Technologies de détection magnétique : interrupteurs à lames souples (reed) vs. interrupteurs à effet Hall

« Deux solutions de détection magnétique différentes présentent des caractéristiques clés pour des applications spécifiques »

S’il y a des points précis sur lesquels tu as besoin d’aide, n’hésite pas à passer directement à l’une des sections suivantes :

• Introduction
• Deux solutions de détection magnétique différentes ; une différence clé
• L’efficacité énergétique fait évoluer les technologies de détection magnétique
• Les deux technologies de détection répondent à des usages spécifiques
• Conclusion
• Ressources complémentaires

Introduction

La demande en interrupteurs à lames souples a fortement augmenté ces derniers temps, principalement en raison de nouvelles normes d’utilisation de l’énergie. La technologie des interrupteurs à lames souples ne consomme aucune énergie à l’état passif, ce qui en fait une alternative de détection magnétique adaptée aux capteurs à effet Hall. En particulier pour les usages où une faible consommation est essentielle.

Deux solutions de détection magnétique différentes ; une différence clé

Les technologies à lames souples et à effet Hall reposent sur des concepts de conception différents. Les deux types d’interrupteurs fonctionnent grâce à un champ magnétique externe. Cependant, l’effet Hall nécessite toujours un circuit électrique pour fonctionner et produire un signal de sortie à l’état passif. À l’inverse, les interrupteurs à lames souples ne consomment aucune énergie et ne fonctionnent qu’en présence d’un champ magnétique. Par conséquent, une différence clé entre ces deux technologies de détection magnétique est leur efficacité énergétique.

L’efficacité énergétique fait évoluer les technologies de détection magnétique

« La demande en capteurs à interrupteur à lames souples a fortement augmenté à la lumière de la transition énergétique de l’Allemagne et de la nécessité de prioriser l’efficacité énergétique », déclare Martin Reizner, Product Manager Magnetic Position Sensors EMEA.

Reizner ne pense pas que cette tendance soit près de s’arrêter. « De plus en plus de fabricants de capteurs choisissent la technologie à lames souples pour réduire la consommation d’énergie. » Les appareils électroménagers et les dispositifs alimentés par batterie opèrent la plus grande bascule vers la technologie des interrupteurs à lames souples. Autrement dit, les interrupteurs à lames souples deviennent rapidement la nouvelle technologie de détection magnétique de référence pour les conceptions basse consommation.

Les deux technologies de détection répondent à des usages spécifiques

La réalité, c’est que : « Les deux technologies de détection ont chacune des usages spécifiques », ajoute Reizner. Il estime que les capteurs à effet Hall sont mieux adaptés à la détection à grande vitesse au-dessus de 1 kHz, là où l’interrupteur à lames souples atteint ses limites physiques de fonctionnement. À l’inverse, Reizner recommande les interrupteurs à lames souples pour des commutations en dessous de 1 kHz, comme dans les débitmètres.

L’hystérésis améliore la détection du débit d’eau

L’hystérésis est la différence entre les points d’ouverture et de fermeture de l’interrupteur ; elle est propre à la technologie à lames souples. Définir l’hystérésis de commutation dans des applications spécifiques donne aux interrupteurs à lames souples un avantage supplémentaire sur les capteurs à effet Hall. L’exemple ci-dessous explique comment l’hystérésis est utilisée dans un débitmètre d’eau.

• Exemple : supposons que les contacts de l’interrupteur à lames souples se ferment à un point d’attraction (pull-in) prédéfini de 5 mm de l’aimant. Et que les contacts s’ouvrent, ou se désengagent (drop-out), à 7 mm. Alors, l’hystérésis de l’interrupteur est de 2 mm. Autrement dit, 5 mm / 7 mm = 0,71 x 100 % = 71 %, ce qui signifie que l’interrupteur s’activera à 71 % de son point de relâchement

Utiliser l’hystérésis de commutation dans le débit d’eau

Un débitmètre d’eau avec une roue à aubes est un exemple où une valeur d’hystérésis donnée peut être définie. Des vagues d’eau aléatoires ou des vibrations peuvent faire bouger légèrement la roue à aubes. Résultat : le mouvement de l’aube activerait le capteur, provoquant ainsi une fausse détection de débit. Définir l’hystérésis de l’interrupteur garantira que le débit d’eau atteigne une valeur définie avant que le capteur ne s’active. En conclusion, seule l’hystérésis des interrupteurs à lames souples peut éviter des lectures de débit d’eau erronées. À l’inverse, les capteurs à effet Hall s’activent ou se désactivent avec n’importe quel mouvement d’eau.

