Герконовий перемикач. Феритові герконові реле. Різноманітність і принцип роботи

Коротка історія створення герконів

Комутаційні пристрої або просто контакти дуже широко застосовуються в різній електричної і радіотехнічної апаратури. З метою поліпшення експлуатаційних властивостей, перш за все терміну служби і надійності з'єднання і були розроблені магнітокеровані герметизовані контакти що отримали назву геркони.

Перші зразки таких контактів з'явилися ще в 30 - ті роки минулого століття, а перший магнітоуправляємий контакт був винайдений ще в 1922 році в Петербурзі професором В. Коваленковим, за що йому було видано авторське свідоцтво СРСР №466. Конструкція такого контакту показано на малюнку 1.

Влаштований такий контакт наступним чином. До сердечника 3 з магнітомягкого матеріалу через ізолюючі прокладки 5 прикріплені контакти 1 і 2, виконані також з магнітомягкого матеріалу. При пропущенні струму через котушку 4 в осерді 3 виникає магнітне поле і намагнічує контакти 1 і 2, які замикаються. Розмикання контактів відбувається при припиненні струму через котушку.

Малюнок 1. магнітокерованих контакт професора В. Коваленкова

По суті це був найперший магнітоуправляємий контакт, тільки без герметизирующей оболонки. У герметизирующую оболонку подібний контакт був вперше поміщений американським інженером W.B. Ellwood лише в 1936 році. У сімдесятих роках минулого століття геркони досягли свого максимального розвитку, і знайшли широке застосування в різних пристроях електронної техніки.

В даний час геркони використовуються менш інтенсивно, оскільки їх «витіснили». Але в деяких випадках геркони залишилися поза конкуренцією, що обумовлено простотою застосування, гальванічною розв'язкою від джерела живлення, властивостями «сухого контакту», тому геркони досі застосовуються в різних схемах і пристроях.

У тих випадках, коли потрібна висока надійність і довговічність коммутирующего елемента геркони просто незамінні. як складова частина геркони входять в конструкції різних датчиків, електромагнітних реле, особливо слабкострумових, а також позиційних перемикачів і деяких інших пристроїв.

різновиди герконів

Так само, як і звичайні контакти, геркони можуть бути замикають (1 нормально - розімкнутий контакт), переключають (1 перемикаючий контакт) і працюють на розмикання (1 нормально - замкнутий контакт). Цей поділ за функціональними ознаками.

За зовнішніми ознаками конструктивно - технологічним геркони діляться на дві великі групи: з сухими контактами і з контактами ртутними. Перша різновид так і називається сухими герконами, а друга ртутними герконами. Власне, в роботі сухих герконів, в порівнянні зі звичайними контактами, нічого особливого немає.

У ртутних герконах всередині герметичного скляного корпусу крім контактів знаходиться ще крапелька ртуті. Призначення цієї ртутної крапельки - змочування контактів під час спрацьовування для поліпшення якості контакту за рахунок зменшення перехідного опору, а крім того для позбавлення від брязкоту контактів.

Дребезгом називається вібрація контактів при замиканні і розмиканні, що при одноразовому спрацьовуванні призводить до багаторазового комутації сигналу, що передається, а крім того до значного збільшення часу спрацьовування.

Уявіть собі, що такий брязкіт буде присутній під час пошуку сигналу! У разі, коли такий деренчить контакт працює спільно з цифровими мікросхемами, доводиться вживати заходів з придушення брязкоту у вигляді RC - ланцюжків або.

Різні контакти, в тому числі і герконові, застосовуються і в, але в них брязкіт контактів пригнічується програмним способом. Це також знижує швидкодію системи в цілому.

конструкція герконів

Конструкція різних типів герконів представлена \u200b\u200bна малюнку 2.

Малюнок 2. конструкція герконів

Все геркони представляють собою герметичний скляний балон, Всередині якого знаходиться контактна група. Контакти представляють собою магнітні сердечники, уварені в торці балона. Зовнішні кінці сердечників призначені для підключення до зовнішньої електричного кола.

Найбільшого поширення набув геркон з контактною групою, яка працює на замикання або, як показано на малюнку «розімкнутий». Кожен контакт - сердечник виконаний з феромагнітної пружною дроту, яка розплющена до прямокутної форми. Для виготовлення сердечників застосовується пермаллоєвого дріт діаметром 0,5 - 1,3 мм в залежності від потужності геркона і, відповідно, його габаритів.

Які безпосередньо контактують поверхні покриті благородним металом, золотом, паладієм, родием, сріблом і сплавами на їх основі. Таке покриття не тільки зменшує, а й сприяє підвищенню корозійної стійкості контактної поверхні.

