Герконовый датчик принцип работы. Герконы в схемах на мк. По наполнению колбы

Краткая история создания герконов

Коммутационные устройства или просто контакты очень широко применяются в различной электрической и радиотехнической аппаратуре. С целью улучшения эксплуатационных свойств, прежде всего срока службы и надежности соединения и были разработаны магнитоуправляемые герметизированные контакты получившие название герконы .

Первые образцы таких контактов появились еще в 30 - е годы прошлого столетия, а первый магнитоуправляемый контакт был изобретен еще в 1922 году в Петербурге профессором В. Коваленковым, за что ему было выдано авторское свидетельство СССР №466. Конструкция такого контакта показано на рисунке 1.

Устроен такой контакт следующим образом. К сердечнику 3 из магнитомягкого материала через изолирующие прокладки 5 прикреплены контакты 1 и 2, выполненные также из магнитомягкого материала. При пропускании тока через катушку 4 в сердечнике 3 возникает магнитное поле и намагничивает контакты 1 и 2, которые замыкаются. Размыкание контактов происходит при прекращении тока через катушку.

Рисунок 1. Магнитоуправляемый контакт профессора В. Коваленкова

По сути это был самый первый магнитоуправляемый контакт, только без герметизирующей оболочки. В герметизирующую оболочку подобный контакт был впервые помещен американским инженером W.B. Ellwood лишь в 1936 году. В семидесятых годах прошлого столетия герконы достигли своего максимального развития, и нашли широкое применение в различных устройствах электронной техники.

В настоящее время герконы используются менее интенсивно, поскольку их «вытеснили» . Но в некоторых случаях герконы остались вне конкуренции, что обусловлено простотой применения, гальванической развязкой от источника питания, свойствами «сухого контакта», поэтому герконы до сих пор применяются в различных схемах и устройствах.

В тех случаях, когда требуется высокая надежность и долговечность коммутирующего элемента герконы просто незаменимы. Как составная часть герконы входят в конструкции различных датчиков, электромагнитных реле, особенно слаботочных, а также позиционных переключателей и некоторых других устройств.

Разновидности герконов

Так же, как и обычные контакты, герконы могут быть замыкающие (1 нормально - разомкнутый контакт), переключающие (1 переключающий контакт) и работающие на размыкание (1 нормально - замкнутый контакт). Это деление по функциональным признакам.

По признакам конструктивно - технологическим герконы делятся на две большие группы: с сухими контактами и с контактами ртутными. Первая разновидность так и называется сухими герконами, а вторая ртутными герконами. Собственно, в работе сухих герконов, по сравнению с обычными контактами, ничего особенного нет.

В ртутных герконах внутри герметичного стеклянного корпуса кроме контактов находится еще капелька ртути. Назначение этой ртутной капельки - смачивание контактов во время срабатывания для улучшения качества контакта за счет уменьшения переходного сопротивления, а кроме того для избавления от дребезга контактов.

Дребезгом называется вибрация контактов при замыкании и размыкании, что при однократном срабатывании приводит к многократной коммутации передаваемого сигнала, а кроме того к значительному увеличению времени срабатывания.

Представьте себе, что такой дребезг будет присутствовать во время переключения входного сигнала! В случае, когда такой дребезжащий контакт работает совместно с цифровыми микросхемами, приходится принимать меры по подавлению дребезга в виде RC - цепочек или .

Различные контакты, в том числе и герконовые, применяются и в , но в них дребезг контактов подавляется программным способом. Это также снижает быстродействие системы в целом.

Конструкция герконов

Конструкция различных типов герконов представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 . Конструкция герконов

Все герконы представляют собой герметичный стеклянный баллон , внутри которого находится контактная группа . Контакты представляют собой магнитные сердечники, вваренные в торцы баллона. Наружные концы сердечников предназначены для подключения к внешней электрической цепи.

Наибольшее распространение получил геркон с контактной группой, работающей на замыкание или, как показано на рисунке «разомкнутый». Каждый контакт - сердечник выполнен из ферромагнитной упругой проволоки, которая расплющена до прямоугольной формы. Для изготовления сердечников применяется пермаллоевая проволока диаметром 0,5 - 1,3 мм в зависимости от мощности геркона и, соответственно, его габаритов.

