- Що таке брязкіт контактів?
- Способи усунення та придушення брязкоту
- програмний метод
- висновок
- Відео в розвиток теми
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
У цій статті ми розглянемо таке поширене і шкідливе явище як брязкіт контактів. Ознайомимося з основними причинами виникнення брязкоту. Вивчимо основні методи апаратного і програмного усунення даного явища.
Що таке брязкіт контактів?
У конструкціях всіх електромеханічних пристроїв, призначених для замикання-розмикання ланцюгів, існує одна або декілька контактних пар. З їх допомогою відбувається комутація відповідних електричних компонентів. Істотним недоліком електромеханічних контактів є довільні неконтрольовані багаторазові повтори комутації, внаслідок пружності елементів контактної системи. Це явище отримало назву - брязкіт контактів, а боротьбу з ним ведуть практично з того моменту коли з'явилися перші елементи автоматизованих систем.
Давайте розберемося, які фізичні фактори викликають деренчання і чому при цьому виникають негативні наслідки.
Причини виникнення
При взаємодії пружних тіл виникає деформація. Сила пружності повертає первісну форму деформованого предмета, в результаті чого він отримує якийсь імпульс руху. Ілюстрацією може служити металева кулька, що падає на сталеву плиту. Сила пружності повертає його в положення, близьке до початкового, звідки кулька знову падає на плиту і процес повторюється. Відбувається коливальний рух з затухаючої амплітудою.
Аналогічні коливання відбуваються при зіткненні твердих контактів, з тією лише різницею, що замість сили тяжіння на них діє пружність пружини або пластини. Амплітуда коливань рухомих контактів, природно, дуже незначна, але її цілком достатньо для провокування серії процесів короткочасного розмикання ланцюга. Результатом коливань є імпульси, в проміжку після натискання і наступні відразу за відпуском кнопки.
Різницю між ідеальною і реальною формою імпульсів видно на рис. 1.
Як видно з малюнка ідеальним є сигнал з одним прямокутним імпульсом. На практиці все виглядає інакше. Брязкіт змінює осциллограмму сигналу. Певні корективи вносить іскріння. Форма імпульсів на малюнку сильно прикрашена. В реальній ситуації осциллограмма виглядає більш пошарпаної.
Частота і кількість торкань контактів залежить:
- від властивостей компонентів коммутирующего вузла;
- рівня напруги на обмотках реле;
- від пружності пружини і деяких інших чинників.
Брязкіт спостерігається і під час розмикання контактів. Зазвичай при механічному розмиканні контакти менше деренчать.
На малюнку 2 наочно зображена осцилограма напруги в результаті комутації електричного струму внаслідок натискання на кнопку.
На осциллограмме видно серії імпульсів, що характеризують процес брязкоту.
Шкідливий вплив брязкоту
Щоб зрозуміти негативні наслідки від брязкоту, розглянемо процеси, що виникають при комутації слабких і сильних електричних ланцюгів. Як тільки відстань між контактами виявляється достатнім для запалювання електричної дуги, між ними виникає розряд, який руйнує дотичні поверхні. Іскріння, що виникає при механічному контакті, зазвичай має невелику руйнує силу. Але електрична дуга великої потужності викликає підвищений знос.
Слабке іскріння також призводить до явища зносу контактів, хоча воно не таке руйнівне як при запалюванні потужної дуги. У ряді випадків такої зношеності можна знехтувати. Наприклад, для побутових вимикачів освітлення проблемою брязкоту ніхто не займається, тому що він майже не впливає на роботу освітлювальних приладів. У всякому разі, споживачі не помічають наслідків такого явища.
Однак підвищений знос контактів не єдина (а в багатьох випадках навіть не найголовніша) проблема, з якою стикаються електротехніки. Часті перемикання, викликані ефектом брязкоту - ворог номер один для цифрових входів. Схеми різних електронних пристроїв дуже чутливі до короткочасних частим перемиканням струмів.
Цифрова електроніка сприймає їх за чергування сигналів, що складаються з нулів і одиниць. Пристроями зчитуються помилкові коди, викликані дребезгом при натисканні кнопки, що призводить до збоїв в роботі. Тому усунення брязкоту є найважливішим завданням, яку доводиться вирішувати багатьом конструкторам і схемотехніки.
Способи усунення та придушення брязкоту
Без конструктивного зміни контактної системи усунути або придушити брязкіт принципово неможливо. Прикладом таких конструктивних зміни можна спостерігати в вузлах галетних перемикачів або в кнопках типу П2К. У згаданих конструкціях брязкіт практично відсутня. Немає його і у механічного перемикача ползункового типу.
апаратний спосіб
З метою придушення брязкоту в системах слабкострумових електромеханічних ключів вдаються до змочування ртуттю контактів, які поміщають в ізолюючі колби. Рідкий стан ртуті частково гасить пружні сили, що викликають брязкіт, а також утворює струмопровідні перемички, що не дозволяють розривати електричне коло при зіткненні контактів.
