Als je een moderne fabriek bezoekt en de verbluffende elektronica in een assemblagecel bekijkt, zie je een verscheidenheid aan sensoren. De meeste van deze sensoren hebben aparte draden voor de positieve spanningstoevoer, aarde en signaal. Door de sensor van stroom te voorzien, kan hij zijn werk doen, of het nu gaat om het detecteren van de aanwezigheid van ferromagnetische metalen in de buurt of het uitzenden van een lichtstraal als onderdeel van het beveiligingssysteem van de fabriek. De eenvoudige mechanische schakelaars die deze sensoren activeren, zoals de reedschakelaar, hebben slechts twee draden nodig om hun werk te doen. Deze schakelaars worden geactiveerd door middel van magnetische velden.
Wat is een reedschakelaar?
De reedschakelaar werd in 1936 bedacht. Het geesteskind ervan was WB Ellwood van Bell Telephone Laboratories en in 1941 werd er patent op verleend. De schakelaar ziet eruit als een kleine glazen capsule met aan beide uiteinden elektrische draden.
Hoe werkt een reedschakelaar?
Het schakelmechanisme bestaat uit twee ferromagnetische bladen, slechts enkele micrometers van elkaar verwijderd. Wanneer een magneet deze bladen nadert, trekken de twee bladen naar elkaar toe. Zodra ze elkaar raken, sluiten de bladen de normaal open (NO) contacten, waardoor er elektriciteit kan stromen. Sommige reedschakelaars bevatten ook een niet-ferromagnetisch contact, dat een normaal gesloten (NC) uitgang vormt. Een naderende magneet verbreekt het contact en trekt zich terug van het schakelcontact.
Contacten zijn gemaakt van verschillende metalen, waaronder wolfraam en rhodium. Sommige varianten gebruiken zelfs kwik, dat in de juiste stand moet worden gehouden om correct te kunnen schakelen. Een glazen omhulsel gevuld met inert gas – meestal stikstof – dicht de contacten af bij een interne druk van minder dan één atmosfeer. Door de afdichting worden de contacten geïsoleerd, wat corrosie en vonken door contactbewegingen voorkomt.
Toepassingen van reed-schakelaars in de praktijk
Sensoren vind je in alledaagse voorwerpen zoals auto's en wasmachines, maar een van de meest prominente plekken waar deze schakelaars/sensoren werken, is in inbraakalarmen. Alarmen zijn een bijna perfecte toepassing voor deze technologie. Een beweegbaar raam of deur is voorzien van een magneet, en de sensor bevindt zich op de basis en geeft een signaal door totdat de magneet verwijderd wordt. Met het raam open – of als iemand de draad doorknipt – gaat er een alarm af.
Hoewel inbraakalarmen uitstekend geschikt zijn voor reedschakelaars, kunnen deze apparaten nog kleiner zijn. Een miniatuurschakelaar past in medische apparaten die worden ingeslikt, ook wel PillCams genoemd. Zodra de patiënt de kleine sonde inslikt, kan de arts deze activeren met een magneet buiten het lichaam. Deze vertraging bespaart energie totdat de sonde correct is geplaatst, wat betekent dat de ingebouwde batterijen nog kleiner kunnen zijn, een cruciale eigenschap van iets dat is ontworpen om door het menselijke spijsverteringskanaal te reizen. Naast het kleine formaat illustreert deze toepassing ook hoe gevoelig ze kunnen zijn, aangezien deze sensoren een magnetisch veld door menselijk vlees kunnen opvangen.
Reed-schakelaars hebben geen permanente magneet nodig om ze te activeren; een elektromagnetisch relais kan ze inschakelen. Aangezien Bell Labs deze schakelaars oorspronkelijk ontwikkelde, is het geen verrassing dat de telefoonindustrie reed-relais gebruikte voor besturings- en geheugenfuncties totdat alles in de jaren negentig digitaal werd. Dit type relais vormt niet langer de ruggengraat van ons communicatiesysteem, maar ze worden nog steeds veel gebruikt in veel andere toepassingen.
Voordelen van reed-relais
De Hall-effectsensor is een solid-state-apparaat dat magnetische velden kan detecteren en is een alternatief voor de reed-schakelaar. Hall-effecten zijn zeker geschikt voor sommige toepassingen, maar reed-schakelaars bieden een betere elektrische isolatie dan hun solid-state-tegenhanger en ondervinden minder elektrische weerstand dankzij gesloten contacten. Bovendien kunnen reed-schakelaars werken met verschillende spanningen, belastingen en frequenties, omdat de schakelaar simpelweg functioneert als een aangesloten of losgekoppelde draad. Als alternatief heb je ondersteunende schakelingen nodig om Hall-sensoren hun werk te laten doen.
Reedschakelaars zijn ongelooflijk betrouwbaar voor een mechanische schakelaar en kunnen miljarden cycli meegaan voordat ze kapotgaan. Dankzij hun gesloten constructie kunnen ze bovendien functioneren in explosieve omgevingen waar een vonk mogelijk rampzalige gevolgen kan hebben. Reedschakelaars zijn misschien een oudere technologie, maar ze zijn verre van verouderd. U kunt behuizingen met reedschakelaars op printplaten (PCB's) monteren met behulp van geautomatiseerde pick-and-place-machines.
Je volgende bouwproject vereist mogelijk diverse geïntegreerde schakelingen en componenten, die allemaal de afgelopen jaren hun debuut hebben gemaakt. Vergeet echter de eenvoudige reedschakelaar niet. Deze voert zijn basisschakeltaak op een briljant eenvoudige manier uit. Na meer dan 80 jaar gebruik en ontwikkeling kun je erop vertrouwen dat het beproefde ontwerp van de reedschakelaar consistent werkt.
Plaatsingstijd: 22-04-2024