Непосредственно контактирующие поверхности покрыты благородным металлом, золотом, палладием, родием, серебром и сплавами на их основе. Такое покрытие не только уменьшает , но и способствует повышению коррозионной стойкости контактной поверхности.

Внутренне пространство баллона заполнено инертным газом (водородом, аргоном, азотом или их смесью) или просто вакуумировано, также способствует уменьшению коррозии контактов и повышению их надежности. При изготовлении сердечники располагают таким образом, чтобы между ними оставался зазор, кстати, определенного размера.

Рис. 3. Геркон

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.

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.

Продолжение читайте в следующей статье.

Продолжение статьи:

Борис Аладышкин

Герконы имеют ряд механических и электрических параметров, которые характеризуют их свойства. Эти параметры можно разделить на две большие группы: механические и электрические.

Механические параметры герконов

К механическим параметрам относится магнитодвижущая сила срабатывания . Этот параметр показывает, при каком значении напряженности магнитного поля происходит срабатывание и отпускание контакта. В технической документации это называется как магнитодвижущая сила срабатывания (обозначается Vср) и магнитодвижущая сила отпускания (обозначается Vотп).

Немаловажными параметрами геркона, в ряде случаев основными, является скорость его срабатывания и отпускания . Эти параметры измеряются обычно в миллисекундах и обозначаются соответственно как tср и tотп, которые в целом характеризуют быстродействие геркона. Герконы, имеющие меньшие геометрические размеры обладают более высоким быстродействием.

Максимальное число срабатываний , или попросту ресурс, также относится к группе механических параметров. Этот параметр оговаривает, при каком числе срабатываний все свойства геркона, как механические, так и электрические сохраняются в пределах допустимых значений. В технической документации обозначается как Nmax.

Электрические параметры герконов

Эти параметры такие же, как у обычных механических контактов. Сопротивление, измеренное между замкнутыми контактами называется сопротивлением контактного перехода и обозначается как Rк, а сопротивление, измеренное между разомкнутыми контактами есть не что иное, как сопротивление изоляции Rиз.

Электрическая прочность геркона . Этот параметр характеризует пробивное напряжение Uпр. Это напряжение в основном определяет качество изоляции между контактами, которое в свою очередь обусловлено качеством вакуума или заполнения колбы инертными газами. Кроме этого пробивное напряжение зависит от величины зазора между контактами и качества их покрытия.

Мощность, коммутируемая герконом определяется в основном его конструкцией: материалом и размерами контактов, а также типом покрытия контактных площадок. В технической документации этот параметр обозначается как Pmax.

Емкость , измеренная между разомкнутыми контактами обозначается как Cк. Она зависит лишь от геометрических размеров геркона и расстояния между разомкнутыми контактами.

Способы управления герконами

Их можно разделить на две большие группы: управление постоянным магнитом и управление при помощи катушки с током. Эти способы показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Различные способы управления герконами

Управление герконом при помощи постоянного магнита

Наиболее прост и распространен способ управления с линейным перемещением магнита. Здесь вполне уместно вспомнить , где магнит укреплен на двери и заставляет срабатывать геркон, когда дверь закрыта.

Способ с угловым перемещением магнита используется намного реже, как правило, в тех случаях, когда другие способы применить по какой -либо причине невозможно.

Перекрытие магнитного поля шторкой использовалось в клавиатурах различных вычислительных устройств, вплоть до девяностых годов прошлого столетия, а может быть можно встретить где-нибудь и до сих пор.

Управление герконом при помощи катушки с постоянным током

Этот способ получил наибольшее распространение при создании герконовых реле . Конструкция этих реле достаточно проста: внутрь катушки с током просто помещается геркон, и при этом не требуется никаких дополнительных пружинок и рычагов, как у обычного реле. Единственный в этом случае недостаток это небольшое количество контактных групп.

Если катушку выполнить достаточно толстым проводом, способным пропустить большой ток, то можно получить герконовое токовое реле. Такие реле широко применялись в мощных источниках постоянного тока в качестве датчика системы защиты от перегрузок. Точная настройка уровня срабатывания такого датчика осуществляется резьбовым механизмом, позволяющем плавно перемещать геркон вдоль оси катушки.

П реимущества и недостатки герконов

Как и любая вещь герконы имеют свои недостатки и преимущества. Сначала поговорим, естественно, о преимуществах.

По сравнению с обычными коммутирующими контактами герконы имеют чуть ли не в 100 раз большую надежность по сравнению с обычными открытыми контактами. Эта надежность обусловлена более высоким сопротивлением изоляции (достигает десятков МегаОм), и большей электрической прочностью: пробивное напряжение у некоторых типов герконов достигает нескольких десятков киловольт.

Неоспоримым преимуществом герконов является их быстродействие: у некоторых моделей герконов частота коммутации достигает 1000Гц, а скорость срабатывания и отпускания находится в пределах (0,5 - 2,0мс) И (0,2 - 1,0мс) соответственно.

Срок службы некоторых герконов доходит до 4 - 5 млрд. срабатываний, что намного выше аналогичного показателя для обычных не защищенных контактов. Также к достоинствам герконов следует отнести легкий способ согласования с нагрузкой а также работа герконов без применения источников электрической энергии.

Недостатки герконов

На фоне достоинств недостатки, наверно, не так уж и велики. Во-первых, это небольшая коммутируемая мощность. Кроме того малое количество контактных групп в одном баллоне а для «сухих» герконов дребезг контактов. К недостаткам же можно отнести также хрупкость стеклянного баллона и в некоторых случаях высокую чувствительность к внешним магнитным полям.

Борис Аладышкин

Современные технологии с каждым днём всё больше упрощают все сферы жизнедеятельности человека. Предмет рассмотрения сегодняшней публикации является один из таких полезнейших устройств. Современный герконовый датчик, как один из самых практичных и удобных коммутационных средств, (соединяющих электромеханические контакты в электрической цепи) – прагматичное и эффективное решение как для специального применения в профессиональной сфере, так и обычного бытового использования. Более подробно о том, что это такое, геркон, как работает и каков принцип его действия, можно ли сделать и подключить его своими руками в бытовых условиях – узнавайте далее.

Что это такое: геркон

Официально научное название геркон является образованием двух слов – герметичный и контакт. В своей сущности, название полностью оправдывает его основной функционал и предназначение, так как геркон – это коммутационное (соединяющее) устройство в электрике, которое действует на основе физических законов электромагнитного поля и передачи тока по проводникам.

Особенностью этого вида контакта является его герметичные условия действия.

Он окружён полностью герметичной стеклянной (чаще всего) оболочкой, что обеспечивает полную изоляцию и снижение уровня внешних воздействий на проводники.

Преимущества использования герконов, их свойства и особенности:

1. Высокая эффективность и прагматичность. Технические характеристики герметичных контактов высоки по сравнению (с учётом пропорциональности) с обычными реле (более подробно – ниже).
2. Меньше по размеру, по сути это маленький продолговатый шар с проводниками.
3. Долговечны, так как изоляция позволяет контактам подвергаться внешним влияниям в меньшей степени, при этом, избегая большинства внутренних явлений (дребезг, трения и т.д.).
4. Минимальная погрешность и высокий показатель быстроты срабатывания.
5. Удобство и комфортность использования в силу отсутствия возможных звуковых или визуальных феноменов.
6. Непрерывность действия.
7. Простое подключение.
8. Возможность использования при минимальных затратах, так как действует без потребности в дополнительной электроэнергии для запуска действия.

Некоторые контакты специально обрабатываются дополнительными веществами вроде ртути для увеличения стойкости ко временному влиянию, безопасности и эффективности. Такие устройства называются жидкими, так как находятся не в условиях инертного газа, а в какой-либо проводящей жидкой консистенции, например, ртути.

Технические характеристики геркона

Несмотря на то, что использование герконов отмечено в истории ещё с самого начала 70-ых, они по-прежнему актуальны во многих электроприборах и схемах по сей день. Это обусловлено рядом их полезных свойств и преимуществ по сравнению с другими видами коммутационных средств. Они практичны, долговечны, их легко привести в действие, при этом, не затратив много ресурсов.

Основные минусы и нюансы эксплуатации:

1. Вопреки действительно быстрому реагированию и срабатыванию, они всё же неспособны работать со значительными параметрами мощности. Даже распространённые 220 вольт – проблема для работы обычного контакта.
2. В герконах с использованием инертного газа (сухой геркон) существует несколько проблем эксплуатации, одними из которых являются электрические дребезги (вспышки, замыкание) и трение.
3. На фоне высоких возможностей, связанных с герметичной колбой, в которой находятся контакты, она хрупка и легко повреждаема.
4. Для работы необходима полная концентрация одного единственного источника магнитного поля, иначе контакт может быть условно растянут.

Особого внимания требует особенность герконов, когда происходит буквально прилипание контактов друг к другу. Иногда, в силу частого срабатывания, контакты могут непрерывно соприкасаться друг с другом, что создает замкнутый поток.

Классификация: герконовое реле

Одним из результатов практичного использования герконов является герконовое реле. Само по себе реле – это электромеханический механизм, осуществляющий размыкание и замыкание цепи на определённом её промежутке. Они широко использовались и используются по сей день. Так, например, нередко можно встретить герконовый выключатель, охранный датчик помещения или автомобиля, а ранее на их основе изготавливалась даже компьютерная клавиатура.

Классификация герконовых реле по принципу воздействия магнитного поля (типы):

1. Нормально разомкнутый (размыкающий) контакт. Такое устройство при попадании в область воздействия магнитного поля срабатывает и замыкающий цепь контакт соединяется.
2. Нормально замкнутый контакт. По аналогии с разомкнутым реагирует на магнитные волны и размыкает цепь при срабатывании.
3. Альтернативный вариант – переключающий контакт. Своеобразен, но практичен в применении, так как реагируя на магнитный источник цепь, состоящая из нескольких реле, замыкается в одном промежутке и размыкается в другом. При отстранении от поля – наоборот.

Примечательно, что все три вида достаточно актуальны и сегодня. Помимо основных качеств герконов, присущих им, они также могут работать в условиях высоких температур.

В качестве модернизации таких реле выступают так называемые герсиконы (герметичные силовые контакты).

Они оснащены дополнительными контактами, рассчитанными на образование на них электрической дуги. Это повышает переносимую мощность и уменьшает погрешности в работе геркона. Существуют также так называемые реле с памятью. Они названы таким образом потому, что после изоляции контактов от магнитного поля, они продолжают оставаться в первоначальном положении, как в было в поле. Это происходит потому что сами контакты выполнены из особого материала, постоянно имеющий определённый уровень заряда, т.е. намагничены.

Принцип работы: герконовый выключатель

Устройства, работающие на основе герконовых контактов, находят применение в самых разных сферах деятельности. Так, герконовый выключатель – это специальное устройство срабатывания, которое используется в охранных системах, имеющих обозначение СМК, в системе освещения помещений, срабатывания оповещений и многих других.

Пример работы герконового выключателя и его особенностей:

1. После открытия двери, предварительно встроенное в дверную коробку устройство приближается к активному магнитному полю.
2. Под действием поля контакты соединяются и создают направленный поток тока.
3. Переключатель срабатывает и в помещении горит свет, пока геркон не покинет поле.
4. Возможен вариант самопроизвольного размыкания цепи, вследствие чего потухнет. Такое происходит из-за сильного потока, который геркон не выдерживает.

Несмотря на все особенности, такие датчики и автоматические выключатели широко распространены в охраняемых помещениях. Расшифровка аббревиатуры таких систем СМК – сигнализатор магнитоконтактный или магнитный контакт. Обращаем внимание на то, что все герконы не рассчитаны на многие стандартные показатели вольт. Например, 220В чаще всего потребуют взять дополнительный апгрейд геркона.

Составные элементы: геркон на размыкание

Герметичный контакт, работающий на размыкание цепи, работает по схеме разъединения контакта при помещении его в магнитное поле. Это может быть полезно, когда необходимо прекратить подачу тока в постоянно накалённой цепи. Использоваться такая схема может как в бытовых, так и в специальных условиях.

Основные элементы герконов :

• Сердечник, встроенный в оболочку;
• Контакты из проводящего материала;
• Инертный газ (например, азот) или капля проводящей жидкости (ртуть);
• Герметичный болон;
• Прокладка из изоляции.

Существует также определённая маркировочная классификация, для которой предусмотрен справочник. Основные обозначения герконов: А (замыкает), В (размыкает), Р (ртуть), Ж (жидкий) и другие.

Геркон

Герконы и герконовое реле

Герко́н (сокращение от «гер метичный [магнитоуправляемый] кон такт») - электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются как бесконтактные выключатели , датчики близости и т. д.

Геркон с электромагнитной катушкой составляет герконовое реле .