Для зниження рівня комутаційного зносу в різних реле і силових вимикачах застосовують іскрогасящіе ланцюжка:
- шунтуючі RC-ланцюга;
- варистори, що перешкоджають стрибкоподібної зміни напруги;
- зворотні діоди, що пригнічують напруги самоіндукції;
- стабілітрони;
- комбіновані схеми (варістор + RC-ланцюг).
Ці ланцюжки допомагають усунути брязкіт шляхом вирівнювання стрибкоподібних характеристик струму. Їх підключають паралельно навантаженні або до контактів реле. Існують також схеми, в яких іскрогасящіе ланцюга підключаються одночасно і до навантаження і до реле.
Схеми ланцюгів зображені на рис. 3.
У кожного способу є свої переваги і недоліки. Залежно від того якого результату необхідно досягти, застосовують ту чи іншу схему.
Управління приладами чутливими до друзок здійснюється через ФНЧ (наприклад, через RC-ланцюжок). Володіючи електричної ємністю, конденсатор забирає частину енергії в момент торкання контактів. Після розриву ланцюга внаслідок брязкоту накопичена енергія повертається. Таким чином, відбувається згладжування амплітуди коливань.
установки тригерів
Ще один спосіб боротьби з дребезгом полягає у використанні спеціальних електронних схем, що включають rs-тригери.
Роль тригерів полягає в перетворенні вхідного аналогового сигналу в цифровий і інверсії (перевертання) логічних рівнів. Наочно інверсію пояснює схема на малюнку 4.
Пристрій враховує тільки частини сигналів, що перевершують задані порогові значення, видаючи логічні нулі і одиниці на виході. Кожен раз висхідний або спадний сигнал перемикає тригер, коли він проходить верхнє або нижнє граничне значення. Простіше кажучи, провали напруги компенсуються інвертованими імпульсами тригерів.
Проста схема з тригером показана на малюнку 5.
Проміжки між граничними значеннями називаються гистерезисом. Форма таких імпульсів використовується для шумозаглушення під час перемикання логічних сигналів. Сигнал від контакту надходить на схему, що має передавальний статичну характеристику у вигляді петлі гистерезиса (тригер Шмідта). Тільки після цього сигнал з виходів тригера подається на вхід цифрового пристрою для тактирования.
Використання герконів
Вище згадувалося, що наявність ртуті на контактах пригнічує брязкіт. Але загальновідомо, що пари цього рідкого металу дуже отруйні. Використовувати їх у відкритих конструкціях, наприклад в тактових кнопках, небезпечно. Але контакти можна помістити в герметичну колбу, що дозволяє застосовувати ртуть. Такі конструкції називаються герконами.
Управління контактами герконів здійснюється зовнішнім магнітним полем. Для цього можна використовувати постійні магніти або електромагнітну індукцію. Пристрої можуть використовуватися в малопотужних ланцюгах. Вони мають тривалий термін служби, так як контакти в них не зношуються.
програмний метод
Для усунення брязкоту в різних обчислювальних машинах використовують програмну обробку сигналів. При цьому для тактирования береться сигнал не безпосереднє від контакту, а пов'язана з ним однобітний булева змінна, сформована спеціальною програмою:
- шляхом тимчасової затримки сигналу, на період ймовірного брязкоту контактів;
- методом багаторазового зчитування стану контактів, на заданому часовому інтервалі. Програма вважає ланцюг замкнутої, якщо на цьому проміжку часу настає період стійкого замикання контакту;
- використовуючи алгоритм підрахунку, при якому враховується кількість співпадаючих значень сигналів замкнутості в певний проміжок часу (в межах від 10 до 100 мкс). Якщо програмою буде помічено заданий число збігів стану замкнутості, вона вважатиме контакт стійко замкнутим і пропустить сигнал.
Сигнал, отриманий програмним способом, досить надійний і стійкий. До недоліків такої схеми придушення брязкоту можна віднести хіба що невелику затримку сигналу, яка не перевищує 0, 1 с. Цей проміжок часу настільки малий, що ним можна знехтувати в багатьох випадках. Зазвичай палець людини затримується на клавіші до моменту відпускання кнопки понад 0, 2 с.
Програмовані пристрої отримують сигнали управління з кнопок і передають ідеальні імпульси на пристрої-споживачі, що працюють на цифрових мікросхемах. В результаті відсікання програмою сигналів брязкоту, на входи мікросхеми надходять тільки якісні імпульси. Це забезпечує стабільну роботу цифрових пристроїв, протистоїть помилкового спрацьовування логічних дешифраторів, незалежно від рівня сигналу і його якості.
висновок
Підсумовуючи вище сказане, приходимо до висновку: незважаючи на недосконалість сучасних перемикачів, ми можемо ефективно гасити брязкіт контактів. Залежно від розв'язуваних завдань, існує достатньо способів усунення брязкоту. Найпростіші з них - апаратні, із застосуванням низькочастотних фільтрів. Дуже поширеними і практичними виявилися схеми придушення брязкоту з використанням тригерів.
Для управління високоточними цифровими пристроями краще використовувати програмний метод. Він дорожчий і складний, але в ряді випадків - безальтернативний.