Se visitate una fabbrica moderna e osservate la straordinaria elettronica al lavoro in una cella di assemblaggio, vedrete una varietà di sensori esposti. La maggior parte di questi sensori ha cavi separati per l'alimentazione a tensione positiva, la massa e il segnale. L'alimentazione consente a un sensore di svolgere il suo compito, che si tratti di rilevare la presenza di metalli ferromagnetici nelle vicinanze o di inviare un fascio di luce come parte del sistema di sicurezza dell'impianto. I semplici interruttori meccanici che attivano questi sensori, come l'interruttore reed, necessitano solo di due cavi per svolgere il loro compito. Questi interruttori si attivano utilizzando campi magnetici.
Che cos'è un interruttore Reed?
L'interruttore a lamella nacque nel 1936. Fu un'idea di WB Ellwood presso i Bell Telephone Laboratories e ottenne il brevetto nel 1941. L'interruttore ha l'aspetto di una piccola capsula di vetro da cui fuoriescono cavi elettrici da entrambe le estremità.
Come funziona un interruttore a lamella?
Il meccanismo di commutazione è composto da due lame ferromagnetiche, separate da pochi micron. Quando un magnete si avvicina a queste lame, le due lame si attraggono l'una verso l'altra. Una volta toccate, le lame chiudono i contatti normalmente aperti (NO), consentendo il passaggio di corrente. Alcuni interruttori reed contengono anche un contatto non ferromagnetico, che forma un'uscita normalmente chiusa (NC). Un magnete in avvicinamento disconnette il contatto e si allontana dal contatto di commutazione.
I contatti sono realizzati con diversi metalli, tra cui tungsteno e rodio. Alcune varianti utilizzano persino il mercurio, che deve essere mantenuto nel corretto orientamento per una commutazione corretta. Un involucro di vetro riempito con gas inerte, comunemente azoto, sigilla i contatti a una pressione interna inferiore a un'atmosfera. La sigillatura isola i contatti, prevenendo la corrosione e le scintille che potrebbero derivare dal movimento dei contatti.
Applicazioni degli interruttori Reed nel mondo reale
I sensori sono presenti in oggetti di uso quotidiano come automobili e lavatrici, ma uno dei luoghi più importanti in cui questi interruttori/sensori operano è negli allarmi antifurto. In effetti, gli allarmi rappresentano un'applicazione pressoché perfetta per questa tecnologia. Una finestra o una porta mobile ospita un magnete e il sensore è alloggiato sulla base, trasmettendo un segnale fino alla rimozione del magnete. Con la finestra aperta, o se qualcuno taglia il filo, scatta l'allarme.
Sebbene gli allarmi antifurto siano un ottimo utilizzo per i sensori reed, questi dispositivi possono essere ancora più piccoli. Un sensore miniaturizzato può essere inserito all'interno di dispositivi medici ingeriti, noti come PillCam. Una volta che il paziente ingerisce la minuscola sonda, il medico può attivarla utilizzando un magnete esterno al corpo. Questo ritardo consente di risparmiare energia fino al corretto posizionamento della sonda, il che significa che le batterie integrate possono essere ancora più piccole, una caratteristica fondamentale in un dispositivo progettato per attraversare il tratto digerente umano. Oltre alle dimensioni ridotte, questa applicazione dimostra anche quanto possano essere sensibili, 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 elettromagnetico può attivarli. Poiché i Bell Labs inizialmente svilupparono questi interruttori, non sorprende che l'industria telefonica abbia utilizzato relè reed per funzioni di controllo e memoria fino alla trasformazione digitale degli anni '90. Questo tipo di relè non costituisce più la spina dorsale del nostro sistema di comunicazione, ma è ancora comune in molte altre applicazioni.
Vantaggi dei relè Reed
Il sensore a effetto Hall è un dispositivo a stato solido in grado di rilevare campi magnetici e rappresenta un'alternativa all'interruttore reed. Gli effetti Hall sono certamente appropriati per alcune applicazioni, ma gli interruttori reed offrono un isolamento elettrico superiore rispetto alla loro controparte a stato solido e presentano una minore resistenza elettrica dovuta ai 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, è necessario un circuito di supporto per consentire ai sensori Hall di svolgere il loro compito.
Gli interruttori reed offrono 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 conseguenze potenzialmente disastrose. Gli interruttori reed possono essere una tecnologia datata, ma sono tutt'altro che obsoleti. È possibile applicare pacchetti contenenti interruttori reed a circuiti stampati (PCB) utilizzando macchinari pick-and-place automatizzati.
La tua prossima build potrebbe richiedere una varietà di circuiti integrati e componenti, tutti introdotti negli ultimi anni, ma non dimenticare l'umile interruttore a lamella. Svolge il suo compito di commutazione di base in modo incredibilmente semplice. Dopo oltre 80 anni di utilizzo e sviluppo, puoi contare sul collaudato design dell'interruttore a lamella per un funzionamento costante.
Data di pubblicazione: 22-04-2024