El reed switch o interruptor de cuchillas, como el nombre sugiere es un interruptor o llave que puede ser accionado por el campo magnético de una bobina o de un imán. El tipo más común, que es el interruptor simple de láminas, tiene su estructura mostrada en la figura 1.
Este componente consiste en una ampolla de vidrio dentro de la cual hay dos láminas flexibles con contactos especiales en sus extremos. La ampolla, para evitar la oxidación de los contactos, está llena con un gas inerte. Para el tipo normalmente abierto (NA) que funciona como un interruptor simple, en condiciones normales, las láminas se separan y por lo tanto. En otras palabras, en condiciones normales, este interruptor se mantiene abierto.
Sin embargo, las láminas se hacen con un material ferroso, lo que significa que la presencia de un campo magnético, como el de un imán, por ejemplo, hace que se cierren el circuito magnético atrayendo como se muestra en la figura 2.
La atracción hace que esas láminas se cuenten una en la otra cerrando así el circuito. El interruptor se cerrará en estas condiciones. Las variaciones en torno a esta estructura básica pueden llevar a varios otros tipos de reed-switches como, por ejemplo, el mostrado en la figura 3.
En este tipo, lo que tenemos es una llave de 1 polo x 2 posiciones, es decir, una llave conmutadora en la que encontramos tres terminales de conexión. En la condición normal, la lámina interna se apoya en el contacto NF permitiendo, por lo tanto, la circulación de una corriente entre este terminal y el terminal común.
Con la aplicación de un campo magnético externo, la lámina se magnetiza y se curva de modo a tocar en el contacto NA. La corriente puede entonces circular entre estos dos terminales.
Por supuesto, para que un reed switch sea útil, reuniendo confiabilidad en los contactos, capacidad de conducir buenas intensidades de corriente, prontitud de acción y durabilidad, su construcción debe seguir determinados parámetros que pasamos a analizar a continuación.
LAS LÁMINAS
Evidentemente, el material utilizado en la fabricación de las láminas debe tener propiedades ferromagnéticas para manifestar la magnetización ante un campo magnético externo. El material más utilizado en la fabricación de los reed switches es una aleación de hierro-níquel de alta permeabilidad para concentrar al máximo el flujo magnético. La retención magnética, que la propiedad del material permanece magnetizado incluso después de que el campo externo desaparezca, debe ser la mínima posible. Esto es necesario para obtener el apagado o rearme rápido del dispositivo cuando el campo que lo acciona es retirado.
Una retención mayor también tendría un efecto indeseable adicional además de la demora de los contactos volver a la posición normal: ellos podrían "pegarse" manteniendo el dispositivo accionado incluso después de retirar el campo externo de accionamiento.
Las cuchillas deben todavía tener un coeficiente de dilatación equivalente al del vidrio utilizado en el encapsulado, para evitar problemas en el proceso de soldadura. Una dilatación desigual con el calentamiento del dispositivo podría resultar en micro-trincas capaces de dejar escapar el gas interno. La función del gas interno, como veremos es muy importante, tanto para su desempeño eléctrico, como para la determinación de su vida útil.
Las cuchillas deben tener su superficie completamente limpia, exenta de gases que puedan causar problemas de funcionamiento. Otro factor importante en la elección del material es la dureza de la aleación y su flexibilidad que deben ser rigurosamente controladas.
EL VIDRIO
Las características de los vidrios empleados en la construcción de los reed switches también deben ser especiales. La primera característica a considerar es la resistividad que debe ser la más alta posible. La envoltura de cristal del reed switch también sirve de aislamiento entre los hilos terminales, por lo que la resistencia entre ellos debe ser la mayor posible.
Para los reed switches del tipo reversible en que tenemos dos hilos terminales muy próximos a un lado de la envoltura, una lámina de cuarzo se coloca entre ellos para aumentar el aislamiento, como se muestra en la figura 3.
Otro punto importante a considerar es la capacidad de disipación de calor del vidrio. Como sabemos, el vidrio común es un mal conductor de calor, y por lo tanto existirían problemas en un reed switch que necesitaba operar con corrientes elevadas. Para aumentar la capacidad de disipación de vidrio se mezcla con óxido de hierro. Esta mezcla da al vidrio una coloración azul, que caracteriza el reed switch común.
CONTACTOS
Como cualquier interruptor o interruptor conmutador, los contactos de los reed switches deben tener una resistencia mínima, del orden de milésimas de ohms.
Para lograr esta característica eléctrica importante los contactos pasan por baños electrolíticos rigurosamente controlados. En estos baños se deposita una aleación de Rodo / Ruteno que tiene un punto de fusión del orden de 2 000 grados centígrados. Con este material, la resistencia inicial de contacto puede variar entre 50 y 200 milésimas de ohms o miliohms, dependiendo del tipo de dispositivo considerado.
Reed switches con contactos NA de rodio / rutenio pueden conmutar potencias entre 10 y 15 vatios, dependiendo de su tamaño.
Para la conmutación de potencias más altas, de hasta 100 vatios, con contactos NA, existen ampollas que poseen contactos de tungsteno, que es un metal cuyo punto de fusión es mucho más alto. De hecho, el tungsteno se funde a 3 387 grados centígrados, pero la resistencia de contacto es considerablemente mayor en torno a 500 mil millones.
El GAS
Evidentemente, el interior de la ampolla no puede ser llenado con aire común, conteniendo oxígeno. Con el faisado normal entre los contactos, principalmente en la conmutación de cargas inductivas, el oxígeno reaccionar con el metal provocando su deterioro.
De la misma forma, el vacío tampoco es interesante por crear una fuerte presión no contrabalance desde fuera hacia adentro que haría el dispositivo frágil. De esta forma, los reed switches tienen sus ampollas llenas con gases nobles.
USO
Para que un reed switch sea accionado necesitamos hacer que un campo magnético externo actúe sobre sus láminas, cerrando el recorrido de las líneas de fuerza. Las láminas se atraen y luego se vierten, ocurriendo entonces los contactos de las formas deseadas.
El campo magnético para accionamiento del reed switch puede obtenerse básicamente de dos maneras: a partir de un imán permanente oa partir de una bobina, como muestra la figura 4.
Para el accionamiento por el imán permanente es la intensidad del campo que produce que determina el punto de accionamiento o la distancia en que ocurre el cierre de los contactos. Para el accionamiento por la bobina es la intensidad de la corriente y el número de espiras, además de su geometría, responsables por la intensidad del campo, que determinan el modo de accionamiento.
De cualquier forma, sin embargo, para utilizar un reed switch es necesario conocer su sensibilidad, o sea, la intensidad del campo magnético que es necesario para accionar el dispositivo. Esta sensibilidad se refiere generalmente en AT (amperios-vuelta o portuguesa amperios-vuelta) como las aplicaciones más comunes tienen en cuenta las bobinas de una bobina y la cadena en su espalda.
La sensibilidad de un reed switch se define durante el proceso de fabricación y después de la verificación se clasifica en grupos. Utilizando una bobina estándar, los fabricantes pueden determinar la sensibilidad de un reed switch, como muestra la figura 5.
Cuanto más bajo sea el valor de AT de un reed switch, más sensible será. Es importante notar que las láminas y los terminales de un reed switch forman un circuito magnético que debe ser "recorrido" por las líneas de fuerza del campo de accionamiento. Así, el corte de los terminales de un reed switch para su montaje, haciéndolos más cortos puede afectar su sensibilidad.
Para el caso en que el accionamiento es hecho por un imán permanente, cuanto mayor sea la sensibilidad del reed switch, mayor podrá ser la distancia entre los dos en el accionamiento.
APLICACIONES
Para el uso correcto del reed switch, obteniendo su accionamiento no basta aproximar un imán permanente de cualquier manera o usar una bobina con cualquier formato. El campo magnético utilizado en el accionamiento de un reed switch debe tener una determinada orientación. Esto es importante para obtener la máxima fuerza de aproximación de las cuchillas.
Un cambio de posición del imán permanente en relación al reed switch, provocando una acción impropia del campo sobre las láminas causa una pérdida de sensibilidad. El resultado es la exigencia de mayor aproximación del imán para el accionamiento o la utilización de un imán más fuerte.
En la figura 6 mostramos el posicionamiento correcto de un imán para obtener el accionamiento del reed switch y también el posicionamiento incorrecto, con las líneas de fuerza que actúan sobre las láminas.
El modo de accionamiento de forma dinámica también es importante para obtener el mejor rendimiento. El movimiento de aproximación y alejamiento de un imán puede ser hecho de dos formas para accionar un reed switch.
Se trata de una modalidad de accionamiento a través de un blindaje magnético. Un material magnético que coloque "en corto" las líneas de fuerza del campo magnético del imán de accionamiento, al ser interpuesto entre este imán y el reed switch abre el circuito magnético de accionamiento y con ello los contactos de las láminas.