什么是干簧管（一）
什么是干簧管
所谓的开关就是使电路开通或者使之断路，所以除了之前用过的机械式switch，继电器，电晶体等等，还有一种叫做干簧管，也称之为磁簧开关(Magnetic Reed Switch)。干簧管（磁簧开关）是一个通过所施加的磁场操作的电开关。它于1936年由贝尔电话实验室的沃尔特.埃尔伍德（Walter B. Ellwood）发明，他本人于1940年6月27日在美国申请专利，专利号为2264746。 基本型式是将两片磁簧片密封在玻璃管内，两片虽重叠，但中间间隔有一小空隙。当外来磁场时将使两片磁簧片接触，进而导通。 一旦磁体被拉到远离开关，磁簧开关将返回到其原来的位置。
干簧管(磁簧开关)原理
干簧管的工作原理非常简单，两片端点处重迭的可磁化的簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成的)密封于一玻璃管中，两簧片呈交迭状且间隔有一小段空隙(仅约几个微米)，这两片簧片上的触点上镀有层很硬的金属，通常都是铑和钌，这层硬金属大大提升了切换次数及产品寿命。玻璃管中装填有高纯度的惰性气体(如氮气)，部份干簧开关为了提升其高压性能，更会把内部做成真空状态。
干簧片的作用相当与一个磁通导体。在尚未操作时，两片簧片并未接触；在通过永久磁铁或电磁线圈产生的磁场时，外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性, 当磁力超过簧片本身的弹力时，这两片簧片会吸合导通电路；当磁场减弱或消失后,干簧片由于本身的弹性而释放，触面就会分开从而打开电路。
基本的全密封形态 Form A ( 常开 ) 磁簧开关的基本结构与组件
以上描述的是Form A (常开 (N.O.)或单刀单掷 (SPST) 干簧开关。 Form B 是代表一个常闭开关，Form C (单向双掷(SPDT))是代表一个开关带有一个共用簧片，一个常开片和一个常闭片(见下图)。
Form C (单刀双掷 (SPDT) 三个簧片的磁簧开关的基本结构。
可切换的簧片，在没有磁场时是与常闭片接触，当足够强度的磁场产生时,该簧片会移向常开片，而常开片与常闭片都是固定不动的。这两固定片与可摆动切换的簧片均为铁磁片，只是常闭的干簧片触点表面部份是由非磁性的金属熔焊于干簧片上的。置于磁场下时，两旁位于常开与常闭的固定片具相同极性，且和可摆动簧片极性相反，常闭端的非磁性金属会隔离磁通，因此当常开端与可摆动簧片之间的磁力够大时, 摆动簧片将与常开片接触闭合。
通常有两种方式可以令干簧管（磁簧开关）的干簧片吸合：
- 使用永久性磁铁
干簧开关在永久磁铁产生的磁场下之基本操作情况，两簧片呈相反极性
而在两簧片间产生足够的吸力而互相接触
- 使用外加线圈
将磁簧开关放置在线圈中心轴位置，磁场在这部份是最强的
两干簧片呈相反极性，在两簧片间产生足够的吸力而互相接触
如上图所示，当有一个永久 磁铁接近磁簧开关时，此两片簧片会被磁化成可相互吸引的不同极性，当磁场够大时，可让两簧片间产生足够的吸引力而互相接触。干簧片都是经过回火处理的，以 便消除剩磁，所以当磁场退去后，在干簧片上的磁场随即消失。如果有任何残留的磁力存在于干簧片上，干簧开关的特性就会改变，在制造过程中，适当的制程和退 火处理是非常重要的。
根据干簧管的特性，磁簧开关可做成非常小尺寸体积的切换组件，并且切换速度非常快速、且具有非常优异的信赖性。永久磁铁的方位和方向确定何时以及多少次开关打开和关闭。
