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¿Qué es un interruptor de láminas y qué imanes los operan según la Física?

abril 23, 2020
profesor-de-fisica - fsica hidrosttica 1024x576

Un interruptor de láminas es un interruptor electromagnético utilizado para controlar el flujo de electricidad en un circuito. Están hechas de dos o más láminas ferrosas encerradas dentro de una pequeña envoltura en forma de tubo de vidrio, que se magnetizan y se mueven juntas o separadas cuando se mueve un campo magnético hacia el interruptor. El interruptor funciona efectivamente como una puerta o un puente en un circuito eléctrico, por lo que cuando las dos láminas están en contacto, la electricidad puede fluir alrededor del circuito que opera un dispositivo. A diferencia de los interruptores mecánicos, no requieren que algo o alguien los encienda o apague físicamente, ¡están controlados completamente por campos magnéticos invisibles! Tipos de interruptor de láminas Hay dos tipos fundamentales, «normalmente abierto» y «normalmente cerrado». En un interruptor normalmente abierto, las dos cañas, que están hechas de material ferroso, como una aleación de níquel-hierro, se colocan de manera que no se toquen. Cuando un imán se mueve cerca del interruptor, tira de uno de los juncos hacia el otro para que se toquen y, por lo tanto, completen el circuito. Retire el imán y las cañas vuelven a su posición original rompiendo el circuito. Interruptor de láminas normalmente abierto Un interruptor normalmente cerrado funciona de la manera opuesta, cuando no hay campo magnético, las láminas están en contacto completo, el circuito eléctrico está completo y el dispositivo está «encendido». Cuando un imán se mueve cerca de un interruptor, o el interruptor cerca de un imán, las cañas se repelen y se separan, rompiendo el circuito. Hay una tercera configuración que tiene tres puntos de contacto, en lugar de dos. En esta configuración, la corriente fluye a lo largo de un cable común que se puede alternar entre dos contactos. El cable común estará en contacto con un contacto en su posición normal hasta que se introduzca un campo magnético que mueva el cable común para estar en contacto con el otro contacto. Cuando se elimina el campo magnético, el cable común vuelve a su posición original. Interruptor de láminas normalmente abierto / normalmente cerrado (Forma C) Ventajas de usar láminas conmutadas Existen muchas ventajas para usar sensores de láminas de operación magnética, que incluyen:

    • Sin desgaste mecánico: debido a que no se aplica presión física al interruptor, no hay desgaste mecánico.

 

    • Operados a través de un material no magnético: los sensores pueden desarrollarse con tal sensibilidad que pueden incrustarse profundamente dentro de un conjunto fuera de la vista, pero aún así activados por un imán razonablemente fuerte pero discreto.

 

    • No hay suministro de voltaje: como se activan por magnetismo, no se requiere voltaje.

 

    • Compacto: los interruptores de láminas son increíblemente compactos en comparación con los interruptores mecánicos

 

    Corrosión atmosférica: como los contactos de un interruptor de láminas están sellados dentro de un tubo de vidrio, están protegidos de la corrosión atmosférica.

