Принцип работы и виды герконовых датчиков, схема и применение

Принцип работы

В отличие от коммутационных электромагнитных устройств, выключатель герконовый имеет контакты, которые располагаются в герметичной колбе, из которой откачан воздух или она заполнена инертным газом. Такая конструкция исключает процесс коррозии поверхностей.

Для магнитного поля колба не является препятствием, чтобы оказывать действие на контакты, если они выполнены из магнитных материалов. Управление герконом осуществляется взаимодействием контактов с внешним магнитным полем постоянного магнита или электромагнитного поля, созданного электрическим током соленоида. Срабатывают они по достижении показателей магнитного поля определенной величины.

Кроме магнитных свойств контакты должны обладать упругой механикой, так как работа реле связана с возвращением их в исходное положение после окончания действия сигнала.

Описание и назначение

Герконом является устройство электромеханического типа, которое размыкает или замыкает электрические контакты. Это происходит за счёт магнитно-контактного поля, которое генерирует электромагнит. Это может делать и постоянный магнит.

Геркон переводится как герметичный контакт. Это обуславливается его конструкцией. Его составляющие — ферромагнитными пластинами, которые запаяны в капсулу из стекла. Она заполняется инертным газом, вместе с двумя контактами выхода.

Благодаря оболочке воздействие внешних факторов сводится к минимуму, при этом устройство может функционировать в нормальном режиме.

В колбе может содержаться иссушенный воздух, азот и любой другой инертный газ. Кроме этого, его могут откачать, чтобы создать вакуум. Это делают, чтобы повысить уровень коммутируемого напряжения.

Датчики из геркона применяются в разных системах и устройствах:

• Бытовые счетчики.
• Клавиатуры в оборудовании промышленного назначения и синтезаторах. Возникновение искры с них исключено. Именно поэтому их широко используют при производстве взрывоопасных вещей (где есть пыльные испарения или горючие).
• Оборудование для медицинских учреждений.
• Системы, которые охраняют и контролируют положение, работающее по автоматическому принципу.
• Телекоммуникационные системы.

Для систем безопасности актуальны устройства, изготавливаемые из магнита и геркона. Они дают сигнал о закрытии и открытии дверей.

Стоит отметить, что распространены герконовые реле, которые состоят из проволочной обмотки и контактного датчика. У такой системы отмечают значимые преимущества: устойчивость к влаге, простое использование, нет деталей, которые двигаются.

С помощью герконов защищаются электроустановки от перегрузок.

Назначение, области применения

В коммутационных электронных устройствах все больше используются полупроводниковые приборы (датчики Холла). Однако герконовые выключатели некоторых устройств выдерживают конкуренцию с ними, несмотря на отставание в технических параметрах:

• скрытые поверхностью колбы соединения гарантируют безопасную работу во взрывоопасных помещениях;
• в устройствах, работающих под водой, в местах с влажным климатом;
• в системах сигнализации, основанных на контроле положения;
• определение положения лифта в текущий момент;
• клавиатура промышленных приборов для надежной и долговременной эксплуатации;
• некоторые образцы теле и радио аппаратуры, медицинские приборы и другие области техники.

Разновидности

Классифицируются устройства по следующим группам.

По характеру действия

• Нормально-разомкнутый контакт. Воздействием магнитного поля определенной напряженности, контакты замыкаются, и по цепи проходит ток. После окончания действия упругие силы возвращают их на место.

• Нормально-замкнутый контакт. Внешнее магнитное поле должно сформировать такую напряженность, чтобы возникшая сила отталкивания преодолела упругость контактной пары.

• Переключаемые контакты. В варианте присутствуют три контакта для подключения: два выполнены из магнитного материала, а один не магнитный. Первые два взаимно притягиваются и коммутируют одну из электрических цепей. При отсутствии магнитных полей магнитные контакты (один из них) переключаются на не магнитный и производится перекоммутация цепи.

