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磁気センシング技術: リードスイッチとホール効果スイッチ

Magnetic Sensing Reed vs. Hall Effect

“「2つの磁気センシングソリューションには、特定のアプリケーション向けの重要な機能があります」”

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イントロダクション
2つの磁気センシングソリューション: 1つの重要な違い
電力効率化に伴う磁気センシング技術へのシフト
両方のセンシングテクノロジーが特定の用途に対応
終わりに
追加リソース

イントロダクション

リードスイッチの需要は、新しい電力使用基準により、近年大幅に増加しています。リード技術は、磁界のない状態では電力を使用しないため、ホールセンサーに代わる適切な磁気センシングになります。特に、低消費電力が重要な用途で使われます。

磁石の磁極が平行に配置されるとき、リードスイッチの中央のOn領域がアクティブになります。磁石の磁極をリードスイッチと平行のまま垂直に動かすと、単一の開閉が得られます。

2つの磁気センシングソリューション: 1つの重要な違い

リード技術とホール効果技術は、異なる設計概念をもっています。どちらのスイッチタイプも、外部磁界によって動作します。ただし、ホール効果では磁界のない状態であっても出力信号を生成するために電気回路が必要です。一方、リードスイッチは電力を消費せず、磁界の存在下でのみ動作します。したがって、2つの磁気センシング技術の重要な違いの1つは、電力効率です。

ホールセンサーには、導体を通して電流が流れます。電流の方向に垂直に磁界が加わると、電流と磁界のそれぞれに垂直な方向に電位差が現れます。この電位差はホール効果によるものです。この電位差はホール効果によるものです。

電力効率化に伴う磁気センシング技術へのシフト

「ドイツのエネルギーの転換とエネルギー効率を優先する必要性を考慮して、リードスイッチセンサーの需要は大幅に増加しています」と、EMEAの磁気センサープロダクトマネージャーであるReizner氏は述べています。.

Reizner氏は、この状況がすぐに終わるとは考えていません。「ますます多くのセンサーメーカーが、消費電力を削減するためにリード技術を選択しています。」家電製品や電池式機器は、リードスイッチ技術への大幅なシフトを行っています。言い換えれば、リードスイッチは急速に低電力設計に最適な新しい磁気センシング技術になりつつあります。

両方のセンシングテクノロジーが特定の用途に対応

現実は次のとおりです。「どちらのセンシング技術にも独自の用途があります」とReizner氏は付け加えます。彼は、ホールセンサーは1kHzを超える高速検出に適している、と考えています。これはリードスイッチの物理的な動作限界に相当します。逆にReizner氏は、流量計などのような1kHz未満のスイッチングにはリードスイッチを推奨しています。

水流の検出を改善するヒステリシス

ヒステリシスは、リード技術に特有なスイッチの開閉点の違いを意味します。特定のアプリケーションでスイッチのヒステリシスを定義すると、リードスイッチは、ホールセンサーに勝るもう1つの利点が明らかになります。以下の例は、水流量計でヒステリシスがどのように使用されるかを説明しています。

  •  例:リードスイッチの接点が、磁石から5mmの点で閉じるとします。そして、接点は7mmの点で開きます。その場合、スイッチのヒステリシスは2mmになります。つまり、5 mm / 7 mm = 0.71 x 100 = 71%が意味するのは、スイッチの接点は開く点の71%の距離で閉じるということです。

ヒステリシスの例は、スイッチの接点が5mmの点で閉じ、7mmの点で開くことを示しています。2mmはヒステリシスとして定義される差です。

水流におけるスイッチヒステリシスの使用

パドルホイール付きの水流量計は、特定のヒステリシス値を設定できる一例です。ランダムな水の波や振動により、パドルホイールがわずかに動く可能性があります。その結果、パドルの動きによってセンサーがアクティブになります。これにより、誤った水流検出を引き起こします。スイッチのヒステリシスを定義すると、設定された速度以上の水流にのみ、センサーをアクティブにできます。結論として、リードスイッチのヒステリシスのみが、間違った水流の読み取りを予防できます。逆に言うとホールセンサーは、水の動きに忠実に応じた動作、不動作をします。

磁石付きのパドルがスイッチのヒステリシスを超えて回転すると、リードセンサーが水の流れを検出します。

世界最小のリードスイッチ

リードセンサーは、ホールセンサーと比較して製造面でコスト効果のある単純な機械素子で構成されています。ホールセンサーは作るのがはるかに難しいです。追加の外部スイッチと増幅回路が必要です。また、温度安定性、短絡保護、電力消費などもあります。

ただし、サイズが小さいという点では、ホールセンサーがリードセンサーよりも優れています。しかしながら、Standex Electronicsは現在、長さが4mm弱の世界最小のリードスイッチを製造しています。その結果、コンパクトなリードスイッチの設計は、小型なホールセンサーと競合するようになりました。

過酷な環境で発揮される磁気センサーの信頼性

リードスイッチ技術は、過酷な環境でも確実に機能します。 気密封止されたガラス管は、リードスイッチを環境から保護しています。つまり、センサーの動作は、ほこり、油、水、化学薬品、腐食などの影響を受けません。さらに、リードスイッチは-65°Cから+ 150°Cの極端な高温または低温で確実に動作します。これに対して、ホールセンサーの動作温度範囲は-55℃から+125℃と狭くなります。

磁気絶縁

リードスイッチは、静電気放電(ESD)に対する保護が不要です。したがって、リードスイッチは近くのシステム電子機器に磁気的に干渉しません。逆に、ホールセンサーは、一定の電源を使用して出力信号を放出するため、磁気絶縁が必要です。さらに、漏れ電流を防ぐために特別なESD保護が必要です。

接触抵抗

決定的な違いとして、リードスイッチの絶縁抵抗は1015Ωにも達し、ホールセンサーよりもはるかに高くなっています。このため、リードスイッチの漏れ電流は、fAレベルまで低減されています。サブμAレベルの漏れ電流であれば非常に小さいと言えますが、医療機器には適用されません。要約すると、シンプルな構成のリードスイッチは、小さな電圧を測定でき、50mΩという非常に低い接触抵抗で動作できます。ホールセンサーが達成できないほど低い値です。

さらに、リードスイッチはその設計によって広い定格範囲を持ちます。開閉可能な負荷は、電圧がnV~kV、電流がfA~Aの範囲にわたり、また最大10GHzの伝送も可能です。最小のリードスイッチでさえ、ESDに対する保護構造なしで最大1kVを絶縁します。

終わりに

要約すると、両方のスイッチタイプには、センシングアプリケーションに応じて独自の特定の用途があります。リードスイッチは、サイズ、感度、ヒステリシスが多様です。すべて、特定のアプリケーションに合わせて変更できます。ホールセンサーは弱点を克服するようにプログラムできますが、リードスイッチはより用途が広くエネルギー効率が高いです。

ホールセンサーは、1kHzを超える高速スイッチングでうまく機能します。 さらに、スイッチのヒステリシスがないため、高い信号再現性が得られます。とはいえ、ホールセンサーはその寿命の中で5億回動作します。ただし、リードスイッチは5Vの負荷で数十億回の開閉ができます。

Standex Electronicsは、磁気センシングの専門家です。複雑なセンシングのニーズを満たすカスタムデザインを専門としています。 特定のニーズに最適なセンサーを提供するために、今すぐエンジニアにお問い合わせください

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