Paramètres électriques de base des produits Reed Switch

Enclenchement

Enclenchement (PI) décrit le point auquel les contacts se ferment. Avec un aimant, il est généralement mesuré comme une distance entre l’interrupteur Reed et l’aimant en mm (pouces) ou en intensité de champ AT, mTesla ou Gauss. Dans une bobine, l’enclenchement est mesuré en volts aux bornes de la bobine, en mA circulant dans la bobine, ou en ampères-tours (AT). En général, ce paramètre est spécifié comme une valeur maximale. Peu importe la qualité du recuit des lames Reed, elles auront quand même une
légère rémanence (une légère quantité de magnétisme restant dans les lames après que le champ magnétique est retiré ou éliminé de l’interrupteur Reed). Pour obtenir des résultats
d’enclenchement et de déclenchement cohérents, saturer d’abord l’interrupteur Reed avec un champ magnétique puissant, avant de mesurer l’enclenchement, donnera des résultats plus réguliers.
Voir la figure n°5.

Lorsqu’il est mesuré dans une bobine, ou plus précisément dans un relais Reed, l’enclenchement est sujet à des variations selon la température, et il est généralement spécifié à 20° C. Voir la figure n°6.

Ici, comme le fil de la bobine en cuivre se dilate et se contracte avec la température, l’enclenchement ou point d’actionnement variera avec la température de 0,4% ^oC. Les relais bien conçus prennent généralement ce changement paramétrique en compte dans la conception et la spécification.

Déclenchement

Déclenchement (DO) décrit le point auquel les contacts s’ouvrent et présente des caractéristiques similaires à l’enclenchement décrit ci-dessus. Il est aussi décrit comme la tension/courant ou AT de relâchement ou de réinitialisation.

Hystérésis

L’hystérésis existe entre l’enclenchement et le déclenchement et est généralement décrite par le rapport DO/PI exprimé en %. L’hystérésis peut varier selon la conception de l’interrupteur Reed, (figure n°7), où des variations d’épaisseur de placage ou de pulvérisation, la rigidité des lames, le recouvrement des lames, la longueur des lames, la taille de l’entrefer, la longueur du scellement, etc., influencent toutes ce paramètre. Voir la figure 7 pour un exemple d’hystérésis lors de l’utilisation d’un aimant pour actionner un interrupteur Reed.

Résistance de contact

La résistance de contact est la résistance en courant continu générée par les lames Reed (résistance de masse) et la résistance à travers l’entrefer de contact. La majeure partie de la résistance de contact se trouve dans les lames Reed en nickel/fer. Leur résistivité est respectivement de 7,8 x 10-8 Ohm/m et 10,0 x 10-8 Ohm/m. Elles sont relativement élevées par rapport à la résistivité du cuivre, qui est de 1,7 x 10-8 Ohm/m. La résistance de contact typique d’un interrupteur Reed est d’environ 70 mOhm, dont 10 à 25 mOhm correspondent à la résistance réelle au niveau des contacts. Dans un relais Reed, il arrive souvent que les broches du relais soient en nickel/fer, améliorant l’efficacité magnétique globale mais ajoutant une résistance de masse à la résistance de contact. Cette augmentation peut être de l’ordre de 25 mOhm à 50 mOhm. Voir la figure n°8.

Résistance de contact dynamique

La résistance de contact dynamique (DCR) est une mesure réelle de l’état des contacts. Comme déjà décrit, la résistance de contact est principalement constituée de la résistance de masse ou de la résistance des connexions. Mesurer la résistance aux bornes de l’interrupteur Reed ne donne qu’une indication grossière du fait que les contacts sont fonctionnels. Pour mieux évaluer la fonctionnalité des contacts, il faut examiner les contacts en conditions dynamiques.

