什么是簧片开关,哪些磁铁操作它们?

簧片开关是一种电磁开关,用于控制电路中的电流。它们由两个或多个铁质簧片制成,它们被包裹在一个小的玻璃管状外壳中,当磁场朝向开关移动时,它们会被磁化并一起移动或分开。开关在电路中的作用类似于门或桥,因此当两个簧片接触时,电流可以在操作设备的电路周围流动。与机械开关不同,它们不需要某些东西或人来物理地打开或关闭它们,它们完全由隐形磁场控制!

簧片开关的种类

有两种基本类型,“常开”和“常闭”。在常开开关中,由镍铁合金等含铁材料制成的两个簧片的位置使其不接触。当磁铁靠近开关时,它会将一个簧片拉向另一个簧片,使它们接触,从而完成电路。取下磁铁,簧片回到原来的位置,断开电路。

常开簧片开关

常闭开关以相反的方式工作,当没有磁场时,簧片完全接触,电路完整,设备“打开”。当磁铁靠近开关或开关靠近磁铁时,簧片相互排斥并分开,从而断开电路。第三种配置具有三个接触点,而不是两个。在这种配置中,电流沿着可以在两个触点之间切换的公共引线流动。公共导线将在其正常位置与一个触点接触,直到引入磁场,移动公共导线以与另一个触点接触。当磁场被移除时,公共引线恢复到其原始位置。

常开/常闭簧片开关(C型)

使用簧片开关的优点

使用磁性操作的簧片传感器有许多优点,包括:

无机械磨损——因为开关上没有施加物理压力,所以没有机械磨损。

通过非磁性材料操作——传感器可以开发成具有如此高的灵敏度,以至于它们可以嵌入到看不见的组件深处,但仍然由相当强大但谨慎的磁铁驱动。

没有电压供应——因为它们是由磁力触发的,所以不需要电压。

紧凑- 与机械开关相比,簧片开关非常紧凑

大气腐蚀——由于簧片开关的触点密封在玻璃管内,因此可以防止大气腐蚀。

簧片开关使用什么类型的磁铁?

没有磁铁,簧片开关是多余的,但会向簧片开关引入磁场,开关就会起作用。所需磁铁的尺寸和类型完全取决于簧片开关的类型以及簧片开关如何组装到组件中。因为簧片开关可以隐藏或嵌入在一个组件中并且仍然由磁铁操作,所以磁铁和开关之间的距离很重要。

开关和磁铁之间的距离越宽,磁铁与开关相互作用所需的强度就越大。任何永磁体都可以与簧片开关配合使用,但重要的是要记住,不同的材料具有不同的强度,不同大小的磁铁会产生不同大小的磁场。钕磁铁是市售最强的磁铁类型,因此即使是微小的磁铁也能发挥作用。然而,铁氧体磁铁虽然弱得多,但因其产生的深磁场而广受欢迎。

在为干簧开关应用选择磁铁时,需要考虑几个主要因素:磁铁形状、磁铁强度、开关灵敏度、磁铁与开关之间的距离和角度。了解磁铁将如何影响簧片开关需要了解磁铁的磁场是如何形成的。虽然您看不到磁力线,但众所周知,它们沿着最短的路线从北向南流动,而不会相互交叉,如下面的条形磁铁表示所示。

条形磁铁

每个簧片开关周围都有许多“活动”区域,有时称为瓣,其大小根据开关的灵敏度而变化。簧片开关的灵敏度是根据磁动势来评定的以拉入或释放接触点所需的安匝数 (AT) 来衡量。制造簧片开关时,将其放置在具有特定匝数的测试线圈内。当电流通过线圈时,它会产生磁场。当通过线圈的电流足以启动开关时进行测量,为每个开关提供额定安培匝数。一安培匝数 (AT) 表示流过单个导线回路的一安培直流电流。术语“匝数”是指导电线圈中导线的匝数。要计算通过线圈的电流所产生的以安匝为单位的磁动势,必须将以安培为单位的直流电流乘以线圈中的单个回路数。

例如,5 安培的电流通过一个 5 匝的线圈产生 25AT 的磁通势。为开关选择合适的磁铁可能会令人困惑,因为磁铁的磁场密度以高斯为单位测量或特斯拉,而不是安培匝数。然而,更常见的是,簧片开关提供了详细说明切换它们所需的高斯场强度的规范。如果您的开关仅说明安匝数而不是高斯值,则可以使用 1 高斯 = 1 安培匝数的转换,但这不是一门精确的科学,只能用作指导。AT 额定值或高斯值越低,启动簧片开关所需的磁场强度就越低。

必须理解,磁体强度(以高斯为单位)与开关灵敏度(以安匝数为单位基于距离测量)之间的关系取决于磁体的几何形状以及磁体相对于开关的方向。磁铁的形状和尺寸对磁铁的高斯等级影响最大。

此外,在制造和测试磁簧开关时,引线通常比最终应用所需的更长。虽然这些引线可以切割成所需的长度,但这样做会减少开关中含铁(磁性)材料的数量,并且会降低开关的灵敏度,这意味着磁铁必须靠近开关才能激活它。

我们用高斯(磁通密度)额定值标记所有磁铁,使用高斯计从磁铁表面的中心测量。根据以下 10 毫米直径 x 5 毫米厚钕磁铁的磁通密度随距离变化的示例,磁通密度随距离呈指数下降。这意味着磁铁必须靠近开关才能激活它。

距离(毫米) 磁通密度(高斯)
表面 5100
1 3762
2 2904
3 2178
4 1650
5 1188
6 924
7 726
8 528
9 462
10 396
15 132
20 66

用于计算上述值的以下计算允许您计算出磁体磁极中心点正上方任何距离处的圆盘磁体的磁通密度。如果您想计算圆盘磁体的磁通密度如何随着一个距离,可以用下面的计算。

用于计算圆盘磁铁磁通密度随距离变化的公式

G = 高斯(磁通密度)

Br = 剩磁(例如 N42 钕为 13.200 高斯)

R = 圆盘磁铁的半径

X = 与极面的距离

l = 厚度/长度

簧片开关用在什么地方?

簧片开关主要用于接近和传感应用,并且比您意识到的更常见。以下是簧片开关的一些日常用途:

报警系统——在许多报警系统中都会发现一个簧片开关,用于感应门窗是打开还是关闭。它们还用于通过将磁铁或开关放置在盖子中来使系统防篡改,因此当它们被移除时,它会启动开关触发警报。

笔记本电脑– 有没有想过您的笔记本电脑或平板电脑如何知道如何在屏幕降低或将盖子放在屏幕上时打开或关闭?这是簧片开关和磁铁的作用——由于开关和磁铁的相互作用,设备知道盖子或屏幕的接近程度并做出相应的反应。

汽车– 您的智能汽车中的许多安全和传感应用都依赖于簧片开关。仅几个传感用途包括冲击、速度、制动、门位置、流体和燃料水平。

冰箱——现代冰箱使用簧片开关而不是机械开关来检测门何时打开或关闭。当门关闭时,门框上的磁铁移动到固定的簧片开关附近,磁铁迫使簧片分开,关闭灯。