Что такое герконовый датчик

Схема подключения герконового датчика

Магнитный геркон является основным компонентом системы контактного реле в различных электромагнитных схемах. А герконовый датчик — это прибор, созданный для улучшения технических свойств и срока службы контактов электроаппаратуры. Подключить его можно как своими руками, так и с помощью профессиональных технических служб.

Герконовый датчик содержит два контакта из ферромагнитного сплава, заключенных в стеклянную колбу. Если к контактам поднести магнитный элемент, они замыкаются, образуя непрерывную электромагнитную сеть.

Геркон часто применяется для установки датчиков, сообщающих об открытии конструкции, на двери, ворота, окна —для защиты объекта от нежелательного проникновения.

Герконовые датчики отличаются по:

1. Функциональности (замыкающие, переключающие, размыкающие).
2. Технологическим особенностям (сухие, ртутные).
3. Конструкции (разомкнутые, замкнутые, переключающие, разомкнутые ртутные).

Другие исполнители на Юду

Рейтинг: 4,9

Принцип работы герконового датчика и особенности его установки

Наиболее распространенным видом герконовых датчиков является разомкнутый геркон. Каждый контакт в стеклянной емкости представляет собой плоскую проволоку. Поверхности контактов покрыты золотом, палладием, радием или серебром, что способствует уменьшению сопротивления и позволяет защитить контакты от коррозии. Пространство стеклянной колбы заполнено водородом, аргоном или азотом, либо просто представляет собой вакуумное пространство, что также способствует повышению антикоррозийных свойств.

Принцип работы герконового датчика заключен во взаимодействии двух элементов: исполнительной и задающей. Задающая часть схемы работы геркона — это магнит, а исполнительная — сам геркон. Для замыкания контактной цепи геркона необходимо вокруг него создать магнитное поле. Как только магнитное поле исчезает, контакты герконового датчика перестают взаимодействовать.

Размыкающий геркон работает по несколько иной схеме: его магнитные элементы расположены таким образом, что при намагничивании контакты отталкиваются, осуществляя размыкание электрической цепи.

Схема работы переключающего геркона также имеет свои особенности: один из контактов системы сделан из немагнитного металла, а другие — из ферромагнитного. Таким образом, при магнитном воздействии на геркон происходит замыкание ферромагнитных контактов, а немагнитные контакты размыкаются.

Есть свои хитрости для защиты геркона от несанкционированного проникновения.

Если вы осуществляете подключение герконового датчика своими руками, то при установке стоит обратить внимание на следующие моменты:

• Устанавливайте герконовые и магнитные датчики таким образом, чтобы они были направлены друг к другу и установлены на коротком расстоянии.
• Установите очень тонкую металлическую пластину между герконовым датчиком и магнитом. Она послужит защитным магнитным экраном.

Для обеспечения замыкания электромагнитной сети герконового датчика и осуществления его работы магнитная часть системы крепится на открываемой конструкции (окно, дверь или ворота), а сам геркон на дверной или оконной коробке. Если дверь закрыта, магнитное поле действует на контактную сеть геркона, замыкая электромагнитную цепь. Датчик охранной системы показывает, что входная группа закрыта. Стоит открыть дверь — магнит перестает действовать, размыкает цепь, заставляя тем самым срабатывать сигнал тревоги.

В документации на датчик есть вся необходимая информация для установки его своими руками. В зависимости от конструкций, на которые устанавливается геркон, датчики используются для скрытого и наружного монтажа, для стальных или магнитопассивных конструкций.

Тип устанавливаемого геркона определяется в соответствии с массивностью конструкции и материалом, из которого она изготовлена.

Герконы

Для того чтобы задача была максимально простой, в первую очередь требуется создать план-схему самых уязвимых мест охраняемого объекта. Далее уже следует подобрать подходящий тип датчика, для того чтобы эффективно защитить уязвимые места.

Если речь идет о балконе или окнах, то тут целесообразно провести установку датчиков разбития. Если есть риск, что будут повреждены иные элементы конструкции, следует подумать об установке вибрационных сенсоров.

Что касается датчиков движения, то их следует устанавливать в местах, где есть возможность проникнуть в здание, или же рядом с местами хранения дорогостоящих и ценных предметов. Но в процессе монтажа стоит учесть один важный момент, не нужно располагать датчик рядом с обогревателями или осветительным оборудованием, а также другой техники, которая во время эксплуатации можно генерировать тепло.

Важно равномерно по всему помещению распределить датчики дыма и надежно закрепить их у потолка. Датчик, который реагирует на утечку газа, а также воды нужно монтировать вблизи к приборами-потребителями, также целесообразно выполнит установку там, где проходит как газ, так и вода

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕРКОНОВЫХ РЕЛЕ

Наиболее широкое применение герконовые реле получили в системах сигнализации и телеметрии. Они обеспечивают возможность коммутации нескольких независимых цепей с помощью одного устройства, что позволяет включать систему звукового или светового оповещения с одновременной подачей сигнала на пульт охраны.

При кажущейся простоте блокировать такую систему довольно сложно. При этом в ней отсутствуют элементы, которые можно вывести из строя направленным электромагнитным импульсом, в отличии от систем, основанных на полупроводниковых элементах.

Также на основе описываемого вида реле возможно построение простейших логических схем, для этой цели могут применяться герконы с эффектом памяти — их особенностью является сохранение положения контактов даже после снятия управляющего импульса, возврат же в нормальное положение производится подачей сигнала обратной полярности на катушку устройства.

Кроме систем сигнализации отдельная разновидность реле — герсиконы используются для запуска электрических двигателей малой и средней мощности, в настоящее время производятся герсиконы с максимальной коммутируемой мощностью до 45 кВт.

Помимо низковольтной аппаратуры герконы применяются в цепях управления с рабочим напряжением несколько тысяч вольт, а отдельные устройства выдерживают напряжение до 100 кВ.

Отдельная разновидность высоковольтных герконов применяется в устройствах релейной защиты высоковольтных линий. В этом случае в конструкции предусматриваются дугогасительные и демпферные устройства, препятствующие появлению вибрации и дребезга контактной группы.

