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El interruptor de láminas [i] es un interruptor electromecánico operado por un campo magnético aplicado . Fue inventado en 1922 por el profesor Valentin Kovalenkov en la Universidad Electrotécnica de Petrogrado , [1] y posteriormente evolucionó en los Laboratorios Bell Telephone en 1936 por Walter B. Ellwood hasta convertirse en el relé de lengüeta. En su forma más simple y común, consta de un par de contactos metálicos flexibles ferromagnéticos en una envoltura de vidrio herméticamente sellada . Los contactos suelen estar normalmente abiertos y cerrarse cuando hay un campo magnético presente, o pueden estar normalmente cerrados y abiertos cuando se aplica un campo magnético. El interruptor puede ser accionado por una bobina electromagnética , formando un relé de láminas , [2] o acercando un imán permanente a él. Cuando se elimina el campo magnético, los contactos del interruptor de láminas vuelven a su posición original. La "caña" es la parte metálica dentro de la envoltura del interruptor de lengüeta que es relativamente delgada y ancha para hacerla flexible, asemejándose a la lengüeta de un instrumento musical . El término "lengüeta" también puede incluir el cable externo así como la parte interna. [i]
Un ejemplo común de aplicación de un interruptor de láminas es detectar la apertura de una puerta o ventanas, para una alarma de seguridad . [3]
El tipo más común de interruptor de láminas contiene un par de láminas metálicas flexibles y magnetizables cuyas porciones extremas están separadas por un pequeño espacio cuando el interruptor está abierto. Las cañas están selladas herméticamente dentro de una envoltura tubular de vidrio. Otro tipo de interruptor de láminas contiene una lámina flexible que se mueve entre un contacto fijo normalmente abierto y un contacto fijo normalmente cerrado. El contacto normalmente cerrado no es ferromagnético y se cierra mediante la fuerza del resorte de la lengüeta flexible . Aunque son posibles interruptores de láminas con múltiples polos , más a menudo se utiliza un conjunto de interruptores de láminas unipolares para aplicaciones multipolares.
Un campo magnético de un electroimán o un imán permanente hará que las cañas se atraigan entre sí, completando así un circuito eléctrico . La fuerza del resorte de las lengüetas hace que se separen y abran el circuito cuando cesa el campo magnético. Otra configuración contiene un contacto normalmente cerrado no ferromagnético que se abre cuando se cierra el contacto ferromagnético normalmente abierto. Se aplica una capa delgada de material no ferromagnético al área de contacto del interruptor de láminas para que sirva como superficie de conmutación (desgaste) de contacto eléctrico y, para contactos normalmente abiertos, como espaciador magnético cuyo espesor es importante para controlar el nivel del campo magnético en que abre el contacto (la caída). Los contactos del interruptor de láminas suelen ser de rodio , rutenio , iridio o tungsteno . También existen versiones de interruptores de láminas con contactos humedecidos con mercurio . Dichos interruptores deben montarse en una orientación particular, para que gotas de mercurio no puenteen los contactos incluso cuando no estén activados.
Dado que los contactos del interruptor de láminas están sellados frente a la atmósfera, están protegidos contra la corrosión atmosférica . El sellado hermético de un interruptor de láminas los hace adecuados para su uso en atmósferas explosivas donde pequeñas chispas de interruptores convencionales constituirían un peligro.
Una cualidad importante del interruptor es su sensibilidad, la cantidad de campo magnético necesario para activarlo. La sensibilidad se mide en unidades de amperios-vueltas (AT), correspondientes a la corriente en una bobina de prueba multiplicada por el número de vueltas en la bobina de prueba. Las sensibilidades de activación típicas para dispositivos comerciales están en el rango de 10 a 60 AT. Cuanto menor sea el AT, más sensible será el interruptor de láminas. Los interruptores de láminas más pequeños, que tienen piezas más pequeñas, generalmente son más sensibles a los campos magnéticos.
En la producción, se inserta una caña de metal en cada extremo de un tubo de vidrio y los extremos del tubo se calientan para que sellen alrededor de una parte del vástago de las cañas. Con frecuencia se utiliza vidrio absorbente de infrarrojos de color verde , por lo que una fuente de calor infrarrojo puede concentrar el calor en la pequeña zona de sellado del tubo de vidrio. El coeficiente de expansión térmica del material de vidrio y las piezas metálicas debe ser similar para evitar que se rompa el sello vidrio-metal . El vidrio utilizado debe tener una alta resistencia eléctrica y no debe contener componentes volátiles, como óxido de plomo y fluoruros , que puedan contaminar los contactos durante la operación de sellado. Los cables del interruptor deben manipularse con cuidado para evitar romper la envoltura de vidrio. La envoltura de vidrio puede dañarse si el interruptor de láminas se somete a esfuerzos mecánicos.
La mayoría de los interruptores de láminas están llenos de nitrógeno a presión atmosférica. Una vez realizado el sellado final, el interruptor se enfría y la presión interna es inferior a una atmósfera. Los interruptores de láminas sellados con una atmósfera de nitrógeno presurizado tienen un voltaje de ruptura más alto y son útiles para conmutar la alimentación principal de 220 a 240 VCA . Los interruptores de láminas con vacío dentro de la envoltura de vidrio pueden conmutar miles de voltios .
