현대식 공장을 방문하여 조립 셀에서 놀라운 전자 장치들이 작동하는 모습을 관찰하면 다양한 센서들이 전시되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 센서들은 대부분 양전압 공급선, 접지선, 그리고 신호선을 위한 별도의 전선으로 구성되어 있습니다. 전원을 공급하면 센서가 제 기능을 수행하는데, 근처에 강자성 금속이 있는지 감지하거나 시설 보안 시스템의 일환으로 광선을 발사하는 등의 역할을 합니다. 리드 스위치처럼 이러한 센서를 작동시키는 소박한 기계식 스위치는 두 개의 전선만 있으면 작동합니다. 이러한 스위치는 자기장을 이용하여 작동합니다.
리드 스위치란 무엇인가요?
리드 스위치는 1936년에 탄생했습니다. 벨 전화 연구소의 WB 엘우드가 고안한 것으로, 1941년에 특허를 받았습니다. 이 스위치는 양쪽 끝에서 전기 리드가 튀어나온 작은 유리 캡슐처럼 생겼습니다.
리드 스위치는 어떻게 작동하나요?
스위칭 메커니즘은 몇 미크론 간격으로 분리된 두 개의 강자성 블레이드로 구성됩니다. 자석이 이 블레이드에 접근하면 두 블레이드는 서로를 향해 당겨집니다. 블레이드가 서로 닿으면 상시 개방(NO) 접점이 닫혀 전기가 흐를 수 있습니다. 일부 리드 스위치는 비강자성 접점을 포함하고 있어 상시 폐쇄(NC) 출력을 형성합니다. 자석이 접근하면 접점이 분리되고 스위칭 접점에서 분리됩니다.
접점은 텅스텐과 로듐을 포함한 다양한 금속으로 제작됩니다. 일부 제품은 수은을 사용하기도 하는데, 수은은 올바른 방향으로 유지되어야만 제대로 작동합니다. 불활성 가스(일반적으로 질소)로 채워진 유리 용기는 1기압 이하의 내부 압력으로 접점을 밀봉합니다. 밀봉은 접점을 분리하여 부식을 방지하고 접점 움직임으로 인해 발생할 수 있는 스파크를 방지합니다.
실제 세계에서의 리드 스위치 응용 프로그램
자동차나 세탁기 같은 일상 용품에서 센서를 찾아볼 수 있지만, 이러한 스위치/센서가 가장 잘 작동하는 곳 중 하나는 도난 경보기입니다. 사실, 경보기는 이 기술을 거의 완벽하게 적용할 수 있는 분야입니다. 움직이는 창문이나 문에는 자석이 내장되어 있고, 센서는 자석이 제거될 때까지 신호를 전달합니다. 창문이 열려 있거나 누군가 전선을 절단하면 경보가 울립니다.
도난 경보기에 리드 스위치를 사용하는 것은 매우 효과적이지만, 이 장치는 훨씬 더 작아질 수 있습니다. 소형 스위치는 필캠(PillCam)이라고 불리는 삼키는 의료 기기에 장착될 수 있습니다. 환자가 작은 프로브를 삼키면 의사는 체외 자석을 사용하여 프로브를 작동시킬 수 있습니다. 이러한 지연 시간은 프로브가 제대로 삽입될 때까지 전력을 절약하며, 이는 내장 배터리의 크기를 더욱 줄일 수 있음을 의미합니다. 이는 인체의 소화관을 통과하도록 설계된 이 장치에 있어 매우 중요한 특징입니다. 작은 크기 외에도, 이 센서는 인체를 통해 자기장을 감지할 수 있기 때문에 이 응용 사례는 센서의 민감도를 잘 보여줍니다.
리드 스위치는 영구 자석 없이도 작동할 수 있습니다. 전자석 릴레이를 사용하면 됩니다. 벨 연구소가 이 스위치를 처음 개발했기 때문에, 전화 업계에서 1990년대 모든 것이 디지털화될 때까지 제어 및 메모리 기능에 리드 릴레이를 사용한 것은 놀라운 일이 아닙니다. 이러한 유형의 릴레이는 더 이상 통신 시스템의 중추를 이루지는 않지만, 오늘날에도 여전히 많은 다른 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
리드 릴레이의 장점
홀 효과 센서는 자기장을 감지할 수 있는 고체 소자로, 리드 스위치의 대안 중 하나입니다. 홀 효과는 일부 응용 분야에 적합하지만, 리드 스위치는 고체 소자보다 전기적 절연성이 뛰어나고 접점이 닫혀 있어 전기 저항이 낮습니다. 또한, 리드 스위치는 연결 또는 분리된 전선처럼 작동하기 때문에 다양한 전압, 부하 및 주파수에서 작동할 수 있습니다. 하지만 홀 센서가 제 기능을 할 수 있도록 보조 회로가 필요합니다.
리드 스위치는 기계식 스위치로서는 매우 높은 신뢰성을 자랑하며, 고장 발생 전까지 수십억 사이클 동안 작동할 수 있습니다. 또한, 밀폐형 구조 덕분에 스파크가 발생할 수 있는 폭발성 환경에서도 작동할 수 있으며, 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 리드 스위치는 오래된 기술이지만, 결코 쓸모없는 기술은 아닙니다. 리드 스위치가 포함된 패키지는 자동화된 픽앤플레이스 장비를 사용하여 인쇄 회로 기판(PCB)에 적용할 수 있습니다.
다음 조립에는 최근 몇 년 사이에 출시된 다양한 집적 회로와 부품이 필요할 수 있지만, 소박한 리드 스위치도 잊지 마세요. 리드 스위치는 기본적인 스위칭 기능을 놀라울 정도로 간단한 방식으로 수행합니다. 80년 이상 사용 및 개발되어 온 리드 스위치의 검증된 설계는 변함없이 안정적으로 작동합니다.
게시 시간: 2024년 4월 22일