Physik hinter Schalter beim Öffnen prellen?

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Ich war überrascht zu erfahren, dass ein mechanischer Schalter (SPST) beim Öffnen springt. Wodurch wird der Kontakt vorübergehend wieder berührt?

Tritt dieses Phänomen nur bei bestimmten Schaltertypen auf (z. B. bei Schiebeschaltern, aber nicht bei den meisten Drucktasten)?

Richard Hansen
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Hier ist ein Artikel von "The Ganssle Group" zum Debouncen von Schaltern , der von Interesse sein könnte.
JYelton

Antworten:

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Grundsätzlich ist keine Substanz vollkommen glatt oder unelastisch. Wenn zwei Objekte mit irgendeiner Kraft zusammenkommen, gibt es kinetische Energie, die bei Kontakt absterben muss. Es klingelt also ein wenig, und da die Oberfläche nicht glatt ist, wird der Kontakt ein wenig zufällig hergestellt / unterbrochen, bis er sich einstellt (z. B. ändert sich der Kontaktwiderstand auch bei einem Schiebeschalter bei Bewegung).

Es passiert mit allen Schaltern; Schieben, Druckknopf, Relais usw., obwohl Schieben oder benetzte Kontakte (zB Quecksilber) besser sind. Dies passiert auch beim Öffnen des Schalters, nicht nur beim Schließen. Einige sind besser als andere - Sie können einige schreckliche bekommen, die für Dutzende von ms hüpfen, und einige gute, die sich innerhalb von <5 ms niederlassen.

Um die Öffnung des Schalters zu vergrößern, öffnen sich die unregelmäßigen Oberflächen nicht perfekt senkrecht. Der dadurch entstehende, stark schwankende Widerstand ähnelt dem Aufprall beim Schließen. Wenn der Druck abgelassen wird, kann sich ein Teil des Kontakts lösen, aber ein anderer Teil kann kurzzeitig einen niedrigeren Widerstand als zuvor erzielen. Je unregelmäßiger die Oberfläche und je stärker die Winkelkraft zwischen den Kontakten ist, desto stärker ist dieser Effekt wahrscheinlich sein.

Obwohl es für unser Auge glatt aussieht, sieht die Kupferoberfläche unter dem Mikroskop etwas anders aus:

Kupferoberfläche

Oli Glaser
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Ich verstehe, warum es hüpft, wenn zwei Kontakte zusammenkommen. Ich interessiere mich dafür, warum es beim Auseinanderziehen von zwei Kontakten zu einem Sprung kommt.
Richard Hansen
Es geht hier eher um die Glätte des Kontakts als um das Abprallen, was zu einem unterschiedlichen Widerstand führt, wenn sich die Kontakte trennen. Grundsätzlich trennt sich nicht jeder Kontakt gleichzeitig (die Fahrtrichtung ist nicht perfekt senkrecht zum anderen Kontakt, sodass Sie die von Olin und David erwähnte Wischaktion erhalten)
Oli Glaser
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Denken Sie über das Gegenteil nach. Was wäre, wenn Sie einen Schalter entwerfen müssten, der beim Öffnen nicht abprallt? Wie würden Sie auf mikroskopischer Ebene sicherstellen, dass sich die beiden Leiter immer monoton und ohne Wischwirkung wegbewegen (Gleiten, was zu einem kurzzeitigen Öffnen und Schließen führen kann)? Man muss bedenken, dass auf dieser Ebene alles eine Feder ist, egal wie starr es auf einer makroskopischen Ebene erscheinen mag. Selbst wenn es irgendwie möglich wäre, keine Wischaktion zu haben, wenn sich die Kontakte trennen, wie können Sie dann sicherstellen, dass die Kontakte nicht schwingen, wenn sie sich entfernen? Sie müssen berücksichtigen, dass die Geschwindigkeit bei 0 beginnt, sodass selbst ein geringfügiges Spiel oder Nachschwingen aufgrund eines Bruchs der Haftreibung erheblich sein kann.

Denken Sie darüber nach und beschreiben Sie uns einen trockenen mechanischen Schalter, der nicht abprallt, wenn Sie tatsächlich denken, dass dies möglich ist.

Olin Lathrop
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Olin hat recht, aber ich möchte ein wenig hinzufügen. Mit "Wischwirkung" meint Olin, dass die beiden Kontakte gegeneinander gleiten. Ein Kontakt hebt nicht nur den anderen ab, sondern gleitet auch. Sie können dies sehen, indem Sie Ihre Ellbogen gegen Ihre Hüften legen und Ihre Hände in einer betenden Haltung zusammenpressen. Denken Sie an Ihre Hände, da die Kontakte und Ihre Arme Federn sind. Drücken Sie nun eine Hand fester gegen die andere, damit Ihre Hände nicht auf Ihrem Körper zentriert sind. Deine Hände werden rutschen. Jeder vernünftige Schalter hat immer eine gewisse Federkraft auf die Kontakte und somit etwas Gleiten und Prellen.
Was ist mit Relais? Lösen sich ihre Kontakte, ohne zu wischen?
dext0rb
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@ DavidKessner: Also, wenn Olin Recht hat, warum nicht +1? :)
Alle mechanischen Kontakte tun dies. einschließlich Relais.
Gbarry
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Ich habe den ersten Satz editiert, es besteht keine Notwendigkeit, ihn so zu schreiben, dass klar hervorgeht, dass Sie der Meinung sind, der Benutzer sei schuld, wenn er die Antwort nicht realisiert. Wenn Sie der Meinung sind, dass eine Frage nicht beantwortet wird, beleidigen Sie den Benutzer nicht. Andernfalls können Sie auf dieser Website nicht fortfahren.
Kortuk
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In den 1950er und frühen 1960er Jahren arbeitete ich als Elektroingenieur in einem Team, das Gleichstromversorgungen mit Hochstromregelung (> 100 Ampere) entwarf. Wir hatten Magnetverstärker zur Steuerung verwendet, aber dann tauchten sogenannte SCRs (Silicon Controlled Rectifiers, jetzt Thyristors) auf. Sie waren sehr anfällig für Überlastungen und brannten schneller durch als die verfügbaren Sicherungen. Ein Weg, sie zu schützen, war eine "Brechstange", dh ein Schalter, der die Sekundärwicklung des Transformators kurzschloss, sodass die Versorgung von den SCRs unterbrochen wurde , und Sicherungen in der Zuleitung würden durchbrennen - der schwere Transformator und seine Verkabelung könnten den Stoß sicher aufnehmen. Das Problem war, dass es eine Menge gefährlicher und erschreckend lauter gab, die funkelten, als der Schalter unweigerlich aufprallte. Die klugen Ingenieure im Forschungslabor haben ein "

Wie ich mich an einen Film über den Schalter mit hoher Geschwindigkeit erinnere, stieg ein oberer Kontakt auf einen unteren ab, und die Kombination wurde so gefedert, dass sie zusammen blieben, während sie sich zurückzogen und auf und ab schwangen. Als wir einen testeten, gab es zwar keine Funken vom Schalter, aber eine lose Verbindung zum Transformator löste sich mit einem allmächtigen Knall. (bevor sich die t-dotter und eye crosser beschweren, weiß ich, dass es "da war kein Funke" sein sollte, aber was ich schrieb, klingt eher nach Realität)

Harry Weston
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