Таким образом использование герконовых реле открыло новую веху в приборостроении и проектировании релейного оборудования.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Особенности управления контактами геркона

Можно выделить два способа управления, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности:

Управления по средствам магнитного поля от постоянного магнита.

Геркон устанавливается неподвижно, магнит перемещается в пространстве относительно геркона, при приближении на расстояние когда сила магнитного поля достаточная для переключения контактов происходит срабатывание. Аналогично при удалении магнита от геркона, поле ослабеет, и контакты геркона возвращаются в исходное состояние.

Линии силового поля воздействующие на герконовые контакты

Классическим примером такого варианта является применение геркона в системах охранной сигнализации, когда геркон устанавливается на дверную коробку, а магнит на двери, можно наоборот.

Пример монтажа герконовых датчиков на двериА – контакты находятся в разомкнутом состоянии;Б – контакты замыкаются сигнализация срабатывает:

Скрытые герконовые датчики в профиле металлических дверей В зависимости от условий эксплуатации и функционального назначения, конструктивные решения могут быть разные:

• Магнит может вращаться вокруг оси, меняя полярности тем самым переключать контакты геркона.
• Между герконом и магнитом может перемещаться экранирующая магнитная шторка, для шунтирования поля;
• Подвижным может быть любой элемент, несколько, элементов или все, шторка, магнит и геркон, все определяют условия конкретного объекта.

Конструкция извещателя

Извещатели магнитоконтактные могут иметь три типа контактов, а именно переключающийся, нормально замкнутый, а также нормально разомкнутый. Герконы подразделяются на смоченные и сухие. Смачивание осуществляется с помощью ртути, это дает возможность устранить дребезжащий звук, а если изделия сухие, то они располагаются в газовой среде, при этом таким газом в стандартном случае является азот. У части герконов внутри колбы вакуум, это делается с целью увеличить показатели коммутируемого напряжения.

Датчик включает два составных элемента, в первом располагается постоянный магнит, который в некоторых случаях может быть также электромагнитом, в то же время внутри второго находится геркон, оснащенный выводами контактов. Если датчик имеет охранное назначение, то электромагнит внутри него не применяется. Контактная система по своей конструкции является баллоном из стекла, внутри которого находятся две пружины с перекрывающимися концами, среда вокруг них — инертный газ. Количества пластин будет равно трем, если речь идет о перекидном герконе. Дистанция от одной контактной площадки до другой держится в пределах от трехсот до пятисот микрон. Смыкание контактов происходит под воздействием магнитного поля. Пружина обладает настолько небольшим изгибом, что ее ослабления не наблюдается, из-за этого количество ее переключений может достигать десять миллиардов. Инертный газ уберегает контакты от воздействия искр и коррозии.

Датчики подразделяются на врезные и накладные. Экраны, которые являются магнитно непроницаемыми, служат для защиты от нарушителей. Такие экраны требуются, чтобы на геркон не оказал влияние магнит, располагающийся извне.

Устройства для окон и дверей могут относиться к магнито пассивным либо к магнитоактивным. Датчики подразделяются на два типа по пригодности к установке на тех или иных окнах и дверях. Первый тип обладает магнитами меньшей силы и сравнительно невелик по размерам. Устройства такого типа устанавливают на объектах, выполненных из алюминия или дерева либо же иных материалов, лишенных магнитных свойств. Устройства второго типа существенно крупнее, и у них мощные магниты, они рассчитаны на двери из металлов с магнитными свойствами. Внутри системы беспроводного типа применяются исключительно адресные извещатели магнитоконтактные, оснащенные радиомодулем.

READ Как подключить две веб камеры в скайпе

Дребезг контактов

Отдельно стоит упомянуть и такое неприятное для цифровой техники (где, в основном, и используются герконы) явление как дребезг контактов. После замыкания наблюдается серия бесконтрольных актов потери и приобретения контакта.

Справедливости ради следует отметить, что такое поведение характерно для большинства механических коммутационных аппаратов. Подключив геркон напрямую к синхронному входу можно получить непредсказуемые результаты.

Меры, направленные против дребезга контактов:

• Добавка ртути (что чревато ее утечкой при разбитии колбы);
• Подключение через специальные электронные схемы;
• Использование демпфирующих фильтров (в отдельных случаях);
• Программные средства.

Последние реализуются следующими способами:

• Временная задержка;
• Подсчет вторичных коммутаций в течение определенного интервала времени;
• Вычисление длительности текущего состояния.

Основные характеристики герконовых реле, обозначение на схемах

• максимальная коммутируемая мощность;
• электрическая износостойкость (количество циклов);
• напряжение пробоя;
• номинальное напряжение включающей катушки герконового реле – от 12 до 220 В;
• допустимый уровень вибрации и напряжения;
• время реакции и период отпускания;
• магнитодвижущая сила срабатывания.

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.

Принцип работы геркона

Для того, чтобы вызвать срабатывание контактной группы, необходимо вокруг геркона создать магнитное поле достаточной напряженности

При этом абсолютно не важно, как это поле будет создано, либо просто постоянным магнитом, либо электромагнитом. Силовые линии внешнего магнитного поля намагничивают внутренние контакты – сердечники геркона, в результате чего они преодолевают силы упругости, притягиваются и замыкают электрическую цепь. В таком состоянии контакты будут находиться до тех пор, пока вокруг них есть магнитное поле достаточной напряженности: достаточно выключить электромагнит или убрать подальше обычный постоянный магнит, как контакты сразу разомкнутся

Следующее срабатывание контактов произойдет, когда магнитное поле появится вновь. Из всего сказанного можно сделать вывод, что контакты выполняют сразу три функции: упругих элементов (пружин), магнитопровода, и собственно проводящих контактов

В таком состоянии контакты будут находиться до тех пор, пока вокруг них есть магнитное поле достаточной напряженности: достаточно выключить электромагнит или убрать подальше обычный постоянный магнит, как контакты сразу разомкнутся. Следующее срабатывание контактов произойдет, когда магнитное поле появится вновь. Из всего сказанного можно сделать вывод, что контакты выполняют сразу три функции: упругих элементов (пружин), магнитопровода, и собственно проводящих контактов.

Несколько по-иному действует геркон, работающий на размыкание. Его магнитная система устроена так, что при воздействии магнитного поля контакты – сердечники намагничиваются одноименно, поэтому отталкиваются друг от друга, размыкая электрическую цепь.

У переключающего геркона один из трех контактов, как правило, нормально — замкнутый выполняется из металла немагнитного, а оба нормально – разомкнутых контакта из ферромагнитного, как было сказано чуть выше. Поэтому при воздействии на геркон магнитного поля нормально разомкнутые контакты просто замыкаются, а немагнитный нормально – замкнутый, оставаясь на своем первоначальном месте, размыкается.

Примечание. Нормально – разомкнутый контакт, это который разомкнут при отсутствии управляющего воздействия, в данном случае магнитного поля. Соответственно нормально — замкнутый контакт замкнут при отсутствии магнитного поля.

Конечно, магнитное поле присутствует всегда, например магнитное поле Земли. И нельзя, вроде бы, сказать про отсутствие магнитного поля совсем. Но магнитное поле Земли для срабатывания геркона недостаточно, поэтому им можно пренебречь и сказать об отсутствии магнитного поля, в данном случае внешнего.

Принцип работы герконового датчика — схема подключения герконового датчика, принцип его работы

Схема подключения герконового датчика

Герконовый датчик – это прибор, созданный для улучшения технических свойств и срока службы контактов электроаппаратуры. Подключить его можно как своими руками, так и с помощью профессиональных технических служб.

Подключение своими руками, в отсутствие соответствующей компетенции, может занять достаточно много времени или вовсе привести к неудачной попытке установки геркона.

Что такое магнитный геркон

Магнитный геркон является основным компонентом системы контактного реле в различных электромагнитных схемах. Герконовый датчик содержит два контакта из ферромагнитного сплава, заключенных в стеклянную колбу. Если к контактам поднести магнитный элемент – они замыкаются, образуя непрерывную электромагнитную сеть.

Геркон часто применяется:

• Для установки датчиков, показывающих открывание дверей в системах охраны, для защиты объекта от нежелательного проникновения
• Для установки на окна, в качестве датчика, сообщающего об открытии конструкции
• Для установки на ворота и иную входную группу для защиты от нежелательного проникновения

Разновидности герконовых датчиков

Герконовые датчики по функциональности делятся на:

• Замыкающие
• Переключающие
• Размыкающие

По технологическим особенностям герконы делятся на два типа:

• Сухие
• Ртутные: внутри стеклянной конструкции находится капля ртути для уменьшения сопротивления и для недопущения нарушения контактов

Конструктивные особенности герконовых датчиков

По конструкции герконы делятся на:

• Разомкнутые
• Замкнутые
• Переключающие
• Разомкнутые ртутные

Наиболее распространенным видом герконовых датчиков является разомкнутый геркон. Каждый контакт в стеклянной емкости представляет собой плоскую проволоку.

Поверхности контактов покрыты золотом, палладием, радием или серебром, что способствует уменьшению сопротивления и позволяет защитить контакты от коррозии.

Пространство стеклянной колбы заполнено водородом, аргоном или азотом, либо просто представляет собой вакуумное пространство, что также способствует повышению антикоррозийных свойств.

Принцип работы герконового датчика

Принцип работы герконового датчика заключен во взаимодействии двух элементов: исполнительной и задающей.

Задающая часть схемы работы геркона – это магнит, а исполнительная – сам геркон. Для замыкания контактной цепи геркона необходимо вокруг него создать магнитное поле.

Как только магнитное поле исчезает, контакты герконового датчика перестают взаимодействовать.

Размыкающий геркон работает по несколько иной схеме: его магнитные элементы расположены таким образом, что при намагничивании контакты отталкиваются, осуществляя размыкание электрической цепи.

Схема работы переключающего геркона также имеет свои особенности: один из контактов системы сделан из немагнитного металла, а другие – из ферромагнитного. Таким образом, при магнитном воздействии на геркон, происходит замыкание ферромагнитных контактов, а немагнитные контакты размыкаются.

Схема работы герконового датчика

Для обеспечения замыкания электромагнитной сети герконового датчика и осуществления его работы магнитная часть системы крепится на открываемой конструкции (окно, дверь или ворота), а сам геркон на дверной или оконной коробке.

Если дверь закрыта, магнитное поле действует на контактную сеть геркона, замыкая электромагнитную цепь. Датчик охранной системы показывает, что входная группа закрыта.

В документации на датчик есть вся необходимая информация для установки его своими руками.

В зависимости от конструкций, на которые устанавливается геркон, датчики делятся на несколько видов:

• Датчики скрытого монтажа для стальных конструкций
• Датчики скрытого монтажа для магнитопассивных конструкций
• Датчики наружного монтажа для стальных конструкций
• Датчики наружного монтажа для магнитопассивных конструкций

Тип устанавливаемого геркона определяется в соответствии с массивностью конструкции и материалом, из которого она изготовлена.

Преимущества

Отсутствует дребезг контактов (относится к герконам, у которых выводы смочены ртутью).
Долговечность

Считается, что если датчик не поддаётся физическим ударам (вследствие падения или при неосторожном обращении), через него не пропускают слишком большой ток, то он может работать бесконечно. Хотя согласно технической документации, число срабатываний всё же ограничено значением в 103—108.
Поскольку контакты геркона расположены в инертном газе или вакууме, то они слабо обгорают, даже когда происходит размыкание или размыкание с возникновением искры.
Данные датчики обладают меньшим размером, чем классические реле, и при этом рассчитаны на точно такой же ток.
При производстве для контактов не применяются драгоценные и тугоплавкие металлы, что позитивно сказывается на стоимости.
Герконы почти не создают шум.
Датчики обладают высоким быстродействием (если сравнивать их с классическими реле).

