ที่มา : วารสาร SEMICONDUCTER ฉบับที่ 35

หน้าแรก
แบบของหน้าสัมผัส
การทำงานของหรีดรีเลย์
หรีดรีเลย์แบบอื่น ๆ

หรีดรีเลย์ ( Reed Relay )

ผมจั่วหัวเรื่องไว้ว่า " หรีดรีเลย์ " ซึ่งก็เป็นของแน่ว่า จะต้องเป็นรีเลย์แบบหนึ่ง ที่อาจจะแตกต่างไป จากอาร์เมเจอร์รีเลย์ที่คุณได้พบเห็น หรือ ใช้กันอยู่บ่อยๆ . ผู้ที่เคยรู้เรื่องราวเกี่ยวกับอาร์เมเจอร์รีเลย์มาก่อนแล้ว คงไม่มีปัญหาอะไร. สำหรับผู้ที่ไม่เคยรู้เรื่องเกี่ยวกับรีเลย์มาก่อนเลยนั้น การศึกษาเรื่องพื้นฐานของรีเลย์เป็นสิ่งที่ จำเป็นอย่างยิ่ง

หรีดรีเลย์ ( Reed Relay ) เป็นรีเลย์ประเภทหนึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนที่เป็นโลหะที่มีความไวต่อสนามแม่เหล็ก เรียกว่า หรีด ( Reed ) โดยปกติหรีดจะมี 2 อัน หรีดทั้งสองจะอยู่ในหลอดแก้วซึ่งมีก๊าซเฉื่อยบรรจุอยู่ . หลอดแก้วที่บรรจุหรีด จะถูกนำไปใส่ไว้ในขดลวดอีกทีหนึ่ง เมื่อจ่ายกระแสผ่านขอลวดจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก มีผลทำให้หรีดในหลอดแก้วต่อกัน หรือ แยกออกจากกันได้.

ถ้ากล่าวคำว่า หรีดรีเลย์ ขึ้นมาเฉยๆ จะมีความหมายคลุมไปถึงรีเลย์ 3 ชนิด ด้วยกัน คือ

1. Dry Reed Relay
2. Ferreed Relay
3. Mercury - wetted contact relay

นอกจากหรีดรีเลย์ทั้ง 3 แบบที่กล่าวถึงแล้ว ยังมีรีเลย์อีกประเภทหนึ่ง คือ Resonant Reed Relay รีเลย์แบบนี้ แม้จะมีคำว่าหรีด ( reed ) อยู่ด้วยก็ตาม. จะไม่จัดให้อยู่รวมกับรีเลย์ทั้ง 3 แบบ รีเลย์ประเภทนี้เป็นรีเลย์ที่ ไวต่อความถี่.

บทความของผมในที่นี้จะไม่กล่าวถึงรายละเอียดของรีเลย์ทุกประเภท แต่จะกล่าวถึงเฉพาะเรื่องของ Dry Reed Relay ซึ่งมีการใช้งานกว้างขวาง และ มีบทความต่างๆ กล่าวถึงอยู่เสมอ.

ย้อนหลังไปเมื่อปี พ.ศ. 2479 ระยะนั้นบริษัท เบลลาบอราตอรีส์ ได้เริ่มศึกษาเกี่ยวกับ การปรับปรุงการทำงานของหน้าสัมผัส ( contact ) ของรีเลย์ เพื่อให้มีประสิทธิภาพในการทำงานสูง และ มีการทำงานรวดเร็วยิ่งขึ้น ผลที่ ตามมาจากการศึกษาดังกล่าว คือ การนำหลักการเบื้องต้นเกี่ยวกับแม่เหล็กมาใช้งาน อันเป็นที่มาของ หรีดรีเลย์.

จากรูปที่ 1 จะเห็นว่า หรีดรีเลย์ ประกอบด้วยหลอดแก้ว ลิ้นโลหะ หรือ หรีด และ ขดลวด เมื่อเอาหลอดแก้วบรรจุหรีด ไปสวมเข้ากับขดลวดก็จะกลายเป็นหรีดรีเลย์ขึ้นมา ปลายของหรีดทั้งสอง ที่อยู่นอกหลอดแก้ว เป็นส่วนที่ต่อออกไปใช้งาน.

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างของหรีดเลย์

หลอดแก้ว ใช้บรรจุหรีด ปลายทั้งสองข้างของหลอดแก้วเป็นตัวยึดหรีดไว้ อย่างมั่นคง ภายในหลอดแก้ว จะใส่ก๊าซเฉื่อยไว้ ใน 100 ส่วนของก๊าซเฉื่อยประกอบด้วยก๊าซไนโตรเจนประมาณ 97 ส่วนที่เหลืออีก 3 ส่วน เป็นก๊าซไฮโดรเจน. ผู้ผลิตรีเลย์หลายแห่ง อาจจะบรรจุส่วนผสมของก๊าซเฉื่อยไว้ด้วยก๊าซฮีเลี่ยมเป็นส่วนใหญ่. ก๊าซที่ใส่ไว้ในหลอดแก้วมีจุดมุ่งหมาย เพื่อควบคุมแรงดันเบรคดาวน์ ( breadown potential ) พร้อมกันนั้นอาร์กที่เกิดขึ้นจะถูกขจัดไป.