Ouvrir et fermer les contacts à des fréquences comprises entre 50 Hz et 200 Hz peut révéler beaucoup plus d’informations. Commuter 0,5 volt ou moins avec environ 50 mA fournira suffisamment de tension et de courant pour détecter des problèmes potentiels. Ce test peut être réalisé à l’aide d’un oscilloscope ou être facilement numérisé pour des tests plus automatisés. Il faut éviter des tensions d’essai supérieures à 0,5 volt afin d’éviter le « break-over » (films potentiellement non conducteurs). Ce film extrêmement fin apparaîtra comme un circuit ouvert si l’on commute des signaux très faibles ou en fermeture sans courant de l’interrupteur Reed (fermeture des contacts avant que toute tension ou tout courant ne soit appliqué aux contacts). Utiliser une tension supérieure à 0,5 V pourrait masquer ce problème potentiel de qualité. Voir la figure 9.

En appliquant la fréquence décrite ci-dessus à une bobine, les contacts s’actionnent et se ferment à environ ½ mA. Les contacts peuvent alors rebondir pendant environ 100ms et traverser une période de bruit dynamique pouvant aller jusqu’à ½ ms. Ce bruit dynamique est généré par le fait que les contacts continuent de rebondir sans s’ouvrir, ce qui fait varier fortement la résistance de contact lorsque la force ou la pression sur les contacts varie de manière harmonique, avec un amortissement critique en environ ½ ms ou moins. Voir la figure 10. Une fois ce bruit dynamique dissipé, les contacts entrent ensuite dans une « période d’oscillation ». Ici, les contacts sont fermés mais peuvent osciller en restant fermés jusqu’à 1 ms ou plus. Cette oscillation des contacts dans le champ magnétique de la bobine génère un courant à travers les contacts. Une fois cet effet dissipé
les contacts entrent dans leur état statique.

Observer la signature électrique produite par ce test dynamique peut révéler beaucoup sur la qualité de l’interrupteur Reed. De manière générale, une fois la tension de bobine appliquée, l’activité dynamique des contacts devrait se stabiliser en 1 ½ ms. Si les contacts continuent de rebondir plus de 250 ms, la force de fermeture peut être faible, ce qui peut
entraîner une durée de vie réduite, en particulier si l’on commute une charge d’une certaine importance. Voir la figure n°11.

Si le bruit dynamique ou l’oscillation des contacts se poursuit pendant des périodes plus longues que celles indiquées, cela peut signifier que les scellements de l’interrupteur Reed sont faibles ou peut-être soumis à une contrainte excessive.
Cela pourrait entraîner une fissuration ou une rupture de la capsule. De plus, si l’oscillation produite présente une amplitude excessive, cela peut représenter des capsules ayant subi une
contrainte supplémentaire pouvant provoquer des scellements fuyards. Dans ce cas, l’air extérieur et l’humidité peuvent s’infiltrer dans la capsule, produisant une contamination indésirable sur les contacts. Voir les figures n°12 & n°13.

De plus, lorsque la résistance de contact varie légèrement d’une fermeture à l’autre, il peut y avoir de la contamination, un scellement fuyant, des particules, un placage lâche ou qui s’écaille, ce qui peut réduire les attentes de durée de vie (figure n°14). Varier la fréquence appliquée à la bobine produit parfois une prise de conscience plus subtile des problèmes liés à la résonance. Cela se manifestera aussi par une amplitude plus élevée ou des durées plus longues de bruit dynamique ou d’oscillation des contacts.

Chaque fois que la longue durée de vie, une résistance de contact stable et un fonctionnement sans défaut sont des conditions de ton application, tester les contacts de manière dynamique et définir des limites de test strictes est indispensable.

Tension en mode commun

La tension en mode commun est un autre paramètre pouvant avoir un effet significatif sur la durée de vie d’un interrupteur Reed. Selon le circuit et l’environnement, les tensions en mode
commun peuvent, en pratique, charger des capacités parasites dans le circuit de commutation et réduire drastiquement et de façon inattendue la durée de vie de l’interrupteur Reed. Là encore, une sonde de courant rapide peut révéler une tension et un courant surprenants commutés durant ces premières 50 nanoSecondes, sans lien avec la charge réelle. Lorsque des tensions de ligne sont présentes dans ou près de circuits sensibles, sois prudent. Ces tensions peuvent se coupler au circuit et perturber tes exigences de durée de vie. En général, on accuse un interrupteur Reed défectueux pour cette durée de vie réduite, alors qu’en réalité, c’est le produit de conditions imprévues dans le circuit.

