Для уменьшения влияния негативных факторов, влияющих на контакты и несущих разрушающее воздействие, разработаны герконовые датчики — коммутирующие устройства. Контактная группа в них помещается в герметичную колбу.
Эти контакты переводят магнитопровод, могут менять своё положение. Конструкция геркона распространена, несмотря на свою хрупкость.
Описание и назначение
Герконом является устройство электромеханического типа, которое размыкает или замыкает электрические контакты. Это происходит за счёт магнитно-контактного поля, которое генерирует электромагнит. Это может делать и постоянный магнит.
Геркон переводится как герметичный контакт. Это обуславливается его конструкцией. Его составляющие — ферромагнитными пластинами, которые запаяны в капсулу из стекла. Она заполняется инертным газом, вместе с двумя контактами выхода.
Благодаря оболочке воздействие внешних факторов сводится к минимуму, при этом устройство может функционировать в нормальном режиме.
В колбе может содержаться иссушенный воздух, азот и любой другой инертный газ. Кроме этого, его могут откачать, чтобы создать вакуум. Это делают, чтобы повысить уровень коммутируемого напряжения.
Датчики из геркона применяются в разных системах и устройствах:
- Бытовые счетчики.
- Клавиатуры в оборудовании промышленного назначения и синтезаторах. Возникновение искры с них исключено. Именно поэтому их широко используют при производстве взрывоопасных вещей (где есть пыльные испарения или горючие).
- Оборудование для медицинских учреждений.
- Системы, которые охраняют и контролируют положение, работающее по автоматическому принципу.
- Телекоммуникационные системы.
Для систем безопасности актуальны устройства, изготавливаемые из магнита и геркона. Они дают сигнал о закрытии и открытии дверей.
Стоит отметить, что распространены герконовые реле, которые состоят из проволочной обмотки и контактного датчика. У такой системы отмечают значимые преимущества: устойчивость к влаге, простое использование, нет деталей, которые двигаются.
С помощью герконов защищаются электроустановки от перегрузок.
Твердотельное реле: виды, практическое применение, схемы подключенияСхема
Устройство и принцип работы
Принцип работы геркона похож на выключатель. Его составляющие — пара сердечников, проводящих ток и зазор. Их герметично запаивают в стеклянной колбе, у которой инертная среда. Благодаря этому исключается процесс окисления.
Управляющая обмотка находится вокруг колбы и питается постоянным током, за счет которого работает. Магнитное поле генерируется с помощью обмотки после подачи питания. После отключения от питания катушки магнитный поток прекращается. После этого размыкаются пружинами контакты. Так как трение отсутствует, они являются абсолютно надежными.
У герконового датчика есть своя особенность: в состоянии покоя на пружины реле не действуют никакие силы. Благодаря этому они замыкают контакт за несколько секунд.
Это заставляет их размыкать цепь и отталкиваться друг от друга.
Герконы, которые переключаются, состоят из трёх контактов. Два из них сделаны из специального ферромагнитного сплава, один не магнитится. Когда наводится магнитное поле, разомкнутые контакты замыкаются, при этом пара немагнитного размыкается.
Как осуществляется управление
Управление герцогом осуществляется несколькими способами. Самый простой — управление магнитом в электрической схеме. Его перемещение осуществляется линейным способом. Это актуально для охранных сигнализаций, в которых магнит крепится на дверь, после чего геркон срабатывает (при закрытой двери).
Существует угловое перемещение магнита. Его используют редко, когда недоступны к применению остальные способы.
Перекрытие шторкой, как один из способов, уже не применяется. Его использовали для вычислительных устройств и их клавиатур до девяностых годов.
Электронные программируемые реле времени с задержкой включения и выключенияПлюсы и минусы
У герконовых датчиков есть свои преимущества и недостатки. К плюсам относят:
- В контактах отсутствует дребезг. Это актуально для тех, выводы которых смочены ртутью.
- По сравнению с классическим реле датчики отличаются высоким быстродействием.
- Датчик считается долговечным и не поддаётся физическим ударам (например, при неосторожном обращении или падении).
- Такой вид датчика не создаёт шум.
- Контакты слабо сгорают, так как располагаются в вакууме или инертном газе. Это относится и к тем случаям, когда замыкание с размыванием происходит с возникновением искры.