หรีด ( reed ) หรีดทำด้วยสารแม่เหล็กอย่างอ่อน โดยจะใช้โลหะผสมระหว่างเหล็กกับนิเกิล ปกติในหลอดแก้ว 1 หลอด จะมีหรีด อยู่ 2 อัน ( แต่ไม่เสมอไป ) เมื่อมีสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการจ่ายกระแสผ่านขดลวดที่อยู่รอบหลอดแก้ว มากระทำต่อหรีด หรีดทั้งสองก็จะกลายเป็นแม่เหล็ก ด้วยเหตุว่า หรีด มี 2 อัน ขั้วแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะต่างกัน หรีด จะดึงดูดเข้าหากัน หรีด ทำหน้าที่หลายๆ อย่างภายในตัวเอง คือ เป็น หน้าสัมผัส ( contact ) เป็นสปริง และ เป็น อาร์เมเจอร์แม่เหล็ก ( magnetic armature ) ตอนหลายของหรีดทั้งสองที่อยู่ภายในหลอดแก้ว และ ทำหน้าที่เป็นหน้าสัมผัสนั้นจะชุบไว้ด้วยโลหะประเภททอง เงิน หรือ โรเดียม . โลหะแต่ละชนิดที่ใช้ทำเป็นหน้าสัมผัสจะเหมาะสมกับโหลดขนาดต่างๆ กัน.

รูปที่ 2 ส่วนขยายของหรีด

เพื่อให้ท่านผู้อ่านมองเห็นส่วนที่เป็นหน้าสัมผัสได้ชัดขึ้น ขอให้ดูรูปที่ 2 ซึ่งเป็นส่วนของหรีด

a = ส่วนที่หรีดทั้งสองซ้อนกัน

b = ความกว้างของหรีด

h = ความหนาของหรีด

x = ระยะห่างระหว่างหรีด

Qg = เส้นแรงเม่เหล็กที่พื้น

แรงดึงดูดที่ทำให้หรีดที่ขนานกันดึงดูดเข้าหากันได้นั้น เป็นไปตามกฏแมกซ์เวล คือ

เมื่อ F = แรงดึงดูด

= ค่าคงที่

a , b และ เส้นผ่านศูนย์กลางg เป็นค่าที่กล่าวถึงแล้วในรูป

ขณะที่หรีดทั้งสองยังไม่ต่อกัน ถ้าเราจ่ายกระแสผ่านขดลวด. เมื่อถึงจุดที่มีเส้นแรงแม่เหล็กมากพอ พื้นที่ ส่วนที่เป็นหน้าสัมผัสของหรีดจะต่อกัน พอเราลดกระแสของขดลวดลง สนามแม่เหล็กก็จะลดลงด้วย ทำให้ แรงดึงดูดระหว่างหรีดลดลง เมื่อถึงจุดหนึ่งที่แรงดึงดูดไม่สามารถจะเอาชนะแรงสปริงของหรีดได้ หรีดก็จะแยกออกจากกันด้วยแรงสปริงภายในตัวเอง หน้าสัมผัสก็จะเปิด.

. การนำหรีดใส่ไว้ในหลอดแก้ว และ ยังมีก๊าซเฉื่อยบรรจุอยู่อีกทำให้หรีด กับอากาศภายนอก ถูกแยกจากกันโดยสิ้นเชิง. ดังนั้นสิ่งสกปรกต่างๆ จากภายนอกจึงไม่มี ผลกระทบกระเทือนต่อการทำงานของหรีดรีเลยเลย ซึ่งถ้าเป็นหรีดรีเลย์แบบอาร์เมเจอร์ แม้ว่าเวลาใช้งานจะมีฝาพลาสติกครอบอยู่ สิ่งสกปรกจำพวกฝุ่นละอองจากภายนอก ก็ยังมีโอกาสเข้าไปเกาะตามหน้าสัมผัสต่างๆ อันจะเกิดผลเสียต่อการใช้งานได้.

ระยะห่างระหว่างหรีด ทั้งสองซึ่งอยู่ในรูปที่ 2 กำหนดให้ เท่ากับ X นั้น จะเป็นฉนวนระหว่างหรีดทั้งสอง ได้อย่างดีในกรณีที่หรีดยังไม่ต่อกัน. ฉนวนนี้มีค่าถึงประมาณ 5 x 10⁵ เมกะโอห์ม ซึ่งนับว่ามีค่าสูงมาก. ขนากของหลอดแก้วที่บรรจุหรีดมีขนาดเล็กมากเมื่อใช้ร่วมกับขดลวดแก้ว ก็จะมีขนาดโตขึ้นอีกไม่มากนัก. ดังนั้น หรีด รีเลย์ จึงมีขนากเล็กมากเมื่อเทียบกับรีเลย์ แบบอื่น. อุปกรณ์ที่ออกแบบโดยใช้หรีดรีเลย์จำนวนมากๆ จึงมีขนากเล็กลง.

สำหรับขดลวดที่ใช้ร่วมกับหรีดนั้น ก็เป็นขดลวดอาบน้ำยาธรรมดานี่เอง พันไว้บนแกนที่ทำด้วยวัสดุประเภทพลาสติก เพื่อไม่ให้เกิดปฏิกิริยาต่อสนามแม่เหล็ก ที่แกนของขดลวดจะมีช่องไว้สำหรับใส่หลอดแก้วที่บรรจุหรีด ดังในรูปที่ 3.

รูปที่ 3 แสดงลักษณะของแกนขดลวด