Для чего нужен геркон

Для повышения надёжности работы различных устройств вместо реле применяют геркон. Это электромеханический прибор, который имеет два устойчивых состояния — открытое (для протекания электрического тока) и закрытое. Кроме того, такие устройства часто применяются при построении охранных систем, датчиков присутствия магнитного поля. Их используют в авиа- и автомобильном строении. При этом существует несколько типов приборов, отличающихся контактными группами.

История изобретения

Советский ученый Петербургского университета В. И. Коваленко, проводя эксперименты с магнитным полем в 1922 году, создал магнитоуправляемые контакты. Это изобретение было зарегистрировано в Советском Союзе и получило патент под номером 466.

Его изобретение представляло собой сердечник из магнитомягкого материала, к которому через изоляторы крепились контакты, сделанные из ферромагнетика, обладающего высокой магнитной проницаемостью. После подачи тока в катушке возникало магнитное поле, намагничивающее контакты и приводя к их замыканию. Если же подача тока прекращалась, поле исчезало, а контакты размагничивались и размыкались.

На то время изобретение не получило практического применения из-за неудобности его использования и низкой надёжности. В 1936 году конструкция геркона была доработана инженерами американской компании Bell Telephone Laboratories. Ими было предложено рабочие контакты устройства поместить в герметично замкнутую колбу. Занимался этой разработкой Уолтер Эллвуд, который в итоге и создал модель устройства. Но из-за сложностей в изготовлении прибор опять же не получил широкого применения.

Использовать прибор начали лишь только в 1941 году, когда американская компания Western Electric известная своими техническими инновациями вместо шумных электромеханических реле в своей телефонной станции не стала использовать геркон.

В середине 60-х годов XX века в СССР массово проводилась телефонизация страны. На основании выводов Министерства связи СССР было решено, что в качестве коммутирующих элементов будет использоваться геркон. Так, на заводе «Красная заря», расположенном в Ленинграде, началось серийное производство устройств. Через шесть лет магнитоуправляемые герконы стали изготавливать и в Рязани, на металлокерамическом заводе.

В начале 1990 года объём производства в СССР достиг 230 млн штук в год, что соответствовало примерно четверти мирового рынка. Сегодня ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» остался единственным заводом, выпускающим такую продукцию на территории бывшего Советского Союза. В настоящее время ведутся разработки, направленные на снижение размеров, повышение быстродействия, чувствительности и стабильности герконов.

Суть устройства

Принцип работы устройства основан на замыкании или размыкании электрической линии, в которой он установлен, при воздействии на него магнитным полем. Таким образом, в зависимости от напряжённости магнитного потока, контакты прибора имеют два положения — замкнутое и разомкнутое. При этом природа возникновения магнитного поля значения не имеет. Например, это может быть как постоянный магнит, так и электромагнит.

При попадании под действие силовых линий в устройстве происходит намагничивание внутренних контактов. В результате на них, оказывается, действие, преодолевающее силу упругости, приводящее к притягиванию контактов друг к другу. Цепь замыкается. В случае если линия подключена к источнику питания через прибор начинает протекать электрический ток.

Такое состояние продержится до тех пор, пока магнитное поле не будет убрано. Как только силовые линии перестанут воздействовать, контакты сразу же разомкнутся. Для следующего замыкания необходимо опять вокруг устройства создать поле. Таким образом, геркон, по сути, является переключателем, положение которого зависит от силы магнитного потока, оказывающего на него воздействие.

По принципу работы приборы классифицируют на три типа:

  1. Замыкающие — находятся в нормально разомкнутом состоянии. То есть в статичном положении их контакты между собой не соединены.
  2. Размыкающие — в таких приборах при отсутствии магнитного поля контакты соединены между собой, то есть этот тип считается нормально замкнутым.
  3. Бистабильные (трёхконтактные) — имеющие в своей конструкции три вывода. В нормальном состоянии (магнитное поле отсутствует) один контакт замкнут с другим. Как только появляется поле, нормально замкнутый контакт размыкается, а другой замыкается.

В зависимости от нормального положения контактов герконы применяются как для размыкания цепи, так и для замыкания или приключения линий. Поэтому они с успехом могут заменить собой механические реле.

Конструкция прибора

В термине «геркон» уже заложен принцип его конструкции. Это слово образовано из трёх начальных букв каждого из двух слов — «герметичность» и «контакт», что подчёркивает как его функциональность, так и назначение. Ведь работающий геркон на размыкание или замыкание — это, по сути, соединяющее устройство, представляющее собой контактную пару или группу, помещённую в герметичную колбу.

Бывает, что такой прибор называют герконовым шаром из-за похожести на него, хотя, конечно, это далеко не так. Конструктивно устройство представляет собой стеклянную оболочку вытянутой формы, герметично запаянную с двух сторон. В середине колбы создаются условия, приближённые к вакууму, при этом в некоторых устройствах внутренний объём заполняется инертным газом, например, чистый азот или его смесь с водородом. Использование газа помогает защитить контакты от обгорания.

Читайте также:  Горелка для баллона с газом

Контакты же помещаются внутрь колбы. К ним припаиваются выводы, выходящие наружу прибора. В качестве материала для изготовления контактных групп используют ферромагнетик, например, сталь, никель с напылением стойкого металла — родия или рутения.

Следовательно, можно выделить три части конструкции:

  • запаянная колба;
  • контактные пластины;
  • выводы.

Кроме того, внутренность геркона может быть заполнена парами ртути. Такой вид называется ртутным. Контактная поверхность смачивается каплей ртути, что позволяет снизить электрическое сопротивление контактных площадок, а значит уменьшить дребезг.

Изучая конструкцию геркона можно сделать вывод, что критически важным показателем надёжности срабатывания прибора будет качество изготовления колбы, а именно её герметичность в месте её контакта с выводами.

Технические характеристики

Герконы, как и любые электротехнические приборы, обладают различными техническими характеристиками. Перед тем как выбрать устройство именно их следует тщательно изучить. Основным параметром, характеризующим геркон, является время срабатывания. Оно определяется временным интервалом, в течение которого происходит реакция прибора на воздействующее магнитное поле, изменяющее его нормальное состояние. Обычно скорость переключения контактов не превышает 2 мкс.

Кроме времени реакции, параметры приборов определяют следующие характеристики:

  1. Сила магнитного поля — обозначает чувствительность прибора, то есть минимальное значение силы, при которой положение контактов изменится. Зависит от размеров устройства и используемых ферромагнетиков.
  2. Мощность коммутации — это допустимое значение энергии, которое может передать через себя устройство без ухудшения своих остальных характеристик. Определяется типом материалов, использующихся при изготовлении контактов и их сечения.
  3. Наибольшее напряжений — определяет значение амплитуды сигнала, которое может выдержать устройство. При его превышении наступает пробой.
  4. Ток переключения — значение номинального тока, на который рассчитана работа устройства.
  5. Сопротивление контактов в замкнутом состоянии — чем это значение меньше, тем меньше теряет свою мощность сигнал, проходя через устройство.
  6. Рабочая температура — интервал температуры, при котором заявленные производителем характеристики соответствуют действительным.
  7. Частота переключения — определяет быстродействие срабатывания. Такая частота может достигать одного мегагерца.
  8. Число коммутационных циклов — характеризуется числом срабатываний. Существуют модели, которые могут выдержать до 4 млрд переключений.
  9. Ёмкость контактов — измеряется между разомкнутыми контактами и зависит как от размеров прибора, так и от расстояния между коммутируемыми площадками. Считается паразитным параметром.

Также немаловажной технической характеристикой геркона является его физический размер. Зависит он от габаритов баллона, а именно его длины и диаметра. По состоянию на 2017 год наименьшим герконом в мире считается изделие, производимое в США компанией Hermetic Switch Inc, длина его баллона составляет 4,01 мм.

Обозначение и маркировка

Герконы относятся к устройствам релейного типа. Поэтому правильное их обозначение указано в ГОСТ 2 .756−76 ЕСКД. На электрических схемах условно графическое изображение нормально разомкнутого геркона выглядит в виде окружности, в середине которой изображаются два последовательных отрезка. С левой стороны начиная с места разрыва, к отрезку чертится небольшой прямая линия, подходящая к нему под углом 120 0 . Окружность символизирует собой герметичность устройства, а отрезки — коммутационные контакты.

В нормально замкнутом же обозначении, выводы в окружности рисуются пересекающимися. Обозначение трёх контактного устройства выглядит по-другому. Всё так же рисуется окружность, но в ней, с одной стороны, изображаются два параллельных отрезка, а с другой — отрезок, расположенный по центру расстояния между ними. На нём же рисуется и переключающий контакт.

Согласно советским нормам на схемах и в литературе геркон подписывается буквой «К», после которой ставится порядковый номер изделия на схеме. В иностранном же обозначении используются две латинские буквы SF.

