Tyto senzory jsem zakoupil na základě tipu z komentářů k jedné z mých předchozích recenzí.
Celkově zde není co hodnotit, protože princip jejich fungování je jednoduchý, ale jeden z mých přátel se začal zajímat o to, co to je a jak to funguje – a rozhodl se o tom napsat tuto malou vizuální recenzi.
Princip činnosti
Jazýčkový spínač (gerzesíťované kontakt) je skleněný kužel, uvnitř kterého jsou dvě pružné kontaktní feromagnetické desky, které se po ponoření do magnetického pole uzavřou a vznikne kontakt, kterým pak protéká proud.
Baňka je obvykle naplněna inertním plynem nebo obsahuje vakuum. Příklad operace je schematicky znázorněn na animaci níže, kde je vytažen obyčejný magnet.
Proč se vlastně desky zavírají a otevírají díky přítomnosti magnetického pole? Jak bylo uvedeno výše, samotné desky jsou feromagnetické, tzn. aktivně k sobě magnet přitahují a zároveň jsou sami magnetem aktivně přitahováni. Podobné vlastnosti má i běžné železo. Magnet má dvě polarity – severní a jižní a magnetické čáry vždy jdou od severního pólu k jihu. Když je magnet přiveden k jazýčkovému spínači, magnetické čáry také procházejí těmito elastickými deskami. V tomto případě je na obrázku severní pól magnetu umístěn vlevo, jižní pól vpravo. V souladu s tím se okraj horní desky změní na jižní polaritu a okraj spodní desky na severní polaritu – v důsledku toho jsou desky uzavřeny. Při oddálení magnetu se desky díky své pružnosti otevřou. Pokud magnet není správně umístěn vzhledem k těmto deskám, magnetické čáry jimi procházejí nerovnoměrně a kontakty se nebudou moci zavřít.
V prodeji jsou tři hlavní typy jazýčkových senzorů:
1) Normálně otevřené (pozorovatelné), které jsou normálně otevřené, ale při ponoření do magnetického pole se obvod uzavře.
2) Normálně zavřeno je opačný princip: v normálním stavu jsou kontakty sepnuté, ale když jsou ponořeny do magnetického pole, kontakty se otevřou.
3) Jazýčkové spínače na rozdíl od prvních dvou již mají uvnitř 3 výstupy a 3 destičky. V klidném stavu je jeden pár kontaktů sepnutý, při ponoření do magnetického pole sepne druhý pár.
Jazýčkové spínače mohou být také navrženy pro vysokoproudové spínání nebo rtuťové, kde jsou kontaktní místa desek navlhčena kapkou rtuti, aby se potlačilo odskoky kontaktu. Hlavní použití jazýčkových spínačů je v bezpečnostních a automatizačních systémech, nejjednodušším příkladem je automatické spuštění akce při otevření dveří nebo okna, například vyslání poplachového signálu. Jazýčková relé jsou vyrobena na bázi jazýčkových spínačů – ve vysokonapěťových instalacích se používají k ochraně proti proudovému přetížení, v tomto případě je jazýčkový spínač umístěn v cívce.
Vzhled. Rozměry
Vzal jsem 10 normálně otevřených (otevřených).
Skleněná kapsle s lehce nazelenalým nádechem.
Rozměry odpovídají 2×14mm
Sestavil jsem jednoduchý obvod s LED na prkénku, do jehož mezery jsem umístil jazýčkový spínač, abych ověřil jeho činnost přivedením plochého neodymového magnetu k němu, a protože magnetická pole mají různé póly, kontakty v Jazýčkové spínače jsou spolehlivě sepnuty pouze tehdy, je-li magnet namířen z jedné strany na druhou a napříč.
V jiných polohách magnetu nebudou kontakty v jazýčkovém spínači sepnuté:
Příklad s magnety z motoru: otočení jedné strany – kontakty se uzavřou, druhá strana – žádná reakce. Proto stojí za to vzít tento bod v úvahu.
Jak se mění stav desek – zvětšeno pod digitálním mikroskopem
Kromě toho by bylo hezké ukázat jednoduchý vizuální test činnosti tohoto senzoru provedením nějaké akce při otevírání a zavírání dveří místnosti, například rozsvícení stolní lampy pomocí reléového modulu.
Nejprve je potřeba zabalit samotný jazýčkový spínač.
Nasadí se kus teplem smrštitelného materiálu a stlačí se horkým vzduchem.