Назначение и область применения

Используют герконовые выключатели и по сей день в:

• клавиатуры и синтезаторы;
• оборудование для безопасности и автоматики;
• оборудование для подводного плавания;
• оборудование для тестирования и снятия замеров;
• аппаратура в медучреждениях и коммуникационные аппараты.

К примеру, в системах охраны геркон используют как реле. Также устройства используются и в охранном датчике. Из себя это представляет: геркон плюс магнит. Если рассматривать герконовое реле, то оно представляет собой: геркон и обмотка из проволоки. Плюсами такого реле, являются:

• маленький размер и простота конструкции;
• не поддается влиянию влаги и обгоранию контактов;
• нет подвижных элементов.

Применять такие детали можно много в чем и где

Но одним существенным недостатком является низкая ударостойкость, а это уж немаловажно для различного рода систем, датчиков и т.д

Типы и виды герконовых датчиков

Герконовый датчик

Существует немало вариантов герконовых реле. Классифицируют устройства по самым разным параметрам: уровню вибрации, емкости, контактной группе.

Магнитные

Приспособление замыкает, либо размыкает линию, передающую электричество под действием магнитного поля. Источником может быть постоянный магнит или электромагнит. По этому признаку герконы делят на 3 категории:

• С нормально разомкнутым контуром – в обычном состоянии контакты разъединены. Под действием электрического тока или магнитного поля пластины соединяются и устройство передает ток.
• Геркон-магнит размыкающий реализует обратный принцип: в нормальном состоянии контакты замкнуты, а под действием магнитного поля размыкаются и электрическая цепь рассоединяется.
• Переключающее реле – в такой модели 3 вывода. Вне электромагнитного поля замкнута одна пара, а под действием поля пластины замкнутые нормально размыкаются, а новый замыкается. В этом случае ток протекает по двум разным цепям в зависимости от наличия или отсутствия магнитного поля.

Для открывания двери

Датчик открытия двери

Все варианты дверных датчиков работают на герконовых реле. Однако способы подключения устройства разные. По этому признаку выделяют 3 категории.

• Обычные – включают 2 части с пружинными контактами. Магнитное поле замыкает пружинные контакты: их концы притягиваются и смыкаются. Когда поле исчезает, 2 части датчика оказываются на удалении друг от друга, пружины размыкаются. Датчик – элемент цепи сигнализации. По линии через него постоянно идет ток. Если дверь открывается, датчик разрывает цепь и сигнализация срабатывает. Порог срабатывания – от 30 до 50 мм.
• Беспроводной датчик – его основой служит нормально разомкнутый геркон и модуль связи. Вторая часть датчика – магнит, под действием которого контакты замыкаются. Монтируют устройство так, чтобы при закрытой двери магнит оказывался напротив радиопередающей части, чтобы замыкать геркон магнитный. Если двери открываются, размыкается цепь и на блок управления подается сигнал тревоги. Порог срабатывания – 10–20 мм. Такой вариант эффективнее проводного.
• GSM-сигнализация – состоит из геркона и GSM-модуля. Принцип работы аналогичен беспроводному. Когда реле срабатывает, контроллер высылает текстовое сообщение владельцу квартиры или офиса. Такой прибор нередко наделяется дополнительными функциями.

По конструкции

Ртутный геркон

С конструкционной точки зрения выделяют 2 типа герконов:

• Сухие – герметичная стеклянная колба, наполненный осушенным воздухом или другим газом. Снаружи баллона с торца привариваются сердечники из магнита, контакты находятся внутри.
• Ртутные или «смоченные» – в колбу помещают капли ртути. Они смачивают контакты, что улучшает и плотность смыкания. Ртутный геркон не дребезжит и не создает вибрации, однако время срабатывания датчика увеличивается.

Сверхминиатюрные герконовые реле для печатного монтажа Standex-Meder Electronics

]Standex-Meder Electronics является одним из известных производителей электроники, в частности — герметизированных контактов, герконовых реле и датчиков, содержащих магнитоуправляемые компоненты.

С 1987 г компания производит огромное количество электронных компонентов. Технологический контроль позволяет обеспечивать беспрецедентный уровень качества продукции. Изделия компании широко применяются в различных отраслях промышленности: аэрокосмической и медицинской отраслях, телекоммуникационных системах. Познакомимся с наиболее широко применяемыми сериями реле.

Серия BE выпускается в герметичных пластиковых или металлических корпусах. Эти реле имеют расположение контактов, совместимое с большинством реле, выпускаемым другими мировыми производителями.

Серия DIL применяется, когда необходимо обеспечить высокое напряжение пробоя между выводами (до 4250 В).

Серия DIP — общего назначения, совместима со всеми реле данного форм-фактора других производителей.

Серия MS отличается вдвое меньшей занимаемой площадью (всего половина от площади, занимаемой обычным реле). Они используются в качестве реле напряжения. Эта серия также имеет ВЧ-исполнение, способное коммутировать сигналы до 1 ГГц. Реле находят применение в инструментальных устройствах и тестовом оборудовании.

Реле серии NP — миниатюрное реле с большим набором контактных групп в габаритах всего 10,1х22 мм.

Реле серии SIL занимают на печатной плате всего лишь половину площади, занимаемой реле серий DIP или DIL, предоставляя все преимущества герметичной коммутации сигнала.

Реле серии UMS являются самыми миниатюрными, занимая лишь четверть посадочного места реле серии MS. Они обладают характеристиками, аналогичными более «крупной» серии SIL. Катушка этих реле уже содержит защитный диод, а внутреннее экранирование позволяет размещать реле группами, что актуально для использования в коммутационных массивах контрольно-измерительных и телекоммуникационных систем.

Перечень сверхминиатюрных реле, их внешний вид и основные параметры приведены в таблице 4.