Существуют также герконы, размыкающие цепь при возникновении магнитного поля, и герконы с переключающей группой контактов.

Герконы различаются также по конструктивным особенностям. Они бывают сухими (с сухими контактами) и ртутными, в которых капля смачивает контактирующие поверхности, уменьшая их электрическое сопротивление и предотвращая вибрацию пластин в процессе работы.

• геркон - это элемент, механически замыкающий (или размыкающий) электрическую цепь при должном изменении напряженности магнитного поля;
• датчик Холла - это полупроводниковое устройство, через которое во время работы протекает электрический ток и возникает поперечная разность потенциалов, пропорциональная напряженности магнитного поля.

Параметры

• Магнитодвижущая сила срабатывания - значение напряженности магнитного поля , при котором происходит замыкание контактов геркона.
• Магнитодвижущая сила отпускания - значение напряженности магнитного поля, при котором происходит размыкание контактов геркона.
• Сопротивление изоляции - электрическое сопротивление зазора между сердечниками (в разомкнутом состоянии).
• Сопротивление контактного перехода - сопротивление контактной области, которая образуется при замыкании сердечников.
• Пробивное напряжение - напряжение, при котором происходит пробой геркона.
• Время срабатывания - время между моментом приложения управляющего магнитного поля, и моментом первого физического замыкания электрической цепи герконом.
• Время отпускания - время между моментом снятия приложенного к геркону магнитного поля, и моментом последнего физического размыкания электрической цепи герконом.
• Емкость - электрическая емкость между выводами геркона в разомкнутом состоянии.
• Максимальное число срабатываний - число срабатываний, при котором все основные параметры геркона остаются в допустимых пределах.
• Максимальная мощность - максимальная мощность, коммутируемая герконом.
• Коммутируемое напряжение
• Коммутируемый ток

Преимущества

• Контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра.
• Долговечность герконов. Считается, что если не бить геркон и не пропускать очень большие токи, то срок службы геркона бесконечен, (хотя в технических данных на герконы указаны ограничения, 10 8 -10 9 и больше срабатываний).
• Меньший размер по сравнению с классическим реле, рассчитанным на такой же ток.
• Отсутствие необходимости применения тугоплавких и драгоценных металлов для контактов.
• Герконы почти бесшумны.
• Высокое (относительно классических реле) быстродействие.

Недостатки

• Наличие дребезга при включении, что влечет за собой множественные срабатывания за небольшой промежуток времени.
• Дороговизна и больший вес по сравнению с открытыми контактами.
• Необходимость создания магнитного поля.
• Сложность монтажа.
• Хрупкость - герконы нельзя использовать в условиях сильных вибраций и ударных нагрузок.
• Ограниченная скорость срабатывания
• Иногда контакты «залипают» (остаются в замкнутом состоянии) - такой геркон подлежит замене.

Применение

• Клавиатуры - клавишных синтезаторов и компьютеров (в клавиатурах компьютеров практически не используется с середины 1990-х годов) (удачное использование всех достоинств геркона).
• Клавиатуры промышленных приборов, где требуется долговечность и взрывобезопасность.
• Датчики: охранные (датчик открытия двери), велокомпьютеров , верхней крышки ноутбука (открытие и закрытие) и т. п.
• Подводное оборудование: фонари для дайвинга, подводной охоты.
• Лифты: датчики позиционирования кабины
• Телерадиоаппаратура
• Электронные счётчики тока 1 фазные и 3х фазные (используемые в многоквартирных домах,в промышленности)

Основная тенденция - замена герконов твердотельными датчиками Холла .

• Особая область применения - устройства для передачи дискретных сигналов управления и защиты от перегрузок по току высоковольтных электро- и радиотехнических установок, таких как мощные лазеры, радары, радиопередающие устройства, электрофизические установки и др. виды аппаратуры, работающей под напряжениями 10 - 100 кВ. Специально для этих видов аппаратуры В. И. Гуревичем разработаны герконовые реле с высоковольтной изоляцией, так называемые "геркотроны" или "высоковольтные изолирующие интерфейсы", описанные в его книгах (см. ниже).

Любые механические контакты подвержены износу. Чтобы уменьшить влияние этого деструктивного фактора, в первой половине прошлого века было разработаны магнитоуправляемые коммутационные устройства, контактная группа которых помещалась в вакуумную колбу. В СССР такие элементы получили название «Геркон», по сокращению от «герметизированный контакт», в англоязычной технической документации принято название «reed switch».

Давайте рассмотрим принцип действия этих устройств, конструкцию, основные характеристики, достоинства и недостатки. В завершении статьи будет приведена пара полезных схем, где используются герконы.

Внешний вид и особенности конструкции

Данные устройства представляют собой контактную группу, изготовленную на основе ферримагнитного материала, которая помещается в стеклянную колбу. Из нее откачен воздух (созданы условия максимально приближенные к вакууму), как вариант возможно наполнение инертным газом. Внешний вид устройства и его обозначение на принципиальных схемах представлены ниже.

С конструктивным исполнением, можно ознакомиться на рисунке 2.

Обозначение:

• А – выводы устройства.
• В – стеклянная колба.
• С – контактная группа.
• D – инертный газ или вакуум.

Разновидности

Коммутационные устройства данного класса принято разделять в зависимости от устройства контактной группы на следующие виды:

1. Элементы с нормально-разомкнутыми контактами (внешний вид такого устройства показан на рис. 1).
2. Элементы с нормально-замкнутым контактом.
3. С переключающимся контактом.

Помимо функциональных признаков, перечисленных выше, имеются и технологические, разделяющие герметичные коммутирующие устройства на две группы: сухие и ртутные. Отличительная особенность последних заключается в том, что внутри колбы содержится капля ртути. Она служит для «смачивания» контактной группы, это позволяет существенно снизить переходное сопротивление и вибрацию (дребезг) контактов при коммутации, что положительно отражается на качестве контакта.

Принцип действия

Срабатывание устройства (замыкание, размыкание или переключение контактов) требуется воздействовать на элемент магнитным полем, напряженность которого будет достаточной для коммутации. В качестве источника такого поля может выступать обычный или электромагнит.

Под воздействием силовых линий происходит намагничивание контактов и по преодолению порога упругости они коммутируют цепь.

Соответственно, как только на контактную группу перестанет действовать магнитное поле, она вернется в исходное состояние. То есть, функционально контакты помимо своего прямого назначения играют роль магнитопровода и упругого элемента.

Устройства с нормально-замкнутыми контактами действуют несколько иначе. Их ферримагнитные упругие элементы, попадая под воздействие магнитного, поля приобретают одинаковый заряд, что заставляет их отталкиваться, разрывая контакт.

Иногда в таких коммутаторах только один упругий элемент выполнен из ферримагнитного сплава, в результате приближения магнита он притягивается к нему, отключая цепь.

Подобный принцип задействован в герконах с переключающей группой контактов, в котором два из них изготавливаются из магнитного материала. Под воздействием магнита они притягиваются друг к другу, а немагнитный контакт остается в исходном положении. В результате происходит перекоммутация цепи.

Основные параметры

Свойства герметичных коммутаторов определяются механическими и электрическими параметрами. К первым относятся:

• N max – число, указывающее максимально допустимое количество срабатываний без изменения основных характеристик.
• V cp – величина отображающая интенсивность поля необходимую для реакции устройства. В технической терминологии данную характеристику называют магнитодвижущей силой.
• V отп – величина соответствующая силе размыкания.
• t cp – время, необходимое на срабатывание контактной группы.
• t отп – интервал времени, необходимый на отпускание.
• Последние два параметра наиболее значимые из механических характеристик, поскольку описывают скорость коммутации.
• Теперь перечислим основные электрические характеристики:
• R K – сопротивление между контактами в замкнутом состоянии.
• R ИЗ – сопротивление разомкнутых контактов.
• U ПР – напряжения пробоя, данная характеристика зависит как от предыдущего параметра, так и расстояния между группой контактов. Помимо этого на электрическую прочность влияет наполнение колбы.
• P max – коммутируемая мощность.
• C K – емкость, образуемая разомкнутыми контактами.

Как осуществляется управление?

Управлять герметичным коммутатором можно двумя способами:

• используя постоянный магнит;
• воздействуя катушкой, подключенной к постоянному источнику тока.

В первом варианте управление может осуществляться путем линейного или углового перемещения постоянного магнита. Также встречается способ, при котором поле перекрывается при помощи специальной шторки.

В качестве примера использования способа управления при помощи магнита можно привести датчики уровня, а также положения, охранную сигнализацию и т.д.

