Commutateur à lames souples

Présentation des contacts reed

Un contact Reed contient deux petites lames ferromagnétiques insérées dans chaque extrémité d'une capsule de verre. La capsule en verre est scellée hermétiquement lors de la fabrication de ces contacts, dont la longueur varie entre 600 microns et 5 cm.

Lorsqu'elles sont placées dans un champ magnétique, les lames ferromagnétiques subissent un mouvement induit tendant à les rapprocher l’une de l’autre jusqu'à ce qu’elles se rejoignent et établissement le contact franc entre elles. Ainsi un circuit précédemment ouvert peut être maintenant fermé: l'action de commutation est ainsi réalisée. Une fois le champ magnétique supprimé, les lames  se séparent de nouveau, ré-ouvrant le circuit.

Il existe principalement deux types de contacts Reed, l'un contenant deux lames ferromagnétiques normalement ouvertes (« NO ») en l'absence de champ magnétique, comme décrit ci-dessus, et l'autre contenant trois lames. Dans ce dernier, une lame pénètre dans la capsule de verre à une extrémité et deux à l'autre extrémité, ce qui crée deux possibilités de contact. En l'absence de champ magnétique, la lame unique placée au milieu des deux autres touche l’une d’elles formant un contact « normalement fermé » et passe ainsi au contact « normalement ouvert » lorsque le champ est présent. L'action inverse se produit lorsque le champ est supprimé.

Une couche de métal précieux d’une épaisseur de l’ordre du micro est déposée par pulvérisation sur les contacts des lames afin de garantir un contact électrique optimal, l'argent étant le métal de choix grâce à sa faible résistance. Toutefois, certains contacts Reed utilisent du mercure. Les contacts étant « mouillés » par le mercure, ces contacts doivent être maintenus dans une orientation spécifique afin d'éviter que le métal liquide ne coule et ne relie les lames en dehors des périodes d'utilisation.

         

Historique

L'idée du contact Reed a germé dans l'esprit du professeur V. Kovalenkov en Russie, en 1922, pendant qu'il travaillait à l'Université Électrotechnique de Leningrad en tant que maître de conférences spécialisé dans l’étude des champs magnétiques. Mais ce n'est qu’en 1936 que l'entreprise américaine Bell Telephone Laboratories a entamé des recherches et des essais sur les contacts Reed. Quatre ans plus tard, en 1940, la fabrication des contacts Reed a commencé.

Dès les années 1950, les contacts Reed étaient utilisés pour la fabrication de centraux quasi-électroniques avec un canal vocal (aujourd'hui, on les appelle simplement centraux téléphoniques). En 1963, Bell a construit le premier central téléphonique intercité quasi-électronique au monde. Un canal vocal d'une telle dimension nécessitait pas moins de 690 000 contacts Reed. Rien qu‘aux États-Unis, un millier de ces centraux étaient déjà en fonctionnement en 1977. À cette date, la demande pour les contacts Reed avait explosé et la Hamlin Company a elle seule en a fabriqué 25 millions.

Ces composants sont aujourd'hui largement utilisés dans un grand nombre d'équipements de communication, également en tant que capteurs de proximité dans des systèmes d’alarme pour la détection de l’ouverture des portes et fenêtres (pour ne citer que deux exemples parmi les nombreuses applications existantes).

 

Aspects techniques

En raison d'une vaste demande internationale, les contacts Reed doivent être produits en masse mais nécessitent une technologie sophistiquée pour les fabriquer de manière précise et fiable. Un environnement extrêmement propre et exempt d'impuretés même microscopiques est exigé, sans quoi des impuretés seraient piégées dans les capsules de verre pouvant causer des défauts de fonctionnement.

Les broches reliées aux lames ferromagnétiques sont fabriquées dans un alliage de nickel-fer contenant 52 % de nickel. Les lames sont recouvertes par pulvérisation d'une couche d'iridium, de rhodium ou de ruthénium recouvrant une sous-couche de tungstène, de cuivre ou d'or.

La capsule de verre, dont le coefficient de dilatation thermique est identique à celui de l'alliage nickel-fer, est scellée autour des lames à chaque extrémité en chauffant ces dernières jusqu'à la fermeture de la capsule à l’aide d’un rayon laser infrarouge focalisé. Pendant l'opération, la cavité de verre est remplie d'un gaz inerte tel que l'azote.

Le point où les lames du contact Reed se ferment est nommé « Pull In » (ou PI), tandis que le point d'ouverture est nommé « Drop out » (ou DO). La sensibilité du contact fait référence à l'intensité du champ magnétique nécessaire à la création du PI, et la plupart des contacts Reed ont des sensibilités de PI entre 10 et 60 ampères-tours, ou AT (cette valeur est simplement obtenue en multipliant le courant dans la bobine par le nombre de tours). Les petits contacts sont généralement beaucoup plus sensibles aux champs magnétiques que leurs homologues de taille plus grande.

 

Domaines d'utilisation des contacts Reed dans la production

Les contacts Reed sont encore largement utilisés pour commander des circuits électriques dans l'industrie des communications. Ils sont aussi déployés de manière universelle dans les systèmes d'alarme en tant que capteurs de proximité, en étant généralement placés sur les fenêtres et les portes.

Ils sont aussi rencontrés sur les ordinateurs portables dans les dispositifs permettant d'activer le mode d'hibernation, et ont été largement déployés sur les claviers d'ordinateurs (dans de tels systèmes, chaque touche est équipée d'un aimant servant à activer le contact dès la pression sur la touche associée). Cette dernière application a toutefois largement cédé la place à des alternatives moins coûteuses.

Dans les voitures et les vélos, des aimants installés sur les roues activent des contacts Reed à chaque fois qu'ils passent devant un capteur associét, ce qui permet à ce dernier de servir de capteur de vitesse.

Nous retrouvons également des contacts Reed dans les appareils pour environnements aquatiques sous pression élevée tels que les caméras et les lampes de plongée.

 

Différence entre le contact Reed et les autres commutateurs

À la différence des autres contacts électriques, le contact Reed est spécifiquement conçu pour répondre de manière sensible à la présence ou à l'absence d'un champ magnétique. Cette caractéristique l'a conduit à être utilisé dans un grand nombre d'applications.