Précautions de manipulation et de charge

Découpe et pliage d’un Reed switch

De nombreux utilisateurs de Reed switches pour des applications de capteurs et de Reed relais essaient de fabriquer les capteurs et/ou les relais eux-mêmes en interne. Souvent toutefois, ils ne respectent pas certaines précautions de base et mesures préventives pour assurer un fonctionnement fiable du switch. Ci-dessous, nous essayons de couvrir les points clés que les utilisateurs et fabricants doivent respecter.

Les modifications d’un Reed switch peuvent être très dangereuses pour le Reed switch si elles ne sont pas réalisées correctement. Principalement parce que la patte du reed est grande par rapport au scellement en verre. On atteint ici un équilibre entre la sensibilité du Reed switch et sa résistance mécanique. Si la patte du Reed switch était beaucoup plus petite que le verre, les contraintes sur le scellement et la casse du verre ne seraient pas un problème. Cependant, pour atteindre les exigences de sensibilité et de puissance du Reed switch, une patte plus large est nécessaire. Dans cet esprit, on ne le soulignera jamais assez : toute mise en forme ou découpe des pattes du Reed switch doit être effectuée avec une extrême prudence. Toute fissure ou tout éclat du verre sont des signes qu’un dommage s’est produit. Des dommages internes peuvent survenir sans signe visible sur le scellement. Dans ces cas, une contrainte sur le scellement s’est produite, laissant une contrainte de torsion, latérale ou de translation dans le scellement. Cela produit une force nette sur la zone de contact qui peut affecter les caractéristiques d’actionnement (Pull-In et Drop-Out), la résistance de contact et les caractéristiques de durée de vie.

La plupart des fournisseurs de Reed switches peuvent réaliser une découpe et une mise en forme des pattes à valeur ajoutée dans un environnement sans contrainte, en utilisant un outillage et des montages appropriés. Souvent, c’est l’approche la plus économique pour les utilisateurs, même si ça ne semble pas être le cas sur le moment.

Très souvent, l’utilisateur choisira de faire ses propres modifications, et ce n’est qu’après des problèmes de fabrication et de qualité du produit qu’il revient en arrière et choisit de laisser le fabricant de Reed switches réaliser les exigences à valeur ajoutée. Figure #1 & Figure #2 illustrent l’approche correcte pour découper et/ou plier le Reed switch. L’effet de la découpe et du pliage du Reed switch sur les caractéristiques Pull-In et Drop-Out sera expliqué plus tard plus en détail.

Soudure et soudage du Reed switch

Souvent, la soudure ou le soudage du Reed switch est nécessaire. Les Reed switches sont généralement plaqués avec un revêtement adapté à la soudure. Le soudage est également facile à réaliser sur les pattes en nickel/fer du Reed switch. Cependant, dans les deux procédés, si ce n’est pas fait correctement, des contraintes, fissures, éclats ou cassures du Reed switch peuvent survenir. Lors de la soudure ou du soudage, plus on est loin du scellement en verre, mieux c’est. Souvent, cela peut ne pas être possible. Le soudage peut être le plus dangereux si l’on soude très près du scellement. Une onde de chaleur allant jusqu’à 1 000 °C peut alors se propager jusqu’au scellement.

Puisqu’elle arrive d’abord à une extrémité du scellement, l’autre extrémité peut être à 20 °C. Cela provoque un gradient thermique important à travers le scellement, ce qui peut perturber le scellement de nombreuses façons, toutes susceptibles d’entraîner un fonctionnement défectueux du Reed switch. Voir figure #3.

La soudure, de manière similaire, près du scellement peut avoir le même effet, dans une moindre mesure, en raison des températures de soudure plus faibles impliquées (200°C à 300°C). Deux façons d’améliorer les chances de succès consistent à dissiper la chaleur sur la patte du Reed switch (figure #4) ou à préchauffer le Reed switch et/ou l’assemblage. La plupart des machines commerciales de soudure à la vague disposent d’une section de préchauffage avant que le PCB ou l’assemblage ne soit immergé dans la vague de soudure. Ici, le choc thermique est réduit grâce à une température ambiante déjà plus élevée avant la vague de soudure, réduisant ainsi le gradient thermique au niveau du scellement du reed switch.

