Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ГЕРКОНОВЫЙ ДАТЧИК И ЕГО УСТРОЙСТВО

ГЕРКОНОВЫЙ ДАТЧИК И ЕГО УСТРОЙСТВО

Герконовый датчик

Принцип работы герконового датчика основан на изменении положения (замыкания-размыкания) контактных пластин при воздействии на них магнитного поля.

  1. геркон;
  2. магнит,

помещенные каждый в отдельный корпус (на рисунке условно не показаны – для наглядности).

  • защита от неблагоприятных внешних условий, что препятствует окислению и загрязнению рабочих поверхностей;
  • отсутствие механического привода;
  • отсутствие искрообразования при переключении.

Управление герконом, как уже говорилось, происходит магнитным полем (приближением или удалением второго компонента датчика – магнита).

Таким образом, очевидно, что герконовый датчик способен работать в условиях любых сред. За счет отсутствия открытого искрообразования его можно использовать во взрывоопасных зонах.

К недостаткам можно отнести то, что, в большинстве своем герконы не рассчитаны на коммутацию больших токов и напряжений. Но при применении в системах автоматики и управления это не критично. При необходимости можно использовать промежуточные реле и коммутаторы.

Еще одним минусом является небольшой рабочий зазор – расстояние между герконом и магнитов, вызывающее срабатывание датчика (как правило, не более 1-3 см.). Это определяет область применения такого устройства как датчика положения (основные решения рассмотрим ниже).

Герконовый датчик – принцип работы

Еще следует иметь ввиду, что магнитоуправляемые контакты обладают гистерезисом, то есть их возврат в исходное положение, например, размыкание, происходит при удалении магнита на бо́льшее расстояние, чем это требуется для замыкания (рис.2).

  • величины коммутируемых токов и напряжений;
  • расстояния включения и выключения (два значения!).

Для уменьшения сопротивления контактов могут использоваться различные технологии, но в контексте данной статьи это не принципиально.

ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ГЕРКОНОВЫХ ДАТЧИКОВ

Рассматриваемые устройства широко применяются в системах охранной сигнализации для контроля открытия окон, дверей, люков.

Перечисленные выше особенности определяют правила их установки. При монтаже на металлических конструкциях следует учитывать ослабление воздействия магнита, входящего в комплект поставки. Для предотвращения таких моментов используют специальные исполнения датчиков.

С деревянными и пластиковыми дверями таких проблем не возникает, поэтому на первый план выходят вопросы миниатюризации и дизайна.

В приведенном примере рабочий зазор будет составлять порядка 15 мм. Но это по максимуму. Следует делать запас на внешние условия и то, что со временем поле магнита может ослабнуть.

Таким образом, при применение миниатюрных исполнений установку следует производить аккуратно и точно. Кроме того, качество дверей должно быть таким, чтобы исключить возможные люфты и перекосы в процессе эксплуатации.

Поскольку герконовые датчики открытия, а правильней – открывания, дверей применяются практически в любой системе сигнализации, исполнения их предусматривают множество вариантов установки, в том числе и скрытой.

Кстати, в системах сигнализации для них применяется другое название – магнитоконтактные извещатели.

Еще одна область применения магнитоуправляемых устройств – датчики уровня воды и других жидкостей. Конструкция их должна быть поплавковой. В поплавке устанавливается магнит, а на отметке требуемого уровня – геркон.

  • геометрическими размерами корпуса;
  • предотвращением одновременного срабатывания двух и более герконов.

Следует отметить удобство использования описываемых возможностей для определения положения автоматически открываемых (закрываемых) конструкций: ворот, шлюзов, шлагбаумов и пр. На таком принципе действуют некоторые концевые выключатели.

Подключение герконового датчика доступно даже начинающему: два вывода включаются в электрическую цепь устройства контроля и управления. Единственно что следует учесть – по какому событию будет формироваться управляющая команда: замыканию или размыканию контактов.

Простота, надежность и неприхотливость в обслуживании определяют широкое распространение магнитоконтактных датчиков, причем, здесь перечислены лишь наиболее популярные области применения. На практике их значительно больше.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Геркон

Файл:Reed switch.ogv

Воспроизвести медиафайл

Герко́н (акроним от «герметизированный контакт») — электромеханическое коммутационное устройство измерения, изменяющее состояние подключённой электрической цепи при воздействии магнитного поля магнита от постоянного магнита или внешнего электромагнита, например, соленоида.