Jeden terminál je třeba ohnout. Ale pak na mě čekala první placka, hrudkovitá – ohnul jsem olovo téměř u samého základu kužele – sklo prasklo a jazýčkový spínač se stal nepoužitelným:
Abyste tomu zabránili, musíte svorku sevřít 1-2 mm od základny kapsle pinzetou a teprve poté ji ohnout:
Druhý náskok byl mírně zkrácen spolu s tepelným smrštěním
Drát připájem k oběma vývodům drátu
Teď je potřeba to celé nějak zabezpečit. Proto jsem tyč lepicí pistole nasekal na malé plátky:
Na horní část jazýčkového spínače jsem dal více tepelně smrštitelného prvku a dovnitř na základnu jsem nacpal tavné lepidlo:
Foukaný horký vzduch
Přebytečné lepidlo odstraněno
Záležitost zůstává malá. Připevněte magnet na dveře a jazýčkový spínač na stěnu naproti magnetu. Na demonstrační zkoušku by se zde hodila i obyčejná páska, naštěstí se dá vše rychle sundat tam a zpět.
Magnet a jazýčkový spínač jsou umístěny napříč
Elektronicko-softwarová část je jednoduchá: deska Pro Mini je nakonfigurována pro externí přerušení, kde je výstup přerušení přes stejný jazýčkový spínač připojen k napájení desky a když jsou dvířka zavřená a blízko jazýčkového spínače je magnet. , obvod je uzavřen, ovladač je v režimu spánku a relé, která ovládají lampu, jsou vypnuta. Jakmile se dveře otevřou a magnet se posune do strany, jazýčkový spínač se rozepne, dojde k vnějšímu přerušení, které vyšle impuls do relé a svítilna se rozsvítí.
V DIY projektech může být mnoho aplikací, zejména s jednoduchými a levnými regulátory Attiny13 nebo, pokud je projekt velmi jednoduchý, s tranzistory. Díky malým rozměrům lze jazýčkový spínač chytře skrýt před zvědavými pohledy. Využiji je v nové verzi energeticky úsporného GSM zabezpečovacího systému, i když na jeho kompletní sestavení si musím počkat na pár dalších komponent. Mezi nevýhody zaznamenávám křehkost kapsle a zranitelnost vůči jiným magnetickým polím. Pokud jde o spolehlivost, píší, že mají poměrně velký cyklus zavírání a otevírání kvůli těsnosti uvnitř kapsle. Obecně, uvidíme.
Jazýčkový spínač je utěsněný magneticky ovládaný kontakt, sám o sobě je to elektromechanické relé, což je dvojice feromagnetických kontaktů umístěných v uzavřené, utěsněné skleněné nádobě.
Ke spínání elektrického obvodu v takovém zařízení dochází ve vakuu nebo v prostředí inertního plynu, pod vlivem magnetického pole. Podle funkčního účelu lze všechna tato zařízení rozdělit do tří velkých skupin; ovládání pro otevírání, zavírání a spínání.
Princip činnosti jazýčkového spínače
Kontaktní systém konvenčních elektromagnetických relé byl vždy poměrně problematickou částí z důvodu nízké spolehlivosti. Jejich hlavní nevýhodou je mechanická část, která ne vždy poskytuje požadovanou rychlost spínání. Kromě toho neustálé mechanické spínání vedlo k poměrně rychlému opotřebení kontaktů, což vedlo k poruše relé a vyžadovalo nákladné opravy. Bylo možné zbavit se mnoha nedostatků charakteristických pro elektromagnetické systémy po nástupu magneticky ovládané relé – jazýčkový spínač.
Jazýčkový spínač je tedy utěsněný spínač založený na pružinových kontaktech vyrobený z feromagnetické slitiny. Jeho princip fungování je založen na využití interakčních sil, které vznikají mezi dvěma feromagnetickými tělesy při vstupu do magnetického pole. Interakční síly způsobují pohyb pružinových kontaktů, dokud se nedotknou. Jakmile magnetické pole vytvořené permanentním magnetem dosáhne požadované úrovně, volné konce pružiny začnou přitahovat a uzavírat kontaktní systém. Pokud se úroveň magnetického pole sníží, pak se působením pružné síly pružiny vrátí počáteční stav – kontakt se otevře.
První příklad takového zařízení vznikl v r 1922 rok v petrohradské laboratoři profesora V. Kovalenkova.
