Jeśli odwiedzisz nowoczesną fabrykę i zaobserwujesz niesamowitą elektronikę pracującą w celi montażowej, zobaczysz na wystawie różnorodne czujniki. Większość tych czujników ma oddzielne przewody do zasilania napięciem dodatnim, masy i sygnału. Przyłączenie zasilania pozwala czujnikowi wykonać swoją pracę, niezależnie od tego, czy obserwuje obecność metali ferromagnetycznych w pobliżu, czy wysyła wiązkę światła w ramach systemu bezpieczeństwa obiektu. Skromne przełączniki mechaniczne, które uruchamiają te czujniki, takie jak kontaktron, potrzebują tylko dwóch przewodów, aby wykonać swoją pracę. Przełączniki te aktywują się za pomocą pól magnetycznych.
Co to jest kontaktron?
Kontaktron narodził się w 1936 roku. Był pomysłem WB Ellwooda z Bell Telephone Laboratories i uzyskał patent w 1941 roku. Przełącznik wygląda jak mała szklana kapsułka z przewodami elektrycznymi wystającymi z obu końców.
Jak działa kontaktron?
Mechanizm przełączający składa się z dwóch ferromagnetycznych ostrzy, oddalonych od siebie o zaledwie kilka mikronów. Kiedy magnes zbliża się do tych ostrzy, oba ostrza przyciągają się do siebie. Po zetknięciu ostrza zamykają normalnie otwarte styki (NO), umożliwiając przepływ prądu. Niektóre kontaktrony zawierają również styk nieferromagnetyczny, który tworzy wyjście normalnie zamknięte (NC). Zbliżający się magnes rozłączy styk i odsunie się od styku przełączającego.
Styki są zbudowane z różnych metali, w tym wolframu i rodu. Niektóre odmiany wykorzystują nawet rtęć, którą należy utrzymywać w odpowiedniej orientacji, aby prawidłowo się przełączać. Szklana koperta wypełniona gazem obojętnym – zwykle azotem – uszczelnia styki przy ciśnieniu wewnętrznym poniżej jednej atmosfery. Uszczelnienie izoluje styki, co zapobiega korozji i iskrzeniom, które mogą powstać w wyniku ruchu styków.
Aplikacje kontaktronów w prawdziwym świecie
Czujniki znajdziesz w przedmiotach codziennego użytku, takich jak samochody i pralki, ale jednym z najważniejszych miejsc, w których działają te przełączniki/czujniki, są alarmy antywłamaniowe. W rzeczywistości alarmy są niemal idealnym zastosowaniem tej technologii. W ruchomym oknie lub drzwiach znajduje się magnes, a czujnik znajduje się w podstawie i przekazuje sygnał do momentu usunięcia magnesu. Przy otwartym oknie lub jeśli ktoś przetnie przewód, włączy się alarm.
Chociaż alarmy antywłamaniowe doskonale nadają się do kontaktronów, urządzenia te mogą być jeszcze mniejsze. Zminiaturyzowany przełącznik zmieści się w połkniętych urządzeniach medycznych znanych jako PillCam. Gdy pacjent połknie małą sondę, lekarz może ją aktywować za pomocą magnesu umieszczonego na zewnątrz ciała. To opóźnienie oszczędza energię do czasu prawidłowego umieszczenia sondy, co oznacza, że pokładowe baterie mogą być jeszcze mniejsze, co jest kluczową cechą urządzenia zaprojektowanego do przemieszczania się przez przewód pokarmowy człowieka. Oprócz niewielkich rozmiarów, ta aplikacja pokazuje również, jak czułe mogą być czujniki, ponieważ mogą wychwytywać pole magnetyczne przechodzące przez ludzkie ciało.
Kontaktrony nie wymagają magnesu stałego do ich uruchomienia; przekaźnik elektromagnesu może je włączyć. Ponieważ Bell Labs początkowo opracowało te przełączniki, nie jest zaskoczeniem, że przemysł telefoniczny wykorzystywał przekaźniki kontaktronowe do funkcji sterowania i pamięci, aż do czasu, gdy w latach 90. XX wieku wszystko stało się cyfrowe. Ten typ przekaźników nie stanowi już szkieletu naszego systemu komunikacji, ale nadal są one powszechnie stosowane w wielu innych zastosowaniach.
Zalety przekaźników kontaktronowych
Czujnik Halla to urządzenie półprzewodnikowe, które może wykrywać pola magnetyczne i stanowi alternatywę dla kontaktronu. Efekty Halla są z pewnością odpowiednie do niektórych zastosowań, ale kontaktrony charakteryzują się lepszą izolacją elektryczną w porównaniu do swoich odpowiedników półprzewodnikowych i napotykają mniejszy opór elektryczny ze względu na zamknięte styki. Dodatkowo kontaktrony mogą pracować z różnymi napięciami, obciążeniami i częstotliwościami, ponieważ przełącznik działa po prostu jako podłączony lub odłączony przewód. Alternatywnie będziesz potrzebować obwodów pomocniczych, aby umożliwić czujnikom Halla wykonanie swojej pracy.
Kontaktrony charakteryzują się niewiarygodnie wysoką niezawodnością jak na przełączniki mechaniczne i są w stanie działać przez miliardy cykli, zanim ulegną awarii. Dodatkowo, ze względu na szczelną konstrukcję, mogą pracować w środowiskach zagrożonych wybuchem, gdzie iskra mogłaby mieć potencjalnie katastrofalne skutki. Kontaktrony mogą być starszą technologią, ale wcale nie są przestarzałe. Pakiety zawierające kontaktrony można nakładać na płytki obwodów drukowanych (PCB) za pomocą zautomatyzowanych maszyn typu pick-and-place.
Twoja następna konstrukcja może wymagać różnorodnych układów scalonych i komponentów, z których wszystkie zadebiutowały w ciągu ostatnich kilku lat, ale nie zapomnij o skromnym kontaktronie. Wykonuje swoje podstawowe zadanie przełączania w genialnie prosty sposób. Po ponad 80 latach użytkowania i rozwoju możesz polegać na wypróbowanej i prawdziwej konstrukcji kontaktronu, która gwarantuje jego niezawodną pracę.
Czas publikacji: 22 kwietnia 2024 r