По типу конструкции

• Сухие. Это выключатель герконовый с вакуумной колбой и контактами, находящимися в среде инертных газов. При замыкании не исключается дребезг контактов (неконтролируемые наличие или отсутствие соприкосновения их упругих рабочих поверхностей).
• Мокрые. В таких устройствах на контакты добавляется капелька жидкого металла — ртути. При упругих колебаниях во время замыкания контактов она заполняет пространство между ними и не позволяет разрываться электрической цепи.

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.

Технические характеристики

Для выбора нужного геркона, следует изучить его параметры. Главными будут следующие.

• Напряженность поля или магнитодвижущая сила срабатывания (V ср.) и отпускания (V отп.) — дает информацию о величине, при которой происходит замыкание и размыкание контактов. Единицы измерения — амперы.
• Быстрота действия определятся временем срабатывания (Т ср.) и временем отпускания (Т отп.). Измеряется в милисекундах. Косвенно на быстродействие оказывает влияние емкость контактов, которая определяется только в разомкнутом состоянии и зависит от зазора и размеров пластин. Чем она больше, тем более заметна инерционность геркона в срабатывании. Понятно, что маленького размера герконы имеют лучшее быстродействие, чем большие.
• Максимальное количество коммутационных циклов (N max) определяет ресурс работы контактов до их полного износа. Измеряется в миллиардах срабатываний.
• Допустимый диапазон частот уровня вибрации, выше которого у геркона может лопнуть колба или перестанут нормально функционировать контакты. Измеряется в герцах (Гц).
• Предельная мощность (Р max) при которой контакты не теряют своих магнитных свойств. Зависит от свойств материалов и габаритов сечения контактов. Чем больше размер, тем больше предельная мощность. Измеряется в Ваттах (Вт) или кВт.
• Напряжение пробоя указывает (обычно в кВольтах) величину, при которой образуется дуга в пространстве между контактами. По-другому, это напряжение называют электрической прочностью геркона. Определяется глубиной вакуума или степенью очистки защитного газа, форматом зазора и применяемыми материалами.

Проверка работоспособности геркона

Прежде чем установить герконовый датчик в рабочую схему, следует выполнить его проверку. В сложной схеме, чтобы добраться до причины неисправности, придется перепроверить много других потенциально дефектных элементов. Сделать это очень просто при наличии мультиметра — достаточно лишь установить его диск в положение «прозвонка», а щупы присоединить к выводам. Как подключить показано на изображении:

В нерабочем положении при нормально-разомкнутых контактах герконового выключателя мультиметр покажет обрыв. При создании магнитного поля, которое делает соединение замкнутым (можно сделать с помощью постоянного магнита, имеющегося в схемах некоторых устройств), мультиметр должен показать практически нулевое сопротивление. Такой геркон можно использовать в работе.

Геркон — обозначение на схеме

Отличие магнитоуправляемого соединения в электрических схемах от других типов контактов — наличие в изображении окружности, как обозначения герметичного корпуса. Конкретную принадлежность к элементу схемы указывают в виде набора букв и цифр:

• К1.1 — указывает принадлежность к реле схемы с которым геркон работает (согласно нормативных документов времен СССР в схемах и технической литературе геркон обозначается буквой «К»);
• SF — обозначает управление геркона постоянным магнитом.

Строгие правила по маркировке герконов отсутствуют. Производитель наносит на корпус свое заводское обозначение.

Достоинства и недостатки

Для сравнения возьмем электромагнитные реле с катушками и сердечником. В дополнение приведем некоторые общие положительные и отрицательные качества.

Плюсы

• Габариты герконовых выключателей значительно меньше из –за отсутствия механики для перемещения контактов и самого сердечника.
• Большинство технических характеристик таких, например, как электрическая прочность, напряжение пробоя на несколько порядков выше, чем у электромагнитных реле.
• Быстродействие герконовых выключателей значительно превосходит аналогичный параметр обычных реле.
• Во время работы отсутствует шум, характерный при функционировании электромагнитных реле.
• Ресурс работы герконов многократно превышает долговечность электромагнитных реле.
• Герконы не требуют согласования к виду нагрузки.
• Для управления электромагнитным реле требуется наличие электроэнергии, герконовыми устройствами возможно управлять без ее использования.