Konstrukce prvního takového zařízení byla jádro (3), vyrobené z magneticky měkkého materiálu. K němu skrz izolační rozpěrky (5) připojit kontakty (1,2) z měkkého magnetického materiálu. Když induktorem protéká elektrický proud, vzniká v jádře magnetické pole, které zmagnetizuje kontakty a spustí je. Jakmile bylo vypnuto napájení, proud přes indukčnost přestal protékat a kontakty se otevřely.
V roce 1936 umístil americký výzkumník Elwood magneticky ovládaný kontakt do zapečetěné baňky. O několik let později se jazýčkové spínače začaly široce používat jako senzory v různých elektronických zařízeních. Například Western Electric používal jazýčkové spínače v automatických telefonních ústřednách. Vrchol vývoje a použití jazýčkových spínačů nastal v 60.-70. letech minulého století (Historie vývoje elektroniky), tehdy byly nejdůležitější složkou v telekomunikačních technologiích. Vylepšení technologie minimalizovalo velikost zařízení – dnes je průměrná velikost jazýčkového spínače asi 6 mm. Navzdory aktivnímu používání mikrokontrolérů a mikroprocesorů jsou tato zařízení i dnes žádaná, ale ne tak široce jako včera.
Zařízení s jazýčkovým spínačem
Základem každé takové součásti jsou dvě feromagnetické desky vyrobené z niklu nebo oceli. Desky jsou umístěny v utěsněném skleněném pouzdře tak, aby se vzájemně překrývaly, ale aby mezi deskami byla malá vzduchová mezera. Když se objeví magnetické pole, desky se k sobě přiblíží. Kontaktní plocha má speciální galvanický nebo stříkaný povlak z materiálů velmi odolných proti opotřebení – ruthenium nebo rhodium.
Rhodium a iridium jsou velmi stabilní kovy. Díky nim je možný dlouhodobý provoz kontaktů za předpokladu, že přes ně nejsou spínány silné proudy. Do skleněné kapsle je obvykle čerpán inertní plyn nebo dusík, u některých typů jazýčkových spínačů je do ní někdy čerpáno vakuum.
Ovládání jakéhokoli jazýčkového spínače lze provést buď pomocí stálý magnetNebo induktory kterými protéká elektrický proud.
Tento příklad ovládání permanentními magnety se používá v různých zabezpečovacích zařízeních. Magnet přilne ke dveřím, pokud jsou dveře zavřené, aktivuje se jazýčkový spínač. Při otevření dveří se kontakt rozepne a spustí se alarm. Kromě toho se permanentní magnety používají také v průmyslových klávesnicích na CNC strojích, kde jsou důležité podmínky jako bezpečnost a odolnost proti výbuchu.
Metoda induktoru se používá k vytvoření jazýčkových relé, ve kterých je zařízení jednoduše umístěno uvnitř induktoru. Ten je připojen ke zdroji proudu. Tato konstrukce umožňuje výrazně zjednodušit elektromechanické relé, a tím snížit jeho cenu. Jediným negativem je malý počet kontaktních skupin. Pokud je cívka vyrobena ze silného drátu, který snese velké proudové hodnoty, pak máme plnohodnotné proudové jazýčkové relé. Často se používá jako senzor pro systém, který chrání výkonné napájecí zdroje před přetížením. Pro jemné doladění úrovně odezvy jazýčkového spínače se používá závitový mechanismus, který umožňuje plynulý pohyb jazýčkového spínače podél osy induktoru.
Princip činnosti tréninkového videa jazýčkového spínače
Uvažujme obvod sestávající ze sériově zapojených zařízení: samotný jazýčkový spínač, zdroj emf a obyčejná žárovka.
K analogu našeho relé přivedeme permanentní magnet, zařízení se uzavře. Žárovka svítí a proud teče podle obvodu. Permanentní magnet posuneme do strany. Kontakty jazýčkového spínače se otevřou, žárovka zhasne. Místo permanentního magnetu v tomto experimentu můžete použít elektromagnet, efekt bude stejný.
Tato zařízení se také liší svými konstrukčními vlastnostmi. Jsou suché (se suchými kontakty) a rtuťové, ve kterých kapka rtuti jakoby smáčí kontaktní plochy, snižuje jejich elektrický odpor a eliminuje vibrace desek během provozu. V současné době bylo vyvinuto několik metod pro ovládání magneticky ovládaných zařízení. Proto je lze rozdělit na:
Jazýčkové spínače uzavíracího typu Když není magnetické pole, jeho kontakty jsou otevřené
Typ přepínače konvenční vícesměrný spínač, který přepíná kontakt do jedné ze dvou poloh
Typ přestávky zavřeno v počátečním stavu, to znamená, že v nepřítomnosti magnetického pole jsou kontakty uzavřeny, a pokud se objeví magnetické pole, kontakty jazýčkového spínače se otevřou
Klasifikace jazýčkových spínačů podle technologických a konstrukčních charakteristik
Se suchými kontakty – jejich práce je popsána výše.
