Se visiti una fabbrica moderna e osservi gli straordinari componenti elettronici al lavoro in una cella di assemblaggio, vedrai una varietà di sensori in mostra. La maggior parte di questi sensori hanno fili separati per alimentazione di tensione positiva, terra e segnale. L'applicazione dell'alimentazione consente a un sensore di svolgere il proprio lavoro, sia che si tratti di osservare la presenza di metalli ferromagnetici nelle vicinanze o di inviare un raggio di luce come parte del sistema di sicurezza della struttura. Gli umili interruttori meccanici che attivano questi sensori, come l'interruttore reed, necessitano solo di due fili per svolgere il loro lavoro. Questi interruttori si attivano utilizzando campi magnetici.
Cos'è un interruttore Reed?
L'interruttore reed è nato nel 1936. È stato il frutto di un'idea di WB Ellwood dei Bell Telephone Laboratories e ha ottenuto il brevetto nel 1941. L'interruttore sembra una piccola capsula di vetro con cavi elettrici che sporgono da ciascuna estremità.
Come funziona un interruttore Reed?
Il meccanismo di commutazione è composto da due lame ferromagnetiche, separate solo da pochi micron. Quando un magnete si avvicina a queste lame, le due lame si tirano l'una verso l'altra. Una volta toccate, le lame chiudono i contatti normalmente aperti (NO), consentendo il flusso di elettricità. Alcuni interruttori reed contengono anche un contatto non ferromagnetico, che forma un'uscita normalmente chiusa (NC). Un magnete in avvicinamento scollegherà il contatto e si allontanerà dal contatto di commutazione.
I contatti sono realizzati con una varietà di metalli, tra cui tungsteno e rodio. Alcune varietà utilizzano addirittura il mercurio, che deve essere mantenuto nell'orientamento corretto per commutare correttamente. Un involucro di vetro riempito con gas inerte, comunemente azoto, sigilla i contatti a una pressione interna sotto un'atmosfera. La sigillatura isola i contatti, prevenendo la corrosione e eventuali scintille che potrebbero derivare dal movimento dei contatti.
Applicazioni degli interruttori Reed nel mondo reale
Troverai sensori in oggetti di uso quotidiano come automobili e lavatrici, ma uno dei luoghi più importanti in cui funzionano questi interruttori/sensori è negli allarmi antifurto. In effetti, gli allarmi sono un’applicazione quasi perfetta per questa tecnologia. Una finestra o una porta mobile ospita un magnete e il sensore risiede sulla base, trasmettendo un segnale fino alla rimozione del magnete. Con la finestra aperta, o se qualcuno taglia il filo, suonerà un allarme.
Sebbene gli allarmi antifurto siano un ottimo utilizzo per gli interruttori reed, questi dispositivi possono essere ancora più piccoli. Un interruttore miniaturizzato si inserirà all'interno dei dispositivi medici ingeriti noti come PillCam. Una volta che il paziente ingoia la minuscola sonda, il medico può attivarla utilizzando un magnete esterno al corpo. Questo ritardo consente di risparmiare energia finché la sonda non viene posizionata correttamente, il che significa che le batterie di bordo possono essere ancora più piccole, una caratteristica fondamentale in qualcosa progettato per viaggiare attraverso il tratto digestivo di un essere umano. Oltre alle sue piccole dimensioni, questa applicazione illustra anche quanto sensibili possano essere, poiché questi sensori possono captare un campo magnetico attraverso la carne umana.
Gli interruttori Reed non richiedono un magnete permanente per essere azionati; un relè elettromagnete può accenderli. Poiché i Bell Labs hanno inizialmente sviluppato questi interruttori, non sorprende che l'industria telefonica abbia utilizzato relè Reed per funzioni di controllo e memoria fino a quando tutto è diventato digitale negli anni '90. Questo tipo di relè non costituisce più la spina dorsale del nostro sistema di comunicazione, ma oggi è ancora comune in molte altre applicazioni.
Vantaggi dei relè Reed
Il sensore ad effetto Hall è un dispositivo a stato solido in grado di rilevare campi magnetici ed è un'alternativa all'interruttore reed. Gli effetti Hall sono certamente appropriati per alcune applicazioni, ma gli interruttori reed presentano un isolamento elettrico superiore rispetto alla loro controparte a stato solido e devono affrontare una resistenza elettrica inferiore a causa dei contatti chiusi. Inoltre, gli interruttori reed possono funzionare con una varietà di tensioni, carichi e frequenze, poiché l'interruttore funziona semplicemente come un filo collegato o scollegato. In alternativa, avrai bisogno di circuiti di supporto per consentire ai sensori Hall di svolgere il loro lavoro.
Gli interruttori Reed presentano un'affidabilità incredibilmente elevata per un interruttore meccanico e sono in grado di funzionare per miliardi di cicli prima di guastarsi. Inoltre, grazie alla loro struttura sigillata, possono operare in ambienti esplosivi dove una scintilla potrebbe avere risultati potenzialmente disastrosi. Gli interruttori Reed possono essere una tecnologia più vecchia, ma sono tutt'altro che obsoleti. È possibile applicare pacchetti contenenti interruttori reed ai circuiti stampati (PCB) utilizzando macchinari pick-and-place automatizzati.
La tua prossima creazione potrebbe richiedere una varietà di circuiti integrati e componenti, tutti debuttati negli ultimi anni, ma non dimenticare l'umile interruttore reed. Completa il suo lavoro di commutazione di base in un modo straordinariamente semplice. Dopo oltre 80 anni di utilizzo e sviluppo, puoi fare affidamento sul design collaudato e autentico dell'interruttore reed per funzionare in modo coerente.
Orario di pubblicazione: 22 aprile 2024