Таблица 4. Основные параметры и сравнительные характеристики сверхминиатюрных реле Standex-Meder

Параметр	Серия BE	Серия DIL	Серия DIP	Серия MS	Серия NP	Серия SIL	Серия UMS
Внешний вид и габариты
Напряжение катушки, В	5…48	5…24	3…24	5…12	4…24	3…24	5…12
Сопротивление катушки, Ом	30…12000	200…11000	200…2000	280…700	500…10000	20…2000	280…700
Контактные группы	1 или 2 (A, B, C)(E); 3A, 4A, 5A	1A, 1C, 2A, 2C	1A, 1B, 1C, 2A	1A, 2A, 1B	1A, 1C, 2A	1A, 1B, 1C	1A
Номинальная мощность, Вт	0…100	0…50	0…50	0…10	0…15	0…50	10
Коммутируемое напряжение, В	0…1000	0…500	0…500	0…200	0…500	0…500	170
Коммутируемый ток, А	0…1,0	0…2,0	0…2,0	0…0,5	0…1,0	0…2,0	0,5
Максимально допустимый ток через реле, А	2,5	2,0	2,0	2,0	1,25	2,0	1,0
Напряжение электрического пробоя, В	Свыше 4000	250…1500	250…1500	1500	1500	200…1500	—

Электронная библиотека

Электротехника и промышленная электроника / Магнитные элементы электронных устройств / 4.6. Магнитоуправляемые герметизированные контакты (герконы)

Автоматизированные системы управления в производственных условиях могут подвергаться воздействию агрессивной окружающей среды в виде пыли, газа, повышенной влажности и других факторов, вызывающих коррозию и преждевременный износ. В электромагнитных реле наиболее уязвимым звеном являются контакты. Герметизация контактов повышает надежность работы реле в целом.

Герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы)

нашли широкое применение в безъякорных реле в качестве концевых и путевых выключателей, датчиков положений и перемещений, координатных переключателей, в охранной сигнализации.

Простейший магнитоуправляемый контакт (МУК) представляет собой стеклянную трубочку (колбочку) с впаянными в нее пермаллоевыми пластинками – контактами, между которыми оставлен рабочий зазор. Колбочка заполнена азотом или другим инертным газом для предотвращения электрокоррозии. Под воздействием внешнего магнитного поля между пластинками возникает тяговое усилие и они смыкаются. Соприкасающиеся поверхности контактов покрыты серебром, золотом, родием.

Некоторые модификации герконов показаны на рис. 4.8: а

– симметричные;б – несимметричные замыкающие;в – переключающие;д – ртутный;е – ртутный плунжерного типа. Возможны и другие модификации, в частности, поляризованные. Поляризацию осуществляют путем размещения внутри колбочки тонких пластинок постоянных магнитов. В ртутных МУК (рис. 4.8,д ) ртуть, смачивая пластину, поднимается по ней к контактирующим частям, обеспечивая высокую частоту переключения. Частотой переключения до 800 Гц обладают ртутные МУК плунжерного типа. Пермаллоевый плунжер перемещается под действием электромагнитного усилия к левому или правому контакту в цилиндрической направляющей, наполненной ртутью. На рис. 4.8,г – МУК дифференциального типа. Он имеет две обмотки – правую и левую.

4.8. Конструктивное исполнение магнитоуправляемых контактов

Магнитное поле, управляющее контактами, создается током в обмотке, представляющей соленоид, внутри которого размещен МУК, или постоянным магнитом.

По сравнению с обычными реле герконы имеют ряд преимуществ: высокая надежность коммутации в любой среде, длительный срок службы (до 108 – 109 срабаты

ваний), высокое быстродействие, вибрационная и радиационная устойчивость, низкая стоимость, малые габариты и вес.

Не лишены они и недостатков: малое число контактных групп, одна пара контактов в одной колбочке, дребезги при замыкании, большая, чем у обычных реле, намагничивающая сила срабатывания из-за нескольких воздушных промежутков.

Для увеличения числа контактов в одном соленоиде размещают несколько герконов, но недостаток их в том, что срабатывают они неодновременно из-за различия магнитных сопротивлений, т.к. МУК, сработавший первым, шунтирует магнитные пути других МУК.

Одна из разновидностей МУК – ферриды

. ЭтоМУК с памятью . Если МУК снабжен внешним магнитным сердечником с прямоугольной петлей гистерезиса, то при подаче на его обмотку импульса тока МУК срабатывает и остается в таком положении до подачи импульса обратной полярности. Сердечник может располагаться внутри колбочки. Для размыкания контактов нужно подать строго определенный ток обратной полярности. При большом токе сердечник перемагнитится в противоположном направлении и контакты снова замкнутся. Для предотвращения этого ферриды обычно снабжают двумя обмотками: рабочей и поляризующей.

Сейчас выпускаются МУК с внутренним объемом колбочки не более 2,5 мм3 на контакт. Они сравнимы по размерам с интегральными схемами. В качестве контактов используются пленочные пермаллоевые покрытия. Минимальный коммутирующий ток до 10-12 А, напряжение срабатывания (1,3 — 23) В, отпускания (1,15 — 3) В. Ведутся разработки по созданию мощных МУК. Уже выпускаются МУК на максимальную коммутируемую мощность до 250 Вт, коммутируемый ток до 4 А и напряжение до 10000 В.

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:

1. Сигнализация. На двери закрепляется потайной магнитик (желательно использовать неодимовый). На облицовке устанавливается геркон двери. Крепить нужно так, чтобы при открытом проходе выводы геркона размыкались, а при закрытом — замыкались. В результате состояние двери преобразуется в электрический сигнал. Его можно преобразовать и в звук сигнализации.
2. Самодельный бортовой компьютер на велосипед. В данном случае магнит устанавливается на колесо или ведущую звездочку велосипеда. Геркон фиксируется на раме «железного коня». Чем выше скорость движения велосипеда, тем чаще магнит оказывается в непосредственной близости от детали. С помощью схемы на микроконтроллере данные импульсы можно преобразовать в текущую скорость велосипеда или посчитать пройденное за день расстояние.
3. Использование в качестве концевого выключателя на подвижных механизмах (например, на автоматических воротах).

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.