Se rtuťovými kontakty – kromě kontaktů mají uvnitř i kapku rtuti, určenou ke smáčení kontaktu při jejich spínání.
Jazýčkové spínače se aktivně používají v elektronice místo elektromagnetických relé, je to způsobeno řadou výhod charakteristických pro tento typ zařízení:
Jednoduchost konstrukce иvysoký výkon – pro různé typy jazýčkových spínačů je hodnota rozsahu rychlosti v rozmezí 100-300 ms. Kompletní těsnost – umožňuje použití těchto prvků v nepříznivém prostředí. Mezikontaktní rozestup má vysokou elektrickou pevnost. Zajistěte galvanické oddělení řídicí obvody a spínané obvody. Trvanlivost a spolehlivost– kontakty jsou odolné proti vlhkosti a spálení a vylučují všechny mechanické části
Ale kromě uvedených výhod mají tato zařízení také významné nevýhody:
Nedostatečná odolnost proti nárazu, kvůli konstrukčním prvkům a použití skleněného pouzdra. Nízké úrovně výkonu pro spínání obvodů. Pravděpodobnost samovolného otevření kontakty při protékání velkých proudů.
Průvodce domácími uzavřenými magneticky ovládanými kontakty. V adresáři naleznete technické parametry pro následující modely jazýčkových spínačů:
MKA-07101 MKA-10110 10704 MKA-14103 MKA-14106 MKA-16101 MKA-20101 MKA-20103, MKA-36201 MKA-36701, MKA-40142 MKA-50202
MKS-14104, MKS-27103, MKS-27701
Jazýčkový spínač MUK1A-1
Jazýčkové spínače KEM-1, KEM-3, KEM-2, KEM-6
Velmi důležitým bodem je nutnost použití ochrany před možným vystavením vnějším magnetickým polím. Kromě toho by při montáži na desku nebo uvnitř amatérské rádiové konstrukce neměly být jazýčkové spínače vystaveny ultrazvuku – protože s tímto typem nárazu se jejich parametry a vlastnosti mohou výrazně změnit. Tyto součásti musí být chráněny před možnými pády a nárazy, protože výsledné zatížení může vést k okamžitému selhání v důsledku zničení uzavřené baňky.
Při výpočtech elektrických obvodů s těmito prvky je nutné vzít v úvahu parazitní kapacity a indukčnosti, které vznikají při instalaci. Pro snížení jejich parazitního vlivu při montáži na plošný spoj je vhodné umístit zátěž blíže k relé nebo použít speciální ochranný obvod.
Je možný jakýkoli způsob instalace, který během provozu nepoškodí integritu a těsnost zařízení. Instalace by měla být provedena tak, aby byla vyloučena jakákoli možnost kontaktu mezi jazýčkovými spínači.
Pokud obvod umožňuje připojení více než jednoho vodiče k zařízení, pak by pájení druhého a následujících vodičů nemělo být provedeno na svorce rádiové součásti, ale na dříve pájeném vodiči a průřez montážních vodičů použit by neměl být větší než průřez svorek rádiového prvku
Při pájení jazýčkového spínače musíte použít páječku s výkonem nejvýše 100 W a doba ohřevu by neměla přesáhnout tři sekundy. Svorky elektronické součástky musí před opětovným pájením vychladnout.
Ohyb vodičů jazýčkových spínačů musí být proveden ve vzdálenosti nejméně tří milimetrů od spoje. Pokud je nutné provést ohyb, je nutné zřetelně upevnit terminál připojený ke skleněné nádobě, aby nedošlo k jeho zničení. Vývody se nesmí znovu ohýbat.
V poslední době se v moderní elektronice objevuje tendence nahrazovat jazýčkové spínače polovodičovými Hallovými snímači. To je způsobeno jevem „odskakování“ kontaktů (falešných poplachů) při vystavení magnetickému poli. Jazýčkové spínače se však stále používají poměrně aktivně: v klávesnicích klávesových syntezátorů, MIDI a průmyslových zařízeních, v různých bezpečnostních senzorech, v potápěčských světlech, ve výtazích (snímače polohy kabiny) atd.