Los interruptores de láminas se pueden utilizar para conmutar directamente una variedad de cargas que van desde nanovoltios a kilovoltios, femtoamperios a amperios y CC a radiofrecuencia . Otros dispositivos de conmutación activados magnéticamente tienen un rango limitado de voltajes y corrientes de salida y generalmente no controlan directamente un dispositivo final como una lámpara , un solenoide o un motor .
Los interruptores de láminas tienen pequeñas corrientes de fuga en comparación con los dispositivos de estado sólido; esto puede resultar útil, por ejemplo, en dispositivos médicos que requieren protección de un paciente contra pequeñas corrientes de fuga. La lengüeta está sellada herméticamente y, por lo tanto, puede funcionar en casi cualquier entorno, como donde hay gas inflamable o donde la corrosión afectaría los contactos abiertos del interruptor. Un interruptor de láminas tiene una resistencia muy baja cuando está cerrado, generalmente tan bajo como 0,05 ohmios , mientras que los sensores de efecto Hall pueden estar en cientos de ohmios. Un interruptor de láminas requiere sólo dos cables, mientras que la mayoría de los dispositivos de estado sólido requieren tres cables. Se puede decir que un interruptor de láminas no requiere energía para operarlo.
Uno o más interruptores de láminas dentro de una bobina electromagnética constituyen un relé de láminas. Los relés de láminas se utilizan cuando las corrientes de operación son relativamente bajas y ofrecen alta velocidad de operación, buen rendimiento con corrientes muy pequeñas que no se conmutan de manera confiable mediante contactos convencionales, alta confiabilidad y larga vida útil. En las décadas de 1970 y 1980 se utilizaron millones de relés de lengüeta en las centrales telefónicas . En particular, se utilizaron para conmutar en la familia británica de centrales telefónicas TXE . La atmósfera inerte alrededor de los contactos de láminas garantiza que la oxidación no afectará la resistencia del contacto. A veces se utilizan relés de láminas humedecidos con mercurio, especialmente en circuitos de conteo de alta velocidad.
Los interruptores de láminas accionados por imanes se utilizan comúnmente en sistemas mecánicos como sensores de proximidad . Algunos ejemplos son los sensores de puertas y ventanas en los sistemas de alarma antirrobo y los métodos de protección contra manipulaciones . Los interruptores de láminas se han utilizado en computadoras portátiles para poner la computadora portátil en modo de suspensión/hibernación cuando la tapa está cerrada. Los sensores de velocidad en las ruedas de bicicleta frecuentemente usan un interruptor de lengüeta para actuar brevemente cada vez que un imán en la rueda pasa por el sensor. Los interruptores de láminas se usaban antiguamente en los teclados de terminales de computadora, donde cada tecla tenía un imán y un interruptor de láminas que se activaba al presionar la tecla. Los teclados de pedales eléctricos y electrónicos utilizados por los intérpretes de órganos de tubos y órganos Hammond a menudo utilizan interruptores de lengüeta, donde la carcasa de vidrio de los contactos los protege de la suciedad, el polvo y otras partículas. También se pueden utilizar para controlar equipos de buceo, como linternas o cámaras, que deben estar sellados para evitar la entrada de agua a alta presión.
Hubo un tiempo en que los motores eléctricos de CC sin escobillas utilizaban interruptores de láminas para detectar la posición del rotor en relación con los polos del campo. [5] Esto permitió que los transistores de conmutación actuaran como un conmutador, pero sin los problemas de contacto, el desgaste y el ruido eléctrico de un conmutador de CC tradicional. El diseño del motor también podría "invertirse", colocando imanes permanentes en el rotor y cambiando el campo a través de las bobinas fijas externas. Esto evitó la necesidad de cualquier contacto de fricción para proporcionar energía al rotor. Estos motores se utilizaban en artículos de baja potencia y larga vida útil, como ventiladores de refrigeración de ordenadores y unidades de disco. A medida que estuvieron disponibles sensores de efecto Hall baratos , reemplazaron los interruptores de láminas y brindaron una vida útil aún más larga.
Los interruptores de láminas se utilizan en al menos una marca de cápsulas endoscópicas para encender la fuente de alimentación solo cuando se retira la unidad del embalaje estéril.
Se pueden seleccionar interruptores de láminas para una aplicación de sensor particular cuando un dispositivo de estado sólido no cumple con requisitos como el consumo de energía o la compatibilidad de la interfaz eléctrica.
El movimiento mecánico de las cañas está por debajo del límite de fatiga de los materiales, por lo que las cañas no se rompen por fatiga. El desgaste y la vida útil dependen casi por completo del efecto de la carga eléctrica en los contactos junto con las propiedades del interruptor de láminas específico utilizado. El desgaste de la superficie de contacto ocurre solo cuando los contactos del interruptor se abren o cierran. Debido a esto, los fabricantes clasifican la vida útil en función del número de operaciones en lugar de horas o años. En general, voltajes y corrientes más altos provocan un desgaste más rápido y una vida útil más corta. Dependiendo de la carga eléctrica, la vida útil puede oscilar entre miles o miles de millones de operaciones.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace )Un tipo de motor de corriente continua donde el conmutador se reemplaza por un sistema de conmutación alternativo.
Esto generalmente emplea sensores magnéticos, como interruptores de láminas.
El interruptor de láminas seco fabricado por SEL se vende bajo el nombre registrado "Herkon" ( contacto
herméticamente sellado
).
