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Littelfuse zu den Vorteilen von Reed-Kontakten in Messanwendungen

Auf Reed-Kontakte als altbewährte Technik zurückgreifen

25. September 2015, 9:08 Uhr | Von Tim Patel, Technical Marketing Manager bei Littelfuse

Reed-Schalter in der Durchflussmessung eines Wasser- oder Gaszählers

Bei der Konstruktion von Messanwendungen mit geringer Leistungsaufnahme bieten Reed-Kontakte gegenüber Halbleiter-Sensoren zahlreiche Vorteile: geringer Eigenstromverbrauch, enge Toleranzen beim Stromverbrauch, hohe Schaltpunktgenauigkeit, inhärente Schaltpunkt-Hysterese und problemlose Anpassung.

Bei Anwendungen wie Wasser- und Gaszähler gelten heutzutage oft die neuesten technischen Lösungen auch als geeignetste für die Anforderungen der Verbrauchsmessung. Magnetoresistive (MR) oder Hall-Sensoren werden dabei wegen ihrer Empfindlichkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit häufig genannt. Diese innovativen Techniken bieten sicherlich einige Vorteile, aber gegenüber der Reed-Schalter-Technik auch erhebliche Nachteile.

Seit Jahrzehnten kommen Reed-Schalter für batteriebetriebene Anwendungen mit geringer Leistungsaufnahme zum Einsatz – und das aus gutem Grund. Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit den Hauptvorteilen der Reed-Schalter-Technik. Dazu zählen der niedrige Energieverbrauch, die engen Toleranzen beim Stromverbrauch, die hohe Schaltpunktgenauigkeit und die inhärente Schaltpunkt-Hysterese. Außerdem lässt sich die Empfindlichkeit dieser Magnetschalter leicht anpassen. Nicht zuletzt belegen die weltweit steigende Nachfrage nach Reed-Kontakten und ihr Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen ihre wichtige Rolle im Markt für Mess- und Regeltechnik.

Gas- und Wasserzähler, die mit Systemen der Zählerfernauslesung (Automatic Meter Reading, AMR) ausgestattet sind, benötigen Sensoren mit geringer Leistungsaufnahme. Der Gas- und Wasserverbrauch wird häufig von einem Magneten gemessen, der an einer Drehwelle befestigt ist. Jede Umdrehung wird von einem Regler in ein elektrisches Signal umgewandelt und akkumuliert. Weil die erwartete Lebensdauer der Zähler in der Regel 20 Jahre ohne Batteriewechsel beträgt, sind eine geringe Leistungsaufnahme und die Erhaltung der Batterieleistung wichtige Auslegungsparameter in solchen Systemen.

Halbleiter-Sensortechniken

Wie bereits erwähnt, gibt es Konstrukteure, die sich hier für den Einsatz von Halbleiter-Sensortechniken wie MR- und Hall-Effekt-Sensoren entscheiden. MR-Sensoren sind monolithisch integrierte Widerstände, die meist mit einer CMOS-Schaltung (Complementary Metal Oxid Semiconductor) verbunden werden. Wenn sie einem magnetischen Feld ausgesetzt werden, verändert sich ihr elektrischer Widerstand entsprechend der Ausrichtung des Magnetfelds. Dieser Effekt lässt sich nutzen, um Veränderungen in einem angelegten Magnetfeld zu erfassen. Ein MR-Sensor kann als berührungsloser Schalter mit sehr geringem Stromverbrauch sowie hoher Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit arbeiten. Allerdings benötigen typische MR-Sensoren kontinuierlich eine geringe Menge Strom.

Hall-Effekt-Sensoren sind Messwandler auf Halbleiterbasis, die die Ausgangsspannung in Reaktion auf Änderungen im Magnetfeld verändern. Ein Hall-Sensorelement wird mit einer Komparatorschaltung kombiniert, um eine digitale Ein-/Aus-Funktion bereitzustellen, die der Änderung eines Magnetfelds entspricht – ganz ohne bewegliche Teile. Ebenso wie MR-Sensoren ziehen Hall-Sensoren kontinuierlich eine geringe Menge Strom.

Gerade in batteriebetriebenen Mess-Anwendungen mit geringer Leistungsaufnahme sind MR- und Hall-Effekt-Sensoren nicht die ideale Lösung, weil sie die hohen Anforderungen an Genauigkeit und vor allem Stromverbrauch nicht erfüllen.

Reed-Schalter-Technik

Als ausgereifte Technik wird der Reed-Schalter wegen seiner Einfachheit und zuverlässigen Leistung weiterhin gerne in solchen Anwendungen eingesetzt. Es handelt sich dabei um einen elektrischen Schalter, der durch ein angelegtes Magnetfeld betrieben wird. Der Schalter besteht aus zwei oder drei dünnen Kontaktzungen aus Metall mit legierten Enden, den sogenannten Reeds. Die Reeds stehen sich in geringem Abstand gegenüber und sind meist hermetisch abgedichtet in ein Glasrohr eingeschmolzen, das eine Schutzgasfüllung enthält. Ein Magnet oder ein Elektromagnet bewegt die Reeds und bewirkt damit das Schließen oder Öffnen der Kontakte. Abbildung 1 zeigt die verschiedenen Komponenten eines Reed-Schalters, Abbildung 2 die Positionierung des Reed-Schalters zur Strömungserfassung innerhalb eines Wasser- oder Gaszählers.

Für Mess-Anwendungen mit geringem Eigenverbrauch bietet die Reed-Schalter-Technik folgende fünf Vorteile: