磁簧开关工作原理

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磁簧開關的磁簧開關的操作操作操作原理原理

簡介

磁簧開關於1930年代末期經由電鈴實驗室首次發明。但是，這並不代表1940年代開始尋找廣泛的應用如磁簧傳感器和磁簧繼電器。此時， 磁簧開關是用於配合步進/轉換的應用,早期的電子儀器和測試儀器。於1940年代末期，Western

Electric 開始起用磁簧繼電器作為它們中央辦公室電話轉駁中心， 現時它們仍然應用於某些地方，磁簧開關令電訊科技有效地發展。

這些年來，很多廠商來來去去,，有部份廠商停留太久了，使低品質和低可靠性

的產品充斥市場。但是，現今大部份廠

商已經可以生產高品質和高可靠性的產品了，從而達到前所未見的增長。

現今磁簧開關用於所有市場部份︰測試和測量儀器，醫療電子，電訊，汽車，保安，家電，普遍的目的等等，成長程度比以往更強，由於需求量增加，使全球生產量不能停留。 作為一項技術，磁簧開關是獨一無異的，密封的封口，可以存在或應用於大部份環境下。它簡單的結構，它生產的過程已經包含了許多不同的技術，令到它品質和可靠性的重要因素是玻璃與金屬是密封的，所用的玻璃與金屬一定要有相同線性的熱流膨脹係數，否則，會造成裂縫和差勁的封口。無論是sputter 或者電鍍的，用於這接觸物料上的通常都是銠(rhodium)或者釕(ruthenium)，而且一定要在特別清潔的環境下準確地進行如半導體技術，類似半導體，任何外

來的粒子都會帶來損失，品質和可靠性

問題。 這些年來，磁簧開關的尺寸已經由大約50毫米 (2寸) 發展到細如6毫米 (0.24寸)，這些細小的尺寸增加了更多的應用特別用於RF 和fast time domain 要求。

磁簧開關的特磁簧開關的特點點

1. 能夠切換高達10,000 伏

2. 能夠切換高達 5安培

3. 能夠切換或者支援低至 10 nanoV olts(10-9伏)而沒有信號損失

4. 能夠切換或者支援低至1

femptoAmps(10-15安培)而沒有信號損失 5. 能夠切換或者支援高達 6 GigaHertz

而只有少量的信號損失 6. 接觸面之間隔離高達 1015Ω

7. 接觸面的電 阻普遍是50 milliOhms (m Ω)

8. 在常開的情況下不需要電力或電路 9. 能夠提供latching 特徵 10. 操作時間範圍100µs 至300 µs 11. 能夠於廣泛的溫度範圍由-55°C 至200°C 操作

12. 能夠於所有不同環境下操作包括空氣中，水中，真空中，油中，燃料中和佈滿塵埃的環境

13. 能夠承受高達200Gs 撞擊力

14. 於震盪的環境下(50Hz 至2000Hz)， 能夠承受高達30Gs

15. 長壽的，沒有損耗件和於切換發電量低過 5 伏 在10毫安下，可以操作達十億次開關

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磁簧開關的基本原理

以下

圖#1所示，

( 圖#1，Form 1A ( 常開 ) 磁簧開關的基本結構與它所組成的組件。)

磁簧開關是由兩片磁簧片(通常由鐵和鎳這兩種金屬所組成的) 密封在玻璃管內。玻璃管內的兩片磁簧片呈重疊狀況但中間間隔有一小空隙，加上外來適當的磁場將會使兩片磁簧片接觸。這兩片簧片上的觸點鍍有層很硬的金屬，通常都是銠和釕，而這層硬金屬大大提升了切換次數的壽命。而玻璃管內通常注入了氮氣或一些相等的惰性氣體，而部份磁簧開關為了提升切換電壓的性能，更會把內部做成真空狀態。通過永久磁鐵或電磁線圈產生的磁場界時，磁簧片會產生不同的極性, 當磁力超過簧片本身的彈力時，這兩片簧片會吸合。當磁界減弱或除去後, 通過磁簧片的彈性而釋放，觸面就會分開身從而打開電路。

以上描述的是1 Form A (常開 (N.O.)或單刀單擲 (SPST) 磁簧開關，另有2 Form A ( 兩個常開開關或雙刀單擲(DPST))，3 Form A ( 三個常開開關)，等等。

1 Form B 是代表一個常關開關，1 Form C (單向雙擲(SPDT))是代表一個開關帶有一個共用片，一個常開片和一個常關片(見

圖#2)。

(圖#2，1 Form C (單刀雙擲 (SPDT) 三個通向的磁簧開關之基本結構。)

此可切換的磁簧片，在沒有磁場時是與常閉片接觸，當足夠強度的磁場產生時, 這可擺動的簧片會移向常開片上，而這常開片與常閉片都是固定不動的。這兩固定片與可擺動切換之簧片均為可磁化性，但是常閉的磁簧片觸點部份的表面則為將非磁性的金屬熔焊於磁簧片上的。置於磁場下時，兩旁位於常開與常閉的固定片具相同極性，且和可擺動之簧片極性相反，常閉端的非磁性金屬會隔離了磁通，故當常開端與可擺動簧片之間的磁力夠大時, 擺動簧片將與常開片接觸閉合。

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通常有兩個方式會令磁簧開關的磁簧片吸合.。

1. 使用磁鐵 ( 見圖#3)；

(圖#3，磁簧開關在磁鐵產生的磁場下之基本操作情況，兩簧片呈相反極性, 而在兩簧片間產生足夠的吸力而互相接觸。)

或2。使用外加線圈 (見圖#4) 。

(圖#4，將磁簧開關放置在線圈中心軸位置，磁場在這部份是最強的，兩磁簧片呈相反極性，在兩簧片間產生足夠的吸力而互相接觸。)

如圖所示，當有一個永久磁鐵接近磁簧開關時，此兩片簧片會磁化成可相互吸引的不同極性，當磁場夠大時，可讓兩簧片間產生足夠的吸引力而互相接觸。 這磁簧片是已經經過回火處理以消除任何殘留磁性程，當磁場退去後，在磁簧片上的磁場隨即消失。如果有任何殘留的磁力存在於磁簧片上，磁簧開關的特性就會改變，在製造過程中，適當的製程和適當的退火處理是非常重要的。