Минусы

• Коммутируемая нагрузка имеет низкие показатели по мощности.
• В колбе помещается незначительное количество контактов.
• В сухом герконе процесс замыкания сопровождается дребезгом контактов. Мокрые герконы избавлены от этого технического явления.
• Геркон имеет большие размеры для компактных современных электронных схем.
• Стеклянная колба не отличается достаточной прочностью, может разрушиться от вибрационных явлений, возникающих в работе оборудования с герконовыми устройствами.
• Требуется наличие защитного экрана, чтобы устранить влияние на нормальное функционирование геркона внешних магнитных полей.

Преимущества

Герконовые датчики обладают следующими преимуществами:

1. Полная герметичность позволяет использовать их в пожароопасных помещениях и агрессивных средах.
2. Моментальное срабатывание позволяет использовать их в устройствах с высокой коммутационной частотой.
3. Исключение дребезга контактов у ртутных датчиков. Они применяются в оборудовании с повышенными требованиями к чистоте сигнала.
4. Малые габариты от 4 мм, простота конструкции, низкая стоимость изготовления.
5. Высокая функциональность и универсальность реле.
6. Возможность коммутировать маломощные сигналы.
7. Большой температурный диапазон работы — от -55 до + 110 ºC.
8. Высокая прочность сердечников.
9. Отсутствие поверхностей трения.

Высокая универсальность, надежность и цена по-прежнему позволяют герконам соперничать с прямыми конкурентами.

Рекомендации по использованию

Во время монтажа и дальнейшей эксплуатации герконов следует учитывать такие факторы:

• кроме наличия посторонних магнитных полей при монтаже герконовых устройств следует избегать источников ультразвука — он оказывает отрицательное влияние на электрические параметры, изменяя их;
• герконовые устройства не воспринимают ударных нагрузок, так как при этом может нарушиться герметичность, что приведет к утечке защитного газа или нарушению вакуумной среды;
• технология пайки герконовых устройств имеет особенности, следует четко выполнять инструкцию по пайке от производителя;
• диапазон температур при которых может работать герконовый переключатель с гарантией заявленных характеристик имеет следующие средние значения: от −60 °С до +120 °С.

Герконы часто используют домашние мастера для изготовления простых схем сигнализации и автоматики для управления вкл/выкл света. Один из примеров подключения геркона вы можете увидеть на изображении ниже.

Как подключить датчик

Если говорить о том, как подключить геркон, то начать стоит со способов монтажа. Креплений всего два:

• скрытое;
• наружное.

Учитывать также стоит характеристики поверхности, где будет осуществляться монтаж, потому разделяют две «базы» для подключения:

• стальная;
• магнитнопассивная.

Итак, часть реле, которая отвечает за магнитное поле, закрепляется на подвижной части конструкции. Геркон же должен быть установлен там, от чего отходит движущийся элемент. Происходит примерно следующее: движущаяся часть примыкает к стационарной, параллельно производят магнитной поле и замыкая цепь. Если же катушка, благодаря которой функционирует поле, не оказывает никакого воздействия, то происходит размыкание и соответствующая программа сообщит о нарушении. Все достаточно просто, потому что это фактически то, как работают датчики открытия дверей в умных домах.

Особенности установки

К нюансам же, которые нужно учитывать при подключении геркона, относят:

1. Использование в местах, где есть или может быть ультразвук, не рекомендуется, потому как он может сбить датчик и его настройки.
2. Если рядом есть еще один источник магнитного поля — его нужно исключить.
3. Не подвергать колбу ударам, потому как ее деформация приводит к негодности сердечников.

И немного касательно того, как проверить геркон: в первую очередь нужно настроить программу, после проверить работоспособность и, приложить друг к другу еще незакрепленные элементы. После их можно разъединить и посмотреть за реакцией программы, которая отвечает за уведомления. Если все в норме — крепим датчики на нужное место.