干簧管（磁簧开关）分类
干簧管与一般之继电器最大不同之点如下：
- 电气电路与磁场回路使用同一媒体(簧片)。
- 由于开关与线圈互相分离，故可利用永久磁场加以驱动，仅要将接点部封入时，极为容易进行。
种类依不同的观点所分类如下：
按簧片开关以对大气性分类
- 封入型
- 开放型
按接点构造分类
- A型：属于经常开离型簧片开关。 在施加外部磁场时接点才闭合，而在平常时，保持开离状态。
- B型：属于经常闭合型簧片开关。 在施加外部磁场时接点才开离，而在平常时，保持闭合状态。
- C型：转接开关型。
按机能分类
- 非自行保持型：具有可依外部磁场之有无而起作用之特征(单稳定型)。
- 自行保持型：一但起作用以后，即使除掉外部磁场，仍可保持原来状态(双稳定型)。
按形状分类
- 大型：玻璃管长30～60mm，玻璃管径3.5～6mm。
- 中型：玻璃管长20～30mm，玻璃管径2.5～3.5mm。
- 小型：玻璃管长5～20mm，玻璃管径1.5～2.5mm。
另外，对于簧片之形状，接点部之构造等，常有不同的设计，但只要是使用簧片，均属于簧片开关之范围。
干簧管应用
干簧管在家电、汽车、通讯、工业、医疗、安防等领域得到了广泛的应用。除此之外，还可应用于其它在传感器及电子器件，如液位计、门磁、干簧继电器等。
我们在此简单介绍四类产品及行业应用，以便大家更深入地了解：干簧管可用于簧片继电器、油位传感器和接近传感器（磁性传感器）。
干簧继电器
干簧管可应用于干簧继电器。一个线圈内的一个或多个磁簧开关磁簧继电器。 干簧继电器工作电流时使用的是比较低的，并提供高运行速度，良好的性能，这是不可靠的切换由传统的接触，高可靠性和长寿命的非常小的电流。 在20世纪70年代和80年代，以百万计的干簧继电器，用于在电话交流 。 尤其是，它们被用来TXE在英国家庭的电话交流切换。 簧片触点周围的惰性气氛中确保氧化将不会影响的接触电阻。 有时使用水银湿簧继电器，尤其是在高速计数电路。
油位传感器
干簧管目前是各种车用油箱油位传感器的极好替代品，目前现有的技术中，油（液）位传感器共分两类：一类是用滑动电位器为基本检测元件，它是由浮子带动电位器，再用欧姆表检测其阻值，从而达到显示油位的目的，但当油垢覆盖电位器后，其阻值会发生变化，造成误差太大，甚至不能使用，此类油箱传感器成为寿命很短的易损件。
另一类是用电感线圈为基本检测元件。它是用浮子带动电感线圈，改变震当电路的震荡频率，再通过频率计检测其频率来测定油（液）位。但其结构复杂，调试麻烦，成本高，价格贵，不能被广泛使用。所以，利用干簧管寿命长、动作安全可靠、无火花等特性生产的液位传感器,是现用各种车用油箱油位传感器的极好替代品。
磁性传感器
干簧管除了应用于干簧继电器和传感器外，干簧管（磁簧开关）被广泛用于电路控制，尤其是在通信领域。磁簧开关磁铁驱动中常用的机械系统， 接近传感器 。 例子是门和窗传感器在防盗报警系统和防篡改方法。
笔记本电脑使用磁簧开关，把笔记本电脑的睡眠/休眠模式，当盖子被关闭。 自行车车轮和汽车齿轮的转速传感器使用磁簧开关，简单驱动每个车轮上的磁铁时通过传感器。 以前用于磁簧开关在计算机终端，其中每个键有一个磁铁，通过按压键致动的簧片开关的键盘;正在使用更便宜的开关。 电气和电子踏板键盘所使用的管风琴 ， 电子琴玩家经常使用磁簧开关，接触的玻璃外壳，保护其不受污垢，灰尘，和其他微粒。 它们也可能被用于控制潜水设备如手电筒或相机，它必须被密封，以保持加压水。