Конструктивно в герконе имеются упругие ферромагнитные контакты, впаянные в герметичную стеклянную колбу. Эти контакты совмещают функции токопровода, магнитопровода и пружины [1] [2] .

При достижении внешним магнитным полем определённого порогового значения, упругие контакты геркона «слипаются», замыкая электрическую цепь. При снятии внешнего поля за счет упругости контактов происходит размыкание цепи.

Существуют герконы с «перекидным» контактом. В этих устройствах в отсутствии магнитного поля подвижный элемент контактирует с неферромагнитным контактом, при превышении магнитного поля свыше порогового происходит переключение — замыкание с ферромагнитным контактом.

Герконы используются как датчики положения, концевые выключатели и т. д. Контакты в герконе изолированы от вредного влияния внешней среды обычно стеклянным герметизированным корпусом, поэтому пригоден для использования в условиях повышенной запылённости, влажности, в агрессивных средах.

Геркон и конструктивно объединённый с ним электромагнит принято называть герконовое реле.

Содержание

Конструкция [ править | править код ]

Герконы различаются по контактной группе:

  • с нормально разомкнутым контактом (замыкает электрическую цепь в присутствии магнитного поля);
  • с нормально замкнутым контактом (разрывает электрическую цепь в присутствии магнитного поля);
  • с переключающимся контактом (при отсутствии магнитного поля замкнута одна пара выводов, при наличии — другая).
Читайте так же:
Чем лучше обезжирить металл перед покраской

По конструктивным особенностям выделяют [3] :

  • «сухие» герконы (колба заполнена осушенным воздухом или специальным газом);
  • ртутные, или «смоченные» герконы (контактирующие поверхности смочены каплей ртути для уменьшения электрического сопротивления контакта и предотвращения дребезга).

Обычно колба геркона содержит азот или аналогичный инертный газ. Для увеличения допустимого коммутируемого напряжения некоторые типы герконов вакуумируются. В качестве материала для контактных пластин обычно используются сталь и никель с напылением из более стойкого металла (родий, рутений) в местах контакта. Критическим показателем качества и надёжности геркона является герметичность в месте соприкосновения стекла корпуса и металла проводников [4] .

Параметры [ править | править код ]

  • Магнитодвижущая сила срабатывания — значение напряжённости магнитного поля, при котором происходит замыкание контактов геркона.
  • Магнитодвижущая сила отпускания — значение напряжённости магнитного поля, при котором происходит размыкание контактов геркона.
  • Сопротивление изоляции — электрическое сопротивление зазора между сердечниками (в разомкнутом состоянии).
  • Сопротивление контактного перехода — электрическое сопротивление контактной области, которая образуется при замыкании сердечников.
  • Пробивное напряжение — напряжение, при котором происходит пробой геркона.
  • Время срабатывания — время между моментом приложения управляющего магнитного поля и моментом первого физического замыкания электрической цепи герконом.
  • Время отпускания — время между моментом снятия приложенного к геркону магнитного поля, и моментом последнего физического размыкания электрической цепи герконом.
  • Ёмкость — электрическая ёмкость между выводами геркона в разомкнутом состоянии.
  • Максимальное число срабатываний — число срабатываний, при котором все основные параметры геркона остаются в допустимых пределах.
  • Максимальная мощность — максимальная мощность, коммутируемая герконом.
  • Коммутируемое напряжение.
  • Коммутируемый ток.

Преимущества [ править | править код ]

    герконов, обусловленная отсутствием трения между деталями (более 10 12 коммутационных циклов, в среднем — 10 10 срабатываний) [4] . Если контакты геркона находятся в вакууме или инертном газе, они слабо обгорают при возникновении искры в момент коммутации.
  • Не нужно электрическое питание, в отличие от датчика Холла.
  • Меньший размер по сравнению с классическим реле, рассчитанным на такой же ток.
  • Способность коммутировать сигналы очень малой мощности (порядка нВ или фА) без значительного повышения цены конечного изделия [4] .
  • Отсутствие вносимого шума и искажения сигнала [4] .
  • Высокое быстродействие по сравнению с электромеханическими реле [4] .
  • Высокое сопротивление изоляции между контактами (до 10 15 Ом) [4] .
  • Удобство применения: изоляция контактов от внешней среды (нет необходимости беспокоиться об их чистоте), гальваническая развязка управляющих и коммутируемых цепей («сухой контакт»), отсутствие механической привязки к воздействующему элементу (постоянному магниту) [2] .

