Принципы работа герконового выключателя, виды герконов

Принципы работа герконового выключателя, виды герконов

Во многих электрических приборах возникает потребность в защищенных от воздействий внешней среды управляемых переключателях. Требуется механизм, контакты которого не обгорают на воздухе, и им не мешает влага. Требуется ускорить процесс включения-выключения цепи и исключить присутствие между контактами посторонних примесей, они присутствуют в атмосфере или появляются на контактах переключателя со временем. В случаях, когда требуется надежность и долговечность, применяются герконы.

Устройство было изобретено профессором В. Коваленковым в Санкт-Петербурге в 1922 году. В 30-е годы того же столетия началось их производство и массовое применение в электрическом оборудовании.

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.

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.

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.

Читайте также  Трубогибочный станок своими руками

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.

Плюсы и минусы

У герконовых датчиков есть свои преимущества и недостатки. К плюсам относят:

  • В контактах отсутствует дребезг. Это актуально для тех, выводы которых смочены ртутью.
  • По сравнению с классическим реле датчики отличаются высоким быстродействием.
  • Датчик считается долговечным и не поддаётся физическим ударам (например, при неосторожном обращении или падении).
  • Такой вид датчика не создаёт шум.
  • Контакты слабо сгорают, так как располагаются в вакууме или инертном газе. Это относится и к тем случаям, когда замыкание с размыванием происходит с возникновением искры.
  • Доступная для всех цена, так как при производстве не используют тугоплавкие или драгоценные металлы.
  • Небольшой размер по сравнению с классическими реле.

  • По сравнению с открытыми контактами они тяжеловаты.
  • Скорость срабатывания ограничена.
  • Нужно создавать магнитное поле.
  • Бывают случаи, когда контакты остаются в замкнутом состоянии и вывести их из него нельзя.
  • Внешние магнитные поля влияют на них.

Геркон. Устройство и принцип работы.

Теория

КОМПОНЕНТЫ
  • Адресуемая светодиодная лента
  • Геркон
  • Диод
  • Зуммер
  • Кнопка
  • Кварцевый резонатор
  • Конденсатор
  • Макетная плата
  • Резистор
  • Реле
  • Светодиод
  • Светодиодные индикаторы
  • Сервопривод
  • Транзистор
ARDUINO
  • Что такое Arduino?
  • Среда разработки Arduino IDE
  • Онлайн-сервис TinkerCAD – эмулятор Arduino
  • Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?
  • Как прошить плату Arduino с помощью другой Arduino (ArduinoISP)
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
  • Интерфейс I2C (IIC)

В сущности, простейший геркон представляет собой два контакта, запаянных в стеклянную колбочку. Внутрь герметичной колбы закачан газ, который препятствует обгоранию контактов. Сами же контакты являются магнитоуправляемыми и изготавливаются из ферромагнитного материала. Их можно замыкать посредством воздействия магнитного поля электромагнита, соленоида, либо постоянного магнита.

На принципиальных схемах геркон обозначается в виде двух контактов в кружке, символизирующем герметичный баллон геркона.

Герконы можно легко обнаружить во многих инфракрасных датчиках движения, которые применяются в автоматических системах охраны. Там они используются в качестве реле.

Герконовое реле состоит из геркона и проволочной обмотки, так называемого, соленоида. Если через проволочную обмотку пропустить ток, то под действием протекающего тока в обмотке образуется электромагнитное поле, которое и воздействует на геркон, замыкая его контакты.

  • Во-первых, это сравнительно малые габариты и простота конструкции. Если взглянуть на обычные реле и герконовые, то можно убедиться в том, что герконовые заметно компактнее.
  • Второе преимущество реле на герконах – устойчивость к обгоранию контактов и влажности. Поскольку контакты геркона находятся в герметичном стеклянном баллоне с химически инертным газом (чистым азотом или смесью азота и водорода), то, естественно, контакты не окисляются.
  • Ещё одним немаловажным преимуществом герконовых реле является отсутствие подвижных элементов конструкции. Контакты геркона не подвержены трению и износу. Зазор между контактами геркона настолько мал, что его очень трудно увидеть.

Стоит отметить, что если через контакты геркона протекает большой ток, то они могут “залипнуть”. При этом геркон либо выйдет из строя, либо будет периодически замыкаться даже без воздействия магнитного поля на контакты. К сожалению, такой геркон подлежит замене.

Сферы применения герконов очень обширны. Это и системы охранно-пожарной автоматики, всевозможные датчики положения, системы связи, приборы управления и контроля.

Одним из существенных недостатков, препятствующих ещё большему распространению герконов является низкая ударостойкость. Несмотря на это, в последнее время герконы применяются в автомобилестроении и даже в авиации.

По сравнению с обычными реле герконовые обладают большим быстродействием и меньшей шумностью. Переключение контактов герконового реле практически незаметно на слух.

Также стоит отметить, что герконы в основном служат для коммутации небольших токов.

