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昆山瑞以森傳感器有限公司
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吸合值 (Pull-in)是表示干簧開關吸合時的安匝數,使用磁鐵時,通常度量干簧開關到磁鐵之間的距離 (單位是毫米或英寸) 或量測磁場的強度 (單位是AT,mTesla 或 Gauss) 來表示。在線圈內,吸合值是以線圈電壓 (伏特),流過線圈的電流 (毫安) 或安培匝數 (AT) 來表示,通常這些參數是定義成最大值,無論簧片退火處理做得多好,它們都仍會殘存微量的磁力 (將從干簧開關附近的磁場移除后,仍然會有微量的磁力殘存滯留在干簧片上)。如要得到一致的吸合值和斷開值結果,首先要以強大的磁場來令干簧開關飽和,這樣來量度吸合值,所得到的數值會更加準確一致 ,當量測一個線圈或特定的干簧繼電器,吸合值會因溫度不同而改變,通常都是定義在 20° C 下量度的 。此外,由于銅線線圈會隨溫度變化而膨脹或收縮,吸合值或操作點會因溫度改變而有0.4%/°C的變化,在設計優良的干簧繼電器中, 往往都會將此參數的變動列入設計及規格上的考慮范圍。

斷開值 (DO) 是表示干簧開關斷開時安匝數,并和上述的吸合值特性相似,也可以使用釋放/復位電壓電流 (毫安 )或安培匝數(AT)來表示。

磁滯現象存在于吸合值和斷開值之間,通常是表述為DO/PI的比例,以%來表示的。磁滯現象可隨干簧開關的不同設計而改變,電鍍或噴鍍的厚度,干簧片的硬度,干簧片重疊部份的大小,干簧片的長度,兩片干簧片之間的間隙大小,玻璃管的長度,等等的變化都會影響此參數。吸合值和斷開值的范圍,注意這磁滯現象的變化在低安陪匝數 (AT)時是非常小的, 并隨AT 值提高增加而變化會加大。
  接觸電阻是由干簧片本身 (體電阻)和開關端子間間隙的電阻所造成的直流電阻,大部份的接觸電阻存在于鎳/鐵的干簧片上,它們的電阻率分別是7.8x10-8Ω­m和10.0x0 -8Ω-m,相較于銅的電阻率(銅的電阻率是

接觸電阻是由干簧片本身 (體電阻)和開關端子間間隙的電阻所造成的電阻,大部份的接觸電阻存在于鎳/鐵的干簧片上,它們的電阻率分別是7.8x10-8Ω­m和10.0x0 -8Ω-m,相較于銅的電阻率(銅的電阻率是1.7x10-8_Ω-m ),這是相當高的。通常整個干簧開關的接觸電阻大約是70mΩ,其中開關端子間間隙的電阻值實際約為10至25mΩ。于干簧繼電器上,繼電器的引腳通常都是由鎳/鐵所組成的,以改善整體的磁效能,但這樣也增加了簧片的的電阻,增加的阻值約為為25至50mΩ。

動態接觸電阻值(DCR)可度量出開關的實際動態狀態,之前已描述的,接觸電阻大多數由干簧片本身的電阻或引線電阻所組成的。度量干簧開關端子間的電阻僅能概略顯示開關功能是否正常,要提供更詳盡關于開關的操作功能,務必要在動態情況下觀察度量干簧開關的操作,這樣才會更為準確。以50Hz 至200Hz 的頻率范圍去操作開關, 可展現出更多詳盡的訊息,切換0.5伏的電壓及約50mA的電流,能夠測出潛在的問題。這種測試能以示波器來實現,或者通過些自動測試方式來進行數字化,需特別注意的是應避免測試電壓超過0.5伏,以免產生“貫穿”現象。如一個干簧開關在制造過程中清潔未能控制好,會殘留些幾個埃厚度的非傳導性薄層,當切換非常低的訊號或接近無電流時(在任何電壓或電流流經過干簧開關前,讓干簧管先閉合 ),此薄層就如同斷路一樣,當使用高電壓測試時,可能會錯失掉發現此潛在問題的機會。當以50Hz至200Hz頻率加至一線圈上,開關會在約0.5ms時動作,這開關將振蕩約100μs并在0.5 ms的時歷經一段動態噪聲,這動態噪聲是由開關不斷振蕩但未開啟時產生的,此時接觸電阻隨著開關干簧片受到的壓力不同而發生相應的變化。在約0.5 ms或更小的時期,簧片振蕩彈力會出現急速衰減。一旦此動態噪聲消失,開關將經歷一個“波動期”。此時開關仍閉合著但維持振蕩至1ms或更長的時間。開關在磁場下振蕩時,會在簧片間產生電流,一旦停止擺動后, 開關將呈靜態狀況。由動態測試所產生的各種波型種類可顯示出干簧開關的品質水準,通常,當加上線圈電壓后,開關的動態狀況應在1.5ms內穩定下來。若開關持續振蕩超過250μs,閉合力會減弱,導致開關壽命減短,尤其在沒有負載的情況之下。
  這表示玻璃管可關密封不良或應力過大。此狀況可能會導致玻璃管產生裂縫或破損,如果振蕩振幅過大,這表示玻璃管可能承受過大應力而可能導致裂縫產生。在這狀況下,外界的空氣和水汽可能滲入玻璃管,導致開關上的污染產生。同時,當開關連續不斷閉合而接觸電阻隨之混亂的小幅變化,這種狀況可能是由污染,密封有裂縫,電鍍層松動或剝落造成,可能會縮短開關壽命。改變加在線圈上的頻率有時能察覺出更多有關共振的問題。開關噪聲或波動的振幅加大或時間加長也會顯示出類似的問題。任何時候, 良好的產品壽命,穩定的接觸電阻和正確的操作是你使用的必要條件,同時還必須針對開關進行嚴格的動態測試。