Характеристики устройства

Высококачественное герконовое реле состоит из двух контактов, которые изготовлены из специфического ферромагнитного сплава. Установлены они в прочной колбе, благодаря чему пользователь может всегда контролировать их работу. Если же к контактам поступает постоянный магнит, тогда происходит замыкание с формированием непрерывной цепи. Из-за такой специфичности герконовый коммутатор стали называть концевым выключателем.

Промышленные производители маркируют такие агрегаты в строгом соответствии с итоговой сферой применения. К примеру: если на реле нанесена аббревиатура КЭМ, то оно относится к категории коммутационных электрических механизмов. Большая буква «А» означает, что устройство можно эксплуатировать в любых погодных условиях, а вот детали с пометкой «В» предназначены исключительно для помещений. Часто можно увидеть сокращение МКА, которое означает, что этот магнитный коммутатор идеально подходит для любых условий использования.

Для стандартного переключающегося агрегата уровень сопротивления находится в пределах 0.2 Ом. Качественный геркон на размыкание отличается тем, что этот показатель составляет 1 кОм. Такие данные позволяют мастерам существенно ускорить переключение имеющихся цепей. Все магнитные выключатели такого типа применяются для силовых сетей напряжения, так как они обладают более высокими показателями. Магнитный размыкающий геркон активно используется в различных схемах, в компьютерной и охранной отрасли, а также контактных датчиках.

Область применения

Геркон применяется в различных сферах деятельности. Данный прибор применяется в современном оборудовании и на сегодняшний день. Приборы применяются в музыкальных инструментах, таких как клавиатуры, синтезаторы. Также прибор является элементом оборудования для подводного плавания.

Качественные герконы

Геркон незаменим при производстве автоматического оборудования, систем безопасности, приборов для диагностики, измерительных устройств, медицинской аппаратуры, а также коммуникационных агрегатов.

На производствах со взрывоопасным сырьем применяются герконы для коммутирования электроприборов разного значения. При таком переключении искры, опасные для данного сырья, не выходят за пределы сосуда геркона.

Для того, чтобы привести в действие мощные электродвигатели используются устройства, которые могут соединять цепи, имеющие нагрузки 45кВт.

Также существуют экземпляры, способные замыкать цепи с напряжением от 1кВ – 100кВ для передачи энергии высоковольтных воздушных сетей.

Принцип работы

Геркон – сокращенное от «герметичный контакт». Конструкция проста: герметичная колба из стекла, внутри которой размещены ферромагнитные пластинки. Заполняют сосуд воздухом, инертным газом, азотом. В отдельных случаях из геркона выкачивают воздух с тем, чтобы повысить допустимое коммутируемое напряжение. Материалом пластин выступает никель и сталь с напылением из металлов, наподобие родия, рутения, золота.

Принцип работы любого герконового датчика следующий:

• Когда мощность поля превышает критическое значение, упругие пластины геркона смыкаются, замыкая цепь.
• Когда внешнее поле снимают, цепи размыкаются.

Надежность и популярность герконов обусловлены герметичностью устройства. Контакты изолированы и не испытывают воздействия окружающей среды. Устройство не боится пыли, грязи, воды, действия агрессивных химических веществ.

Особенности управления контактами геркона

Можно выделить два способа управления, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности:

Управления по средствам магнитного поля от постоянного магнита.

Геркон устанавливается неподвижно, магнит перемещается в пространстве относительно геркона, при приближении на расстояние когда сила магнитного поля достаточная для переключения контактов происходит срабатывание. Аналогично при удалении магнита от геркона, поле ослабеет, и контакты геркона возвращаются в исходное состояние.

Линии силового поля воздействующие на герконовые контакты

Классическим примером такого варианта является применение геркона в системах охранной сигнализации, когда геркон устанавливается на дверную коробку, а магнит на двери, можно наоборот.

Пример монтажа герконовых датчиков на двериА – контакты находятся в разомкнутом состоянии;Б – контакты замыкаются сигнализация срабатывает:

Скрытые герконовые датчики в профиле металлических дверей В зависимости от условий эксплуатации и функционального назначения, конструктивные решения могут быть разные:

• Магнит может вращаться вокруг оси, меняя полярности тем самым переключать контакты геркона.
• Между герконом и магнитом может перемещаться экранирующая магнитная шторка, для шунтирования поля;
• Подвижным может быть любой элемент, несколько, элементов или все, шторка, магнит и геркон, все определяют условия конкретного объекта.

Герконовые датчики: где применяются

Работа любой электроаппаратуры основана на действии контактов — тех поверхностей, которые замыкают/ размыкают электрическую цепь.

Важной задачей в совершенствовании электроаппаратуры является развитие способов предохрания области контактов от загрязнений, влаги, и нежелательных механических воздействий. В результате в середине прошлого столетия были разработаны магнитоуправляемые «герметичные контакты» — герконы. Также их называют «герметизированные контакты» (герметизация достигается за счет помещения контактной группы в полностью герметичную стеклянную колбу).

Контакты в данном случае представляют собой магнитные сердечники, их внутренние срезы впаяны в торцы стеклянной колбы, а наружные подключаются к внешней электроцепи. Внутри колбы создается практически вакуум посредством откачки воздуха, или же колба заполняется каким-либо инертным газом.

Герконы в зависимости от устройства контактной группы бывает следующих типов:

• Нормально-разомкнутые , когда действует магнитное поле — контакты замыкаются, когда воздействие поля прекращается, контакты размыкаются,
• Нормально-замкнутые, наоборот, когда действует магнитное поле — контакты разомкнуты, когда воздействие поля прекращается, контакты замыкаются,
• Переключающие, в этом типе герконов , помимо двух контактов есть еще и третий контакт, на который геркон переключается, когда магнитное поле на него действует,
• Также по технологическому исполнению герконы делятся на сухие и ртутные.

В сухих в колбах либо вакуум, либо газ, а в ртутных имеется малое количество ртути, что позволяет значительно уменьшить переходное сопротивление и вибрацию контактов в моменты коммутации, что улучшает качество контакта в целом и продлевает срок службы геркона.