La plupart des machines commerciales de soudure à la vague disposent d’une section de préchauffage avant que le PCB ou l’assemblage ne soit immergé dans la vague de soudure. Ici, le choc thermique est réduit grâce à une température ambiante déjà plus élevée avant la vague de soudure, réduisant ainsi le gradient thermique au niveau du scellement du Reed switch.

Circuit imprimé (PCB)

Le montage de produits Reed sur des PCBs peut parfois poser problème. Si les PCBs présentent une flexion après la soudure à la vague, il peut être nécessaire de supprimer cette flexion lors du montage de la carte en position fixe. Quand cette flexion est supprimée, l’entraxe des trous, où un Reed switch peut par exemple être monté, peut changer légèrement. S’il n’existe aucune disposition dans le montage pour tenir compte de ce petit déplacement, le scellement du Reed switch finira par absorber le mouvement, ce qui entraîne des contraintes sur le scellement, des éclats ou des fissures du verre. Il faut être vigilant sur ce point, en particulier lorsque des PCBs très fins sont utilisés et que la flexion ou la déformation de la carte est fréquente.

Utilisation des ultrasons

Une autre approche pour réaliser une connexion à un Reed switch est le soudage ultrasonique. Les capteurs à Reed switch et les Reed relais peuvent également être scellés dans des boîtiers en plastique, où le processus d’étanchéité utilise le soudage ultrasonique. De plus, des stations de nettoyage utilisent les ultrasons. Dans tous ces cas, le Reed switch peut être endommagé par la fréquence ultrasonique. Les fréquences ultrasoniques vont de 10kHz à 250kHz, et dans certains cas, même plus. Il ne faut pas seulement se préoccuper de la fréquence de résonance du Reed switch et de ses harmoniques, mais aussi de la fréquence de résonance de l’assemblage dans lequel se trouve le Reed switch. Avec la bonne fréquence et les conditions exactes, des dommages sévères peuvent survenir aux contacts. Si tu utilises les ultrasons dans l’une des conditions ci-dessus, sois très prudent et effectue des tests exhaustifs pour t’assurer qu’il n’y a aucune interaction ou réaction avec le Reed switch.

Chute de produits à Reed switch

Faire tomber le Reed switch, un capteur Reed ou un Reed relais sur un objet dur, typiquement sur le sol d’un site de fabrication, peut provoquer un choc dommageable pour le Reed switch. Les chocs supérieurs à 200 G doivent être évités à tout prix. (Voir Figure #5). Faire tomber l’un des éléments ci-dessus sur un sol dur depuis 30 cm ou plus (plus d’un pied) peut, et va souvent, détruire un Reed switch, où des forces G supérieures à 100 G ne sont pas rares. Non seulement le scellement en verre peut se fissurer dans ces circonstances, mais les lames reed peuvent être fortement modifiées. Les entrefer peuvent avoir été drastiquement augmentés, ou au contraire fermés, à cause de ces forces G élevées. De simples précautions, comme placer des tapis en caoutchouc aux postes d’assemblage, peuvent éliminer ces problèmes. Il faut aussi indiquer aux opérateurs que si un produit Reed est tombé, il ne peut pas être utilisé tant qu’il n’a pas été re-testé.

Encapsulation de produits à Reed switch

D’autres dommages peuvent survenir sur un Reed switch lorsqu’on tente d’emballer le Reed switch par scellement, potting ou encapsulation. Que cela soit réalisé avec une résine époxy à un ou
deux composants, une encapsulation thermoplastique, une encapsulation thermodurcissable ou d’autres approches, le scellement en verre peut être endommagé. Sans aucun tampon, les matériaux d’encapsulation
fissurent, écaillent ou contraignent le scellement en verre. Utiliser un composé tampon entre le Reed switch et l’encapsulant, qui absorbe toute contrainte induite, est une bonne approche pour éliminer ce problème. Une autre approche serait d’adapter le coefficient linéaire de dilatation thermique à celui du Reed switch, afin de réduire les contraintes lorsque la température fluctue. Cependant, garde à l’esprit que cette approche ne prend pas en compte le retrait qui se produit dans la plupart des époxys et encapsulants pendant la phase de polymérisation.

Parfois, une combinaison des deux approches peut être la meilleure façon d’étanchéifier un produit avec un Reed switch.