切換電壓:通常以最大的直流電壓(伏)或峰值電壓來表示,是開關切換時可承受的最大電壓。電壓過大時,會產生電弧放電而致一些金屬轉換,電弧通常超過5伏,此電弧放電是造成開關壽命縮短最主要的因素,在5伏至12伏的范圍內,當然取決于電流的大小,大部份開關還是能多次操作后仍具非常優異的特性。大多閉合的干簧開關無法切換超過250伏,主要原因是當開啟開關時,無法避免電弧放電產生。通常,切換超過250伏時需使用真空的簧開關,他們可以切換高達10,000伏。當切換電壓低于5伏,不會有電弧產生,因此無簧片損耗產生,因而干簧開關的壽命可高達十億次操作,良好設計的干簧繼電器可以切換和分辨非常小,低至10nano 伏的電壓。

切換電流是在開關閉合時測量出來的電流值,以直流電或峰值交流電來表示,切換電流越高開關的壽命越短。

負載電流:當開關已閉合后可容許流經的最大電流,以直流電流或峰值交流電流來表示. 因開關已經閉合了,可容許更大的電流而無簧片損耗情況發生。唯一可能產生電弧放電的機會是在開關開啟閉合之際。突如其來的高脈沖電流可以指當開關已經關閉時極短期間內流經的電流。和機械式的繼電器不一樣的,干簧繼電器可以切換或流經低至10-15安培之小電流。

雜散電容:當切換任何電壓和電流時都會產生以微法或皮發為單位的雜散電容,當切換一特定電壓和電流時,初期的50 ns是最重要的,因此時是電弧放電最可能會發生的時候。若切換電路上有顯著的寄生電容產生(與切換的電壓相關),此時較大的電弧放電有可能會發生,而導致開關的壽命更縮短。當切換任意大小的電壓時,放置一快速電流探針于線路上,觀察最初50納秒實際的切換情況往往是一個明智的做法。整體來說,當切換電壓超過50伏時,50pico Farads( 10-12 法拉)或更大的雜散電容對開關的使用壽命來,已足夠造成很顯著的影響。

共模電壓也是另一種對會對干簧開關壽命造成顯著影響的參數。共模電壓的模式取決于線路及不同環境下,會在線路中產生雜散電容, 從而造成開關使用壽命始料未及的大幅減短。相同的,將快速電流探針至于線路上,顯示出在首50納秒的電壓和電流切換狀況,當線性電壓在線路顯示或接近敏感線路時應特別注意,這些電壓會耦接于線路,從而對開關的使用壽命產生嚴重危害。通常開關的質量問題被歸因為干簧開關制造過程有缺失所致,但實際上它也可能是電路中不可預料的情況所致。

切換功率:開關閉合時切換的電壓和電流組合,有時此參數會容易混淆,如一能切換200伏,0.5安培,10 瓦特的開關,只要電壓和電流的乘積不能超過10瓦特就好。例如,如果您要切換200伏,同時這樣您只能切換50毫安培(10-3Amp),而如果您要切換0.5安培,此時您只能切換20 伏了。

擊穿電壓:通常高于切換電壓,干簧開關能承受較高電壓,因為不同于切換電壓,不需要考慮斷開時電弧的放電。對于大尺寸的真空干簧開關,耐壓可高達直流15,000伏算是普遍的,有些較小的真空干簧開關耐壓可以達直流4000伏,小型充填有氣體的干簧開關普遍可耐壓達直流250至600伏。

絕緣電阻是量測出來開關兩端間的絕緣程度。也正是這一參數使得干簧開關與其他開關相比顯得如此獨特。 通常干簧開關的絕緣電阻平均為1x1014歐,這高絕緣電阻可容許漏電流范圍在(picoAmp)和(femptoAmp)間,這就使得一些半導體測試得以可能。當測試半導體時,可能有幾個門并聯, 匯集的漏電流將會對測試線路成產生很大的影響。

動作時間是指簧片閉合且停止振蕩后的總時間,除了水銀開關外,當干簧片閉合并產生協振時,簧片有足夠強的彈力使協振動作很快就消失而穩定下來,通常僅在50μs 至100μs 期間看到一次或兩次的振蕩。大部份小干簧開關包括振蕩期的操作時間通常是在100μs至500μs 的范圍內

釋放時間是磁場移除后開關開啟所需的時間。以一個繼電器為例,當線圈電源關閉時,一個很大的反電動勢的產生導致干簧片急速開啟,這個釋放時間約是20μs至50μs 的范圍。如果一個二極管跨接線圈,這樣可以消除這反向感應脈壓(這電壓可以是100伏至200伏),開關開啟的時間會減慢到大約300μs。部份設計師需要短的釋放時間,但不能有潛在的反向感應脈壓耦發在敏感的數位電路內,所以他們會加一12 伏至24 伏的穩壓二極管串聯至一整流二極管并與線圈并聯。此時,當線圈電源關閉時,電壓為反向的齊納電壓值,如此已能使開關在100 μs內開啟。

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