干簧管也能用于如电脑散热风扇和磁盘驱动器。 由于便宜的霍尔效应传感器面世，他们更换簧片开关，并给予较长的使用寿命。最近一个时期，固态霍尔效应传感器已取代磁簧开关。
干簧管在高危环境的应用
干簧管可以为高真空式或惰性气体填充式，干簧管将控制电路通断时触点产生的火花封闭在管身内，使其完全与爆炸性气体和煤尘隔绝，达到防止爆炸、提高安全系数的目的。
干簧管的玻璃管内装有两根强磁性簧片，将此置于管内一端使之以一定间隙彼此相对。玻璃管内封入惰性气体，同时触点部位镀铑或铱，以防止触点的活性化。干簧管利用线圈或永磁体，为簧片诱导出N极和S极，后因这种磁性的吸引力而开始吸合。
当解除磁场时，由于簧片所具有的弹性，触点即刻恢复原状并打开电路。隔爆型干簧管按钮和开关适用于含有爆炸性气体和煤尘的矿井，以及含有爆炸性气体的工厂、船舶等危险场所，用做本质安全型控制电路和非本质安全型控制电路的控制之用。
什么是干簧管（二）
如何制造干簧管（磁簧开关）
制造干簧管，高标准的清洁环境及高精密度是必不可少的，因此所有的制程均是在无尘室的环境下进行。同时，需要确保在密封过程中没有污染物进入玻璃管。簧片必须经过退火处理，退火的过程可移除掉金属上的磁滞、将会让簧片的磁场感性特性稳定、并且能避免不良品的发生。然后将簧片透过二氧化碳清洗的方式来充份清洗、强力将微小的二氧化碳晶体吹送到簧片金属、以去除附着在其上面的杂质微粒。此时、再以喷镀的方式精准镀上1微米厚度的铑或钌、其底层会为约0.2微米厚度的钨。
下一个步骤，组装玻璃管与镍铁合金的簧片。密封玻璃管之前，先将管内的空气完全排出、并填充入以氖气为主的惰性混合气体。运用此制程可大幅提高磁簧管的绝缘、耐压。密封后再经退火程序、移除玻璃结构中残余的应力。磁簧管外面的引线均为镀锡，可确保良好的焊接效果。此镀锡过程均以自动电镀设备、加上一层约8~12微米厚度、符合最新Rohs规定的纯锡。
在干簧管制造过程中，金属簧片被嵌入在玻璃管的末端。玻璃管末端受热与簧片融合.利用玻璃管对红外线吸收的原理，使用红外线加热设置对玻璃管末端进行密封。玻璃管和金属簧片的热膨胀系数必须接近才能防止玻璃管和金属密封时易破碎的问题，采用的玻璃管必须有一个很高的电抗值。而且，不能含有挥发性物质比如铅氧化物和氟化物，干簧管的引脚必须慎重处理以防止玻璃管破碎。
干簧管（磁簧开关）是如何建构的？
簧片触点
良好的电气连接是通过对两个簧片的接触部分进行镀一层很厚的非磁性贵金属来实现的，低电阻率的银比耐腐蚀的金更适合做为镀层材料.同样也有使用水银的湿簧管，湿簧管的触点必须成对安装使用。
- 两个簧导线制成镍/铁（镍铁）合金（52％的镍）。
- 受影响的，通过磁场的磁簧引线必须是铁磁性的。
- 三种最流行的材料性质，容易退火的铁磁性：铁，钴和镍。
- 两个簧片触点的尖端是镀或溅射铑，钌或铱。
玻璃密封性
- 用于玻璃管的外封装，其温度膨胀系数（TCE）完全匹配的NiFe合金。
- 在玻璃管的两端部被加热和玻璃熔化，形成气密密封涵盖两端。
- 在玻璃封接过程中玻璃腔通常是填充有惰性气体（通常为氮气）或腔体，可能会产生真空，抽真空。 该真空通常支持高电压开关 （超过1000伏特）。
干簧管工作特性
- 断开（PI,Pull In） 磁簧开关接触点接近
- 吸合（DO,Drop Out）是打开磁簧开关接触点
- 大多数公司测量安培匝（AT）的簧片开关，也有公司使用毫特斯拉（mT）作为磁测量单位。
滞后
- 滞后是另一种参数，特别是在测量液位的测量是有用的,以百分比或十进制的方式用于衡量开和闭的比率。
