„Zwei verschiedene Magnetsensorlösungen mit Schlüsseleigenschaften für spezifische Anwendungen“

Wenn Sie in bestimmten Bereichen Hilfe benötigen, können Sie gerne zu einem der folgenden Abschnitte springen:

• Einführung
• Zwei verschiedene Magnetsensorlösungen; ein Hauptunterschied
• Leistungseffizienz verändert magnetische Sensortechnologien
• Beide Sensortechnologien eignen sich für bestimmte Anwendungen
• Schlussfolgerung
• Zusätzliche Ressourcen

Einführung

Die Nachfrage nach Reed-Schaltern ist in der jüngsten Vergangenheit aufgrund neuer Stromverbrauchsstandards stark gestiegen. Die Reed-Schalter-Technologie verbraucht in ihrem passiven Zustand keinen Strom, was sie zu einer geeigneten magnetischen Sensor-Alternative zu Hall-Effekt-Sensoren macht. Dies gilt vor allem für Anwendungen, bei denen ein niedriger Stromverbrauch entscheidend ist.

Zwei verschiedene Magnetsensorlösungen; ein Hauptunterschied

Reed- und Hall-Effekt-Technologien verwenden unterschiedliche Konstruktionskonzepte. Beide Schaltertypen arbeiten mit einem externen Magnetfeld. Der Hall-Effekt erfordert jedoch immer noch einen elektrischen Schaltkreis, um zu funktionieren und im passiven Zustand ein Ausgangssignal zu erzeugen. Reed-Schalter hingegen verbrauchen keinen Strom und funktionieren nur bei Vorhandensein eines Magnetfelds. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden magnetischen Sensortechnologien ist daher ihre Energieeffizienz.

Leistungseffizienz verändert magnetische Sensortechnologien

„Die Nachfrage nach Reedschalter-Sensoren ist angesichts der Energiewende und der Notwendigkeit, der Energieeffizienz Priorität einzuräumen, stark gestiegen“, sagt Martin Reizner, Produktmanager Magnetic Position Sensors EMEA.

Reizner sieht kein baldiges Ende dieses Trends. „Immer mehr Sensorhersteller entscheiden sich für die Reed-Technologie, um den Stromverbrauch zu senken.“ Bei Haushaltsgeräten und batteriebetriebenen Geräten ist der Wechsel zur Reed-Schalter-Technologie am weitesten fortgeschritten. Mit anderen Worten: Reed-Schalter werden schnell zur neuen magnetischen Sensortechnologie der Wahl für stromsparende Designs.

Beide Sensortechnologien sind für bestimmte Anwendungen geeignet

Die Realität sieht so aus: „Beide Sensortechnologien haben ihre eigenen spezifischen Anwendungen“, fügt Reizner hinzu. Seiner Meinung nach eignen sich Hall-Effekt-Sensoren besser für die Hochgeschwindigkeitserkennung über 1 kHz. Hier stößt der Reed-Schalter an seine physikalischen Betriebsgrenzen. Umgekehrt empfiehlt Reizner Reed-Schalter für Schaltvorgänge unter 1 kHz, wie z. B. bei Durchflussmessern.

Hysterese verbessert die Erkennung von Wasserdurchfluss

Die Hysterese ist die Differenz zwischen dem Öffnungs- und dem Schließpunkt des Schalters; sie ist einzigartig für die Reed-Technologie. Die Definition der Schalterhysterese in spezifischen Anwendungen bietet Reed-Schaltern einen weiteren Vorteil gegenüber Hall-Effekt-Sensoren. Das folgende Beispiel erklärt, wie die Hysterese in einem Wasserdurchflussmesser verwendet wird.

• Beispiel: Nehmen wir an, die Kontakte des Reed-Schalters schließen sich an einem vordefinierten Anzugspunkt von 5 mm vom Magneten. Und die Kontakte öffnen oder fallen bei 7 mm ab. Dann beträgt die Hysterese des Schalters 2 mm. Mit anderen Worten: 5 mm / 7 mm = 0,71 x 100 % = 71 %, d. h. der Schalter wird bei 71 % seines Auslösepunkts aktiviert.

Verwendung der Schalterhysterese im Wasserdurchfluss

Ein Wasserdurchflussmesser mit einem Schaufelrad ist ein Beispiel, bei dem ein bestimmter Hysteresewert eingestellt werden kann. Zufällige Wasserwellen oder Vibrationen können dazu führen, dass sich das Schaufelrad leicht bewegt. Infolgedessen würde die Bewegung des Flügels den Sensor aktivieren. Dies wiederum führt zu einer falschen Wasserdurchflusserkennung. Durch die Festlegung der Schalterhysterese wird sichergestellt, dass der Wasserdurchfluss einen bestimmten Wert erreicht, bevor der Sensor aktiviert wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nur die Hysterese des Reed-Schalters falsche Wasserdurchflussmessungen verhindern kann. Umgekehrt werden Hall-Effekt-Sensoren bei jeder Wasserbewegung aktiviert oder deaktiviert.

