20世纪70年代和80年代,以百万计的干簧继电器,用于在电话交流 。 尤其是,它们被用来TXE在英国家庭的电话交流切换。 簧片触点周围的惰性气氛中确保氧化将不会影响的接触电阻。 有时使用水银湿簧继电器,尤其是在高速计数电路。
干簧继电器的优点:
(1)体积小,质量轻;
(2)簧片轻而短,有固有频率,可提高接点的通断速度,通断的时间仅为1~3ms,比一般的电磁继电器快5~10倍;
(3)接点与大气隔绝,管内有稀有气体,可减少接点的氧化合碳化,并且由于密封,可防止外界有机蒸气和尘埃杂质对接点的侵蚀。

油位传感器

干簧管是各种车用油箱油位传感器的极好替代品,油(液)位传感器共分两类:一类是用滑动电位器为基本检测元件,它是由浮子带动电位器,再用欧姆表检测其阻值,从而达到显示油位的目的,但当油垢覆盖电位器后,其阻值会发生变化,造成误差太大,甚至不能使用,此类油箱传感器成为寿命很短的易损件。
  另一类是用电感线圈为基本检测元件。它是用浮子带动电感线圈,改变震当电路的震荡频率,再通过频率计检测其频率来测定油(液)位。但其结构复杂,调试麻烦,成本高,价格贵,不能被广泛使用。所以,利用干簧管寿命长、动作安全可靠、无火花等特性生产的液位传感器,是现用各种车用油箱油位传感器的极好替代品。

磁性传感器

干簧管除了应用于干簧继电器和传感器外,干簧管(磁簧开关)被广泛用于电路控制,尤其是在通信领域。磁簧开关磁铁驱动中常用的机械系统, 接近传感器 。 例子是门和窗传感器在防盗报警系统和防篡改方法。
笔记本电脑使用磁簧开关,把笔记本电脑的睡眠/休眠模式,当盖子被关闭。 自行车车轮和汽车齿轮的转速传感器使用磁簧开关,简单驱动每个车轮上的磁铁时通过传感器。 以前用于磁簧开关在计算机终端,其中每个键有一个磁铁,通过按压键致动的簧片开关的键盘;正在使用更便宜的开关。 电气和电子踏板键盘所使用的管风琴 , 电子琴玩家经常使用磁簧开关,接触的玻璃外壳,保护其不受污垢,灰尘,和其他微粒。 它们也可能被用于控制潜水设备如手电筒或相机,它必须被密封,以保持加压水。
干簧管也能用于如电脑散热风扇和磁盘驱动器。 由于便宜的霍尔效应传感器面世,他们更换簧片开关,并给予较长的使用寿命。

高危环境

干簧管可以为高真空式或惰性气体填充式,干簧管将控制电路通断时触点产生的火花封闭在管身内,使其完全与爆炸性气体和煤尘隔绝,达到防止爆炸、提高安全系数的目的。
干簧管的玻璃管内装有两根强磁性簧片,将此置于管内一端使之以一定间隙彼此相对。玻璃管内封入惰性气体,同时触点部位镀铑或铱,以防止触点的活性化。干簧管利用线圈或永磁体,为簧片诱导出N极和S极,后因这种磁性的吸引力而开始吸合。
当解除磁场时,由于簧片所具有的弹性,触点即刻恢复原状并打开电路。隔爆型干簧管按钮和开关适用于含有爆炸性气体和煤尘的矿井,以及含有爆炸性气体的工厂、船舶等危险场所,用做本质安全型控制电路和非本质安全型控制电路的控制之用。
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- 来自原声例句
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