- 如果被测量的液体是在移动车辆的任何类型的或振动的环境中，滞后可发挥重要的作用，在一个成功的应用程序
- 一旦检测发生滞后将保持在该状态下，即使在相当大的动作的液面。
范例：上拉/下拉输出x 100％=％滞后
例如：12毫米/ 20毫米= 0.6×100％= 60％，迟滞
什么是干簧管（三）
干簧管(磁簧开关)电气参数
| 额定功率（瓦特） | 多达100 |
| 开关电压（伏特直流/交流） | 0到10,000 |
| 击穿电压（伏特直流） | 200到15000 |
| 开关电流（安培） | 0到3.0 |
| 通电电流（安培） | 0到15.0 |
| 接触电阻（毫欧） | <100 |
| 绝缘电阻（欧姆） | 10E15 |
| 工作时间（毫秒） | <1.0 |
| 释放时间（微秒） | <50 |
| 电容（皮法） | 0.2典型 |
干簧管寿命测试
干簧管(磁簧开关)DCR测试是什么？
- 动态接触电阻（DCR）测试将消除早期故障，提高在客户的设备和/或技术系统的长期可靠性。
- DCR测试是限定一个新的传感器或继电器，以确保涉及的所有工具都不会受到不利影响的脆弱簧开关的不错的方法。
是什么原因导致DCR中断？
- 压力过大的磁簧开关
- 一个小裂缝上的簧片开关的密封
- 一个破碎的磁簧开关
- 电镀或溅射剥离或剥落的接触面积
- 不正确的空气的混合物（水分）内的玻璃
- 颗粒接触簧片
DCR测量最大拉力
- 最大拉力作为过驱动电平的另一种方法。
- 在这里，如果最大拉规范DCR测量是3.75伏。
- 然而，在这种情况下，如果一些拉入的人口是在或接近3.2伏，这将表示只有一个过载小于15％
- 同样，这可能代表了不公平的测试方法，可能会拒绝完全好干簧继电器（在这种情况下，不公平，意味着扔掉非常好的产品）
DCR电压等级
- 测试工程师的喜欢选择一个给定的测试电压对于一个给定的规范做对DCR，因为它更容易。 但是，这样做可能会掩盖潜在的严重干簧管的问题
- 超速40％通常被认为是一个公平的超速，但在这种情况下，测试工程师必须添加额外的软件程序，首先测量拉，然后计算超速。 这是可以做到的代码行数，从而不占用太多的测试时间
- 大于40％的超速可能是一个更好的测试较大的磁簧开关
- 在这种情况下，测试敲定确切的DCR电压之前的部分人口可能是最好的方法
正常的干簧管DCR测试什么样子呢？
- 当磁簧开关被关闭，接触产生一个振动，也被称为磁簧开关振动 。 固有振动发生的触点闭合时产生一致的波图案。 正常的振动模式看起来类似于磁簧开关的大小取决于以下波。 较小的磁簧开关生产更小的正东，闭合时间缩短。
- 开关触点异常振动模式将表现出过度的动态噪音，通常需要更长的时间才能完全关闭。 干簧开关的密封是关键的设计元素，不仅保护了从恶劣环境中接触，但也保持触头到位，确保切换一致。
- DCR（动态接触电阻）测试是检测密封或接触损伤休克诱导应力的缺陷的最佳方法。
更改干簧管DCR连续操作
作为一个磁簧继电器，干簧管（磁簧开关）是怎样的？
- 放置一个线圈周围的磁簧开关，使电流通过的线圈相当于一个永久磁铁产生的磁场。
- 交换机周围放置一个同轴屏蔽，使高频信号被切换到20GHz。
- 因为干簧开关无易损件，触点可切换低电平信号。
- 干簧继电器被广泛用于整个测试测量领域。
- 测试系统，矩阵，RF，调制解调器，报警器，非常适合用于磁簧继电器：
1、高循环计数
2、高电压应用
3、低电流，低电压开关