Недостатки [ править | править код ]

    из-за их высокой упругости (для компенсации дребезга применяются контакты, смоченные ртутью, либо в схему включаются демпфирующие фильтры) [2] .
  • Больший вес по сравнению с открытыми контактами.
  • Восприимчивость к внешним магнитным полям (для защиты применяются магнитные экраны) [1][5] . . Герконы нельзя использовать в условиях сильных вибраций и ударных нагрузок.
  • Ограниченная скорость срабатывания.
  • Возможность самопроизвольного размыкания контактов геркона при больших токах[4][5] .

В результате износа нормально разомкнутые контакты геркона могут «залипать» (не размыкаться при выводе из магнитного поля). Существуют две основные причины такого явления [3] :

    , когда после многократных срабатываний происходит притирание контактирующих поверхностей и удержание их в замкнутом положении под действием молекулярных сил;
  • механическое защемление контактов из-за их электрической эрозии на постоянном токе, когда на одном из них образуется острый выступ, а на другом — кратер.

Применение [ править | править код ]

  • Клавиатуры промышленных приборов и синтезаторов, до середины 1990-х годов — в клавиатурах компьютеров.
  • Системы автоматики и безопасности (например, датчики открытия двери, позиционирования кабины лифта, верхней крышки ноутбука).
  • Подводное оборудование (фонари для дайвинга и подводной охоты) [2] .
  • Тестовое и измерительное оборудование (например, в схемах электрических счётчиков[2] и велокомпьютеров).
  • Медицинская и телекоммуникационная аппаратура [4] .

Для коммутации силовых электрических цепей предназначен герсикон (герметичный силовой контакт) — герконовое реле с увеличенным коммутационным током и дополнительными дугогасительными контактами. Герсиконы используют в цепях как переменного, так и постоянного тока для управления элементами сильноточной промышленной автоматики и электродвигателями с мощностью до 3 кВт. Выпускаются герсиконы на ток до 180 А с быстродействием до 1200 включений в час [1] [6] .

Гезакон (герметизированный запоминающий контакт) — герконовое реле, обладающее свойством памяти. Отличительной особенностью гезакона является возможность сохранения состояния (вкл/выкл) после снятия управляющего магнитного поля. Это происходит за счёт того, что подвижная часть пружины-контакта изготовлена из магнитного материала с прямоугольной петлёй гистерезиса, обладающего достаточной намагниченностью для удержания контакта в замкнутом состоянии. Для возврата гезакона в исходное состояние необходимо подать в его катушку размагничивающий импульс тока обратной полярности [1] .

Читайте так же:
Электроды для наплавки чугуна

Особая область применения герконов — устройства для передачи дискретных сигналов управления и защиты от перегрузок по току высоковольтных электро- и радиотехнических установок, таких как мощные лазеры, радары, радиопередающие устройства, электрофизические установки и др. виды аппаратуры, работающей под напряжениями 10—100 кВ. Специально для этих видов аппаратуры В. И. Гуревичем разработаны герконовые реле с высоковольтной изоляцией, так называемые «геркотроны» или «высоковольтные изолирующие интерфейсы» [2] [7] .

История [ править | править код ]

В 1922 году профессором Петербургского университета В. И. Коваленковым было изобретено реле с магнитоуправляемыми контактами (авторское свидетельство СССР № 466). В 1936 году независимо двумя учёными — профессором Ленинградского электротехнического университета С. К. Улитовским и инженером американской компании Bell Telephone Laboratories Уолтером Эллвудом (англ.  Walter B. Ellwood ) — магнитоуправляемые контакты было предложено поместить в герметичную оболочку. Однако из-за невостребованности и технологической сложности производства это изобретение не сразу стало широко известным и было запатентовано только в 1941 году в США [3] [8] [9] .

В конце 1940-х годов американская компания Western Electric начала использовать герконовые реле в телефонной станции своего центрального офиса [4] .

