Przełącznik magnetyczny
Przełącznik magnetyczny to przełącznik elektryczny, który zamyka, otwiera lub zmienia styki w obecności pola magnetycznego. Najbardziej znanymi przykładami przełączników magnetycznych są przełącznik kontaktronowy i przełącznik Halla, a typowe zastosowania obejmują technologię automatyzacji i inżynierię motoryzacyjną. W naszym poradniku dowiesz się, jak działają te niezawodne elementy przełączające i na co należy zwrócić uwagę przy ich zakupie i instalacji.
Mechaniczne elementy przełączające są podatne na awarie części ruchomych.
Jeśli obwody są otwierane, zamykane lub przełączane za pomocą czystej dźwigni, części łącznika mogą się poluzować lub zablokować, czyniąc mechanizm przełączający nieskutecznym. Podlegają one również wpływom środowiska. Olej, woda, brud, kurz i lód zmieniają zachowanie, a tym samym niezawodność komponentów mechanicznych.
Przełączniki magnetyczne są natomiast w dużej mierze niewrażliwe na wpływy zewnętrzne, z wyjątkiem ekstremalnych warunków, takich jak skrajne ciepło lub zimno bądź obecność bardzo agresywnych substancji. Dlatego też przełączniki magnetyczne są bardzo powszechne w środowiskach przemysłowych.
Typowe obszary zastosowań obejmują technologię automatyzacji. W maszynach sterowanych pneumatycznie, na przykład, są one używane do wykrywania położenia tłoka cylindra, a tym samym do sterowania napędem. Przełączniki magnetyczne można znaleźć w automatycznych licznikach, a także w systemach transportowych.
W przemyśle motoryzacyjnym są one stosowane między innymi w elektromagnesach rozrusznika dla silników spalinowych. Gdy przy wyłączonym silniku włączymy zapłon, elektromagnes za pomocą akumulatora aktywuje silnik rozrusznika, który poprzez zębatkę wprawia w ruch koło zamachowe silnika spalinowego. Gdy osiągnięta zostanie wymagana prędkość obrotowa, zębatka zostaje cofnięta, silnik rozrusznika wyłączony, a alternator aktywowany.
Do najważniejszych obszarów zastosowania należą technologie bezpieczeństwa. Dzięki elektromagnesom można monitorować pozycję okien i drzwi, a w razie potrzeby uruchomić system alarmowy. Elementy przełączające aktywowane polami magnetycznymi znajdują zastosowanie także w technikach testowania i pomiarów, medycynie, rolnictwie, telekomunikacji i lotnictwie, a także w wielu urządzeniach gospodarstwa domowego.
Przełącznik kontaktronowy
Mechanizm przełączający składa się z dwóch ferromagnetycznych tarcz oddalonych od siebie o zaledwie kilka mikrometrów. Kiedy magnes zbliża się do tych dysków, obie części przyciągają się nawzajem. Gdy tylko się zetkną, obwód zostaje zamknięty. Niektóre przełączniki kontaktronowe zawierają również styk nieferromagnetyczny, który tworzy wyjście normalnie zamknięte. Zbliżający się magnes przerywa styk i odciąga go od styku przełączającego. Przełączniki kontaktronowe mogą być również używane do zmiany obwodów. Zainstalowane są tutaj trzy dyski; w zależności od polaryzacji pola magnetycznego, dysk ferromagnetyczny przesuwa się do jednego z dwóch pozostałych styków.
Tarcze mogą być wykonane z różnych metali, w tym wolframu i rodu. Szklana powłoka wypełniona gazem obojętnym - zwykle azotem - uszczelnia styki przy ciśnieniu wewnętrznym poniżej jednej atmosfery. Uszczelnienie izoluje styki od środowiska. Zapobiega to korozji i iskrzeniu, które mogą powstać w wyniku ruchu styków.
Przełączniki kontaktronowe charakteryzują się niskim oporem elektrycznym i mogą pracować z różnymi napięciami, obciążeniami oraz częstotliwościami, działając jak przewód, który jest podłączony lub odłączony. Dzięki swojej prostej konstrukcji zapewniają wyjątkową niezawodność – są w stanie wytrzymać miliardy cykli pracy przed wystąpieniem awarii. Ich hermetyczna budowa pozwala na zastosowanie w środowiskach zagrożonych wybuchem, gdzie nawet najmniejsza iskra mogłaby doprowadzić do katastrofy. Przełączniki te są dostępne w wersjach z osiowymi przewodami do ręcznego lutowania lub na taśmach przystosowanych do automatycznego montażu na płytkach drukowanych.
Czujnik Halla i przełącznik Halla
Elementy przełączające Halla wykorzystują bezkontaktowe komponenty półprzewodnikowe, które są lepiej odporne na wstrząsy mechaniczne niż styki kontaktronowe. Te przełączniki magnetyczne opierają się na efekcie Halla, będącym wynikiem działania siły Lorentza: gdy stały prąd przepływa przez cienki przewodnik lub półprzewodnik, a stałe pole magnetyczne jest ustawione prostopadle do tego prądu, pole prądu reaguje na pole magnesu stałego. W rezultacie elektrony przepływające przez przewodnik są przyciągane do jednej strony przewodnika z powodu siły Lorentza. W przewodniku powstaje różnica potencjałów, znana jako napięcie Halla. Wartość tego napięcia jest proporcjonalna do intensywności pola magnetycznego.
Efekt Halla jest wykorzystywany w czujnikach Halla, które mierzą obecność, brak lub siłę pola magnetycznego. Chociaż ich główną funkcją jest detekcja pola magnetycznego, mogą również rejestrować parametry takie jak położenie, temperatura, prąd czy ciśnienie. Po podłączeniu do układów elektronicznych tworzą wszechstronne przełączniki oparte na tym zjawisku.
Do prawidłowego działania elementy te wymagają zasilania prądem stałym. Ich optymalnym zastosowaniem jest obsługa niewielkich obciążeń elektrycznych, zwłaszcza w maszynach CNC. Dzięki pracy na niskich napięciach i prądach są doskonałym rozwiązaniem w urządzeniach domowych, takich jak pralki czy suszarki, które wykorzystują czujniki wysokich prędkości. Z powodzeniem znajdują także zastosowanie w transformatorach prądu stałego oraz w motoryzacji, na przykład w systemach wskazywania poziomu paliwa.
Solenoid to cewka, której drut jest zwinięty w ciasną spiralę.
W elektrotechnice solenoidy pełnią ważną rolę w generowaniu kontrolowanych pól magnetycznych, na przykład w elektromagnesach.
Termin ten może być również używany w odniesieniu do różnych urządzeń przetwornikowych, które przekształcają energię w ruch liniowy.
Należą do nich zawory elektromagnetyczne i przełączniki magnetyczne. Zazwyczaj współpracują one ze specjalnymi przekaźnikami i innymi komponentami elektrycznymi, takimi jak rozrusznik z przełącznikiem magnetycznym lub przełącznik magnetyczny w samochodzie.
Przeznaczenie i konstrukcja są oczywiście najważniejsze. Wymiary techniczne siłownika pneumatycznego z tłokiem magnetycznym determinują na przykład rozmiar przełącznika magnetycznego. Typ, napięcie, prąd i zdolność przełączania są ważne dla zasilania, podczas gdy materiał obudowy z tworzywa sztucznego i stopień ochrony IP, na przykład IP 65, są ważne do stosowania w trudnych warunkach.