Διακόπτης καλαμιών: 11 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Διακόπτης καλαμιών - ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Ο διακόπτης καλαμιού εφευρέθηκε το 1936 από τον Walter B. Ellwood στα εργαστήρια τηλεφώνου Bell. Ο διακόπτης καλαμιών αποτελείται από ένα ζευγάρι σιδηρομαγνητικών (κάτι τόσο εύκολο να μαγνητιστεί όσο ο σίδηρος) εύκαμπτες μεταλλικές επαφές τυπικά κράμα νικελίου-σιδήρου (καθώς είναι εύκολο να μαγνητιστούν και δεν παραμένουν μαγνητισμένοι για μεγάλο χρονικό διάστημα) χωρισμένα με λίγα μόνο μικρά, επικαλυμμένα με ένα ανθεκτικό μέταλλο όπως Ρόδιο ή Ρουθήνιο (Rh, Ru, Ir ή W) (για να τους δώσει μεγάλη διάρκεια ζωής καθώς ανάβουν και σβήνουν) σε ερμητικά σφραγισμένο (αεροστεγές) γυάλινο φάκελο (για να τους κρατήσει σκόνη και βρωμιά Ελεύθερος). Ο γυάλινος σωλήνας περιέχει ένα αδρανές αέριο (Ένα αδρανές αέριο είναι ένα αέριο που δεν υφίσταται χημικές αντιδράσεις κάτω από ένα σύνολο δεδομένων συνθηκών) τυπικά Άζωτο ή στην περίπτωση υψηλής τάσης είναι απλώς ένα απλό κενό.

Βήμα 1:

Κατά την παραγωγή, ένα μεταλλικό καλάμι εισάγεται σε κάθε άκρο ενός γυάλινου σωλήνα και το άκρο του σωλήνα θερμαίνεται έτσι ώστε να σφραγίζεται γύρω από ένα τμήμα κορμού στο καλάμι. Χρησιμοποιείται συχνά γυαλί με απορρόφηση υπερύθρων με πράσινο χρώμα, οπότε μια πηγή υπέρυθρης θερμότητας μπορεί να συγκεντρώσει τη θερμότητα στη μικρή ζώνη στεγανοποίησης του γυάλινου σωλήνα. Το γυαλί που χρησιμοποιείται είναι υψηλής ηλεκτρικής αντίστασης και δεν περιέχει πτητικά συστατικά όπως οξείδιο του μολύβδου και φθόριο τα οποία μπορούν να μολύνουν τις επαφές κατά τη λειτουργία στεγανοποίησης. Τα καλώδια του διακόπτη πρέπει να χειρίζονται προσεκτικά για να αποφευχθεί το σπάσιμο του φακέλου γυαλιού.

Όταν ένας μαγνήτης φέρεται πολύ κοντά στις επαφές, δημιουργείται ένα ηλεκτρομηχανικό πεδίο δύναμης και οι άκαμπτες λεπίδες σιδήρου από νικέλιο μαγνητικά πολώνονται και έλκονται μεταξύ τους, ολοκληρώνοντας το κύκλωμα. Όταν αφαιρεθεί ο μαγνήτης ο διακόπτης επιστρέφει στην ανοιχτή του κατάσταση.

Δεδομένου ότι οι επαφές του διακόπτη Reed είναι σφραγισμένες μακριά από την ατμόσφαιρα, προστατεύονται από την ατμοσφαιρική διάβρωση. Η ερμητική σφράγιση ενός διακόπτη καλαμιών τα καθιστά κατάλληλα για χρήση σε εκρηκτικές ατμόσφαιρες όπου μικροσκοπικοί σπινθήρες από συμβατικούς διακόπτες θα αποτελούσαν κίνδυνο. Ένας διακόπτης καλαμιών έχει πολύ χαμηλή αντίσταση όταν είναι κλειστός, συνήθως τόσο χαμηλός όσο 50 χιλιοστόμετρα, επομένως ένας διακόπτης καλαμιών μπορεί να ειπωθεί ότι απαιτεί μηδενική ισχύ για τη λειτουργία του.

Βήμα 2: Συστατικά

Για αυτό το σεμινάριο χρειαζόμαστε:

- Διακόπτης καλαμιών

- Αντίσταση 220Ω

- Αντίσταση 100Ω

- LED

- Πολύμετρο

- Μπαταρία

- Breadboard

- Arduino Nano

- Μαγνήτες και

- Λίγα καλώδια σύνδεσης

Βήμα 3: Επίδειξη

Χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο θα σας δείξω πώς λειτουργεί ένας διακόπτης Reed. Όταν φέρνω έναν μαγνήτη κοντά στο διακόπτη, το πολύμετρο δείχνει μια συνέχεια καθώς η επαφή αγγίζει το ένα το άλλο για να ολοκληρώσει το κύκλωμα. Όταν αφαιρεθεί ο μαγνήτης, ο διακόπτης επιστρέφει στην κανονικά ανοιχτή κατάσταση.

