前言举例来说电灯有导通(ON)跟断路(OFF)。开关讯号就是将ON、OFF改为1、0的格式,排列成时间上有意义的串列(类似于摩斯密码)传到外部装置,并藉由传送此数位通讯而达到系统控制。内容...
流量计所提供的脉冲输出类型包含磁簧开关、电晶体(NPN 与 PNP接面)、逻辑设备、Namur 传感器(电流脉冲)和电磁线圈,而本篇将会介绍几种常见的开关通讯。
磁簧开关结构是将两个磁簧片密封于玻璃管中,触点端会镀上耐磨、较硬的金属(通常为铑和钌)来增加使用寿命。为了使金属磁簧片不易氧化,通常会在玻璃管中填充惰性气体,更有甚者,会将玻璃管内的气体抽光呈现真空状态,使其效能更加提升。
磁簧开关的原理非常简单,最基本最常见的磁簧开关如上图所示,当有磁场靠近两磁簧片,磁吸力大于磁簧片本身的弹性,两磁簧片就会吸住以导通电路。但由于磁簧开关小巧精緻,越细小电阻越大,无法跑太大的电流,因而在电流使用上较有其先天上的限制。此外,基于工业製造的误差,磁簧开关通常只用于传送基本状态的讯息,如 LORRIC 的感应式面积式流量计,其数位极限讯号的讯号输出就是基于此原理来运作;另外,门窗的防盗系统是生活中最常见的磁簧开关运用之一,住户将门窗关上后,防盗系统即启动。
电磁继电器是一种利用小电流去控制大电流的一种自动开关。其原理与磁簧开关极为相似,不同于磁簧开关之处,在于其将永久电磁改为电磁铁。当将电磁铁通电后,线圈中的铁芯会产生电磁力,电磁力移动了公共触点而导通其装置。
另外,若要导大电流或完全绝缘可使用电磁继电器。因直接的操作高电流运作的电子设备将产生一定的危险性,故以电磁继电器间接操作,以确保安全。
电晶体又称「无触点开关」。一般来说,有触点的开关其触点会因长期切换电路而产生磨耗或其他问题,电晶体的发明解决了有触点开关的缺陷。半导体的传导能力介于导体跟绝缘体之间,并可透过其他电讯号来做改变,而电晶体就是利用半导体材料本身可以从绝缘体变成导体的特性,再透过外部其他电学讯号来控制导通(ON)与不导通(OFF),排列成时间上有意义的串列,传送到外部装置。
电晶体无以磁铁与簧片所组成的机械结构,故讯号传送速度较快。此外,电晶体也可传送较多讯号,不局限于状态。LORRIC 的专利AxleSense蹼轮式流量计所配备的有线通讯方之一的 OCT 就是以上述原理来运作,而 LORRIC 的产品也有做进一步的光耦保护,在光耦的保护下,当开关线路因外部因素损坏时,装置的其它功能可不受其影响持续正常运作。
逻辑输出已经不是开关讯号,而是单纯的逻辑讯号,一般是在两个预定电压位准之间切换,两个电压各自被定义为逻辑 0 和逻辑 1,当输出电压低于设定值,就会传出「0」的讯号,反之,当输出电压高于设定值,就会传出「1」的讯号。
最常见的逻辑输出介面定义是 TTL 和 CMOS。 TTL定义逻辑0(输出低于0.4V)和逻辑1(高于2.4V),通常 0 为几毫伏,而 1 则接近 5伏特。 CMOS 相对于内部电源电压(通常为 3.3V 或 5V)定义为在低于 33% 的电源电压时为 0,在高于 66% 时为 1。故电源电压低于 33% 时会传出讯号「0」,反之,当电源电压高于 66% 时会传出讯号「1」。