Einführung

Seit seiner Einführung vor einigen Jahren hat der Hall-Effekt-Sensor die Phantasie der Konstrukteure beflügelt. Im Allgemeinen ging man davon aus, dass ein Festkörpersensor ein zuverlässigerer Ansatz ist, insbesondere im Vergleich zu elektromechanischen Geräten. Vergleicht man jedoch die Reed-Sensor-Technologie mit der Hall-Effekt-Technologie, so ergeben sich einige bemerkenswerte Vorteile.

Doch zunächst wollen wir uns die Reed-Sensor-Technologie genauer ansehen. Die Schlüsselkomponente des Reed-Sensors ist der Reed-Schalter, der von Western Electric in den 1930er Jahren erfunden wurde. Die andere wichtige Komponente ist der Magnet oder Elektromagnet, der zum Öffnen oder Schließen des Reed-Schalters verwendet wird. In den letzten siebzig Jahren wurde der Reed-Schalter mehrfach verbessert, wodurch er zuverlässiger wurde, seine Qualität stieg und seine Kosten sanken. Aufgrund dieser drastischen Verbesserungen der Reed-Schalter sind sie zur ersten Wahl bei verschiedenen kritischen Anwendungen geworden, bei denen Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit von größter Bedeutung sind.

Die vielleicht eindrucksvollste Anwendung und der beste Beweis für die Qualität und Zuverlässigkeit von Reed-Schaltern ist ihr Einsatz in automatischen Testgeräten (ATE). Hier wird ausschließlich diese Technologie verwendet.

Die Reed-Schalter werden in Reed-Relais eingesetzt und schalten in den verschiedenen Testkonfigurationen für integrierte Schaltungen, ASICs, Wafer-Tests und funktionale Leiterplatten-Tests. Für diese Anwendungen können bis zu 20.000 Reed-Relais in einem System eingesetzt werden. Dabei stellt ein Relaisausfall eine Ausfallrate von 50 ppm dar. Um diese Anforderung zu erfüllen, müssen die Reed-Relais daher eine Qualität aufweisen, die weit über 50 ppm liegt. Bisher war ein elektromechanisches Gerät mit diesem Qualitätsniveau nicht bekannt. Das Gleiche gilt auch für verschiedene Halbleiterbauelemente. Nach der anfänglichen Prüfung der Betriebsqualität müssen die Reed-Relais dann über die gesamte Lebensdauer hinweg gute Leistungen erbringen. Hier sind sie nachweislich besser als alle anderen Schaltgeräte. Denn in vielen Fällen werden die automatischen Prüfgeräte 24 Stunden am Tag und 7 Tage in der Woche betrieben, um die hohen Investitionskosten voll auszuschöpfen; daher können während der Lebensdauer des Reed-Relais Milliarden von Schaltungen erforderlich sein.

Ein weiteres Beispiel für die bevorzugte Verwendung von Reed-Relais sind Airbag-Sensoren, die sich im Laufe der Zeit in einer wichtigen Sicherheitsanwendung bewährt haben. Reed-Sensoren werden derzeit in vielen kritischen Sicherheitsausrüstungen für Kraftfahrzeuge (Bremsflüssigkeitsstand usw.) sowie in vielen medizinischen Anwendungen wie Defibrillatoren, Kauterisationsgeräten, Herzschrittmachern und medizinischer Elektronik eingesetzt, wo sie kleine Leckströme isolieren.

Bei beiden Technologien werden die Abmessungen immer kleiner. Vergleicht man jedoch den Reed-Sensor mit einem Hall-Effekt-Sensor, so ergeben sich mehrere Vorteile:

Kostengünstig

Im Allgemeinen sind die Kosten für den Hall-Effekt niedrig, aber er benötigt Strom und Schaltkreise für den Betrieb. Außerdem ist der Signalausgang so gering, dass oft auch eine Verstärkerschaltung erforderlich ist
benötigt. Im Ergebnis kann der Hall-Effekt-Sensor erheblich teurer sein als der Reed-Sensor.

Hohe Isolierung

Der Reed-Schalter hat eine hervorragende Isolierung vom Eingang zum Ausgang und über den Schalter bis zu ¹⁰¹⁵ Ohm. Dadurch werden Leckströme auf Femtoampere (¹⁰¹⁵ Ampere) reduziert. Andererseits haben Hall-Effekt-Bauteile Leckströme im Submikroampere-Bereich. Bei medizinischen elektronischen Geräten, die als Sonden in den menschlichen Körper eingeführt werden (invasiver Einsatz) oder bei Herzschrittmachern ist es sehr wichtig, dass in der Nähe des Herzens keine Leckströme auftreten, da Mikroampere- und Submikroampere-Ströme die wichtige elektrische Aktivität des Herzens verändern können.

Hermetisch versiegelt

Die Zunge ist hermetisch versiegelt und kann daher in fast jeder Umgebung eingesetzt werden.

Niedriger Kontaktwiderstand

Das Reed hat einen sehr geringen Kontaktwiderstand von typischerweise nur 50 Milliohm, während der Hall-Effekt Hunderte von Ohm betragen kann.

Schaltende Leistung

Das Reed kann eine Vielzahl von Lasten direkt schalten, von Nanovolt bis Kilovolt, von Femtoampere bis Ampere und von DC bis 6 GHz. Die Hall-Effekt-Geräte haben sehr begrenzte Bereiche
von Ausgängen.

Hohe magnetische Empfindlichkeit

Der Reed-Sensor hat einen großen Bereich magnetischer Empfindlichkeiten zu bieten.

Einfache Montage

Reed-Sensoren sind nicht anfällig für elektrostatische Entladungen, die das Hall-Effekt-Gerät oft schwer beschädigen können.

Hohe Spannung

Reed-Sensoren sind in der Lage, wesentlich höheren Spannungen standzuhalten (Miniaturgrößen sind für bis zu 1000 Volt ausgelegt). Hall-Effekt-Geräte benötigen externe Schaltungen für Spannungen von bis zu 100 Volt.

Hoher Übertragsstrom

Die Reed-Sensoren sind in der Lage, eine Vielzahl von Lasten zu schalten, während der Hall-Effekt-Sensor nur kleinere Spannungen und Ströme liefert.

Hohe Schockresistenz

Der Reed-Sensor wird in der Regel auf seine Widerstandsfähigkeit bei einem Falltest aus einem Meter Höhe getestet, was mit dem Hall-Effekt-Sensor vergleichbar ist.

Lange Lebenserwartung

Da der Reed-Sensor keine Verschleißteile hat, funktioniert er auch bei geringen Belastungen (<5V @ 10 mA und darunter) bis zu mehreren Milliarden Mal zufriedenstellend. Dies übertrifft die MTBF-Werte von Halbleitern.

Breiter Temperaturbereich

Der Reed-Sensor ist unbeeinflusst von der thermischen Umgebung und kann typischerweise von -50° C bis +150° C betrieben werden, ohne dass besondere Zusätze, Änderungen oder Kosten erforderlich sind. Die Hall
Effekt-Sensoren haben einen begrenzten Betriebsbereich.

Keine externe Stromversorgung

Ideal für tragbare und batteriebetriebene Geräte. Es gibt viele sehr gute Anwendungen für Reed-Produkte. Die Auswahl des richtigen Reed-Produkts für die richtige Anwendung ist oft zeitkritisch. Einige Reed-/Relaisunternehmen sind hervorragend in der Lage, Reedprodukte für kritische Anwendungen zu entwickeln, bei denen Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit von größter Bedeutung sind.