Что следует учитывать при использовании герконов?

Например, геркон марки КЭМ-1 способен выдержать ток не более 2 А и напряжение 300 В. Если превысить эти значения, то геркон превратиться в обычный проводник – его контакты “пригорят” друг к другу. Необходимо также уточнить коммутируемую мощность геркона. Для упомянутого геркона КЭМ-1 этот параметр составляет не более 30 Вт.

Таким образом, если используя формулу мощности постоянного тока подсчитать допустимый ток через геркон при напряжении, например, 220 В, то он составит величину меньше 2 А, а точнее – 0,13 А (130 мА).

Если же мы предполагаем, что через геркон будет протекать постоянный ток 1.5 А, то максимально допустимое напряжение будет составлять всего 20 В.

Применение геркона в самодельных устройствах просто огромно. Его можно использовать для гальванической развязки цепей, в качестве датчиков положения в электронных игрушках, системах сигнализации и контроля.

Принцип действия

Геркон по принципу работы схож с выключателем. Реле состоит из пары токопроводящих сердечников с зазором между ними. Они герметично запаяны в стеклянной колбе с инертной средой, исключающей процесс окисления.

Вокруг колбы размещается управляющая обмотка, питаемая постоянным током. При подаче питания обмотка генерирует магнитное поле, воздействующее на сердечники, и приводит к замыканию контактов между собой.

При отключении катушки от питания магнитный поток исчезает и контакты размыкаются пружинами. Надежность обеспечивается отсутствием трения между контактами, которые, в свою очередь, выполняют роль проводника, пружины и магнитопровода.

Особенностью герконового датчика является то, что на пружины реле в состоянии покоя не действуют никакие силы. Это позволяет им замыкать контакт за доли секунды.

Применяться могут и постоянные магниты. Такие устройства называют поляризованными.

Нормально замкнутые устройства имеют другой принцип функционирования. Под воздействием электромагнитной силы система магнитов заряжает сердечники одним потенциалом, заставляя их отталкиваться друг от друга, размыкая цепь.

Переключаемые герконы состоят из трех контактов. Один из них установлен стационарно и не магнитится, 2 других сделаны из ферромагнитного сплава. При наведении магнитного поля пара разомкнутых контактов замыкается, размыкая пару с немагнитным контактом.

Плюсы и минусы приспособления

Использование герконовых датчиков дало как положительные, так и отрицательные моменты:

  • конструкция, позволяющая уменьшать размеры;
  • быстрое срабатывание и отключение;
  • полностью герметизированы сердцевины;
  • электрическая прочность между контактами;
  • долгое время служения (за исключением ударов);
  • геркон работает в любых погодных условиях от -60 до +120 градусов.
  • низкая ударостойкость;
  • восприятие внешних магнитных полей;
  • низкая мощность при коммутации цепи;
  • произвольное размыкание при высоком токе;
  • иногда могут возникать замыкания и размыкания произвольно.

Технические характеристики

Все технические характеристики основных типов герконовых выключателей приведены в таблице ниже:

Маркировка герконов зависит от области, в которой они действуют. Каждая из существующих аббревиатур что-то обозначает (например, КЭМ – коммутация электрических механизмов, А – работа в любых климатических условиях, В – работа только в помещении). При выборе необходимо учитывать эти нюансы.

Читайте также  Напряжение обозначение

Найти выключатели можно в электротехнических магазинах, на радиорынках или же заказать в интернете. Если вам нужен геркон для автомобиля, то приобрести его можно в автосервисе. Также есть возможность сделать герконовый выключатель самому, но для этого нужно дорогое оборудование.

Вот мы и рассмотрели технические характеристики герконов, а также их принцип работы и область применения. Надеемся, теперь вам стало понятно, что собой представляют данные выключатели и для чего они используются.

Будет полезно прочитать:

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.

Как правильно использовать геркон

Для управления герконом существует два варианта:

  1. При помощи магнитного поля. Реле фиксируется в неподвижном состоянии. При этом магнит передвигается относительно него. Когда магнит приближается к геркону, контакты переключаются. При отдалении магнита, электромагнитное влияние ослабевает, контакты переключаются в обратное положение. При данном способе регулирования конструкция может быть различной. Магнит совершает обороты вокруг своей оси, переключая при этом контакты. Промеж реле и магнита передвигается магнитный экран, который распространяет электромагнитное поле. Кроме этого передвигаться могут все элементы конструкции – геркон, магнит и экран.
  2. Прибор управляется при помощи катушки, посредством которой проходит ток постоянной величины. В сердечник, имеющий пустую полость, укладываются одно или несколько элементов. При этом катушка обматывается проводом с большим сечением, что способствует стойкости к высоким токовым нагрузкам, применяемым на производстве. При увеличении токового показателя, электромагнитное поле отсоединяет контакты геркона, электрооборудование обесточивается. Для того чтобы настроить данную конструкцию необходимо переместить изделие внутри катушки по резьбовому соединению.