Стандарта же в маркировке изделий нет. Каждый производитель обычно на корпус геркона наносит своё заводское обозначение: например, КЭМ, TRA, АСМК, КА, КСК. Поэтому чтобы узнать к какому типу относится то или иное устройство, понадобится смотреть даташит производителя.

Достоинства и недостатки

Применение герконов, конечно же, не так широко распространено, как, например, электромеханических реле, но всё же, они не являются дефицитными деталями. Поэтому остро вопрос, где же взять геркон, среди радиолюбителей не стоит. К несомненным преимуществам размыкающих герконов, впрочем, как и замыкающих, относится:

  • высока надёжность — она превышает показатели обычных реле использующих открытые контакты почти в 100 раз;
  • быстродействие — скорость срабатывания по сравнению с электромеханическими реле может быть быстрее в два-три раза;
  • отсутствие шума;
  • гальваническая развязка — их последовательное подключение в линию позволяет создать электрическую развязку управляющих и коммутируемых цепей;
  • возможность коммутировать даже слабые по уровню сигналы;
  • небольшой размер;
  • долговечность — устройство способно совершить миллиарды включений, что обусловлено отсутствием трения;
  • способность их работать без источника электроэнергии.

Благодаря своим свойствам герконы нашли применение в разнообразных датчиках позиционирования, измерительных приборах (велосипедный спидометр), в автоматических подъёмниках, выключателях, ноутбуках (регистрируют открытие и закрытие крышки) и даже в компьютерных клавиатурах.

Но, несмотря на это, герконы также имеют недостатки. Главный из них — хрупкость, из-за неё приборы нельзя использовать в местах сильной вибрации. Кроме этого, в результате износа площадок контакты могут «залипать», а в случае больших токов (нагрева) самопроизвольно размыкаться.

Но, как видно, на фоне достоинств недостатки не так уж и велики. Очень часто, используя геркон, радиолюбители собирают собственную недорогую систему сигнализации или автоматический блок включения света.

Читайте также:  Формула расчета параллельного соединения резисторов

Устройства коммутации, или контакты применяют в радиотехнике и электронных устройствах. В электромагнитном реле контакты – это ненадежная конструкция, имеются трущиеся детали из металла. Они изнашиваются, работоспособность реле снижается. Герконы – это магнитоуправляемые герметические контакты. Выключатели на герконах были придуманы для качественной эксплуатации, повышения срока службы. Первые устройства на основе герконов возникли в прошлом веке в 30-е годы, а изобретен геркон был в 1922 году.

В современное время герметические контакты применяются не слишком широко, их постепенно вытесняют датчики Холла. Но есть места, где геркон не имеет конкурентов, он простой в использовании, имеет сухой контакт, гальваническую развязку. До сих пор магнитоуправляемый контакт используется в электронике. Герконы устанавливают там, где нужна долговечность коммутации, надежность работы. Они входят в разные датчики, реле, позиционные выключатели.

Виды

Как и все контактные группы, герметические контакты разделяются на виды по функциям:
  • Замыкающие.
  • Переключающие.
  • Размыкающие.
По технологии изготовления и конструкции, герконы разделяются на группы:
  • Сухие.
  • Ртутные.

Сухие магнитные контакты работают как обычные. В ртутных образцах внутри корпуса из стекла расположены контакты с капелькой ртути. Капля ртути нужна для смачивания контактов в работе, улучшения контакта, уменьшить сопротивление перехода, устранить дребезг контактов.

Дребезг – это вибрация контактной группы при срабатывании на замыкание или размыкание. При одной сработке возникает ложная коммутация сигнала передачи, повышается время срабатывания. Если дребезг окажется в усилителе звука при включении сигнала, то произойдет искажение звука, работа усилителя нарушится. При использовании геркона в цифровых микросхемах необходимо подавлять дребезг фильтрами RS триггеров или RC цепочек. Герконовые контакты используют в схемах микроконтроллеров, в которых дребезг герконов устраняют с помощью программ, что уменьшает скорость работы системы.

Устройство

Конструкция магнитоуправляемого контакта выполнена из стеклянного баллона. В баллоне расположены контакты, изготовленные из магнитных сердечников, которые приварены с торцов колбы. Наружные элементы магнитных сердечников подключены к сети питания. Это видно на схеме.

  1. Колба стеклянная.
  2. Контакт переключения.
  3. Стационарный контакт.

Наиболее распространены замыкающие герметические контакты. У них контакты из проволоки прямоугольного сечения, с ферромагнитными свойствами. Также сердечники могут быть выполнены из пермаллоевой проволоки. Это зависит от размера и мощности герконового датчика. Покрытие контактов выполняют также из родия, золота и т.д.