Второй вариант позволяет создать реле на основе геркона. В отличие от традиционной конструкции, такое устройство будет более надежным и долговечным, поскольку практически не содержит в себе подвижных механических элементов. Что касается небольшого количества контактных групп, то этот недостаток легко устраняется путем увеличения количества задействованных герконов.

Примером применения данного способа управления может служить токовое реле на основе геркона. Оно представляет собой катушку, намотанную проводом толстого сечения, внутри которой размещается герметичный коммутатор. Данное приспособление может служить в качестве защитной системы от перегрузки в цепях постоянного тока. Чувствительность прибора легко регулировать путем линейного перемещения коммутатора внутри катушки.

Плюсы и минусы

Любая конструкция помимо преимуществ не лишена недостатков. Зная сильные и слабые стороны устройства можно найти оптимальную сферу для его применения. Давайте рассмотрим, в чем заключается преимущества герметичных коммутаторов, к таковым свойствам можно отнести:

• Высокую надежность коммутации. Она практически на два порядка превышает этот показатель у открытых контактных групп. Это достигается за счет высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (R ИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (U ПР), напряжение пробоя у некоторых моделей превышает 10 кВ.
• Быстродействие также является неоспоримым преимуществом. Частота коммутации многих моделей приближается к 1 кГц. Что касается параметров, описывающих скорость коммутации, то они находятся в следующих диапазонах: t cp – от 0,4 до 1,8 мс, t отп – от 0,25 до 0,9 мс, что намного превышает подобные характеристики открытых контактных групп.
• Долговечность, число срабатываний исчисляется миллиардами, ни одна открытая контактная группа даже близко не может приблизиться к этому рубежу.
• Данный тип коммутаторов нетребователен к согласованию с нагрузкой.
• Управление может производиться без использования электроэнергии.

Характерные недостатки:

• Низкие показатели коммутируемой мощности.
• Небольшое число контактов.
• Дребезг при срабатывании (конструкции «мокрого» типа избавлены от этого недостатка).
• Большие размеры для современной радиотехнической базы.
• Недостаточная прочность стеклянной колбы.
• Чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.

Несмотря на явное преобладание положительных качеств, данные устройства постепенно вытесняются полупроводниковыми аналогами, такими как датчики Холла. Отсутствие дребезга, небольшие размеры и более высокая прочность сыграли решающую роль.

Примеры практического применения в быту

Как и было обещано в начале статьи, приводим пару полезных схем, в которых используются герконы. Начнем с универсального управления освещением в прихожей. Принцип работы заключается в следующем: при открытии входной двери автоматически включается свет, и спустя несколько минут выключается. При достаточном уровне освещения, свет в прихожей не включается.

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 68 кОм, R2 – 33 кОм, R3 – 470 кОм, R4 – 10 кОм, R5 – 27 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 0,1 мкФ, С2 – 100 мкФ х 25 В, С3 – 470 мкФ х 25 В.
• Стабилитрон и диоды: VD1 – КС212Ж, VD2 и VD3 – КД522 (1N4148), VD4 – КД209 (1N4004).
• Транзисторы: VT1 и VT2 – ÌRF840.
• SG1 – любой обычный герконовый датчик, например, 59145-030.
• FR1 – фоторезистор, подойдет любого типа с сопротивлением на свету не ниже 8 кОм, в темноте – 120-180 кОм.
• Триггер D1 – К561ТМ2 (СD4013).

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R1, для выбора оптимального времени задержки отключения освещения.

Теперь рассмотрим схему простой домашней сигнализации, где в также используется типовой герконовый датчик для двери.

Обозначения:

• Резисторы: R1, R2 и R3 – 100 кОм, R4 – 33 кОм, R5 – 100 кОм, R6 – 1 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 100 мкФ х 16 В, С2 – 50 мкФ х 16 В, С3 0,068 мкФ.
• Диоды и светодиод: VD1 и VD2 – КД522 (1Т4148), HL1 – АЛ307Б.
• Транзисторы: VT1 – КТ829, VT2 – К361.
• Микросхема: К561ЛА7.
• S1 – герконовый датчик 59145-030.

В качестве сирены используется звуковой оповещатель АС-10.

Питание схемы осуществляется от аккумулятора 12 В, емкостью 4 А*ч.