В 1958 году в ленинградском НИИ проводной связи (НИИ-56) были созданы первые образцы советских герконов, а в 1959 году в НИИ городской и сельской телефонной связи (НИИТС) — опытные образцы герконовых реле [10] . Необходимость серийного производства герконов в СССР возникла в 1960-х годах в связи с массовой телефонизацией страны, широким распространением АТС и другого высокоточного оборудования, необходимого для их функционирования [11] . В прогнозах научно-исследовательских институтов Министерства связи СССР было обосновано использование герконов в качестве коммутирующих элементов и сервисных реле матричных полей АТС. Такие выводы подтверждались развитием производства герконов для этих целей в США, начиная с середины 1950-х годов. Промышленное производство советских герконов и герконовых реле было начато на ленинградском заводе «Красная заря». 25 ноября 1966 года Приказом Министра электронной промышленности СССР № 161С было предписано организовать специализированное производство герконов Рязанскому металлокерамическому заводу, созданному в 1963 году для производства сверхвысокочастотных металлокерамических электронных ламп. За счёт снижения плановых заданий по выпуску ламп на заводе освобождены производственные мощности, годовой выпуск герконов предписывалось довести к 1975 году до 25 млн штук. К началу 1990-х годов объём производства вырос до 230 млн штук, что составляло примерно четверть мирового рынка [8] [12] . В настоящее время ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» остаётся единственным в России и странах СНГ производителем герконов. В 2013 году завод занимал 15 % мирового рынка герконов, за 45 лет им было выпущено 3,5 млрд единиц продукции [13] [14] .

Перспективы [ править | править код ]

Пик развития герконов пришёлся на 1970-е годы. В настоящее время во многих приложениях они вытесняются твердотельными элементами — датчиками Холла. Отличие геркона от датчика Холла:

  • геркон механически замыкает (или размыкает) электрическую цепь при определённом изменении напряжённости магнитного поля;
  • датчик Холла — это полупроводниковое устройство, через которое во время работы протекает электрический ток и возникает поперечная разность потенциалов, пропорциональная напряжённости магнитного поля.

С начала 2000-х годов наблюдается тенденция к применению миниатюрных герконов (с длиной герметизирующего баллона менее 15 мм). В таких конструкциях повышается чувствительность, быстродействие, резонансная частота, снижается время дребезга, но уменьшаются электрическая прочность изоляции, верхние пределы коммутируемых токов и напряжений, а также сила контактного нажатия и, как следствие, появляется проблема увеличения переходного сопротивления и снижения его стабильности. По состоянию на 2008 год, самый миниатюрный и наиболее чувствительный геркон в мире — с длиной баллона 4,31 мм — серийно производился американской компанией Hermetic Switch Inc. [15] , на 2017 год — с длиной баллона 4,01 мм той же компании [16] . Однако неизвестно, каков процент выхода годной продукции подобных изделий. В 2005 году японская фирма OKI сообщила об изготовлении образцов герконов с длиной баллона всего 2 мм, однако о возможностях их промышленного производства ничего не известно [15] .

Принцип работы и технические характеристики герконовых датчиков

Для быстроты реакции охранной, противопожарной системы, установок экстренного оповещения и контроля применяется герконовый датчик. Элемент выявляет состояние объекта, появление дыма, пыли, предотвращает несанкционированный доступ.

Что такое герконовый датчик

Датчик геркон представляет собой прибор электромеханического типа. Он может размыкать и замыкать контакты при воздействии магнитного поля, создаваемого электрическим либо постоянным магнитом.

Расшифровка термина – герметичный контакт, что определяется его конструкцией. Прибор состоит из пары ферромагнитных пластинок, запаянных в капсулу из стекла. Резервуар заполняется инертным газом, азотом, иссушенным воздухом, имеет два выхода. Подобная колба предотвращает воздействие внешних факторов и повышает надежность прибора.

Для повышения коммутируемого напряжения оболочку вакуумируют.