В колбу закачивают инертный газ, либо создают вакуум. Это не позволяет развиваться коррозии и ржавчине в датчике геркона. При производстве герконов необходимо учитывать, что имеется промежуток между сердечниками.

Работа геркона

Простое реле с контактами замыкания имеет в составе два сердечника с контактами, имеющие повышенную магнитную проницаемость. Они находятся в герметичном баллоне из стекла, с инертным газом, либо смесь газов. Создается давление в баллоне 50 кПа. Среда инертности не дает окисляться контактам.

Баллон геркона ставится внутри управляющей обмотки, подключенной к постоянному току. При включении питания на реле образуется магнитное поле, проходящее по сердечникам контактов, по зазору и замыкается по управляющей катушке. Магнитный поток создает тяговую силу, соединяющую контакты друг с другом.

Чтобы сопротивление контактов сделать наименьшим, касающиеся поверхности покрыты серебром, радием, палладием и т.д. При выключении питания в катушке электромагнита геркона усилие исчезает, пружины размыкают контакты. В герконовых реле нет поверхностей трения деталей, контакты имеют много функций, выполняют работу магнитопровода, проводника и пружины.

Чтобы уменьшить габариты катушки магнита, повышают плотность тока. Применяют провод в эмали для намотки катушки. Детали геркона штампованные, соединения производятся пайкой или сваркой. В герконах используются магнитные экраны для снижения зоны состояния включения.

Пружины в герконовых реле установлены без дополнительного натяга, они включаются сразу, не тратя время на старт. Вместо электромагнита могут применяться также постоянные магниты. Такие герконы называются поляризованными. Усилие нажатия контактов герконового реле обуславливается магнитной силой катушки, в отличие от обычных электромагнитных реле, у которых усилие зависит от пружин.

На размыкание геркон работает по-другому. Система магнитов реле при действии электромагнитной силы намагничивают сердечники одноименно, которые отталкиваются между собой и размыкают цепь.

У геркона с переключением один из 3-х контактов замкнутый, выполнен из немагнитного металла. Остальные два контакта сделаны из ферромагнитного состава. Под действием магнитного поля разомкнутые контакты замыкаются, а замкнутый немагнитный размыкается. Хотя магнитное поле есть всегда, как поле Земли, но такого поля не хватает для срабатывания геркона, поэтому им пренебрегают.

Применение герконов

Герконовые датчики и выключатели используют:
  • Медицинские приборы и аппараты коммуникации.
  • Аппараты для подводников.
  • Синтезаторы и клавиатуры.
  • Тестирующие приборы, измерители.
  • Приборы автоматики и безопасности.

В охранных системах датчики на герконах применяют в качестве реле. Охранный датчик включает магнит и геркон. Простейшее герконовое реле состоит из обмотки и геркона.

Достоинствами реле на герконах можно назвать:
  • Небольшие габариты, простое устройство.
  • Защита от влаги, подгорания контактной группы.
  • Нет трущихся частей.

Такие датчики на герконах широко применяются, но в них имеются и недостатки, такие как подверженность к механическим повреждениям. Это большой минус для применения во многих системах.

В системах сигнализации герконы незаменимы. Установить датчик не составляет большого труда. Когда дверь закрыта, то контакт геркона замкнут. При открывании двери магнит, закрепленный на косяке, отходит от геркона, магнитная сила снижается, цепь питания размыкается. Это служит сигналом для срабатывания схемы оповещения.

Читайте также:  Как поменять щетки на перфоратор интерскол

Похожая ситуация с применением геркона в лифтах. Чтобы определить расположение кабины лифта, используют герконы. С помощью магнитов и геркона просто управлять оборудованием освещения. В счетчиках учета электроэнергии также присутствуют герконы.

Советы по использованию
При использовании герконовых реле или датчиков можно дать несколько советов, которые учитывают нюансы применения таких устройств:
  • При монтаже герконов по возможности избегайте источников ультразвука, он может отрицательно влиять на электрические параметры датчика, изменять их.
  • Находящийся рядом источник магнитного поля также может менять характеристики и свойства магнитного выключателя.
  • Герконовые реле и датчики боятся ударов и механических повреждений. Инертный газ внутри датчика при ударе может выйти вследствие нарушения герметичности резервуара с газом. Это выведет геркон из строя.
  • При осуществлении пайки необходимо руководствоваться предписаниями инструкции производителя герконового датчика.
Герсиконы

Реле на герконах имеет широкий разброс коэффициента возврата по причине погрешности технологии изготовления. Чтобы повысить номинальную мощность и ток коммутации в герконовые реле встраивают вспомогательные контакты для погашения дуги.