Les plus petits interrupteurs à lames souples du monde

Les interrupteurs à lames souples sont constitués d’éléments mécaniques simples, ce qui les rend économiques à produire par rapport aux capteurs à effet Hall. Les capteurs Hall sont bien plus difficiles à fabriquer. Des interrupteurs externes supplémentaires et des circuits d’amplification sont nécessaires, ainsi que la stabilité en température, la protection contre les courts-circuits et la gestion de la consommation d’énergie.

Cependant, en matière de petite taille, les capteurs à effet Hall prennent l’avantage sur les capteurs à lames souples. Cela dit, Standex Detect produit désormais le plus petit interrupteur à lames souples au monde, d’une longueur juste inférieure à 4 mm. Résultat : les conceptions compactes de capteurs à interrupteur à lames souples rivalisent désormais avec les capteurs à effet Hall miniatures.

La fiabilité des capteurs magnétiques en environnements difficiles

La technologie des interrupteurs à lames souples fonctionne de manière fiable dans des environnements difficiles. L’enveloppe en verre hermétiquement scellée protège l’interrupteur à lames souples de l’environnement. Autrement dit, la poussière, l’huile, l’eau, les produits chimiques et la corrosion n’affecteront pas le fonctionnement du capteur. De plus, les interrupteurs à lames souples fonctionnent de manière fiable à des températures extrêmes, chaudes ou froides, de -65°C à +150°C. En comparaison, les capteurs à effet Hall ont une plage de fonctionnement plus restreinte de -55°C à +125°C.

Isolation magnétique

Les interrupteurs à lames souples n’ont besoin d’aucune protection contre les décharges électrostatiques (ESD). Ainsi, ils n’interféreront pas magnétiquement avec l’électronique système à proximité. À l’inverse, les capteurs à effet Hall nécessitent une isolation magnétique, car ils utilisent une alimentation constante pour émettre un signal de sortie. En outre, une protection ESD spécifique est nécessaire pour empêcher les fuites de courant.

Résistance de contact

Enfin, la résistance d’isolement d’un interrupteur à lames souples est supérieure à 10^15 ohms, dépassant celle d’un capteur à effet Hall. Les interrupteurs à lames souples produisent tout de même des courants de fuite dans la plage des faibles femptoampères. Des valeurs si faibles, toutefois, qu’elles ne s’appliquent pas aux dispositifs médicaux. En résumé, les interrupteurs à lames souples simples mesurent de très faibles tensions et fonctionnent avec une résistance de contact faible de 50 mΩ, bien en dessous de ce qu’un capteur à effet Hall peut atteindre.

De plus, par conception, les interrupteurs à lames souples ont une large plage de fonctionnement. Ils peuvent commuter des charges allant des nanovolts (nV) aux kilovolts (kV), des femptoampères aux ampères, et jusqu’à 10 GHz. Même les plus petits interrupteurs à lames souples isolent jusqu’à 1 000 volts sans protection ESD.

Conclusion

En résumé, les deux types d’interrupteurs ont chacun des usages spécifiques selon l’application de détection. Les interrupteurs à lames souples offrent une grande diversité de tailles, de sensibilités et d’hystérésis, autant de paramètres qui peuvent être ajustés pour une application donnée. Alors que les capteurs Hall peuvent être programmés pour compenser leurs faiblesses, les interrupteurs à lames souples sont plus polyvalents et plus économes en énergie.

Les capteurs à effet Hall fonctionnent bien pour la commutation de régimes (RPM) à grande vitesse au-dessus de 1 kHz. De plus, les Hall offrent une répétabilité de signal plus élevée en raison de l’absence d’hystérésis de commutation. Cela dit, les interrupteurs Hall fonctionnent sur 500 millions de cycles au cours de leur durée de vie. En revanche, les interrupteurs à lames souples peuvent commuter des milliards de cycles sous des charges de 5 volts.

Standex Detect est un expert en détection magnétique. Nous sommes spécialisés dans la conception sur mesure pour répondre à tes besoins complexes de détection. Contacte nos ingénieurs dès aujourd’hui afin qu’ils te proposent le capteur optimal pour tes besoins spécifiques.

Ressources complémentaires

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