Βήμα 4: Τύποι διακόπτες καλαμιών

Υπάρχουν 3 βασικοί τύποι διακόπτες καλαμιών:

1. Μονόπολος, Μία ρίψη, Κανονικά ανοιχτό [SPST-NO] (κανονικά απενεργοποιημένο)

2. Μονόπολος, Ενιαία ρίψη, Κανονικά κλειστό [SPST-NC] (κανονικά ενεργοποιημένο)

3. Μονόπολο, Διπλή ρίψη [SPDT] (το ένα πόδι είναι κανονικά κλειστό και ένα κανονικά ανοιχτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί εναλλακτικά μεταξύ δύο κυκλωμάτων)

Αν και οι περισσότεροι διακόπτες καλαμιών έχουν δύο σιδηρομαγνητικές επαφές, μερικοί έχουν μία σιδηρομαγνητική επαφή και μία μη μαγνητική, ενώ μερικοί όπως ο αρχικός διακόπτης καλαμιών Elwood έχουν τρεις. Διαφέρουν επίσης σε σχήματα και μεγέθη.

Βήμα 5: Σύνδεση χωρίς Arduino

Ας δοκιμάσουμε πρώτα το Reed Switch χωρίς Arduino. Συνδέστε μια σειρά LED με το διακόπτη Reed σε μια μπαταρία. Όταν ένας μαγνήτης φέρεται σε κοντινή απόσταση από τις επαφές, το LED ανάβει όταν οι λεπίδες από νικέλιο στο εσωτερικό του διακόπτη έλκονται μεταξύ τους, ολοκληρώνοντας το κύκλωμα. Και, όταν αφαιρεθεί ο μαγνήτης, ο διακόπτης επιστρέφει στην ανοιχτή του κατάσταση και το LED σβήνει.

Βήμα 6: Σύνδεση του Reed Switch στο Arduino

Τώρα, ας συνδέσουμε το Reed Switch σε ένα Arduino. Συνδέστε το LED στην ακίδα 12 του Arduino. Στη συνέχεια, συνδέστε το διακόπτη Reed στον αριθμό καρφίτσας 13 και γειώστε το άλλο άκρο. Χρειαζόμαστε επίσης μια αντίσταση έλξης 100ohm συνδεδεμένη στον ίδιο πείρο για να επιτρέψει μια ελεγχόμενη ροή ρεύματος στον ψηφιακό πείρο εισόδου. Εάν θέλετε, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε την εσωτερική αντίσταση έλξης του Arduino για αυτήν τη ρύθμιση.

Ο κώδικας είναι πολύ απλός. Ορίστε τον αριθμό καρφίτσας 13 ως Reed_PIN και τον αριθμό 12 ως LED_PIN. Στην ενότητα ρύθμισης, ορίστε τη λειτουργία pin του Reed_PIN ως είσοδο και το LED_PIN ως έξοδο. Και τέλος στην ενότητα βρόχου, ενεργοποιήστε το LED όταν το Reed_PIN πέσει χαμηλά.

Όπως και πριν, όταν ένας μαγνήτης φέρεται πολύ κοντά στις επαφές, το LED ανάβει και, όταν αφαιρεθεί ο μαγνήτης, ο διακόπτης επιστρέφει στην ανοιχτή του κατάσταση και το LED σβήνει.

Βήμα 7: Reed Reed

Μια άλλη ευρέως διαδεδομένη χρήση του Reed Switch είναι στην κατασκευή Reed Releys.

Σε ένα ρελέ καλαμιού το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσω ενός πηνίου λειτουργίας το οποίο είναι τοποθετημένο σε "έναν ή περισσότερους" διακόπτες καλαμιών. Το ρεύμα που ρέει στο πηνίο λειτουργεί με το διακόπτη Reed. Αυτά τα πηνία συχνά έχουν πολλές χιλιάδες στροφές πολύ λεπτού σύρματος. Όταν εφαρμόζεται η τάση λειτουργίας στο πηνίο δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο με τη σειρά του κλείνει τον διακόπτη με τον ίδιο τρόπο που κάνει ο μόνιμος μαγνήτης.

Βήμα 8:

Σε σύγκριση με τα ρελέ με βάση τον οπλισμό, τα Reed Relays μπορούν να αλλάζουν πολύ πιο γρήγορα, καθώς τα κινούμενα μέρη είναι μικρά και ελαφριά (αν και η αναπήδηση του διακόπτη είναι ακόμα παρούσα). Απαιτούν πολύ λιγότερη ισχύ λειτουργίας και έχουν μικρότερη χωρητικότητα επαφής. Η τρέχουσα ικανότητά τους χειρισμού είναι περιορισμένη, αλλά, με κατάλληλα υλικά επαφής, είναι κατάλληλα για εφαρμογές μεταγωγής "ξηρού". Είναι μηχανικά απλά, προσφέρουν υψηλή ταχύτητα λειτουργίας, καλή απόδοση με πολύ μικρά ρεύματα, εξαιρετικά αξιόπιστα και έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής.

