幹簧管繼電器

幹簧管又稱簧片開關或磁簧開關，它是由WesternElectric 公司在1940 年發明的一種氣密式密封的磁控機械開關，可以作為磁接近開關或者繼電器使用，比一般機械開關體積小、速度高、工作壽命長，與電子開關相比，它又有抗負載衝擊能力強的特點，工作可靠性很高。幹簧管的結構一般有兩種，具體如圖1 所示。幹簧管內部由一對由磁性材料製造的彈性磁簧組成，磁簧密封於充有惰性氣體的玻璃管中，磁簧端面互迭，但留有一條細間隙。磁簧端面觸點鍍有一層貴金屬銠或釕，使開關性能穩定並延長使用壽命。

在無磁場作用時，玻璃管中的兩個簧片是分開的。當有磁性物質靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下，管內的兩個簧片被磁化而互相吸引接觸，使兩個引腳所接的電路連通。外磁力消失後，兩個簧片由於本身的彈性而分開，線路也就斷開了。在實際運應用中，通常使用永久磁鐵控制這兩根金屬片的接通與否，所以又被稱為“磁控管”。

繼電器作為一種常用的控制組件，可以用較小的電流來控制較大的電流，用低電壓來控制高電壓，用直流電來控制交流電，並可實現控制電路與被控制電路的隔離，在自動控制、遙控、保護電路等方面得到廣泛的應用。傳統的電磁繼電器是利用輸入電路內電路在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器，這種繼電器體積大、動作慢、可靠性和壽命很有限。隨着電子電器向小型化、微型化方向發展，對繼電器提出了新的要求，幹簧繼電器作為一種新型繼電器，在很多方面可滿足這種發展的需要。

1、高可靠性

一般繼電器的故障率制定為50ppm，因此為滿足這個要求，幹簧開關的質量水平要比50ppm 的要求高得多。可到目前為止，尚未有任何一個機電器件能夠達到這樣的質量水平。

2、高安全性

幹簧管開關具有優良的絕緣性能。這種開關的絕緣電阻最高可達10¹⁵Ω，也就是其漏電流可以達到10^-15A 的水平。這樣特低的漏電水平在醫療電子設備中有着廣泛的應用，比如插入人體的探針或心臟起博器，因為這些設備要求不能有任何漏電流接近心臟，即使微安或亞微安的電流就能改變心臟關鍵部位的電學性能。

3、高適應性

幹簧傳感器是密封的，由於幹簧管的開關組件被氣密式密封於一惰性氣體中，因此它不會與外界環境接觸，所以幾乎能工作於任何環境而對濕度不敏感、不受外界空氣干擾等；同時幹簧管對環境温度沒有特殊的要求，具有很廣的温度適應能力：典型的工作温度範圍可以從-50℃到+150℃，且無需特別的附加條件、限制或費用。

4、超長壽命

因為幹簧管是無磨損組件，沒有采用滑動組件，所以不會出現金屬疲勞現象，確保實際上無極限的機械使用壽命。同時，由於其用惰性貴金屬銠做成的觸點，熔點高，能夠減少電弧發電對觸點表面的損耗，因此更能耐磨損，能維持更長的工作壽命。一般的幹簧管在低級負載（在10mA 時低於5V 及更低）下工作次數可達百萬次(OKI 系列幹簧管的壽命一般保證在1 億次以上)。這相當於半導體微細加工器件的數字。

5、結構緊湊、體積微小

幹簧管能夠安裝在有限的空間，很適用於微型化設備。目前幹簧管的最小尺寸已經達到Ф2.0×11.0mm。

6、優越的電性能

幹簧開關具有一系列優異的電性能，比如其觸頭在導通時有極低的導通電阻，典型值低到50mΩ；其直接開關信號範圍可以從幾納伏到上千伏，電流從飛安到安，頻率從直流到6GHz 等。

7、高速度操作

由於每一可動組件只具有非常小的重量，因此操作速度很高，使幹簧管成為能用於晶體管電路或集成電路的一種組件。

幹簧管繼電器目前已經被廣泛應用於自動控制系統的諸多領域，如機械、汽車、電子、電力、石油、化工、辦公自動化、通訊等工程中；特別在軍事領域，高壓幹簧繼電器是與國防現代化武器裝備配套的關鍵元器件。

我國目前儘管有生產幹簧管的廠家，但是密封幹簧管的玻璃一般採用的是DB－404 鉑組電真空玻璃，這種玻璃在應用上已不能滿足實際的需要。這一方面是由於該種玻璃組成中含有近30[%]的鉛，而含鉛玻璃在電子領域的應用已被歐盟RoSH 指令明確禁止；另一方面在於這種玻璃無法滿足紅外封接的性能要求。所以，目前我國幹簧管用電真空玻璃嚴重依賴於進口，然而，進口的玻璃材料由於其熱膨脹係數與國內的鐵鎳合金絲的膨脹係數不完全一致(如德國肖特公司的幹簧管玻璃的熱膨脹係數無一例外為8.7～8.9×10-7/℃)，經常導致產品的漏氣和破壞，嚴重阻礙了我國幹簧繼電器的發展。

因此，我國在幹簧繼電器的開發應用以及組成材料的研究方面相比國外還有較大的差距，而研究幹簧管所需的電真空玻璃成為其中的關鍵，最新文獻表明，中南大學材料科學與工程學院已經在幹簧管所用材料方面有了很大突破，目前所研製的材料已提交相關廠家進行產品試製。

幹簧繼電器由於其獨特的一系列優點使得其具有非常廣泛的用途，隨着微電子技術的不斷髮展，對幹簧繼電器的要求也越來越苛刻，不含鉛等有毒物質、超小型、高可靠性的繼電器將成為市場新寵。