Effets de la température et chocs mécaniques

Le cyclage en température et le choc thermique, s’ils se produisent naturellement dans une application de Reed switch, doivent être pris en compte. Encore une fois, les variations de température créant des
mouvements dans différents matériaux du fait de leurs coefficients linéaires de dilatation thermique induiront des contraintes sur le Reed switch si elles ne sont pas correctement gérées. Tous nos capteurs Reed et nos Reed Relays ont été conçus pour gérer les variations de température et les chocs mécaniques. Grâce à des tests de qualification rigoureux, avec exposition au cyclage en température, au choc thermique et au choc mécanique, d’éventuels défauts de conception ont été éliminés de nos
produits.

La valeur nominale des contacts d’un Reed switch dépend de la taille du switch, de la taille de l’entrefer ou de la valeur en ampère-tours, du matériau des contacts et de l’atmosphère à l’intérieur de la capsule en verre. Pour obtenir la durée de vie maximale pour une charge donnée, certaines précautions peuvent être nécessaires.

Parce qu’un Reed switch est un dispositif mécanique avec des pièces mobiles, il existe des situations où la durée de vie sera raccourcie, principalement à cause de l’usure des contacts. En commutant sans
charge, ou des charges où la tension est inférieure à 5 Volts à 10 mA ou moins, les contacts subissent peu ou pas d’usure. Dans ce cas, des durées de vie au-delà de milliards d’opérations sont attendues et constatées. Dans la plage des 10 Volts, une usure des contacts plus élevée se produira. La quantité d’usure dépend du courant commuté. D’une manière générale, en commutant 10 Volts à 10 mA, on peut s’attendre à des durées de vie de 50 millions à 200 millions d’opérations. Si tu cherches une plus grande durée de vie dans ces conditions et que tu ne peux pas éliminer la commutation réelle de la charge, des contacts au mercure (mercury wetted) peuvent être la bonne solution. Ici, les contacts ont en fait une petite quantité de mercure sur eux, de sorte qu’aucun métal net n’est jamais transféré d’un contact à l’autre. La durée de vie pour la plupart des charges commutées « à chaud » avec des contacts au mercure sera également de l’ordre de milliards d’opérations, même en commutant
des centaines de Volts à des dizaines de mA.

Il est toujours conseillé de commuter des charges DC pures. Toutes les données présentées dans notre section d’essais de durée de vie ont été relevées dans cette condition. Évite les charges avec des facteurs de puissance en avance ou en retard.

La déconnexion rapide crée une tension d’induction élevée, ce qui entraînera un arc électrique. Cela provoque des brûlures sur la surface de contact.

Lorsque les contacts voient une charge capacitive globale nette, un courant d’appel se produit à la fermeture des contacts. Des dommages aux contacts, voire un collage, peuvent se produire selon la capacité totale, la tension présente et la résistance en série.

Les lampes à filament de tungstène, une charge de commutation très populaire pour les Reed switches, particulièrement dans l’automobile, ont des courants d’appel dus à leur filament froid. Une fois la lumière allumée, la résistance du filament augmente rapidement, réduisant le courant. Typiquement, on peut s’attendre à des pointes de courant de l’ordre de 10 à 20 fois le courant en régime établi. Connaître la résistance du filament à froid est important pour déterminer l’ampleur du courant d’appel. Ajouter une résistance en série dans le même circuit peut améliorer de façon spectaculaire la durée de vie du switch.

Charges capacitives et inductives

Une capacité parasite peut être présente, à un certain degré, lors de la commutation de toute tension et de tout courant. Lorsqu’on ferme et commute une tension et un courant donnés, les 50 premières nanoSecondes sont les plus importantes (Figure #1). C’est là que se produit la quantité exacte d’arc. S’il y a une quantité significative (dépendant de la tension
commutée) de capacité parasite dans le circuit de commutation, un arc beaucoup plus important peut se produire et réduire la durée de vie.

Lorsqu’on commute une tension importante, c’est toujours une bonne idée de placer une sonde de courant rapide dans le circuit pour voir exactement ce qui est commuté dans les 50 premières nanoSecondes. D’une manière générale, lors de la commutation de tensions supérieures à 50 Volts, 50 picoFarads ou plus peuvent être très significatifs pour les durées de vie attendues. Si le Reed switch est actionné à distance avec une longue connexion par câble, ce câble peut agir comme une grande capacité répartie. Les blindages et d’autres composants potentiellement capacitifs peuvent également contribuer à des courants d’appel élevés.