作为一个干簧传感器，干簧管（磁簧开关）是怎样的？
- 使用磁簧开关， 干簧传感器可以感知各类机芯采用永久磁铁。
- 干簧开关在开启状态下汲取电流为零，这使他们在节能设备应用中成为理想的选择。
- 即使当空气、塑料和金属分离，磁体是可应用的
- 磁铁和磁簧开关一般分为物理外罩或其他障碍物隔开。
- 干簧传感器用于检测运动，计数，检测液面高度，液位测量，开关恶劣的环境下，植入设备等
干簧管的优点和缺点
簧片开关由两个或三个具有镀金，长寿命接触的弹性金属簧片的提示，并封装在一个密封的玻璃管。 两个簧型常开（NO）触点关闭操作时，三个簧片型的切换，也就是说，干簧管具有一对常开（NO）和常闭（NC）触点。 当开关被操作时，这两个对改变为相反的状态。 下图中所示的这两种类型。
双簧片和三簧片的干簧管（磁簧开关）
干簧管玻璃管中的两个由特殊材料制成的簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。
首先，远离磁铁相当短的一个距离很快下降。 事实上，上面的距离的两倍，只有四分之一的磁场强度。 这意味着，运作磁铁，必须通过非常接近（1cm或以下允许的小的间隙），以磁簧开关，其他的场强变得不充分。
其次，簧片开关只是一时的行动，只要磁场减弱，簧片的联系会恢复到原来的状态。 所以，如果你想要的簧片开关的触发电路继续保持打开（或关闭），将需要使用自锁继电器电路。
干簧管的优点
- 干簧管（磁簧开关）的优点是其体积小、重量轻，这使得它们易于安装和不显眼的。操作开关是非常小的，因而消除了繁琐的凸轮或曲柄，所以不会出现在所有金属降级有关的金属疲劳现象，确保实际上无极限的机械使用寿命。并且，能够安装在极度有限的空间，极适合用于微型化设备。 磁簧开关和合适的磁铁，是又便宜又容易获得。
- 磁簧开关的开关元器件被气密式密封于一惰性气体气氛中，永远不会与外界环境接触，这样就大大减少了接点在开、闭过程中由于接点火花而引起的接点氧化和碳化。并防止外界有机蒸气和灰尘等杂质对接点的侵蚀。工作寿命长。
- 簧片细而短，有较高的固有频率，提高了接点的通断速度，其开关速度要比一般的电磁继电器快5~10倍。
干簧管的缺点
应该指出，簧片开关有几个缺点 ，没有什么是完美的！
- 首先，触点和簧片是相当小而精致的，所以它们不会处理大的电压或电流导致的簧片引发切换。 大电流过热导致簧片失去弹性；即开关容量小，接点易产生抖动以及接点接触电阻大；抗突波能力低：交流电感性电路之应用上存在的断开逆向瞬间电流,极易对干簧管造成过载损坏。
- 干簧管提供开关典型的电压和电流额定值。 测量的额定功率，在功率（W），仅仅意味着乘以电流和电压，但切记不要超过额定电流的 - 例如，10V，1A = 10W，但也等于1V 10A 10W，但在这种情况下，电流会太高。如果您要切换大电流，仅仅操作的继电器线圈与磁簧开关的继电器电路才是必要使用的。
- 故障排查工序多。故障干簧管需要用专用仪器（如AT值测试器、绝缘耐压测试器、内阻测试器等）检测。
- 不适合误差范围小的产品设计中：AT值范围大，从成本角度考虑不能保证批量产品的AT值都相同，并且配套磁石也不尽相同。
- 干簧管加工损耗大。干簧管采玻璃封装，在运送和加工过程中容易受损，影响产品及寿命。由于磁簧开关是相当脆弱的，尤其是如果你是厚厚的引出线焊接到，很容易打破玻璃和密封件。如果你需要弯曲的引出线，确保您玻璃之间的密封和弯曲点，图2中所示的顶部用钳子夹住他们安全。
如何弯曲簧片开关的引线