إذا قمت بزيارة مصنع حديث ولاحظت الأجهزة الإلكترونية المذهلة أثناء العمل في خلية التجميع، فسوف ترى مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار معروضة. تحتوي معظم هذه المستشعرات على أسلاك منفصلة لإمداد الجهد الإيجابي والأرضي والإشارة. يتيح تطبيق الطاقة لجهاز الاستشعار القيام بعمله، سواء كان ذلك بمراقبة وجود معادن مغناطيسية قريبة أو إرسال شعاع ضوئي كجزء من نظام أمان المنشأة. المفاتيح الميكانيكية المتواضعة التي تشغل هذه المستشعرات، مثل مفتاح القصب، تحتاج فقط إلى سلكين للقيام بعملها. يتم تنشيط هذه المفاتيح باستخدام المجالات المغناطيسية.
ما هو ريد سويتش؟
وُلد مفتاح القصب في عام 1936. وكان من بنات أفكار دبليو بي إلوود في مختبرات بيل للهواتف، وحصل على براءة اختراعه في عام 1941. يشبه المفتاح كبسولة زجاجية صغيرة بها أسلاك كهربائية تخرج من كل طرف.
كيف يعمل مفتاح ريد؟
تتكون آلية التبديل من شفرتين مغناطيسيتين، يفصل بينهما بضعة ميكرونات فقط. عندما يقترب المغناطيس من هذه الشفرات، فإن الشفرتين تنجذبان نحو بعضهما البعض. بمجرد لمسها، تغلق الشفرات نقاط الاتصال المفتوحة عادة (NO)، مما يسمح بتدفق الكهرباء. تحتوي بعض مفاتيح القصب أيضًا على جهة اتصال غير مغنطيسية، والتي تشكل مخرجًا مغلقًا عادةً (NC). سوف يقوم المغناطيس المقترب بفصل جهة الاتصال ويبتعد عن جهة اتصال التبديل.
يتم إنشاء الاتصالات من مجموعة متنوعة من المعادن، بما في ذلك التنغستن والروديوم. حتى أن بعض الأصناف تستخدم الزئبق، والذي يجب الاحتفاظ به في الاتجاه الصحيح للتبديل بشكل صحيح. يقوم غلاف زجاجي مملوء بغاز خامل - عادة النيتروجين - بإغلاق نقاط التلامس عند ضغط داخلي تحت جو واحد. يعمل الختم على عزل نقاط التلامس، مما يمنع التآكل وأي شرارة قد تنتج عن حركة التلامس.
تطبيقات ريد سويتش في العالم الحقيقي
ستجد أجهزة الاستشعار في العناصر اليومية مثل السيارات والغسالات، ولكن أحد أبرز الأماكن التي تعمل بها هذه المفاتيح/أجهزة الاستشعار هو أجهزة إنذار ضد السرقة. في الواقع، تعد أجهزة الإنذار تطبيقًا مثاليًا تقريبًا لهذه التقنية. تحتوي النافذة أو الباب المتحرك على مغناطيس، ويوجد المستشعر على القاعدة، ويمرر إشارة حتى إزالة المغناطيس. مع فتح النافذة - أو إذا قام شخص ما بقطع السلك - سيصدر صوت إنذار.
في حين أن أجهزة الإنذار ضد السرقة تعتبر استخدامًا ممتازًا لمفاتيح القصب، إلا أن هذه الأجهزة يمكن أن تكون أصغر حجمًا. سيتم وضع مفتاح مصغر داخل الأجهزة الطبية المبتلعة المعروفة باسم PillCams. بمجرد أن يبتلع المريض المسبار الصغير، يمكن للطبيب تفعيله باستخدام مغناطيس خارج الجسم. يؤدي هذا التأخير إلى الحفاظ على الطاقة حتى يتم وضع المسبار بشكل صحيح، مما يعني أن البطاريات الموجودة على متن الطائرة يمكن أن تكون أصغر، وهي ميزة مهمة في شيء مصمم للسفر عبر الجهاز الهضمي للإنسان. إلى جانب حجمه الصغير، يوضح هذا التطبيق أيضًا مدى حساسية هذه المستشعرات، حيث يمكن لهذه المستشعرات التقاط مجال مغناطيسي من خلال اللحم البشري.
لا تتطلب مفاتيح Reed مغناطيسًا دائمًا لتشغيلها؛ يمكن لمرحل المغناطيس الكهربائي تشغيلها. منذ أن قامت شركة Bell Labs في البداية بتطوير هذه المفاتيح، فليس من المفاجئ أن تستخدم صناعة الهاتف مرحلات القصب لوظائف التحكم والذاكرة حتى أصبح كل شيء رقميًا في التسعينيات. لم يعد هذا النوع من المرحلات يشكل العمود الفقري لنظام الاتصالات لدينا، لكنه لا يزال شائعًا في العديد من التطبيقات الأخرى اليوم.
مزايا مرحلات ريد
مستشعر تأثير هول هو جهاز ذو حالة صلبة يمكنه اكتشاف المجالات المغناطيسية، وهو أحد البدائل لمفتاح القصب. من المؤكد أن تأثيرات هول مناسبة لبعض التطبيقات، لكن مفاتيح القصب تتميز بعزل كهربائي فائق عن نظيرتها في الحالة الصلبة، كما أنها تواجه مقاومة كهربائية أقل بسبب الاتصالات المغلقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تعمل مفاتيح القصب مع مجموعة متنوعة من الفولتية والأحمال والترددات، حيث يعمل المفتاح ببساطة كسلك متصل أو منفصل. وبدلاً من ذلك، ستحتاج إلى دوائر داعمة لتمكين مستشعرات القاعة من القيام بعملها.
تتميز مفاتيح Reed بموثوقية عالية بشكل لا يصدق بالنسبة للمفتاح الميكانيكي، وهي قادرة على العمل لمليارات الدورات قبل الفشل. بالإضافة إلى ذلك، وبسبب بنائها المحكم، يمكنها العمل في بيئات متفجرة حيث يمكن أن تؤدي الشرارة إلى نتائج كارثية. قد تكون مفاتيح Reed تقنية قديمة، ولكنها ليست قديمة على الإطلاق. يمكنك تطبيق الحزم التي تحتوي على مفاتيح القصب على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) باستخدام آلات الالتقاط والمكان الآلية.
قد يتطلب تصميمك التالي مجموعة متنوعة من الدوائر والمكونات المتكاملة، والتي ظهرت جميعها لأول مرة في السنوات القليلة الماضية، ولكن لا تنس مفتاح القصب المتواضع. إنه يكمل مهمة التبديل الأساسية بطريقة بسيطة ببراعة. بعد أكثر من 80 عامًا من الاستخدام والتطوير، يمكنك الاعتماد على التصميم المجرب والحقيقي لمفتاح القصب للعمل باستمرار.
وقت النشر: 22 أبريل 2024