Конструкция и внешний вид

Внешний вид герконового выключателя – герметичная колба из стекла с магнитными контактами-сердечниками. Между ними имеется зазор. Элементы фиксируются сваркой с торцов оболочки и подключаются в сеть внешними частями. Сам датчик выглядит как поплавок и состоит из трех частей:

  • стеклянная колба;
  • контакт переключения;
  • неподвижный контакт.
Читайте так же:
Чертеж звездочки цепной передачи с размерами

Благодаря прямоугольным контактам из ферромагнитной проволоки прибор может замыкать сеть. Тип покрытия контактных элементов зависит от мощности и габаритов изделия. Производители используют золото, родий, серебро или пермаллоевую проволоку.

Датчики с инертным газом или вакуумные модификации не подвергаются коррозии.

Классификация герконов

Герконовые переключатели подразделяются на виды по нескольким критериям.

Нормальное состояние контактов

  • замкнутые – размыкание цепи происходит посредством магнитного поля;
  • переключаемые/бистабильные — один контакт замыкается при воздействии поля, другой – если его нет;
  • разомкнутые – геркон срабатывает в момент образования магнитного поля.

Модели с переключаемыми контактами имеют 3 вывода.

Конструкция

Существуют такие датчики:

  • гильзовые – стеклянная оболочка заполняется инертным газом либо воздухом;
  • ртутные – для улучшения коммутации, снижения сопротивления и устранения вибраций контакты покрываются ртутью.

Гильзовые герконы имеют сухие контакты.

Технические параметры

В зависимости от технических характеристик бывают:

  • Геркотрон – герконовое реле с изоляцией высоковольтного типа. Работает в сети под напряжением 10-100 кВ.
  • Газакон – модификация, которая запоминает положение контактов после выключения магнитного поля.
  • Герксикон – реле, с помощью которого активируется сигнализация и оборудование мощностью до 3 кВт. Отличается повышенным током коммутации и дугогасительными контактами.

Устройства могут заменить электромеханическое реле.

Принцип работы

Принцип работы герконового датчика основывается на размыкании или замыкании сети, где он стоит, под воздействием электромагнитного поля. Напряжение магнитного потока определяет положение контактов. Поле генерируется постоянным или электрическим магнитом.

Внутренние контакты прибора намагничиваются в момент попадания под действие силовой линии. Притягивание элементов осуществляется под действием, преодолевающим силу упругости. Так происходит замыкание цепи. При подключении линии к источнику питания ток протекает через устройство.

Это состояние длится до момента прекращения воздействия силовой линии. Контакты размыкаются без магнитного поля. Для повторного замыкания понадобится вновь генерировать поле.

Геркон – это малогабаритный переключатель, работающий от силового воздействия магнитного потока.

Параметры прибора

Тип оборудования, к которому относится магнитный герконовый датчик – релейный. Перед его покупкой стоит учитывать следующие характеристики:

  • Время срабатывания. Зависит от времени реакции на появление магнитного поля и не превышает 2 мкс.
  • Сила магнитного поля. Чувствительность зависит от ферромагнетика и габаритов.
  • Мощность коммутации. Предел передаваемой через геркон энергии с учетом материала и сечения контактов.
  • Предельное напряжение. Определяет амплитуду сигнала выдержки аппарата.
  • Сопротивление замкнутых контактов. При меньшей величине теряется меньше сигнальной мощности.
  • Допустимый температурный режим эксплуатации. Зависит от производителя, но чаще всего элемент работает при температуре от -60 до +120 градусов.
  • Частота. Срабатывание происходит на частоте до 1 мГц.
  • Количество циклов коммутации. Определяет число срабатываний.
  • Емкость контактов. Зависит от дистанции между площадками в разомкнутом положении.
  • Физические габариты. Горизонтальный баллон может иметь от 4 мм в длину.

Емкость контактов – паразитный критерий.

Преимущества и недостатки

К положительным факторам применения герконов относятся:

  • отсутствие дребезжания у модификаций с ртутными выводами;
  • надежность – датчик не сломается при падении и превышает показатели стандартного реле в 100 раз;
  • отсутствие рисков обгорания контактов, расположенных в вакууме или инертном газе;
  • малогабаритный датчик рассчитан на ток, аналогичный стандартному реле;
  • наличие гальванической развязки – устройства подключаются к сети последовательно;
  • коммутация слабых сигналов;
  • большое количество включений без трения;
  • эксплуатация без привязки к источнику электричества.