Срабатывание происходит при воздействии магнитного поля, обладающего достаточной напряженностью для возникновении коммутации. Такое поле может быть создано простым магнитом или электромагнитом. По прекращении воздействия контактная группа возвращается к исходному положению.

Герконы применяются в конструкции герконовых датчиков.

По режиму работы такие датчики делятся на моностабильные и бистабильные:

• Моностабильный. Особенность моностабильного герконового датчика заключается в срабатывании геркона, когда расстояние между датчиком и магнитом уменьшается, а напряженность поля в зоне чувствительности датчика наоборот, увеличивается,
• Бистабильный. Работа бистабильного герконового датчика основана на «запоминании» предшествующего состояния.

Геркон, который при определенном воздействии встроенного магнита имеет нормально разомкнутые контакты, может существовать в двух состояниях – в нормально-замкнутом, или же в нормально-разомкнутом. В данных состояниях геркон может находиться до тех пор , пока не подвергнется следующему воздействию. Когда внешнее, строго определенное по отношению к внутреннему, магнитное поле воздействует на внутреннее поле, контакты геркона переключаются самостоятельно. Это переключение даже не требует подключения питания к датчику.

Герконовые датчики, или бесконтактные выключатели, широко используется в самых разнообразных областях:

• Например, в промышленности герконовые датчики применяются для контроля положения и позиции различных механизмов, а также для обнаружения сбоев или неисправностей в системах. Они могут использоваться в автоматических дверях, лифтах, конвейерах, робототехнике и т.д.,
• В электронике герконовые датчики широко применяются в телефонах, компьютерах и других устройствах для контроля состояния и переключения режимов работы. Также они используются для обнаружения открытия или закрытия крышек, дверей и окон,
• В сфере безопасности герконовые датчики могут быть использованы для обнаружения взлома или несанкционированного доступа к помещениям. Они могут быть установлены на дверях, окнах, сейфах и других объектах, которые должны быть защищены от несанкционированного доступа,
• Герконовые датчики также могут использоваться в автомобилях для контроля статуса открыто/ закрыто дверей транспортного средства, капота и багажника. Они позволяют автоматически определить, если какой-либо из этих элементов остался открытым.

Отечественный производитель СКБ Индукция с 2004 года предлагает российским компаниям широкий выбор датчиков собственного производства, в том числе различные виды герконовых датчиков.

Линейка герконовых датчиков представлена моностабильными, бистабильными, датчиками стандарта NAMUR, датчиками уровня жидкости, датчиками оборотов, датчиками для пневмоцилиндров, датчиками на переменное/ постоянное напряжение и датчики с внутренней магнитной системой. Эти датчики также подходят для импортозамещения, особенно это актуально в настоящее время, когда бывает невозможно найти датчик на импортное оборудование.

Широкий ряд характеристик позволяет подобрать нужный вам датчик для аналоговой замены импортных выключателей, как герконовых, так и индуктивных, емкостных, оптических:

• Герконовые поплавковые датчики уровня применяются для контроля и поддержания заданного уровня в емкостях с различными типами жидкостей,
• Взрывобезопасные бесконтактные герконовые выключатели стадарта NAMUR служат для обеспечения бесконтактной коммутации в промышленном оборудовании во взрывоопасных условиях. Необходимость в этих датчиках есть на производствах , где в воздухе присутствует пыль, например в мукомольных цехах, или образуются горючие испарения, как при изготовления различных спиртов, лакокрасочной продукции т.п.,
• Бесконтактный герконовый выключатель для пневмоцилиндра применяется с целью контроля положения поршня пневмоцилиндра и его перемещений,
• Герконовые датчики оборотов (или датчики частоты вращения) для автотранспорта позволяют подсчитать количество оборотов двигателя.

Принцип работы и технические характеристики герконовых датчиков

Для быстроты реакции охранной, противопожарной системы, установок экстренного оповещения и контроля применяется герконовый датчик. Элемент выявляет состояние объекта, появление дыма, пыли, предотвращает несанкционированный доступ.

Что такое герконовый датчик

Датчик геркон представляет собой прибор электромеханического типа. Он может размыкать и замыкать контакты при воздействии магнитного поля, создаваемого электрическим либо постоянным магнитом.

Расшифровка термина – герметичный контакт, что определяется его конструкцией. Прибор состоит из пары ферромагнитных пластинок, запаянных в капсулу из стекла. Резервуар заполняется инертным газом, азотом, иссушенным воздухом, имеет два выхода. Подобная колба предотвращает воздействие внешних факторов и повышает надежность прибора. Для повышения коммутируемого напряжения оболочку вакуумируют.

Конструкция и внешний вид

Конструкция геркона

• стеклянная колба;
• контакт переключения;
• неподвижный контакт.

Благодаря прямоугольным контактам из ферромагнитной проволоки прибор может замыкать сеть. Тип покрытия контактных элементов зависит от мощности и габаритов изделия. Производители используют золото, родий, серебро или пермаллоевую проволоку.

Датчики с инертным газом или вакуумные модификации не подвергаются коррозии.

Классификация герконов

Принцип работы нормально-разомкнутого геркона

Герконовые переключатели подразделяются на виды по нескольким критериям.

Нормальное состояние контактов

• замкнутые – размыкание цепи происходит посредством магнитного поля;
• переключаемые/бистабильные – один контакт замыкается при воздействии поля, другой – если его нет;
• разомкнутые – геркон срабатывает в момент образования магнитного поля.

Принцип действия нормально-замкнутого геркона

Модели с переключаемыми контактами имеют 3 вывода.

Конструкция

Срабатывание переключающего геркона

Существуют такие датчики:

• гильзовые – стеклянная оболочка заполняется инертным газом либо воздухом;
• ртутные – для улучшения коммутации, снижения сопротивления и устранения вибраций контакты покрываются ртутью.

Гильзовые герконы имеют сухие контакты.