Εκατομμύρια ρελέ καλαμιών χρησιμοποιήθηκαν σε τηλεφωνικά κέντρα τη δεκαετία του 1970 και του 1980.

Βήμα 9: Τομείς εφαρμογής

Σχεδόν όπου κι αν πάτε, θα βρείτε έναν διακόπτη Reed κοντά που κάνει αθόρυβα τη δουλειά του. Οι διακόπτες καλαμιών είναι τόσο διάχυτοι που πιθανότατα δεν είστε ποτέ περισσότερο από λίγα μέτρα μακριά από έναν κάθε φορά. Μερικοί από τους τομείς εφαρμογής τους είναι:

1. Συστήματα συναγερμού διάρρηξης για πόρτες και παράθυρα.

2. Οι διακόπτες Reed θέτουν τον φορητό υπολογιστή σας σε κατάσταση αδρανοποίησης/αδρανοποίησης όταν το καπάκι είναι κλειστό

3. Αισθητήρες στάθμης υγρού/δείκτης σε δεξαμενή - ένας πλωτός μαγνήτης χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση των διακοπτών που τοποθετούνται σε διάφορα επίπεδα.

4. Αισθητήρες ταχύτητας σε τροχούς ποδηλάτου/ ηλεκτροκινητήρες DC

5. Στους περιστρεφόμενους βραχίονες των πλυντηρίων πιάτων για να εντοπίσετε πότε μπλοκάρουν

6. Κρατούν το πλυντήριο σας να μην λειτουργεί όταν το καπάκι είναι ανοιχτό

7. Στις θερμικές διακοπές στα ηλεκτρικά ντους, για να σταματήσει η θέρμανση του νερού σε επικίνδυνα επίπεδα.

8. Γνωρίζουν εάν το αυτοκίνητο έχει αρκετό υγρό φρένων και αν η ζώνη ασφαλείας σας είναι δεμένη ή όχι.

9. Ανεμόμετρα με περιστρεφόμενα κύπελλα έχουν διακόπτες καλαμιών στο εσωτερικό που μετρούν την ταχύτητα του ανέμου.

10. Χρησιμοποιούνται επίσης σε εφαρμογές που κάνουν χρήση της εξαιρετικά χαμηλής διαρροής ρεύματος.

11. Παλιά πληκτρολόγια, σε οχήματα, βιομηχανικά συστήματα, οικιακές συσκευές, τηλεπικοινωνίες, ιατρικές συσκευές, τηλέφωνα Clamshell και άλλα ……

Από την πλευρά των ρελέ χρησιμοποιούνται για αυτόματες ακολουθίες κοπής.

Βήμα 10: Ζωή

Η μηχανική κίνηση των καλαμιών είναι κάτω από το όριο κόπωσης των υλικών, οπότε τα καλάμια δεν σπάνε λόγω κόπωσης. Η φθορά και η διάρκεια ζωής εξαρτώνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από την επίδραση του ηλεκτρικού φορτίου στις επαφές μαζί με το υλικό του διακόπτη καλαμιών. Η φθορά της επιφάνειας επαφής συμβαίνει μόνο όταν οι επαφές του διακόπτη ανοίγουν ή κλείνουν. Εξαιτίας αυτού, οι κατασκευαστές βαθμολογούν τη διάρκεια ζωής σε αριθμό εργασιών και όχι ώρες ή έτη. Γενικά, υψηλότερες τάσεις και υψηλότερα ρεύματα προκαλούν ταχύτερη φθορά και μικρότερη διάρκεια ζωής.

Ο γυάλινος φάκελος επέκτεινε τη ζωή τους και μπορεί να καταστραφεί εάν ο διακόπτης καλαμιών υποστεί μηχανική καταπόνηση. Είναι φθηνά, είναι ανθεκτικά και σε εφαρμογές χαμηλού ρεύματος, ανάλογα με το ηλεκτρικό φορτίο, μπορούν να διαρκέσουν για περίπου ένα δισεκατομμύριο ενεργοποίηση.

Βήμα 11: Ευχαριστώ

Ευχαριστώ και πάλι για τον έλεγχο της ανάρτησής μου. Ελπίζω να σας βοηθήσει.

Αν θέλετε να με στηρίξετε εγγραφείτε στο κανάλι μου στο YouTube:

Βίντεο:

Υποστηρίξτε τη δουλειά μου:

BTC: 35ciN1Z49Y1bReX2U7Etd9hGPWzzzk8TzF

LTC: MQFkVkWimYngMwp5SMuSbMP4ADStjysstm

ETH: 0x939aa4e13ecb4b46663c8017986abc0d204cde60

DOGE: DDe7Fws24zf7acZevoT8uERnmisiHwR5st

TRX: TQJRvEfKc7NibQsuA9nuJhh9irV1CyRmnW

BAT: 0x939aa4e13ecb4b46663c8017986abc0d204cde60

BCH: qrfevmdvmwufpdvh0vpx072z35et2eyefv3fa9fc3z