Lorsque des tensions secteur sont présentes dans ou près de circuits sensibles, sois prudent. Ces tensions peuvent se coupler au circuit et semer la pagaille dans tes exigences de durée de vie. Typiquement, on accuse à tort un Reed switch défectueux de cette réduction de durée de vie, alors qu’en réalité, c’est le produit de conditions imprévues dans le circuit.

Circuits de protection

Dans les conditions ci-dessus, on peut ajouter des circuits de protection qui minimiseront le transfert de métal au moment des transitions, sans toutefois l’éliminer. Les circuits présentés dans Figure 2 sont très typiques. La capacité peut n’être que de quelques pF, attribuables à des capacités parasites, ou correspondre à de véritables com-posants capacitifs dans la gamme des mf. Les condensateurs d’un circuit électronique stockent de la charge. Par nature, ils aiment restituer toute leur charge aussi rapidement que possible. Sans résistance ou impédance au flux de courant, c’est exactement ce qui se produira.

Les courants d’appel sont à éviter ou à minimiser lors de la fermeture des contacts d’un Reed switch. Si ton circuit permet d’ajouter une résistance en série directement en ligne avec le Reed switch, c’est généralement le meilleur choix. Plus la résistance est élevée, mieux c’est, comme indiqué dans Figure #3. L’utilisation d’une inductance ou l’ajout d’inductance dans le circuit peut aussi être efficace. Les inductances s’opposent initialement au flux de courant, réduisant ainsi les courants d’appel. Il faut ici
calculer un équilibre attentif afin de ne pas ajouter trop d’inductance, ce qui annulerait son effet et créerait un autre problème lors de l’ouverture des contacts. La commutation de charges inductives telles que des relais, solénoïdes, compteurs à bobine, petits moteurs ou circuits inductifs nécessitera une circuiterie de protection pour prolonger la durée de vie des contacts reed (voir figure 8).

Charges à courant d’appel

Les charges de type lampe peuvent aussi produire de forts courants d’appel lors de leur mise sous tension initiale. Typiquement, des filaments de tungstène sont utilisés dans de petites ampoules, qui peuvent avoir des courants d’appel allant jusqu’à 10 fois leur courant de fonctionnement normal au moment de l’allumage. Voir Figure #4. Ajouter une résistance en série avec la lampe peut réduire de manière spectaculaire
le courant d’appel et jouer un rôle majeur dans l’extension de la durée de vie du Reed switch.

Une autre approche consiste à ajouter une résistance en parallèle aux bornes des contacts comme montré dans Figure #4. Dans ce cas, un faible courant circule en permanence à travers le filament, le maintenant chaud et avec une résistance élevée. Ce courant est équilibré de sorte que le filament ne « brille » pas.
Ensuite, lorsque le Reed switch est activé, le courant commuté est proche de son courant en régime établi.

• Considérations d’utilisation & de température
  • Réfère-toi aux fiches techniques individuelles pour les températures de stockage et de fonctionnement recommandées.
  • Assure-toi que les capteurs sont utilisés dans les limites environnementales spécifiées.
• Instructions de montage
  • Monte toujours les capteurs sans déformation. Évite une force excessive ou un choc lorsque tu les clipses en place.
  • Évite d’endommager les câbles de connexion pendant l’installation.
• Protection environnementale
  • L’exposition aux rayons UV, à l’eau salée et à la lumière directe du soleil peut dégrader les boîtiers des capteurs et les câbles.
  • Pour l’extérieur ou des environnements difficiles, utilise des capteurs fabriqués à partir de matériaux spécialisés, résistants aux intempéries.

• Interférences de champ magnétique
  • Évite de monter les capteurs près de champs magnétiques externes.
  • N’installe pas les capteurs reed sur ou avec des matériaux ferromagnétiques.
  • Utilise des boulons de culasse en laiton pour le montage. Évite les fixations à tête fraisée, qui peuvent endommager les fentes ou les trous de montage.
• Consignes de soudure
  • Soudure à la vague : Max 260°C pendant 5 secondes.
  • Soudure par refusion : suis le profil de température recommandé par le fabricant de pâte à braser.
  • Prends toujours en compte les limites de température de tous les composants impliqués dans le processus.
• Sensibilité aux chocs
  • Les chocs mécaniques, comme faire tomber le capteur, peuvent provoquer une défaillance immédiate ou différée.
  • Manipule avec précaution pendant le transport et l’installation.