Charge de commutation

La charge de commutation est la combinaison de la tension et du courant commutés au moment de la fermeture. Il y a parfois une confusion autour de ce paramètre. Pour un interrupteur donné, avec un rating de commutation de 200 volts, 0,5 ampère et 10 watts, toute tension ou tout courant commuté, multipliés l’un par l’autre, ne peuvent pas dépasser 10 watts. Si tu commutes 200 volts, tu ne peux commuter que 50 milliAmpères. Si tu commutes 0,5 ampère, tu ne peux commuter que 20 volts.

Tension de claquage (Tension diélectrique)

La tension de claquage (tension diélectrique) est généralement plus élevée que la tension de commutation. Sur les interrupteurs Reed évacués de plus grande taille, des valeurs nominales allant jusqu’à 15 000 volts CC ne sont pas rares. Certains Reed évacués plus petits peuvent supporter jusqu’à 4000 volts CC. Les petits interrupteurs Reed pressurisés supportent généralement de 250 à 600 volts CC.

Résistance d’isolement

La résistance d’isolement est la mesure de l’isolation entre les contacts et constitue probablement l’un des paramètres les plus uniques qui distinguent les interrupteurs Reed de tous les autres dispositifs de commutation. En général, les interrupteurs Reed ont des résistances d’isolement moyennes de 1 x 10¹⁴ ohms. Cette isolation permet une utilisation dans des conditions de mesure extrêmes où des courants de fuite dans la plage des picoAmpères ou des femtoAmpères perturberaient les mesures effectuées. Lors de tests de semi-conducteurs, on peut avoir plusieurs grilles en parallèle, où les dispositifs de commutation ont des courants de fuite combinés qui deviennent significatifs dans le circuit de mesure du test.

Absorption diélectrique

L’absorption diélectrique décrit l’effet que différents diélectriques ont sur des courants très faibles. Les courants inférieurs au nanoAmpère sont affectés par la tendance du diélectrique à ralentir ou retarder ces courants. Selon la faiblesse du courant mesuré, ces retards peuvent être de l’ordre de plusieurs secondes. Les ingénieurs de Standex Detect ont conçu des relais Reed et des circuits afin de minimiser l’absorption diélectrique.

Tension de commutation

La tension de commutation, généralement spécifiée comme une valeur maximale en volts CC ou volts crête, est la tension maximale admissible pouvant être commutée aux bornes des contacts.
Des tensions de commutation supérieures au potentiel d’arc peuvent provoquer un transfert de métal. Le potentiel d’arc apparaît généralement au-delà de 5 volts. L’arc est la principale cause de réduction de durée de vie au niveau des contacts. Dans la plage de 5 V à 12 V, la plupart des contacts sont capables de commuter bien au-delà de dizaines de millions d’opérations selon le courant commuté.

La plupart des interrupteurs Reed pressurisés ne peuvent pas commuter plus de 500 volts, principalement parce qu’ils ne peuvent pas interrompre l’arc qui se produit lorsqu’on tente d’ouvrir les contacts. En général, commuter au-delà de 500 volts nécessite des interrupteurs Reed évacués, où jusqu’à 10 000 volts sont possibles. En dessous de 5 volts, aucun arc ne se produit et donc aucune usure des lames ne se produit, prolongeant la durée de vie des interrupteurs Reed bien au-delà du milliard d’opérations. Des relais Reed correctement conçus peuvent commuter et discerner des tensions aussi faibles que 10 nanoVolts.

Courant de commutation

Le courant de commutation désigne le courant mesuré en ampères CC (crête CA), commuté au point de fermeture des contacts. Plus le niveau de courant est élevé, plus l’arc est soutenu à l’ouverture et à la fermeture, et donc plus la durée de vie de l’interrupteur est courte.

