干簧开关工作特性

简介

干簧开关最早由贝尔实验室于 20 世纪 30 年代末发明。然而，直到 20 世纪 40 年代，它才开始作为传感器和干簧继电器得到广泛应用。在这里，它被用于各种步进/开关应用、早期电子设备和测试设备。20 世纪 40 年代末，西20世纪40年代末，西部电气公司率先在其中心局电话交换站中使用干簧继电器，至今某些地区仍保留着这类应用。干簧开关为电信技术的发展作出了重要贡献。多年来，干簧开关制造商几经更迭，部分厂商因产品品质低劣、可靠性差却长期存续，一度扰乱了市场秩序。然而，当今主流的干簧开关制造商大多能提供品质卓越、性能可靠的产品，这推动了该领域前所未有的发展。

如今，干簧开关技术已广泛应用于测试测量设备、医疗电子、通信、汽车、安防、家电及通用设备等所有市场领域。其增长速度空前强劲，全球产能已无法完全满足市场需求。

作为一种技术，干簧开关具有独特性。其全密封结构使其几乎能在任何环境中存在和使用。结构看似简单，其制造过程却涉及多领域技术。其中，玻璃与金属的气密封接对其质量和可靠性至关重要——所用玻璃与金属必须具有完全一致的线性热膨胀系数，否则将导致开裂或密封不良。触点材料（通常为铑或钌）无论是采用溅射还是电镀工艺，都必须在类似半导体技术的超净环境中精确完成。与半导体制造相似，生产过程中存在的任何异物都会导致损耗，引发质量和可靠性问题。

为满足客户的需求，Standex Detect 决定建立自主生产线。自1968年在英国、2001年在德国启动生产以来，我们始终持续制造干簧开关。

多年来，干簧开关的尺寸已从大约 50 毫米（2 英寸）缩小到 3.9 毫米（0.15 英寸）。这些更小的尺寸带来了更多的应用，尤其是在射频和快速切换信号需求方面。

干簧开关特性

• 开关电压高达 10,000 伏特
• 开关电流高达 5 安培
• 能够切换或承载低至 10 毫微伏的电压而不会丢失信号
• 能够切换或承载低至 1 毫微安的电流，且无信号损失
• 切换或传输频率高达 7 千兆赫，信号损失极小
• 触点隔离高达¹⁰¹⁵W
• 触点电阻（导通电阻）典型值为 50 毫欧 (mW)
• 关断状态下无需电源或电路
• 能够提供闭锁功能
• 工作时间在 100 毫秒至 300 毫秒之间
• 可在 -55 °C 至 +200 °C 的极端温度范围内工作
• 能够在各种环境下工作，包括空气、水、真空、油、燃料和含尘环境
• 能够承受高达 200 Gs 的冲击
• 能够承受 50 Hz 至 2000 Hz、最高 30 Gs 的振动环境
• 使用寿命长。无易损件，负载开关电压低于 5 伏、电流低于 10 毫安，可持续运行数十亿次
• 无功耗，是便携式和电池供电设备的理想选择
• 无开关噪音

基础式干簧开关

干簧开关由两个铁磁性叶片（通常由铁和镍组成）组成，密封在玻璃罩内（图 1）。叶片在玻璃罩内部重叠，中间留有间隙，在适当的磁场中相互接触。两个叶片上的接触区域都镀有或溅有非常坚硬的金属，通常是铑或钌。如果不在重载情况下切换触点，这些非常坚硬的金属可能会带来非常长的使用寿命。胶囊中的气体通常是氮气或类似的惰性气体。

一些干簧开关为了提高其开关（高达 10 kV）和隔离高电压的能力，会在内部抽真空。干簧叶片作为磁通导体。当接触到来自永久磁铁或电磁线圈的外部磁场时，磁簧叶片就会充当磁通导体。当磁力超过弹簧力时，就会产生极性相反的磁极，触点就会闭合。

当磁力超过干簧簧片的弹力时，触点闭合。当外部磁场减弱，簧片之间的力小于簧片的恢复力时，触点闭合时，触点断开。

上述干簧开关是一种 1 Form A（常开 (N.O.) 或单刀单掷 (SPST) ）干簧开关。在给定配置中使用多个开关则称为 2 Form A（两个常开开关或双刀单掷 (DPST)）、3 Form A（三个常开开关）等。带有一个普通刀片、一个常开刀片和一个常闭刀片的开关（图 2）被称为 1 形 C（单刀双掷 (SPDT)）。

所有三个励磁叶片都是铁磁性的；但是，常闭触点的接触区域是一种焊接到铁磁性叶片上的非磁性金属。当暴露在磁场中时，两个固定簧片的极性相同，与衔铁的极性相反。然后，桨叶移动到常开叶片上。
叶片。

图 3 显示了使用永久磁铁的磁簧开关的一般功能。

使用铜绝缘线绕制的线圈。见图 4。

如图所示，当永久磁铁靠近干簧开关时，单个簧片就会被磁化，产生如图所示的吸引力。当外部磁场强度足够大时，磁场的吸引力就会使簧片闭合。簧片经过退火处理，以去除任何磁性。当磁场消失时，簧片上的磁场也会消散。如果干簧叶片上存在任何残留磁性，都会影响其开关行为。适当的加工和适当的退火显然是其制造过程中的重要步骤。