Jeśli odwiedzisz nowoczesną fabrykę i przyjrzysz się niesamowitej elektronice pracującej w komórce montażowej, zobaczysz na wystawie różnorodne czujniki. Większość z nich ma oddzielne przewody do zasilania, uziemienia i sygnału. Podanie zasilania pozwala czujnikowi wykonywać swoje zadanie, czy to wykrywać obecność metali ferromagnetycznych w pobliżu, czy wysyłać wiązkę światła w ramach systemu bezpieczeństwa zakładu. Skromne przełączniki mechaniczne, które aktywują te czujniki, takie jak kontaktron, potrzebują do działania tylko dwóch przewodów. Przełączniki te aktywują się za pomocą pól magnetycznych.
Czym jest przełącznik kontaktronowy?
Przełącznik trzcinowy narodził się w 1936 roku. Był pomysłem WB Ellwooda z Bell Telephone Laboratories i uzyskał patent w 1941 roku. Przełącznik wygląda jak mała szklana kapsuła z wystającymi z obu końców przewodami elektrycznymi.
Jak działa przełącznik kontaktronowy?
Mechanizm przełączający składa się z dwóch ferromagnetycznych listew, oddalonych od siebie o zaledwie kilka mikronów. Gdy magnes zbliża się do tych listew, listwy te przyciągają się do siebie. Po zetknięciu listwy zamykają styki normalnie otwarte (NO), umożliwiając przepływ prądu. Niektóre kontaktrony zawierają również styk nieferromagnetyczny, który tworzy wyjście normalnie zamknięte (NC). Zbliżający się magnes rozłącza styk i odsuwa go od styku przełączającego.
Styki są wykonane z różnych metali, w tym wolframu i rodu. Niektóre modele wykorzystują nawet rtęć, która musi być utrzymywana w odpowiedniej pozycji, aby przełączać się prawidłowo. Szklana osłona wypełniona gazem obojętnym – zazwyczaj azotem – uszczelnia styki pod ciśnieniem wewnętrznym poniżej jednej atmosfery. Uszczelnienie izoluje styki, co zapobiega korozji i iskrzeniu, które mogłoby powstać w wyniku ruchu styków.
Zastosowania przełączników kontaktronowych w świecie rzeczywistym
Czujniki można znaleźć w przedmiotach codziennego użytku, takich jak samochody i pralki, ale jednym z najczęstszych miejsc, w których działają te przełączniki/czujniki, są alarmy antywłamaniowe. W rzeczywistości alarmy stanowią niemal idealne zastosowanie dla tej technologii. W ruchomym oknie lub drzwiach znajduje się magnes, a czujnik znajduje się na podstawie, przekazując sygnał do momentu usunięcia magnesu. Przy otwartym oknie — lub jeśli ktoś przetnie przewód — włączy się alarm.
Chociaż alarmy antywłamaniowe doskonale nadają się do wykorzystania kontaktronów, urządzenia te mogą być jeszcze mniejsze. Zminiaturyzowany przełącznik zmieści się w połykanych urządzeniach medycznych, znanych jako PillCams. Gdy pacjent połknie maleńką sondę, lekarz może ją aktywować za pomocą magnesu umieszczonego na zewnątrz ciała. To opóźnienie oszczędza energię do momentu prawidłowego umieszczenia sondy, co oznacza, że baterie pokładowe mogą być jeszcze mniejsze, co jest kluczową cechą w przypadku urządzeń zaprojektowanych do transportu przez ludzki przewód pokarmowy. Oprócz niewielkich rozmiarów, to zastosowanie pokazuje również, jak czułe mogą być te czujniki, ponieważ potrafią one wychwycić pole magnetyczne przez ludzkie ciało.
Kontaktrony nie wymagają magnesu trwałego do aktywacji; można je włączyć za pomocą przekaźnika elektromagnesowego. Ponieważ Bell Labs pierwotnie opracował te przełączniki, nic dziwnego, że branża telefoniczna wykorzystywała kontaktrony do sterowania i zapamiętywania danych, aż do lat 90. XX wieku, kiedy wszystko stało się cyfrowe. Ten typ przekaźnika nie stanowi już podstawy naszego systemu komunikacyjnego, ale nadal jest powszechnie stosowany w wielu innych zastosowaniach.
Zalety przekaźników kontaktronowych
Czujnik Halla to urządzenie półprzewodnikowe, które może wykrywać pola magnetyczne i stanowi alternatywę dla kontaktronu. Efekt Halla jest z pewnością odpowiedni w niektórych zastosowaniach, ale kontaktrony charakteryzują się lepszą izolacją elektryczną niż ich odpowiedniki półprzewodnikowe i charakteryzują się mniejszym oporem elektrycznym ze względu na zwarte styki. Ponadto kontaktrony mogą pracować z różnymi napięciami, obciążeniami i częstotliwościami, ponieważ działają jak podłączony lub odłączony przewód. Alternatywnie, konieczne będzie zastosowanie obwodów pomocniczych, aby umożliwić czujnikom Halla ich działanie.
Kontaktrony charakteryzują się niezwykle wysoką niezawodnością jak na przełącznik mechaniczny i mogą działać przez miliardy cykli zanim ulegną awarii. Dodatkowo, dzięki szczelnej konstrukcji, mogą pracować w środowiskach zagrożonych wybuchem, gdzie iskra mogłaby mieć katastrofalne skutki. Kontaktrony mogą być starszą technologią, ale nie są jeszcze przestarzałe. Obudowy zawierające kontaktrony można montować na płytkach drukowanych (PCB) za pomocą zautomatyzowanych maszyn typu pick-and-place.
Twój kolejny projekt może wymagać różnorodnych układów scalonych i komponentów, które zadebiutowały w ciągu ostatnich kilku lat, ale nie zapomnij o skromnym kontaktronie. Spełnia on swoją podstawową funkcję przełączania w genialnie prosty sposób. Po ponad 80 latach użytkowania i rozwoju możesz być pewien, że sprawdzona i niezawodna konstrukcja kontaktronu będzie działać niezawodnie.
Czas publikacji: 22-04-2024