Геркон: технічні характеристики, принцип роботи, застосування

• Зовнішній вигляд і особливості конструкції
• різновиди
• Принцип дії
• Основні параметри
• Як здійснюється управління?
• Плюси і мінуси
• Приклади практичного застосування в побуті

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

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

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

Зовнішній вигляд і особливості конструкції

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

З конструктивним виконанням, можна ознайомитися на малюнку 2.

позначення:

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

різновиди

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

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

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

Принцип дії

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

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

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

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

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

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

Основні параметри

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

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

Як здійснюється управління?

Управляти герметичним комутатором можна двома способами:

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

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

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

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

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

Плюси і мінуси

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

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

Характерні недоліки:

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

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

Приклади практичного застосування в побуті

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

позначення:

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

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

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

позначення:

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

Як сирени використовується звуковий оповіщувач АС-10.

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

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!