文 | 传感器技术(WW_CGQJS)
干簧管也称舌簧管或磁簧开关,是一种磁敏的特殊开关,于1936年由贝尔电话实验室的沃尔特·埃尔伍德发明。基本型式是将两片磁簧片密封在玻璃管内,两片虽重叠,但中间间隔有一小空隙。当外来磁场时将使两片磁簧片接触,进而导通。 一旦磁体被拉到远离开关,磁簧开关将返回到其原来的位置。
干簧管是干簧继电器和接近开关的主要部件。它通常有两个软磁性材料做成的、无磁时断开的金属簧片触点,有的还有第三个作为常闭触点的簧片。这些簧片触点被封装在充有惰性气体或真空的玻璃管里,玻璃管内平行封装的簧片端部重叠,并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点。
干簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长;而与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强的特点,工作可靠性很高。
干簧管的工作原理非常简单,两片端点处重迭的可磁化的簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成的)密封于一玻璃管中,两簧片呈交迭状且间隔有一小段空隙(仅约几个微米),这两片簧片上的触点上镀有层很硬的金属,通常都是铑和钌,这层硬金属大大提升了切换次数及产品寿命。玻璃管中装填有高纯度的惰性气体(如氮气),部份干簧开关为了提升其高压性能,更会把内部做成真空状态。
干簧片的作用相当与一个磁通导体。在尚未操作时,两片簧片并未接触;在通过永久磁铁或电磁线圈产生的磁场时,外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性, 当磁力超过簧片本身的弹力时,这两片簧片会吸合导通电路;当磁场减弱或消失后,干簧片由于本身的弹性而释放,触面就会分开从而打开电路。
基本的全密封形态 Form A ( 常开 ) 磁簧开关的基本结构与组件
以上是Form A (常开 (N.O.)或单刀单掷 (SPST) 干簧开关。 Form B 是代表一个常闭开关,Form C (单向双掷(SPDT))是代表一个开关带有一个共用簧片,一个常开片和一个常闭片(见下图)。
Form C (单刀双掷 (SPDT) 三个簧片的磁簧开关的基本结构。
可切换的簧片,在没有磁场时是与常闭片接触,当足够强度的磁场产生时,该簧片会移向常开片,而常开片与常闭片都是固定不动的。这两固定片与可摆动切换的簧片均为铁磁片,只是常闭的干簧片触点表面部份是由非磁性的金属熔焊于干簧片上的。
置于磁场下时,两旁位于常开与常闭的固定片具相同极性,且和可摆动簧片极性相反,常闭端的非磁性金属会隔离磁通,因此当常开端与可摆动簧片之间的磁力够大时, 摆动簧片将与常开片接触闭合。
通常情况下,令干簧开关的干簧片吸合方式有两种:1、使用永久性磁铁; 2、使用外加线圈。
干簧开关管在磁场下闭合
干簧开关在永久磁铁产生的磁场下之基本操作情况,两簧片呈相反极性, 而在两簧片间产生足够的吸力而互相接触。
干簧开关管在磁场下闭合
将干簧开关放置在线圈中心轴位置,磁场在这部份是最强的,两干簧片呈相反极性,在两簧片间产生足够的吸力而互相接触。
当有一个永久磁铁接近干簧开关时,此两片簧片会被磁化成可相互吸引的不同极性,当磁场够大时,可让两簧片间产生足够的吸引力而互相接触。干簧片都是经过回火处理的,以便消除剩磁,所以当磁场退去后,在干簧片上的磁场随即消失。
干簧管按不同的观点所分类如下:
1、按簧片开关以对大气性分类:
封入型
开放型
2、按接点构造分类
A型:属于经常开离型簧片开关。 在施加外部磁场时接点才闭合,而在平常时,保持开离状态。
B型:属于经常闭合型簧片开关。 在施加外部磁场时接点才开离,而在平常时,保持闭合状态。
C型:转接开关型。
3、按机能分类
非自行保持型:具有可依外部磁场之有无而起作用之特征(单稳定型)。
自行保持型:一但起作用以后,即使除掉外部磁场,仍可保持原来状态(双稳定型)。
4、按形状分类
大型:玻璃管长30~60mm,玻璃管径3.5~6mm。
中型:玻璃管长20~30mm,玻璃管径2.5~3.5mm。
小型:玻璃管长5~20mm,玻璃管径1.5~2.5mm。
优点
1、干簧管的优点是其体积小、重量轻,这使得它们易于安装且不显眼。由于操作开关体积很小,因而无需复杂的凸轮或曲柄,所以不会出现金属疲劳现象,保证了几乎无限的使用寿命。并且能够安装在有限的空间里,很适合用于微型设备。 磁簧开关和合适的磁铁价格便宜且容易获取。干簧管最主要的是一种非接触式的密封开关。
2、磁簧开关的开关元器件被密封于惰性气体中,不与外界环境接触,这样就大大减少了接点在开、闭过程中由于接点火花而引起的接点氧化和碳化。并防止外界蒸气和灰尘等杂质对接点的侵蚀。工作寿命长。
3、簧片细而短,有较高的固有频率,提高了接点的通断速度,其开关速度要比一般的电磁继电器快5~10倍。
缺点
1、首先,触点和簧片是相当小而精致的,所以它们难以承受高压或大电流。 电流过大时,簧片会因过热失去弹性。即开关容量小,接点易产生抖动以及接点接触电阻大。
2、干簧管有电压和电流额定值。 虽然功率W=电压I*电流U,同样的功率可能由不同的电压和电流组合得到。切记不要超过额定电流。例如,10V*1A = 10W,同时1V*10A=10W,在第二种情况下,电流会太大。如果您要使用大电流,由继电器线圈与磁簧开关组成的继电器电路是更合适的选择。
3、故障排查工序多。故障干簧管需要用专用仪器(如AT值测试器、绝缘耐压测试器、内阻测试器等)检测。
4、不适合误差范围小的产品设计:AT值范围大,从成本角度考虑不能保证批量产品的AT值都相同,并且配套磁石也不尽相同。
5、由于磁簧开关是相当脆弱的,如果引出线焊接到较厚器件上,很容易破损玻璃和密封件。 如果你需要弯曲引出线,需要恰当选择引出线的弯曲点。