Внутрішньо простір балона заповнений інертним газом (воднем, аргоном, азотом або їх сумішшю) або просто Вакуумована, також сприяє зменшенню корозії контактів і підвищення їх надійності. При виготовленні сердечники розташовують таким чином, щоб між ними залишався зазор, до речі, певного розміру.

Мал. 3. Геркон

Принцип роботи геркона

Для того, щоб викликати спрацьовування контактної групи, необхідно навколо геркона створити магнітне поле достатньої напруженості. При цьому абсолютно не важливо, як це поле буде створено, або просто постійним магнітом, або електромагнітом. Силові лінії зовнішнього магнітного поля намагничивают внутрішні контакти - сердечники геркона, в результаті чого вони долають сили пружності, притягуються і замикають електричний ланцюг.

В такому стані контакти будуть перебувати до тих пір, поки навколо них є магнітне поле достатньої напруженості: досить вимкнути електромагніт або прибрати подалі звичайний постійний магніт, як контакти відразу розімкнуться. Наступне спрацьовування контактів станеться, коли магнітне поле з'явиться знову. З усього сказаного можна зробити висновок, що контакти виконують відразу три функції: пружних елементів (пружин), муздрамтеатру, і власне проводять контактів.

Дещо по-іншому діє геркон, що працює на розмикання. Його магнітна система влаштована так, що при впливі магнітного поля контакти - сердечники намагнічуються однойменно, тому відштовхуються одна від одної, розмикаючи електричний ланцюг.

У переключающего геркона один з трьох контактів, як правило, нормально - замкнутий виконується з металу немагнитного, а обидва нормально - розімкнутих контакту з феромагнітного, як було сказано трохи вище. Тому при впливі на геркон магнітного поля нормально розімкнуті контакти просто замикаються, а немагнітний нормально - замкнутий, залишаючись на своєму первісному місці, розмикається.

Примітка. Нормально - розімкнутий контакт, Це який розімкнути при відсутності керуючого впливу, в даному випадку магнітного поля. відповідно нормально - замкнутий контакт замкнутий при відсутності магнітного поля.

Звичайно, магнітне поле присутній завжди, наприклад магнітне поле Землі. І не можна, начебто, сказати про відсутність магнітного поля зовсім. Але магнітне поле Землі для спрацьовування геркона недостатньо, тому їм можна знехтувати і сказати про відсутність магнітного поля, в даному випадку зовнішнього.

Продовження читайте в наступній статті.

Продовження статті:

Борис Аладишкін

Будь-які механічні контакти схильні до зносу. Щоб зменшити вплив цього деструктивного фактора, в першій половині минулого століття було розроблено магнітокеровані комутаційні пристрої, контактна група яких містилася в вакуумну колбу. В СРСР такі елементи отримали назву «Геркон», по скороченню від «герметизований контакт», в англомовній технічній документації прийнято назву «reed switch».

Давайте розглянемо принцип дії цих пристроїв, конструкцію, основні характеристики, переваги і недоліки. На завершення статті буде приведена пара корисних схем, де використовуються геркони.

Дані пристрої являють собою контактну групу, виготовлену на основі феррімагнітном матеріалу, що міститься в скляну колбу. З неї відвалений повітря (створені умови максимально наближені до вакууму), як варіант можливо наповнення інертним газом. Зовнішній вигляд пристрою і його позначення на принципових схемах представлені нижче.

З конструктивним виконанням, можна ознайомитися на малюнку 2.

позначення:

• А - висновки пристрою.
• В - скляна колба.
• З - контактна група.
• D - інертний газ або вакуум.

різновиди

Комутаційні пристрої даного класу прийнято розділяти в залежності від пристрою контактної групи на наступні види:

1. Елементи з нормально-роз'єднаними контактами ( зовнішній вигляд такого пристрою показаний на рис. 1).
2. Елементи з нормально-замкнутим контактом.
3. З перемикати контактом.

Крім функціональних ознак, перерахованих вище, є і технологічні, що розділяють герметичні комутуючі пристрої на дві групи: сухі і ртутні. Відмінна особливість останніх полягає в тому, що всередині колби міститься крапля ртуті. Вона служить для «змочування» контактної групи, це дозволяє істотно знизити перехідний опір і вібрацію (брязкіт) контактів при комутації, що позитивно відбивається на якості контакту.

Принцип дії

Спрацьовування пристрою (замикання, розмикання або перемикання контактів) потрібно впливати на елемент магнітним полем, напруженість якого буде достатньою для комутації. Як джерело такого поля може виступати звичайний або електромагніт.

Під впливом силових ліній відбувається намагнічування контактів і з подолання порогу пружності вони комутують ланцюг.

Відповідно, як тільки на контактну групу перестане діяти магнітне поле, вона повернеться в початковий стан. Тобто, функціонально контакти крім свого прямого призначення відіграють роль муздрамтеатру і пружного елемента.

Пристрої з нормально-замкнутими контактами діють трохи інакше. Їх феррімагнітниє пружні елементи, потрапляючи під вплив магнітного, поля набувають однаковий заряд, що змушує їх відштовхуватися, розриваючи контакт.

Іноді в таких комутаторах тільки один пружний елемент виконаний з феррімагнітном сплаву, в результаті наближення магніту він притягується до нього, відключаючи ланцюг.

Подібний принцип задіяний в герконах з переключающей групою контактів, в якому два з них виготовляються з магнітного матеріалу. Під впливом магніту вони притягуються один до одного, а немагнітний контакт залишається в початковому положенні. В результаті відбувається перекомутація ланцюга.

Основні параметри

Властивості герметичних комутаторів визначаються механічними і електричними параметрами. До перших відносяться:

• N max - число, яке вказує максимально допустиму кількість спрацьовувань без зміни основних характеристик.
• V cp - величина відображає інтенсивність поля необхідну для реакції пристрою. У технічної термінології дану характеристику називають магніторушійної силою.
• V отп - величина відповідна силі розмикання.
• t cp - час, необхідний на спрацьовування контактної групи.
• t отп - інтервал часу, необхідний на відпускання.
• Останні два параметри найбільш значимі з механічних характеристик, Оскільки описують швидкість комутації.
• Тепер перерахуємо основні електричні характеристики:
• R K - опір між контактами в замкнутому стані.
• R З - опір розімкнутих контактів.
• U ПР - напруги пробою, дана характеристика залежить як від попереднього параметра, так і відстані між групою контактів. Крім цього на електричну міцність впливає наповнення колби.
• P max - потужність комутації.
• C K - ємність, утворена роз'єднаними контактами.

Як здійснюється управління?

Управляти герметичним комутатором можна двома способами:

• використовуючи постійний магніт;
• впливаючи котушкою, підключеною до постійного джерела струму.

У першому варіанті управління може здійснюватися шляхом лінійного або кутового переміщення постійного магніту. Також зустрічається спосіб, при якому полі перекривається за допомогою спеціальної шторки.

Як приклад використання методу управління за допомогою магніту можна привести датчики рівня, а також положення, охоронну сигналізацію і т.д.

Другий варіант дозволяє створити реле на основі геркона. На відміну від традиційної конструкції, такий пристрій буде більш надійним і довговічним, оскільки практично не містить в собі рухомих механічних елементів. Що стосується невеликої кількості контактних груп, то цей недолік легко усувається шляхом збільшення кількості задіяних герконів.

Прикладом застосування даного способу управління може служити струмове реле на основі геркона. Воно являє собою котушку, намотану проводом товстого перетину, усередині якої розміщується герметичний комутатор. Дане пристосування може служити в якості захисної системи від перевантаження в ланцюгах постійного струму. Чутливість приладу легко регулювати шляхом лінійного переміщення комутатора всередині котушки.

Плюси і мінуси

Будь-яка конструкція крім переваг не позбавлена \u200b\u200bнедоліків. Знаючи сильні і слабкі сторони пристрою можна знайти оптимальну сферу для його застосування. Давайте розглянемо, в чому полягає переваги герметичних комутаторів, до таких властивостей можна віднести:

• Високу надійність комутації. Вона практично на два порядки перевищує цей показник у відкритих контактних груп. Це досягається за рахунок високого опору між контактами (R ІЗ), воно може обчислюватися десятками МОм. Важливу роль відіграє і показник електричної міцності (U ПР), напруга пробою у деяких моделей перевищує 10 кВ.
• Швидкодія також є незаперечною перевагою. Частота комутації багатьох моделей наближається до 1 кГц. Що стосується параметрів, що описують швидкість комутації, то вони знаходяться в наступних діапазонах: t cp - від 0,4 до 1,8 мс, t отп - від 0,25 до 0,9 мс, що набагато перевищує аналогічні показники відкритих контактних груп.
• Довговічність, число спрацьовувань обчислюється мільярдами, жодна відкрита контактна група навіть близько не може наблизитися до цього рубежу.
• Даний тип комутаторів невимогливий до узгодження з навантаженням.
• Управління може здійснюватися без використання електроенергії.

Характерні недоліки:

• Низькі показники комутованої потужності.
• Невелике число контактів.
• Брязкіт при спрацьовуванні (конструкції «мокрого» типу позбавлені цього недоліку).
• Великі розміри для сучасної радіотехнічної бази.
• Недостатня міцність скляної колби.
• Чутливість до впливу зовнішніх магнітних полів.

Незважаючи на явну перевагу позитивних якостей, дані пристрої поступово витісняються напівпровідниковими аналогами, такими як датчики Холла. Відсутність брязкоту, невеликі розміри і більш висока міцність зіграли вирішальну роль.

Приклади практичного застосування в побуті

Як і було обіцяно на початку статті, наводимо пару корисних схем, в яких використовуються геркони. Почнемо з універсального управління освітленням в передпокої. Принцип роботи полягає в наступному: при відкритті вхідних дверей автоматично вмикається світло, і через кілька хвилин вимикається. При достатньому рівні освітлення, світло в передпокої не включається.

позначення:

• Резистори: R1 - 68 кОм, R2 - 33 кОм, R3 - 470 кОм, R4 - 10 кОм, R5 - 27 кОм.
• Конденсатори: С1 - 0,1 мкФ, С2 - 100 мкФ х 25 В, С3 - 470 мкФ х 25 В.
• Стабілітрон і діоди: VD1 - КС212Ж, VD2 і VD3 - КД522 (1N4148), VD4 - КД209 (1N4004).
• Транзистори: VT1 і VT2 - ÌRF840.
• SG1 - будь-який звичайний герконовий датчик, наприклад, 59145-030.
• FR1 - фоторезистор, підійде будь-якого типу з опором на світлі не нижче 8 кОм, в темряві - 120-180 кОм.
• Тригер D1 - К561ТМ2 (СD4013).

Налаштування схеми зводиться до підбору опору R1, для вибору оптимального часу затримки відключення освітлення.

Тепер розглянемо схему простої домашньої сигналізації, де в також використовується типовий герконовий датчик для дверей.

позначення:

• Резистори: R1, R2 і R3 - 100 кОм, R4 - 33 ком, R5 - 100 кОм, R6 - 1 кОм.
• Конденсатори: С1 - 100 мкФ х 16 В, С2 - 50 мкФ х 16 В, С3 0,068 мкФ.
• Діоди і світлодіод: VD1 і VD2 - КД522 (1Т4148), HL1 - АЛ307Б.
• Транзистори: VT1 - КТ829, VT2 - К361.
• Мікросхема: К561ЛА7.
• S1 - герконовий датчик 59145-030.

Як сирени використовується звуковий оповіщувач АС-10.

Харчування схеми здійснюється від акумулятора 12 В, ємністю 4 А * ч.

Контакти або як їх ще називають комутаційні пристрої використовуються в електронній і радіотехніці. Герконові вимикачі були розроблені для поліпшення якості експлуатації: часу служби і, звичайно ж, надійності. У цій статті ми розглянемо технічні характеристики герконів, принцип роботи та сферу застосування.

Що це таке?

Сьогодні геркони практично не використовують, так як з'явилися датчики Холла. Але все ж в деяких випадках дані вироби незамінні. Вони прості у використанні, і це служить тим, що їх ще використовують в різному типі схем або ж пристроїв.

Якщо потрібні надійність і довговічність, то ця деталь незамінна нічим. Де застосовується вимикач? Він може входити в конструкцію датчика, електронних реле та інших пристроїв.

Геркони, як і інші апарати або їх деталі діляться на різні види.

По функцій:

• замикання;
• перемикання;
• розмикання.

Конструктивні і технічні ознаки:

1. Сухий контакт (без яких би то не було секретів, працює за принципом описаному трохи нижче).
2. Ртутний контакт (в скляному корпусі до контакту додані ртутні краплі, які їх змочують, коли спрацьовує геркон, що покращує якість контакту. Також це дозволяє уникнути контактного брязкоту (вібрації), що збільшує час спрацьовування.

Виходячи з цього, краще в використання взяти ртутний контакт, але і це не в усіх моментах.

Конструктивні особливості

Конструкція геркона є герметичною балон зі скла, всередині якого знаходяться контакти. Ці контакти - це сердечники з магніту, які приварені з торцевих сторін колби. Зовнішні частини цих сердечників підключаються до електромережі. На схемі нижче демонструється пристрій виробів:


де:

1. Колба зі скла.
2. Перемикається контакт.
3. Нерухомий контакт.

Найпоширенішими є герконові датчики на замикання. Контакти з феромагнітної дроту прямокутного виду. Залежно від потужності і розміру геркона, сердечники виготовляють з пермаллоєвого дроту. Також покриття можна замінити і іншими металами (золото, срібло, родій та інші).

У колбу запускають інертний газ або вакуумируют, що не дає можливості розвитку корозії в герконового вимикачі. При виготовленні деталі також враховується те, що між сердечниками є зазор певного розміру.

Як працює герконновий датчик?

Контактні група прийде в дію тільки в тому випадку, якщо навколо герконового вимикача буде певна напруга магнітного поля, яке створене будь-яким способом, будь воно постійним або ж електромагнітним. Принцип дії полягає в тому, що сердечники всередині колби намагнічуються, притягуються один до іншого і цим замикають ланцюг. Все це буде знаходитися в дії до зникнення магнітного поля. Подальші спрацьовування теж залежать від наявності магнітного поля навколо геркона.

Принцип роботи магнітного датчика на розмикання працює трохи по-іншому. При наявності магнітного поля контакти намагнічуються однаковим найменуванням і відштовхуються один від одного, ніж ланцюг розмикається.

Перемикається герконовий вимикач при магнітному полі: замикає розімкнуті контакти, а немагнітний контакт залишається таким, як і був до цього.

Наочно побачити, як працюють геркони, ви можете на відео нижче:

Пробивна напруга пристроїв може виростати до 5 кВ. Спрацьовує датчик в 0,5-2 мс, а вимикається в 0,1-0,7 мс, а це значно менше ніж, наприклад, спрацьовування електромагнітного реле.

Призначення і область застосування

Використовують герконові вимикачі і донині в:

• клавіатури і синтезатори;
• обладнання для безпеки і автоматики;
• обладнання для підводного плавання;
• обладнання для тестування і зняття замірів;
• апаратура в медустановах і комунікаційні апарати.

Наприклад, в системах охорони геркон використовують як реле. Також пристрої використовуються і в охоронному датчику. З себе це представляє: геркон плюс магніт. Якщо розглядати герконовое реле, то воно являє собою: геркон і обмотка з дроту. Плюсами такого реле, є:

• маленький розмір і простота конструкції;
• не піддається впливу вологи і обгорання контактів;
• немає рухомих елементів.

Застосовувати такі деталі можна багато в чому і де. Але одним істотним недоліком є \u200b\u200bнизька ударостійкість, а це вже важливо для різного роду систем, датчиків і т.д.

Плюси і мінуси пристосування

Використання герконовий датчиків дало як позитивні, так і негативні моменти:

• конструкція, що дозволяє зменшувати розміри;
• швидке спрацьовування і відключення;
• повністю герметизовані серцевини;
• електрична міцність між контактами;
• довгий час служіння (за винятком ударів);
• геркон працює в будь-яких погодних умовах від -60 до +120 градусів.
• низька ударостійкість;
• сприйняття зовнішніх магнітних полів;
• низька потужність при комутації ланцюга;
• довільне розмикання при високому струмі;
• іноді можуть виникати замикання і розмикання довільно.

Якщо вам потрібно використовувати геркони, то зверніть увагу на такі нюанси застосування:

1. Обов'язково потрібно уникати ультразвуку, так як він може впливати і змінити електричні характеристики.
2. При установці слід пам'ятати про те, що магнітне поле може змінити характеристики вимикача.
3. Забороняється ударяти і упускати герконові вимикачі, тому що через інертного газу, який при ударі розбовтується, балон може лопнути, що виведе пристрій з ладу.
4. Слід дотримуватися рекомендацій від виробника при паянні.

Технічні характеристики

Всі технічні характеристики основних типів герконовий вимикачів наведені в таблиці нижче:

Маркування герконів залежить від області, в якій вони діють. Кожна з існуючих абревіатур щось позначає (наприклад, КЕМ - комутація електричних механізмів, А - робота в будь-яких кліматичних умовах, В - робота тільки в приміщенні). При виборі необхідно враховувати ці нюанси.

Знайти вимикачі можна в електротехнічних магазинах, на радіоринках або ж замовити в інтернеті. Якщо вам потрібен геркон для автомобіля, то придбати його можна в автосервісі. Також є можливість зробити герконовий вимикач самому, але для цього потрібно дороге обладнання.

Ось ми і розглянули технічні характеристики герконів, а також їх принцип роботи та сферу застосування. Сподіваємося, тепер вам стало зрозуміло, що собою представляють дані вимикачі і для чого вони використовуються.

подобається ( 0 ) Не подобається( 0 )