現代の工場を訪れ、組立工場で稼働している驚くべき電子機器を観察すると、さまざまなセンサーが展示されているのが目に入るでしょう。これらのセンサーのほとんどは、正の電圧供給、接地、信号用に別個のワイヤを備えています。電力を供給すると、近くの強磁性金属の存在を監視したり、施設のセキュリティ システムの一部として光線を送信したりするなど、センサーがその機能を実行できるようになります。これらのセンサーをトリガーする単純な機械式スイッチは、リード スイッチと同様に、その機能を果たすために必要なワイヤは 2 本だけです。これらのスイッチは磁場を使用して作動します。
リードスイッチとは何ですか?
リード スイッチは 1936 年に誕生しました。これはベル電話研究所の WB エルウッドの発案で、1941 年に特許を取得しました。このスイッチは、両端から導線が突き出ている小さなガラスのカプセルのように見えます。
リードスイッチはどのように機能するのでしょうか?
スイッチング機構は、わずか数ミクロンしか離れていない 2 つの強磁性ブレードで構成されています。磁石がこれらのブレードに近づくと、2 つのブレードが互いに引き寄せられます。ブレードが接触すると、常開 (NO) 接点が閉じ、電気が流れるようになります。一部のリード スイッチには、常閉 (NC) 出力を形成する非強磁性接点も含まれています。磁石が近づくと接点が切断され、スイッチング接点から引き離されます。
接点は、タングステンやロジウムなどのさまざまな金属で構成されています。一部の品種では水銀を使用することもありますが、正しく切り替えるためには水銀を適切な方向に保つ必要があります。不活性ガス (通常は窒素) で満たされたガラスのエンベロープは、1 気圧の内部圧力で接点を密閉します。シールにより接点が隔離され、腐食や接点の移動によって発生する可能性のある火花が防止されます。
現実世界でのリード スイッチ アプリケーション
車や洗濯機などの日用品にセンサーが使われていますが、これらのスイッチ/センサーが動作する最も顕著な場所の 1 つは盗難警報器です。実際、アラームはこのテクノロジーのほぼ完璧なアプリケーションです。可動窓やドアには磁石が内蔵されており、センサーはベース上にあり、磁石が取り外されるまで信号を送信します。窓が開いている場合、または誰かがワイヤーを切断した場合は、警報が鳴ります。
盗難警報器はリード スイッチの優れた用途ですが、これらのデバイスはさらに小型化することもできます。小型スイッチは、PillCam として知られる摂取型医療機器の内部に収まります。患者が小さなプローブを飲み込むと、医師は体外の磁石を使用してプローブを作動させることができます。この遅延により、プローブが正しく配置されるまで電力が節約されます。これは、搭載バッテリーをさらに小さくできることを意味します。これは、人間の消化管を通過するように設計されたものでは重要な機能です。このアプリケーションは、サイズが小さいことに加えて、これらのセンサーが人体を通して磁場を感知する可能性があるため、センサーがいかに敏感であるかを示しています。
リード スイッチを作動させるのに永久磁石は必要ありません。電磁リレーでスイッチをオンにすることができます。ベル研究所が最初にこれらのスイッチを開発して以来、1990 年代にすべてがデジタル化されるまで、電話業界が制御およびメモリ機能にリード リレーを利用していたのは驚くべきことではありません。このタイプのリレーは、現在では通信システムのバックボーンを形成していませんが、今日でも他の多くのアプリケーションでは一般的に使用されています。
リードリレーのメリット
ホール効果センサーは、磁場を検出できるソリッドステート デバイスであり、リード スイッチの代替品の 1 つです。ホール効果は確かに一部のアプリケーションには適していますが、リード スイッチはソリッドステートのスイッチに比べて優れた電気絶縁性を備えており、閉じた接点により電気抵抗が低くなります。さらに、リード スイッチは単に接続または切断されたワイヤとして機能するため、さまざまな電圧、負荷、周波数で動作します。あるいは、ホール センサーが機能できるようにするためのサポート回路が必要になります。
リード スイッチは、機械式スイッチとしては信じられないほど高い信頼性を備えており、故障するまでに数十億サイクルにわたって機能することができます。さらに、密閉構造のため、火花が悲惨な結果をもたらす可能性がある爆発性環境でも動作する可能性があります。リード スイッチは古いテクノロジーかもしれませんが、時代遅れというわけではありません。自動ピックアンドプレース機械を使用して、リード スイッチを含むパッケージをプリント基板 (PCB) に貼り付けることができます。
次のビルドでは、ここ数年に登場したさまざまな集積回路やコンポーネントが必要になる可能性がありますが、素朴なリード スイッチを忘れないでください。基本的な切り替えジョブは非常に簡単な方法で完了します。 80 年以上の使用と開発を経て、一貫して動作するリード スイッチの実証済みの設計を信頼できます。
投稿日時: 2024 年 4 月 22 日