Низкая стоимость приборов обусловлена отсутствие драгоценных и тугоплавких металлов в контактах.

К минусам эксплуатации герконов относятся:

  • большой вес в сравнении с реле с открытыми контактами;
  • необходимость генерации магнитного поля;
  • не всегда выдерживают удары и вибрации;
  • необходимость защиты от внешнего магнитного поля;
  • сложность вывода контактов из замкнутого состояния;
  • ограниченная скорость срабатывания.

При воздействии большого тока происходит самопроизвольное размыкание контактов.

Подключение герконового датчика

В комплекте с поплавковым датчиком поставляется документация, регламентирующая процесс подключения. Пошагово работают так:

  1. Узел для создания магнитного поля устанавливается на подвижную часть.
  2. Геркон фиксируется на неподвижной части конструкции.
  3. Замыкание цепи. Подвижная часть должна примыкать плотно для воздействия магнитным полем катушки на контакты.
  4. Получение информации об исправности установки.
  5. Уведомление о нарушении целостности. Катушка прекращает воздействовать на геркон.

Устанавливать датчики можно скрытым или наружным способом на конструкциях из стали или магнитопассивного типа.

Практическое использование в быту

Герконы используются для защиты клавишных синтезаторов и промышленных установок от взрывов, увеличения сроков работы оборудования. Детали управляют механизмами, а датчик уровня поплавковый нужен для замера жидкости в резервуаре.

Герконы ставятся в телевизионную аппаратуру, отображают открытие или закрытие створок. Приборы совместимы с компьютерными или охранными системами – оповещают, закрыта ли дверь, окно.

В электронных счетчиках тока имеются герконовые датчики.

Использование в охранных системах

Особенность геркона, внедряемого в охранный комплекс – адаптированность к материалу основания. Такой прием исключает влияние магнитного поля конструкции на магнитное поле, нужное для срабатывания устройства.

Читайте так же:
Аккумуляторная дрель шуруповерт patriot

Датчик работает по принципу магнитной защелки. Выключатель устанавливается на дверной короб, раму, а затем к нему подключается кабель. Открытый способ монтажа обеспечивает просматриваемость устройства, но повышает магнитное поле. Для скрытой установки подходят только чувствительные модификации, реагирующие на магнит. В противном случае существуют риски взлома.

Усиление защиты от несанкционированного проникновения

В стандартном исполнении геркон находится на раме, а магнит – на дверной или оконной створке. Закрытое положение конструкции обеспечивает максимальное приближение магнита к датчику. В момент открытия он удаляется, поэтому злоумышленники легко найдут места установки.

Для повышения защиты прибора используются:

  • Скрытый прибор. Замыкает сигнализационную цепь в момент открытия створки. Минус технологии – открытие створки при помощи дополнительного магнита.
  • Электрический магнит. Особенность электромагнитного замка с герконом – сложность подделки за счет случайной повторяемости сигналов. Защита также срабатывает при задержке импульса.

Для электромагнита нужно напряжение определенной длительности.

Нюансы применения герконов

Перед использованием или установкой герконового датчика нужно учитывать:

  • Прибор не совместим с источниками ультразвука, т.к. изменяет электрические параметры.
  • Магнитное поле влияет на особенности выключателя.
  • При ударе инертный газ разбалтывается, баллон может лопнуть.
  • Переключатель не коммутирует большой ток по причине малой мощности сердечника.

Герконы не подходят для подключения мощной техники.

Миниатюрный герконовый датчик отличается быстродействием и рассчитан на 4-5 млрд срабатываний. Прибор совместим с нагрузкой низковольтной сети и функционирует без привязки к источнику электроэнергии.

Геркон: технические характеристики, принцип работы, примеры применения

Любые механические контакты подвержены износу. Чтобы уменьшить влияние этого деструктивного фактора, в первой половине прошлого века было разработаны магнитоуправляемые коммутационные устройства, контактная группа которых помещалась в вакуумную колбу. В СССР такие элементы получили название «Геркон», по сокращению от «герметизированный контакт», в англоязычной технической документации принято название «reed switch».

Давайте рассмотрим принцип действия этих устройств, конструкцию, основные характеристики, достоинства и недостатки. В завершении статьи будет приведена пара полезных схем, где используются герконы.

Внешний вид и особенности конструкции

Данные устройства представляют собой контактную группу, изготовленную на основе ферримагнитного материала, которая помещается в стеклянную колбу. Из нее откачен воздух (созданы условия максимально приближенные к вакууму), как вариант возможно наполнение инертным газом. Внешний вид устройства и его обозначение на принципиальных схемах представлены ниже.

А) внешний вид геркона; В) обозначение на принципиальных схемах

А) внешний вид геркона; В) обозначение на принципиальных схемах

С конструктивным исполнением, можно ознакомиться на рисунке 2.

Конструкция геркона

Конструкция геркона

Обозначение:

  • А – выводы устройства.
  • В – стеклянная колба.
  • С – контактная группа.
  • D – инертный газ или вакуум.

Разновидности

Коммутационные устройства данного класса принято разделять в зависимости от устройства контактной группы на следующие виды:

  1. Элементы с нормально-разомкнутыми контактами (внешний вид такого устройства показан на рис. 1).
  2. Элементы с нормально-замкнутым контактом.
  3. С переключающимся контактом.

Помимо функциональных признаков, перечисленных выше, имеются и технологические, разделяющие герметичные коммутирующие устройства на две группы: сухие и ртутные. Отличительная особенность последних заключается в том, что внутри колбы содержится капля ртути. Она служит для «смачивания» контактной группы, это позволяет существенно снизить переходное сопротивление и вибрацию (дребезг) контактов при коммутации, что положительно отражается на качестве контакта.

Принцип действия

Срабатывание устройства (замыкание, размыкание или переключение контактов) требуется воздействовать на элемент магнитным полем, напряженность которого будет достаточной для коммутации. В качестве источника такого поля может выступать обычный или электромагнит.

Под воздействием силовых линий происходит намагничивание контактов и по преодолению порога упругости они коммутируют цепь.

Принцип работы нормально-разомкнутого геркона

Принцип работы нормально-разомкнутого геркона

Соответственно, как только на контактную группу перестанет действовать магнитное поле, она вернется в исходное состояние. То есть, функционально контакты помимо своего прямого назначения играют роль магнитопровода и упругого элемента.

Устройства с нормально-замкнутыми контактами действуют несколько иначе. Их ферримагнитные упругие элементы, попадая под воздействие магнитного, поля приобретают одинаковый заряд, что заставляет их отталкиваться, разрывая контакт.

Принцип действия нормально-замкнутого геркона

Принцип действия нормально-замкнутого геркона

Иногда в таких коммутаторах только один упругий элемент выполнен из ферримагнитного сплава, в результате приближения магнита он притягивается к нему, отключая цепь.

Подобный принцип задействован в герконах с переключающей группой контактов, в котором два из них изготавливаются из магнитного материала. Под воздействием магнита они притягиваются друг к другу, а немагнитный контакт остается в исходном положении. В результате происходит перекоммутация цепи.

Срабатывание переключающего геркона

Срабатывание переключающего геркона

Основные параметры

Свойства герметичных коммутаторов определяются механическими и электрическими параметрами. К первым относятся:

  • Nmax – число, указывающее максимально допустимое количество срабатываний без изменения основных характеристик.
  • Vcp – величина отображающая интенсивность поля необходимую для реакции устройства. В технической терминологии данную характеристику называют магнитодвижущей силой.
  • Vотп – величина соответствующая силе размыкания.
  • tcp — время, необходимое на срабатывание контактной группы.
  • tотп – интервал времени, необходимый на отпускание.
  • Последние два параметра наиболее значимые из механических характеристик, поскольку описывают скорость коммутации.
  • Теперь перечислим основные электрические характеристики:
  • RK – сопротивление между контактами в замкнутом состоянии.
  • RИЗ – сопротивление разомкнутых контактов.
  • UПР – напряжения пробоя, данная характеристика зависит как от предыдущего параметра, так и расстояния между группой контактов. Помимо этого на электрическую прочность влияет наполнение колбы.
  • Pmax – коммутируемая мощность.
  • CK – емкость, образуемая разомкнутыми контактами.
Читайте так же:
Блочок для подъема груза

Как осуществляется управление?

Управлять герметичным коммутатором можно двумя способами:

  • используя постоянный магнит;
  • воздействуя катушкой, подключенной к постоянному источнику тока.