Такие реле получили название герсиконов, или силовых герметичных контактов. Промышленное производство выпускает герсиконы на силу тока до 180 ампер. У них частота коммутации достигает до 1200 включений в час. Герсиконами запускают асинхронные электродвигатели с номинальной мощностью до 3000 Вт.

Ферритовые герконовые реле

Это особый класс реле на герконах с ферритовыми сердечниками. Они имеют функцию памяти. Чтобы сделать переключение в герконах такого типа, нужно подать токовый импульс обратной полярности для того, чтобы размагнитить сердечник из феррита. Их называют запоминающими герметичными контактами, или гезаконами.

Введение

Поговорим мы в этой статье про герконы, слово геркон расшифровывается как: герметичный магнитоуправляемый контакт. Геркон представляет собой небольшую вытянутую колбу с откачанным воздухом, внутри которого содержится пара гибких металлических ферромагнитных контактов. Контакты по длине перекрываются, но находятся на небольшом расстоянии друг от друга, этих контактов может быть несколько, на разные включения (замыкание или размыкание). При поднесении магнита к геркону контакты замыкаются (или размыкаются).

Герконы могут использоваться в датчиках (например датчик скорости на велосипеде), выключателях и пр… Раньше герконы использовались в реле, поверх геркона наматывалась катушка в несколько сотен витков (сопротивление обмотки может достигать 500-1500 Ом) и при подаче напряжения контакты геркона замыкались, сейчас реле с герконами редко где используются.

Достоинства герконовых реле:
Полная герметизация контакта позволяет их использовать герконовые реле в различных условиях влажности, запыленности и т. д.
Высокое быстродействие, что позволяет использовать герконовые реле при высокой частоте коммутаций.
Гальваническая развязка коммутируемых цепей и цепей управления герконовых реле.6. Расширенные функциональные области применения герконовых реле.
Надежная работа в широком диапазоне температур

Недостатки герконовых реле:
Восприимчивость к внешним магнитным полям, что требует специальных мер по защите от внешних воздействий.
Хрупкий корпус герконов, чувствительный к ударам.
Малая мощность коммутируемых цепей у герконов.
Возможность самопроизвольного размыкания контактов герконовых реле при больших токах.

Герконы на схемах обозначаются следующим образом:

Особенности и преимущества герконов:
Как уже говорил, контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и как следствие при работе они слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра.
Герконы достаточно долговечные, если не бить геркон и не пропускать очень большие токи, то срок службы геркона бесконечен.
Герконы в работе почти бесшумны, слышно только цоканье контактов.
Относительно высокое быстродействие.

Недостатки герконов:
Герконы очень хрупкие, корпус герконов как правило изготовлен из хрупкого стекла, следовательно их нельзя использовать в условиях сильных вибраций и ударов.
Для их срабатывания нужно создать или приложить магнитное поле.
Иногда контакты герконов залипают, такое происходит после прохождения больших токов и проскакивания искры при срабатывании контактов, такой геркон необходимо заменить, герконы в основном служат для коммутации небольших токов. Ниже на рисунке Вы можете увидеть фотографию геркона с обгоревшими контактами.

Применение герконов

Как уже говорилось, чаще всего герконы применяются в системах охранной сигнализации, ставят их на дверь, окна… при открывании двери мимо геркона проходит магнит (который расположен на двери) и замыкает геркон. Можно сделать включение какого либо устройства при поднесении магнита к геркону, например включение компьютера, или сделать так чтобы двигатель скутера заводился только после того как поднесут к датчику магнит, ставить в качестве датчиков контроля положения, сделать так чтобы при поднятии какого либо предмета сработала сирена, или прикрепить геркон на колесо велосипеда для контроля скорости, давайте рассмотрим такую схему ниже!

Батарейку можно использовать и на 1.5 вольт, все зависит от типа прибора индикатора, который вы будете использовать, номинал резистора R1 подбирается экспериментально так, чтобы при максимальной скорости стрелка прибора была почти на максимуме. Конденсатор С1 задает время спада стрелки прибора. Геркон крепится на вилке велосипеда, а магнит на спицу колеса. Расстояние от геркона до магнита должно быть минимальным. При вращении колеса магнит периодически будет проходить мимо геркона и замыкать его контакты.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector