Герконы. Виды и устройство. Особенности и работа. Применение
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.
Как и все контактные группы, герметические контакты разделяются на виды по функциям:
По технологии изготовления и конструкции, герконы разделяются на группы:
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.
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:
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:
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.
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:
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.
Герконовые реле: что это такое, чем отличается, как работает
Содержание статьи
С определенного времени для улучшения надежности и работоспособности контактная система электромагнитного реле модернизируется внедрением герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконы). Такие приборы широко используются в различных датчиках и системах.
Герконовое реле (РПГ), использующееся для коммутации электрических цепей, позволяет избавиться от недостатков, присущих электромагнитным устройствам:
Конструкция, виды и принцип действия
Устройство герконового реле отличается простотой. В основе элемента лежит электромагнитная катушка, поверх которой расположен защитный экран, защищающий контактную группу от влаги, окисления, пыли и магнитных полей. В герметичном стеклянном трубчатом корпусе, в вакуумной или аргоновой среде, находятся два гибких ферромагнитных проводника с плоскими металлическими контактами из пермаллоя, покрытого драгоценными металлами с высокой проводимостью (серебро и металлы платиновой группы). Детали производятся методом штамповки, а соединения осуществляются при помощи сварки или пайки. Вся конструкция при этом может быть помещена в кожух.
Принцип работы герконового реле основывается на взаимодействии сил, возникающих между магнитными телами. Когда контактные сердечники подвергаются воздействию магнитного поля, контакты внутри стеклянного баллона размыкаются или наоборот замыкаются. Зазоры существенно облегчают прохождение поля между элементами прибора. Таким образом, сердечники справляются с функциями токопроводящего элемента, пружины и детали, реагирующей на магнитное поле, источником которого, как правило, служит электрический или постоянный магнит.
Различаются герконы на несколько групп по типу используемого контакта:
В зависимости от конструктивного исполнения различают сухие (колбочка с инертным газом или вакуумом) и смоченные (наличие ртути на месте соприкосновения сердечников) разновидности. Капля ртути позволяет устранить дребезжание ферромагнитных сердечников.
Работа герконового реле во многом зависит от материалов, из которых оно изготавливается. При производстве герконовых реле используется четыре группы магнитов:
Плюсы и минусы герконовых реле
Среди преимуществ компонентов:
Пробивное напряжение герконовых реле может достигать нескольких десятков киловольт. Срок службы таких изделий может доходить до 4-5 миллиардов срабатываний. Высокая надежность является одной из основных причин широкой области применения герконов.
Помимо достоинств существуют и некоторые недостатки герконовых реле: хрупкость стеклянной колбы, низкая чувствительность у МДС управления элементов, дребезжание, самопроизвольное размыкание при большом токе, восприимчивость к внешним магнитным полям, малая мощность коммутируемых цепей, а также недопустимое размыкание и замыкание сердечников при питании переменным напряжением низкой частоты.
Однако далеко не все недостатки являются неустранимыми. Например, несанкционированное срабатывание можно предупредить, прибегая к дополнительному экранированию корпуса реле.
Основные характеристики герконовых реле, обозначение на схемах
Следует учитывать, что между сердечниками возможно возникновение паразитной емкости, которая способна привести к выходу из строя электронных компонентов.
Герконовое реле на схемах обозначается доступно и понятно. Маркировка позволяет точно определить основные параметры (тип контактов, габариты, функциональные особенности и т. п.) и выбрать наиболее подходящие изделия.
Применение герконовых реле и советы по использованию
Несмотря на вытеснение датчиками Холла, герконовые приборы активно используются в разных системах и устройствах:
Современный рынок предлагает множество изделий, произведенных в РФ и за рубежом. Отдельные модели изделий применяются для защиты высоковольтных линий электропередач, что поспособствовало развитию проектирования релейного оборудования. Помимо герконовых реле существуют герсиконы, предназначающиеся для запуска электрических двигателей, мощностью до 45 кВт.
При монтаже компонентов рекомендуется избегать источников ультразвука и магнитного поля, а при пайке следует руководствоваться предписаниями инструкции производителя. Для защиты РПГ от разнообразных неблагоприятных факторов можно применять шунтирующие диоды, варисторы или подавляющие RC-цепи, подключенные параллельно нагрузке или геркону.
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
С конструктивным исполнением, можно ознакомиться на рисунке 2.
Конструкция геркона
Обозначение:
Разновидности
Коммутационные устройства данного класса принято разделять в зависимости от устройства контактной группы на следующие виды:
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
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
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
Основные параметры
Свойства герметичных коммутаторов определяются механическими и электрическими параметрами. К первым относятся:
Как осуществляется управление?
Управлять герметичным коммутатором можно двумя способами:
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
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:
Характерные недостатки:
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
Обозначения:
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
Обозначения:
В качестве сирены используется звуковой оповещатель АС-10.
Питание схемы осуществляется от аккумулятора 12 В, емкостью 4 А*ч.
Что такое геркон, как он работает и где применяется в быту
Внешне геркон больше напоминает советский германиевый диод. Человек, незнакомый с этой деталью, едва ли догадается, что этот крохотный предмет относится к классу реле. Но если присмотреться к содержимому и разобраться в том, какие бывают герконы, все вопросы исчезнут.
Что такое геркон
Геркон представляет собой разновидность реле. Слово «геркон» – это сокращение от слов «герметизированный контакт». В этом и заключается основная особенность этого электронного прибора.
Герметичный контакт
В обычных электромагнитных реле имеются подвижные и неподвижные металлические контакты. Между ними находится воздушный промежуток. При их замыкании или размыкании образуется электрическая дуга. В качестве проводника выступает воздух, находящийся между контактами. Образование дуги портит контакты и сокращает срок службы реле.
Геркон работает похожим образом, однако выводы находятся в среде инертного газа. По этой причине зажжение дуги невозможно. Следовательно, контакты герконового реле не подгорают, что увеличивает срок службы электронного прибора.
Устройство детали
Датчик геркон выглядит как небольшая стеклянная трубочка из зеленого полупрозрачного стекла. С двух сторон имеются проволочные выводы. Они позволяют припаять деталь к плате или подсоединить к ней провода. Существуют и трехконтактные модели.
Внутри стеклянной трубочки есть полость с безвоздушной средой. В полости находятся контакты, которые подключены к выводам прибора, находящимся снаружи. Такая деталь не имеет полупроводников. Поэтому она может работать на переменном токе.
Герконы довольно разнообразны по размерам. Небольшие модели имеют длину 10-15 мм. Более крупные бывают размером с ладонь.
Это интересно! Существует тенденция к уменьшению габаритных размеров герконов. В 2017 году американская компания «Hermetic Switch Inc» выпустила в серийное производство деталь с длиной трубки 4,01 мм. Достижения в этой области есть и у японских производителей. Компания «OKI» в 2005 году заявила о выпуске опытного образца с длиной колбы 2 мм. Однако широкого распространения данные детали пока что не получили.
Виды контактов
Герконы имеют схожую с другими видами реле классификацию. С точки зрения состояния контактов, существуют следующие модели:
По устройству контактов герконы делятся на 2 вида:
С точки зрения внутренней среды существует 2 типа приборов:
Принцип работы геркона
Контакты срабатывают под воздействием магнитного поля. Его источником обычно служит постоянный или управляемый электрический магнит.
Поле от магнита беспрепятственно проникает через стекло в герметичную полость. Попав внутрь, оно взаимодействует с металлическими контактами прибора.
Магнитное поле приводит их в движение, тем самым замыкая или размыкая электрическую цепь, подключенную к выводам детали. Поэтому, чтобы проверить работоспособность такого реле, достаточно поднести к нему любой магнит.
Принцип работы герконового датчика
На замыкание и размыкание контактов требуется некоторое время их намагничивания. Оно исчисляется единицами миллисекунд, поэтому на практике обычно не учитывается. В большинстве случаев допустимо считать, что геркон срабатывает сразу в момент попадания в магнитное поле.
Технические параметры выбора
При выборе следует учесть ряд технических характеристик этого прибора. К основным из них относятся:
Дополнительная информация! Переходное сопротивление контактов способно увеличиваться по мере их выработки. Также оно зависит от силы магнитного поля, действующего на геркон, и его положения в пространстве.
Как управлять герконом
Герконы замыкают (размыкают) контакты при воздействии магнитного поля. В качестве источника поля обычно служит постоянный или электрический магнит.
Если речь идет о постоянном магните, то геркон находится в замкнутом состоянии, когда магнит рядом. Если отвести его в сторону на 5-7 мм, контакты прибора разомкнутся.
В случае с электрическим магнитом ничего двигать не надо. Трубка геркона располагается внутри катушки электромагнита. Когда на него подается напряжение, образуется магнитное поле. Оно удерживает выводы в замкнутом состоянии. Если с электромагнита убрать напряжение, поле пропадет, и выводы разомкнутся.
Электромагнитный выключатель с герконом
Достоинства и недостатки
Как и любые электронные компоненты, герконы имеют достоинства и недостатки. Преимущества:
Расшифровка маркировки
На принципиальных электрических схемах геркон имеет обозначение круга с нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми контактами. Символ напоминает обыкновенную кнопку, заключенную в окружность.
В технической документации геркон имеет маркировку из букв и цифр. Для обозначений большинства подобных приборов справедливо следующее:
Для примера можно разобрать модель МКА-14103:
Простые примеры использования в быту
Геркон – простая деталь, поэтому радиолюбители охотно собирают на ней различные устройства своими руками. Ниже приведены 3 популярных решения, которые реализуются с помощью этой детали:
Дополнительная информация! Электронная промышленность также выпускает герконы для охранной сигнализации. К таким устройствам любительского класса относится беспроводной датчик открытия двери ALD01. В профессиональных системах используются врезные герконы, которые не привлекают внимания. Они позволяют скрыть факт действия извещателя.
Принцип работы геркона основан на его взаимодействии с магнитным полем. Если поднести к геркону намагниченный предмет, его выводы замкнутся. А если поместить эту деталь в поле управляемого электрического магнита, то получится реле с повышенной износоустойчивостью.
Выбирать данный прибор следует исходя из предельно допустимого тока и напряжения. Одновременно необходимо учесть и условия эксплуатации. Такие устройства, как электромагнитный замок домофона, находящийся вблизи геркона, способны влиять на его работу.