В первом варианте управление может осуществляться путем линейного или углового перемещения постоянного магнита. Также встречается способ, при котором поле перекрывается при помощи специальной шторки.

В качестве примера использования способа управления при помощи магнита можно привести датчики уровня, а также положения, охранную сигнализацию и т.д.

Второй вариант позволяет создать реле на основе геркона. В отличие от традиционной конструкции, такое устройство будет более надежным и долговечным, поскольку практически не содержит в себе подвижных механических элементов. Что касается небольшого количества контактных групп, то этот недостаток легко устраняется путем увеличения количества задействованных герконов.

Упрощенное изображение конструкции герконового реле

Упрощенное изображение конструкции герконового реле

Примером применения данного способа управления может служить токовое реле на основе геркона. Оно представляет собой катушку, намотанную проводом толстого сечения, внутри которой размещается герметичный коммутатор. Данное приспособление может служить в качестве защитной системы от перегрузки в цепях постоянного тока. Чувствительность прибора легко регулировать путем линейного перемещения коммутатора внутри катушки.

Плюсы и минусы

Любая конструкция помимо преимуществ не лишена недостатков. Зная сильные и слабые стороны устройства можно найти оптимальную сферу для его применения. Давайте рассмотрим, в чем заключается преимущества герметичных коммутаторов, к таковым свойствам можно отнести:

  • Высокую надежность коммутации. Она практически на два порядка превышает этот показатель у открытых контактных групп. Это достигается за счет высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (RИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (UПР), напряжение пробоя у некоторых моделей превышает 10 кВ.
  • Быстродействие также является неоспоримым преимуществом. Частота коммутации многих моделей приближается к 1 кГц. Что касается параметров, описывающих скорость коммутации, то они находятся в следующих диапазонах: tcp — от 0,4 до 1,8 мс, tотп – от 0,25 до 0,9 мс, что намного превышает подобные характеристики открытых контактных групп.
  • Долговечность, число срабатываний исчисляется миллиардами, ни одна открытая контактная группа даже близко не может приблизиться к этому рубежу.
  • Данный тип коммутаторов нетребователен к согласованию с нагрузкой.
  • Управление может производиться без использования электроэнергии.

Характерные недостатки:

  • Низкие показатели коммутируемой мощности.
  • Небольшое число контактов.
  • Дребезг при срабатывании (конструкции «мокрого» типа избавлены от этого недостатка).
  • Большие размеры для современной радиотехнической базы.
  • Недостаточная прочность стеклянной колбы.
  • Чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.

Несмотря на явное преобладание положительных качеств, данные устройства постепенно вытесняются полупроводниковыми аналогами, такими как датчики Холла. Отсутствие дребезга, небольшие размеры и более высокая прочность сыграли решающую роль.

Примеры практического применения в быту

Как и было обещано в начале статьи, приводим пару полезных схем, в которых используются герконы. Начнем с универсального управления освещением в прихожей. Принцип работы заключается в следующем: при открытии входной двери автоматически включается свет, и спустя несколько минут выключается. При достаточном уровне освещения, свет в прихожей не включается.

Схема управления освещением прихожей

Схема управления освещением прихожей

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 68 кОм, R2 – 33 кОм, R3 – 470 кОм, R4 – 10 кОм, R5 – 27 кОм.
  • Конденсаторы: С1 – 0,1 мкФ, С2 – 100 мкФ х 25 В, С3 – 470 мкФ х 25 В.
  • Стабилитрон и диоды: VD1 – КС212Ж, VD2 и VD3 – КД522 (1N4148), VD4 – КД209 (1N4004).
  • Транзисторы: VT1 и VT2 – ÌRF840.
  • SG1 – любой обычный герконовый датчик, например, 59145-030.
  • FR1 – фоторезистор, подойдет любого типа с сопротивлением на свету не ниже 8 кОм, в темноте – 120-180 кОм.
  • Триггер D1 – К561ТМ2 (СD4013).

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R1, для выбора оптимального времени задержки отключения освещения.

Теперь рассмотрим схему простой домашней сигнализации, где в также используется типовой герконовый датчик для двери.

Простая домашняя сигнализация

Простая домашняя сигнализация

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector