Schaltzustand eines bipolaren Relais
Bipolare Relais werden durch einen schwachen Dauermagneten in ihrem letzten Schaltzustand gehalten. Der Kern (C) ist also durch den Dauermagneten in einer Richtung vormagnetisiert. Das heißt auch, dass er durch einen Strom in der Spule (L) in einer Richtung schneller in Sättigung getrieben wird als in die andere.
Die weitere Mechanik und der Kontaktsatz, die vom Anker (A) bewegt wird, ist in dem Bild nicht dargestellt.
Wenn der Kern in Sättigung ist, wirkt nur noch die Windungsinduktivität und nicht mehr die um µr größere Induktivität durch den Eisenkern (~Faktor 1000). Das geschieht natürlich nicht schlagartig aber doch ziemlich abrupt.
Das bedeutet, er kann in einer Richtung mehr zusätzliche Energie im Magnetfeld speichern als in die andere!
Wenn man nun einen geeigneten Impuls in die Spule gibt und die danach abgegebene Energie misst kann man unterscheiden, ob die Vormagnetisierung in die eine oder andere Richtung ging.
Der Impuls muss genug Energie liefern, um den Kern bei gleicher Vormagnetisierung in Sättigung zu treiben (sonst würden wir keinen Unterschied feststellen), die Energie darf aber auch nicht zu groß sein, da das Relais sonst umschalten würde.
Die nötige Energie muss je nach Relaistyp ermittelt werden.
Man kann nun die gespeicherte Energie des Impulses über eine Zenerdiode abbauen und die Zeit messen, bis die Spannung wieder unter eine bestimmte Schwelle sinkt. Diese Zeit ist ungefähr proportional zur Energie.
Ein geeigneter Spannungsteiler, der die Zenerspannung auf knapp unter VCC absenkt erlaubt es, einen beliebigen Port zu verwenden, so dass kein Analog-Eingang oder ADC nötig ist.
Hier ergibt sich dann ein deutlicher Unterschied, je nach Stellung des Relais.
Die erforderlichen Impuls- bzw. Messzeiten liegen dabei im Bereich von einigen 10 µs bis zu wenigen ms.