Courant admissible

Le courant admissible, également mesuré en ampères CC (crête CA), est spécifié comme le courant maximal autorisé lorsque les contacts sont déjà fermés. Puisque les contacts sont fermés, des courants plus élevés sont autorisés. Aucun dommage ne peut se produire au niveau des contacts, car l’arc ne se produit que pendant les transitions d’ouverture et de fermeture. Un interrupteur Reed est également capable de transporter des courants plus élevés lorsque la durée d’impulsion est très courte, puisque l’échauffement est alors minimal. À l’inverse, contrairement aux relais électromécaniques à armature, le relais Reed peut commuter ou transporter des courants aussi faibles que des femptoAmpères (10-15 ampères).

Capacitance parasite

La capacitance parasite, mesurée en microFarads ou picoFarads, est toujours présente, par exemple en raison de chemins conducteurs et de câbles. Lors de la commutation de tension et de courant, les premières 50 nanoSecondes sont les plus importantes. C’est là que l’arc se produit. S’il y a une quantité significative (selon la tension commutée) de capacitance parasite dans le circuit de commutation, un arc beaucoup plus important peut se produire, réduisant ainsi la durée de vie. Lors de la commutation de toute tension notable, c’est toujours une bonne idée de placer une sonde de courant rapide dans le circuit pour voir exactement ce qui est commuté durant les premières 50 nanoSecondes. De manière générale, pour des tensions de commutation supérieures à 50 volts, 50 picoFarads ou plus peuvent être très significatifs pour la durée de vie attendue de l’interrupteur.

Temps d’actionnement

Le temps d’actionnement est le temps nécessaire pour fermer les contacts et arrêter le rebond. À l’exception des contacts au mercure, lorsque les lames Reed se ferment, elles se ferment avec une force suffisante
pour les mettre en mouvement harmonique. Ce mouvement à amortissement critique se dissipe rapidement en raison de la force de rappel relativement forte des lames Reed. On observe généralement un ou deux rebonds sur une période de 50 ms à 100 ms. La plupart des petits interrupteurs Reed s’actionnent, rebond compris, dans une plage de 100 ms à 500 ms. Voir la figure n°15.

Temps de relâchement

Le temps de relâchement est le temps nécessaire pour que les contacts s’ouvrent après retrait du champ magnétique. Dans un relais, lorsque la bobine se coupe, une grande impulsion inductive négative (« kick ») se produit, provoquant une ouverture très rapide des lames Reed. Ce temps de relâchement peut être de l’ordre de 20 ms à 50 ms. Si une diode est placée en parallèle sur la bobine pour supprimer cette
pointe de tension inductive (qui peut être de 100 volts à 200 volts), le temps d’ouverture des contacts ralentira à environ 300 ms. Certains concepteurs ont besoin d’un temps de relâchement rapide mais ne peuvent pas accepter les impulsions négatives élevées susceptibles de se coupler à une électronique numérique sensible. Ils ajoutent donc une diode zener de 12 volts à 24 volts en série avec une diode, l’ensemble étant en parallèle sur la bobine. Ici, lorsque la bobine est coupée, la tension est autorisée à devenir négative de la valeur de la tension zener, ce qui est suffisant pour provoquer l’ouverture des contacts généralement en moins de 100 ms. Voir la figure n°16.

Fréquence de résonance

La fréquence de résonance d’un interrupteur Reed est cette caractéristique physique selon laquelle tous les paramètres Reed peuvent être affectés au point de résonance exact de l’interrupteur Reed. Des capsules Reed
de 20 mm de long résonnent typiquement dans la plage de 1500 à 2000 Hz ; des capsules Reed de l’ordre de 10 mm résonnent dans la plage de 7000 à 8000. Éviter ces zones spécifiques de résonance garantira un environnement sans défaut pour l’interrupteur Reed. Les paramètres typiquement affectés sont la tension de commutation et la tension de claquage. Voir la figure n°17.

Capacitance

La capacitance aux bornes des contacts est mesurée en pico-Farads et varie de 0,1 pF à 0,3 pF. Cette très faible capacitance permet des usages de commutation, là où des semi-conducteurs
ayant des centaines de picoFarads ne peuvent pas être envisagés. Dans les testeurs de semi-conducteurs, cette faible capacitance est absolument critique. Voir la figure n°18.