磁簧開關(Reed Switch)也稱之為乾簧管，它是一個通過所施加的磁場操作的電開關。
基本介紹
- 中文名：磁簧開關
- 外文名：Reed Switch
- 專利號：2264746
- 別稱：乾簧管
- 套用：家電、汽車、通訊、工業、醫療
定義,磁簧開關的結構,原理,特點,優點,缺點,構建,簧片觸點,玻璃密封性,工作特性,磁鐵,激勵形式,選擇,性能,套用,磁簧繼電器,乾簧感測器,
定義
1936年，貝爾電話實驗室的沃爾特.埃爾伍德（Walter B. Ellwood）發明了磁簧開關，並於1940年6月27日在美國申請專利，專利號為2264746 。
磁簧開關
磁簧開關基本型式是將兩片磁簧片密封在玻璃管內，兩片雖重疊，但中間間隔有一小空隙。當外來磁場時將使兩片磁簧片接觸，進而導通。 一旦磁體被拉到遠離開關，磁簧開關將返回到其原來的位置。
磁簧開關的結構
磁簧開關是由兩片磁簧片(通常由鐵和鎳這兩種金屬所組成的) 密封在玻璃管內。 兩片磁簧片呈重迭狀況但中間間隔有一小空隙，外來適當的磁場將會使兩片磁簧片接觸。
這兩片簧片上的觸點鍍有層很硬的金屬，通常都是銠和釕，這層硬金屬大大提升了切換次數的壽命。玻璃管內通常注入了氮氣或一些相等的惰性氣體，而部份磁簧開關為了提升切換電壓的性能，更會把內部做成真空狀態。
原理
磁簧開關的工作原理非常簡單，兩片端點處重疊的可磁化的簧片(通常由鐵和鎳這兩種金屬所組成的)密封於一玻璃管中，兩簧片呈交迭狀且間隔有一小段空隙(僅約幾個微米)，這兩片簧片上的觸點上鍍有層很硬的金屬，通常都是銠和釕，這層硬金屬大大提升了切換次數及產品壽命。玻璃管中裝填有高純度的惰性氣體(如氮氣)，部份乾簧開關為了提升其高壓性能，更會把內部做成真空狀態。
簧片的作用相當與一個磁通導體。在尚未操作時，兩片簧片並未接觸；在通過永久磁鐵或電磁線圈產生的磁場時，外加的磁場使兩片簧片端點位置附近產生不同的極性, 當磁力超過簧片本身的彈力時，這兩片簧片會吸合導通電路；當磁場減弱或消失後,乾簧片由於本身的彈性而釋放，觸面就會分開從而打開電路。
Form A ( 常開 ) 磁簧開關的基本結構與組件基本的全密封形態 Form A ( 常開 ) 乾簧開關的基本結構與組件
上圖描述的是Form A (常開 (N.O.)或單刀單擲 (SPST) 乾簧開關。 Form B 是代表一個常閉開關，Form C (單向雙擲(SPDT))是代表一個開關帶有一個共用簧片，一個常開片和一個常閉片(見下圖)。
Form C (單刀雙擲 (SPDT) 三個簧片的乾簧開關的基本結構
Form C (單刀雙擲 )三簧片磁簧開關結構
Form C (單刀雙擲 )三簧片磁簧開關結構可切換的簧片，在沒有磁場時是與常閉片接觸，當足夠強度的磁場產生時,該簧片會移向常開片，而常開片與常閉片都是固定不動的。這兩固定片與可擺動切換的簧片均為鐵磁片，只是常閉的乾簧片觸點表面部份是由非磁性的金屬熔焊於乾簧片上的。置於磁場下時，兩旁位於常開與常閉的固定片具相同極性，且和可擺動簧片極性相反，常閉端的非磁性金屬會隔離磁通，因此當常開端與可擺動簧片之間的磁力夠大時, 擺動簧片將與常開片接觸閉合。
通常有兩種方式可以令磁簧開關的乾簧片吸合：
- 使用永久性磁鐵
如下圖所示，乾簧開關在永久磁鐵產生的磁場下之基本操作情況，兩簧片呈相反極性而在兩簧片間產生足夠的吸力而互相接觸
乾簧管原理1- 使用外加線圈
如右圖所示：將磁簧開關放置線上圈中心軸位置，磁場在這部份是最強的兩乾簧片呈相反極性，在兩簧片間產生足夠的吸力而互相接觸。當有一個永久 磁鐵接近乾簧開關時，此兩片簧片會被磁化成可相互吸引的不同極性，當磁場夠大時，可讓兩簧片間產生足夠的吸引力而互相接觸。乾簧片都是經過回火處理的，以 便消除剩磁，所以當磁場退去後，在乾簧片上的磁場隨即消失。如果有任何殘留的磁力存在於乾簧片上，乾簧開關的特性就會改變，在製造過程中，適當的製程和退 火處理是非常重要的。
乾簧管原理2
乾簧管原理2根據磁簧開關這種特性，磁簧開關可做成非常小尺寸體積的切換組件，並且切換速度非常快速、且具有非常優異的信賴性。永久磁鐵的方位和方向確定何時以及多少次開關打開和關閉。
特點
優點
- 觸點與惰性氣體一起密封在玻璃管內，不會受到外部氣氛的影響。
- 動作回答速度迅速。
- 動作系統和電路都位於相同的軸上，適宜使用於高頻率傳輸的套用產品。
- 小型，重量輕。
- 觸點具有優越的耐蝕性和耐磨損性，使用壽命長，可獲得穩定的開關動作。
- 與永久磁鐵組合，就能經濟簡易地構成非接觸式開關。
缺點
- 故障排查工序多。故障乾簧管需要用專用儀器（如AT值測試器、絕緣耐壓測試器、內阻測試器等）檢測。
- 不適合誤差範圍小的產品設計中：AT值範圍大，從成本角度考慮不能保證批量產品的AT值都相同，並且配套磁石也不盡相同。
- 磁簧開關加工損耗大。磁簧開關采玻璃封裝，在運送和加工過程中容易受損，影響產品及壽命。
構建
簧片觸點
磁簧開關簧片觸點構造
乾簧管簧片觸點構造觸點材料
- 銠觸點
鍍銠觸點最常使用。這種觸點從低負荷至重負荷具有非常穩定的工作特性和很長的工作壽命，這是因為銠具有高熔點及高硬度的性能。 - 釕觸點
釕的硬度比銠更高。鍍銠觸點具有較好的機械磨損及熱損耗特性，但僅用於小負載的開關。因為釕的這些特點，華壬電子已成功開發了氧化釕覆蓋於銠或者鉑上面的雙鍍觸點。這些雙鍍觸點自低負荷至重負荷均具有極良好的開關特性。
玻璃密封性
- 用於玻璃管的外封裝，其溫度膨脹係數（TCE）完全匹配的NiFe合金。
- 在玻璃管的兩端部被加熱和玻璃熔化，形成氣密密封涵蓋兩端。
- 在玻璃封接過程中玻璃腔通常是填充有惰性氣體（通常為氮氣）或腔體，可能會產生真空，抽真空。 該真空通常支持高電壓開關 （超過1000伏特）。
乾簧管玻璃密封性工作特性
磁鐵
激勵形式
激勵磁簧開關最常用的方法是用一塊磁鐵。典型的激勵形式示於下面圖中：
- 水平激勵
磁簧開關水平激勵- 垂直激勵
磁簧開關垂直激勵- 橫向激勵
磁簧開關橫向激勵- 旋轉激勵
磁簧開關旋轉激勵選擇
NdFeB 釹鐵硼
SmCo 釤鈷
AlNiCo 鋁鎳鈷
- 比稀土磁鐵便宜
- 最高工作溫度為550℃
- 最低溫度係數
- 相對於其他類型低矯頑力
- 高感應水平
Ferrites 鐵氧體
- 脆
- 熱穩定性差
- 最便宜所有類型
- 最多可以使用到300°C
- 需要研磨，以滿足嚴格的公差
- 高耐腐蝕性
性能
磁簧開關是一項獨特的技術，全密封的特性使得它可以在幾乎所有環境下使用。磁簧開關的結構雖然簡單但是其製作加工過程中卻包含了多項工藝。這些年來，磁簧開關的尺寸已經由大約50毫米 (2寸) 發展到細如6毫米 (0.24寸)，這些小的尺寸的出現使它能套用到更多領域中，尤其滿足了射頻和快速時域的需求。
磁簧開關的性能如下：
- 能夠切換高達10,000 伏
- 能夠切換高達 5安培
- 能夠切換或者負載低至 10nanoVolts（納伏）而沒有信號損失
- 能夠切換或者負載低至1femptoAmps(毫微微安)而沒有信號損失
- 能夠切換或者負載高達 6 GigaHertz(十億赫茲)而只有少量的信號損失
- 觸點間絕緣為 10 Ω
- 接觸電阻通常為50 milliOhms（毫歐）(mΩ)
- 在常開的情況下無需耗費任何能源或電力能夠提供雙穩態功能
- 操作時間範圍100μs至300μs
- 能在從-55°C至200°C的極端的溫度範圍下使用
- 能夠於各種環境下操作。包括空氣中，水中，真空中，油中，燃料中和含塵環境
- 能夠承受高達200Gs 撞擊力
- 在 高 達 3 0 G s （ 高 斯 ） 的 磁 感 應 強 度 下 能 承 受50Hz至2000Hz的震盪
- 使用壽命長，在 5 伏 10毫安工作條件下，可以操作達十億次
套用
磁簧開關在家電、汽車、通訊、工業、醫療、安防等領域得到了廣泛的套用。簡單說明一下磁簧開關在磁簧繼電器和乾簧感測器的套用。
磁簧繼電器
- 放置一個線圈周圍的磁簧開關，使電流通過的線圈相當於一個永久磁鐵產生的磁場。
- 交換機周圍放置一個同軸禁止，使高頻信號被切換到20GHz。
- 因為乾簧開關無易損件，觸點可切換低電平信號。
- 乾簧繼電器被廣泛用於整個測試測量領域。
乾簧感測器
- 使用磁簧開關， 乾簧感測器可以感知各類機芯採用永久磁鐵。
- 乾簧開關在開啟狀態下汲取電流為零，這使他們在節能設備套用中成為理想的選擇。
- 即使當空氣、塑膠和金屬分離，磁體是可套用的
- 磁鐵和磁簧開關一般分為物理外罩或其他障礙物隔開。
- 乾簧感測器用於檢測運動，計數，檢測液面高度，液位測量，開關惡劣的環境下，植入設備等。