Die kleinsten Reed-Schalter der Welt

Reed-Schalter bestehen aus einfachen mechanischen Elementen, die sich im Vergleich zu Hall-Effekt-Sensoren kostengünstig herstellen lassen. Hall-Sensoren sind viel schwieriger herzustellen. Es werden zusätzliche externe Schalter und Verstärkerschaltungen benötigt. Hinzu kommen Temperaturstabilität, Kurzschlussschutz und Stromverbrauch.

In Bezug auf die geringe Größe haben Hall-Effekt-Sensoren jedoch die Nase vorn gegenüber Reed-Sensoren. Allerdings stellt Standex Detect jetzt den kleinsten Reed-Schalter der Welt her, der nur knapp 4 mm lang ist. Folglich konkurrieren kompakte Reed-Schalter-Sensordesigns jetzt mit Miniatur-Hall-Effekt-Sensoren.

Magnetische Sensoren arbeiten zuverlässig in rauen Umgebungen

Die Reedschalter-Technologie arbeitet auch in rauen Umgebungen zuverlässig. Die hermetisch versiegelte Glashülle schützt den Reedschalter vor Umwelteinflüssen. Mit anderen Worten: Staub, Öl, Wasser, Chemikalien und Korrosion können den Betrieb des Sensors nicht beeinträchtigen. Außerdem funktionieren Reed-Schalter zuverlässig bei extrem heißen oder kalten Temperaturen von -65°C bis +150°C. Im Gegensatz dazu haben Hall-Effekt-Sensoren einen engeren Betriebsbereich von -55°C bis +125°C.

Magnetische Isolierung

Reed-Schalter benötigen keinen Schutz gegen elektromagnetische Entladung (ESD). Reed-Schalter haben also keine magnetischen Interferenzen mit der Systemelektronik in der Nähe. Umgekehrt benötigen Hall-Effekt-Sensoren eine magnetische Isolierung, da sie eine konstante Stromversorgung benötigen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Außerdem ist ein spezieller ESD-Schutz erforderlich, um Kriechströme zu verhindern.

Kontaktwiderstand

Der Isolationswiderstand eines Reed-Schalters ist höher als 10^15 Ohm und übertrifft den eines Hall-Effekts. Reed-Schalter erzeugen immer noch Leckströme im niedrigen Femptoampere-Bereich. Diese Werte sind jedoch so gering, dass sie für medizinische Geräte nicht in Frage kommen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass einfache Reed-Schalter winzige Spannungen messen und mit niedrigen 50 mΩ Kontaktwiderstand arbeiten. Das liegt weit unter dem, was ein Hall-Effekt erreichen kann.

Außerdem haben Reed-Schalter konstruktionsbedingt einen großen Betriebsbereich. Die Schaltlasten reichen von Nanovolt (nV) bis Kilovolt (kV), von Femptoamp bis Ampere und bis zu 10 GHz. Selbst die kleinsten Reedschalter isolieren bis zu 1.000 Volt ohne ESD-Schutz.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beide Schaltertypen je nach Erfassungsanwendung ihre eigenen spezifischen Anwendungen haben. Reedschalter unterscheiden sich in Größe, Empfindlichkeit und Hysterese. All dies kann für eine bestimmte Anwendung geändert werden. Während Hallsensoren programmiert werden können, um Schwächen zu überwinden, sind Reedschalter vielseitiger und energieeffizienter.

Hall-Effekt-Sensoren eignen sich gut für das Schalten von Hochgeschwindigkeits-Drehzahlen über 1 kHz. Außerdem erreichen Halls eine höhere Signalwiederholgenauigkeit, da es keine Schalterhysterese gibt. Allerdings können Hall-Schalter während ihrer Lebensdauer 500 Millionen Zyklen schalten. Reed-Schalter können jedoch Milliarden von Zyklen unter 5-Volt-Lasten schalten.

Standex Detect ist Experte für magnetische Abtastung. Wir sind auf kundenspezifische Designs spezialisiert, um Ihre komplexen Sensoranforderungen zu erfüllen. Wenden Sie sich noch heute an unsere Ingenieure, damit wir Ihnen den optimalen Sensor für Ihre spezifischen Anforderungen liefern können.

Weitere Ressourcen

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