Технические параметры

В зависимости от технических характеристик бывают:

• Геркотрон – герконовое реле с изоляцией высоковольтного типа. Работает в сети под напряжением 10-100 кВ.
• Газакон – модификация, которая запоминает положение контактов после выключения магнитного поля.
• Герксикон – реле, с помощью которого активируется сигнализация и оборудование мощностью до 3 кВт. Отличается повышенным током коммутации и дугогасительными контактами.

Устройства могут заменить электромеханическое реле.

Принцип работы

Упрощеное изображение конструкции герконового реле

Принцип работы герконового датчика основывается на размыкании или замыкании сети, где он стоит, под воздействием электромагнитного поля. Напряжение магнитного потока определяет положение контактов. Поле генерируется постоянным или электрическим магнитом.

Внутренние контакты прибора намагничиваются в момент попадания под действие силовой линии. Притягивание элементов осуществляется под действием, преодолевающим силу упругости. Так происходит замыкание цепи. При подключении линии к источнику питания ток протекает через устройство.

Это состояние длится до момента прекращения воздействия силовой линии. Контакты размыкаются без магнитного поля. Для повторного замыкания понадобится вновь генерировать поле.

Геркон – это малогабаритный переключатель, работающий от силового воздействия магнитного потока.

Параметры прибора

Технические характеристики основных типов герконовых выключателей

Тип оборудования, к которому относится магнитный герконовый датчик – релейный. Перед его покупкой стоит учитывать следующие характеристики:

• Время срабатывания. Зависит от времени реакции на появление магнитного поля и не превышает 2 мкс.
• Сила магнитного поля. Чувствительность зависит от ферромагнетика и габаритов.
• Мощность коммутации. Предел передаваемой через геркон энергии с учетом материала и сечения контактов.
• Предельное напряжение. Определяет амплитуду сигнала выдержки аппарата.
• Сопротивление замкнутых контактов. При меньшей величине теряется меньше сигнальной мощности.
• Допустимый температурный режим эксплуатации. Зависит от производителя, но чаще всего элемент работает при температуре от -60 до +120 градусов.
• Частота. Срабатывание происходит на частоте до 1 мГц.
• Количество циклов коммутации. Определяет число срабатываний.
• Емкость контактов. Зависит от дистанции между площадками в разомкнутом положении.
• Физические габариты. Горизонтальный баллон может иметь от 4 мм в длину.

Емкость контактов – паразитный критерий.

Преимущества и недостатки

Малогабаритный геркон рассчитан на ток аналогичный стандартному реле

К положительным факторам применения герконов относятся:

• отсутствие дребезжания у модификаций с ртутными выводами;
• надежность – датчик не сломается при падении и превышает показатели стандартного реле в 100 раз;
• отсутствие рисков обгорания контактов, расположенных в вакууме или инертном газе;
• малогабаритный датчик рассчитан на ток, аналогичный стандартному реле;
• наличие гальванической развязки – устройства подключаются к сети последовательно;
• коммутация слабых сигналов;
• большое количество включений без трения;
• эксплуатация без привязки к источнику электричества.

Низкая стоимость приборов обусловлена отсутствие драгоценных и тугоплавких металлов в контактах.

К минусам эксплуатации герконов относятся:

• большой вес в сравнении с реле с открытыми контактами;
• необходимость генерации магнитного поля;
• не всегда выдерживают удары и вибрации;
• необходимость защиты от внешнего магнитного поля;
• сложность вывода контактов из замкнутого состояния;
• ограниченная скорость срабатывания.

При воздействии большого тока происходит самопроизвольное размыкание контактов.

Подключение герконового датчика

Схема управления освещением в прихожей

В комплекте с поплавковым датчиком поставляется документация, регламентирующая процесс подключения. Пошагово работают так:

1. Узел для создания магнитного поля устанавливается на подвижную часть.
2. Геркон фиксируется на неподвижной части конструкции.
3. Замыкание цепи. Подвижная часть должна примыкать плотно для воздействия магнитным полем катушки на контакты.
4. Получение информации об исправности установки.
5. Уведомление о нарушении целостности. Катушка прекращает воздействовать на геркон.

Устанавливать датчики можно скрытым или наружным способом на конструкциях из стали или магнитопассивного типа.

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.

Использование в охранных системах

Простая домашняя сигнализация

Особенность геркона, внедряемого в охранный комплекс – адаптированность к материалу основания. Такой прием исключает влияние магнитного поля конструкции на магнитное поле, нужное для срабатывания устройства.

Датчик работает по принципу магнитной защелки. Выключатель устанавливается на дверной короб, раму, а затем к нему подключается кабель. Открытый способ монтажа обеспечивает просматриваемость устройства, но повышает магнитное поле. Для скрытой установки подходят только чувствительные модификации, реагирующие на магнит. В противном случае существуют риски взлома.

Усиление защиты от несанкционированного проникновения

В стандартном исполнении геркон находится на раме, а магнит – на дверной или оконной створке. Закрытое положение конструкции обеспечивает максимальное приближение магнита к датчику. В момент открытия он удаляется, поэтому злоумышленники легко найдут места установки.

Для повышения защиты прибора используются:

• Скрытый прибор. Замыкает сигнализационную цепь в момент открытия створки. Минус технологии – открытие створки при помощи дополнительного магнита.
• Электрический магнит. Особенность электромагнитного замка с герконом – сложность подделки за счет случайной повторяемости сигналов. Защита также срабатывает при задержке импульса.

Для электромагнита нужно напряжение определенной длительности.

Нюансы применения герконов

Применение геркона с магнитом

Перед использованием или установкой герконового датчика нужно учитывать:

• Прибор не совместим с источниками ультразвука, т.к. изменяет электрические параметры.
• Магнитное поле влияет на особенности выключателя.
• При ударе инертный газ разбалтывается, баллон может лопнуть.
• Переключатель не коммутирует большой ток по причине малой мощности сердечника.

Герконы не подходят для подключения мощной техники.

Миниатюрный герконовый датчик отличается быстродействием и рассчитан на 4-5 млрд срабатываний. Прибор совместим с нагрузкой низковольтной сети и функционирует без привязки к источнику электроэнергии.