¿Qué tipo de imanes se usan con los interruptores de láminas? Sin un imán, un interruptor de láminas es redundante, pero introduzca un campo magnético en el interruptor de láminas y el interruptor se activará. El tamaño y tipo de imán requerido depende completamente del tipo de interruptor de láminas y de cómo el interruptor de láminas está integrado en un conjunto. Debido a que un interruptor de láminas puede estar oculto o incrustado dentro de un conjunto y aún ser operado por un imán, la distancia entre el imán y el interruptor es muy importante. Cuanto mayor sea la distancia entre el interruptor y el imán, más fuerte deberá ser el imán para interactuar con el interruptor. Cualquier imán permanente funcionará con un interruptor de láminas, pero es importante recordar que los diferentes materiales tienen diferentes resistencias y los imanes de diferentes tamaños producen campos magnéticos de diferentes tamaños. Los imanes de neodimio son el tipo más fuerte de imanes disponibles comercialmente y, por lo tanto, incluso los imanes pequeños pueden ser efectivos. Sin embargo, los imanes de ferrita, aunque mucho más débiles, son populares debido al profundo campo magnético que producen. Al seleccionar un imán para una aplicación de interruptor de láminas, hay varios factores principales a considerar; forma del imán, fuerza del imán, sensibilidad del interruptor, distancia y ángulo entre el imán y el interruptor. Comprender cómo un imán influirá en un interruptor de láminas requiere una apreciación de cómo se forma el campo magnético de un imán. Aunque no puede ver las líneas de magnetismo, se sabe que fluyen de norte a sur a lo largo de la ruta más corta sin cruzarse nunca, como se ve en la representación del imán de barra a continuación. Barra magnética Cada interruptor de láminas tiene una serie de regiones «activas» que lo rodean, a veces denominadas lóbulos, cuyo tamaño varía según la sensibilidad del interruptor. La sensibilidad de un interruptor de láminas se clasifica en función de la fuerza magnetomotriz medida en las vueltas de amperios (AT) requeridas para tirar o liberar los puntos de contacto. Cuando se fabrica un interruptor de láminas, se coloca dentro de una bobina de prueba con un número específico de vueltas de cable. Cuando una corriente eléctrica pasa a través del cable en espiral, crea un campo magnético. Se toma una medida cuando la corriente que pasa a través de las bobinas es suficiente para accionar el interruptor que proporciona la clasificación de amperios-vueltas para cada interruptor. Un amperio-vuelta (AT) representa una corriente continua de un amperio que fluye a través de un solo bucle de cable conductor. El término «vueltas» se refiere al número de vueltas de alambre en una bobina conductora. Para calcular la fuerza magnetomotriz en vueltas de amperios producida por una corriente que pasa a través de una bobina de alambre, es necesario multiplicar la corriente continua en amperios con el número de bucles individuales en la bobina. Por ejemplo, una corriente de 5 amperios que pasa a través de una bobina de 5 vueltas produce una fuerza magnetomotriz de 25AT. Elegir el imán correcto para un interruptor puede ser confuso ya que la densidad del campo magnético de un imán se mide en Gauss o Tesla, no en amperios-vueltas. Sin embargo, más comúnmente, los interruptores de láminas se suministran con una especificación que detalla la intensidad de campo en Gauss requerida para cambiarlos. Si su interruptor solo indica los giros de amperios y no el valor de Gauss, es posible usar la conversión de 1 Gauss = 1 amperios-giro, pero esto no es una ciencia exacta y solo debe usarse como guía. Cuanto menor sea la clasificación AT o Gauss, menor será la intensidad del campo magnético requerida para accionar el interruptor de láminas. Debe entenderse que la relación entre la fuerza del imán, medida en Gauss, y la sensibilidad del interruptor, medida en amperios-vueltas en función de la distancia, depende de la geometría de un imán y la orientación del imán al interruptor. La forma y el tamaño del imán tienen el mayor efecto en la clasificación Gauss del imán. Además, cuando se fabrica y prueba un interruptor de láminas, los cables a menudo serán más largos de lo que requiere la aplicación final. Si bien estos cables se pueden cortar a la longitud deseada, al hacerlo se reduce la cantidad de material ferroso (magnético) en el interruptor y se reduce la sensibilidad del interruptor, lo que significa que el imán debe acercarse al interruptor para activarlo. En UniversidadEnTuCasa, etiquetamos todos nuestros imanes con una clasificación Gauss (densidad de flujo), medida desde el centro de la superficie del imán utilizando un Gaussímetro. La densidad de flujo disminuye exponencialmente a lo largo de la distancia según el siguiente ejemplo de la densidad de flujo de un imán de neodimio de 10 mm de diámetro x 5 mm de espesor a lo largo de la distancia. Distancia (mm) Densidad de flujo (Gauss) Superficie 5100 1 3762 2 2904 3 2178 4 4 1650 5 5 1188 6 6 924 7 7 726 8 528 9 9 462 10 396 15 132 20 66 El siguiente cálculo utilizado para calcular los valores anteriores le permite calcular la densidad de flujo de un imán de disco a cualquier distancia directamente por encima del punto central del polo del imán. Si desea calcular cómo disminuye la densidad de flujo de un imán de disco una distancia, puede usar el siguiente cálculo. G = Gauss (densidad de flujo) Br = Remanancia (por ejemplo, 13.200 Gauss para N42 neodimio) R = Radio del imán del disco X = Distancia desde la cara del poste l = espesor / longitud ¿Dónde se usan los interruptores de láminas? Los interruptores de láminas se utilizan principalmente para aplicaciones de detección y proximidad y son más comunes de lo que puede imaginar. Estos son algunos de los usos cotidianos de los interruptores de láminas: Sistemas de alarma: se encontrará un interruptor de láminas en muchos sistemas de alarma para detectar si las puertas y ventanas están abiertas o cerradas. También se utilizan para hacer que los sistemas sean a prueba de manipulaciones colocando imanes o interruptores en las cubiertas, de modo que cuando se retiran, se activa el interruptor que activa la alarma. Computadoras portátiles: ¿alguna vez se preguntó cómo su computadora portátil o tableta sabe cómo encender o apagar cuando se baja la pantalla o se coloca la cubierta sobre la pantalla? Se trata de interruptores de láminas e imanes en acción: debido a la interacción del interruptor y el imán, el dispositivo conoce la proximidad de la cubierta o pantalla y reacciona en consecuencia. Seguridad: ¿alguna vez descubrió que algunos dispositivos, como los procesadores de alimentos, no se encienden a menos que se cierre la tapa o se hayan tomado otras precauciones de seguridad? Se trata de interruptores de láminas de detección de proximidad en acción. Automotriz: muchas aplicaciones de seguridad y detección en su automóvil siempre inteligente dependen de interruptores de láminas. Solo algunos usos de detección incluyen impacto, velocidad, frenado, posiciones de puertas, niveles de líquido y combustible, Refrigeradores: los refrigeradores modernos usan interruptores de láminas, en lugar de interruptores mecánicos para detectar cuando la puerta está abierta o cerrada. Cuando se cierra la puerta, un imán en el marco de la puerta se mueve cerca de un interruptor de láminas fijo y el imán fuerza a las láminas a separarse, apagando la luz.

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