- Доступная для всех цена, так как при производстве не используют тугоплавкие или драгоценные металлы.
- Небольшой размер по сравнению с классическими реле.
Минусы:
- По сравнению с открытыми контактами они тяжеловаты.
- Скорость срабатывания ограничена.
- Нужно создавать магнитное поле.
- Бывают случаи, когда контакты остаются в замкнутом состоянии и вывести их из него нельзя.
- Внешние магнитные поля влияют на них.
Разновидности
Устройство работает по принципу размыкания, либо замыкания линии, передающей электричество. Напряженность магнитного потока задает замкнутое или разомкнутое положение. Примечательно, что не важно, откуда возникает магнитное поле. Оно может появляться как от электромагнита, так и постоянного магнита.
Намагничивание в устройстве начинает происходить тогда, когда под действие попадают силовые линии. После этого, сила упругости преодолевается и притягивает контакты друг к другу. В итоге цепь замыкается.
В таком состоянии датчик будет находиться до тех пор, пока будет оставаться магнитное поле. После прекращения воздействия силовых линий контакты размыкаются. Чтобы произошло следующее замыкание, необходимо, чтобы создалось поле вокруг устройства снова.
Исходя из этого, специалисты считают геркон переключателем.
Замыкающие
Замыкающие по своему принципу работы постоянно находятся в разомкнутом состоянии. Для них это нормальное статичное положение, а контакты между собой не соединятся.
Переключающие
У такого типа в составляющей конструкции есть три вывода. При нормальном состоянии, когда отсутствует влияние электромагнитного поля, оба контакта замкнуты (один с другим). После появления поля, в одном контакте происходит замыкание, а тот, который замкнут нормально — размыкается.
Размыкающие
Размыкающие отличаются тем, что когда магнитное поле отсутствует, контакты соединяются между собой. Такой тип относят к нормально разомкнутым.
Дистанционное управление по сети Ethernet: Технология M2M на примере связки модулей KBX-3D и Laurent-2Типы по технологическим особенностям
Так как конструкций различных герконовых реле много, выделяют ряд характеристик. Благодаря ним можно отличать конкретный вид от остальных. К основным характеристикам относят:
- Время отпускания — этот тот период времени от момента, когда ток в катушке пропадает, до перехода контактов в своё обычное положение. Промежуток времени — 0,2-1 мкс.
- Уровень вибрации. Этот заданный уровень нельзя превышать, так как стеклянные колбы трескаются. Измерение величины вибрации происходит количеством колебания в секунду.
- Время реакции. Промежуток времени, начинающийся с подачей тока, и завершаемый в момент размыкания или замыкания. Составляет примерно 0,5-2 мкс.
- Допустимое показание. Мощность герконового датчика определяется из совокупности сечения контактов и материала. Измерение происходит в кВт и Вт.
- Емкость контактов. Она может измеряться только тогда, когда контакты разомкнуты.
Сухие
Сухой выглядит как герметичный баллон, состоящий из стекла. Внутри него находятся контакты. К контактам относятся сердечники из магнита, они привариваются снаружи колбы, с торца. При этом ртуть в этом случае не добавляется.
Ртутные
При ртутном контакте в стеклянный корпус добавляются ртутные капли, благодаря которым смачивается деталь. При срабатывании геркона качество контакта улучшается. Благодаря такой системе можно избежать дребезга и вибрации в контактах. Это увеличит время срабатывания.
Рекомендации по защите
Если подключается герконовый датчик своими руками, то нужно учесть следующие моменты:
- Необходимо установить самую тонкую металлическую пластину. Её ставят между магнитом и герконовым датчиком для защиты.
- Магнитные и герконовые датчики нужно устанавливать так, чтобы они были направлены друг к другу. Расстояние при этом должно быть коротким.
Примеры практического применения в быту
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.
Содержание
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:
- Элементы с нормально-разомкнутыми контактами (внешний вид такого устройства показан на рис. 1).
- Элементы с нормально-замкнутым контактом.
- 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:
- Nmax – число, указывающее максимально допустимое количество срабатываний без изменения основных характеристик.
- Vcp – величина отображающая интенсивность поля необходимую для реакции устройства. В технической терминологии данную характеристику называют магнитодвижущей силой.
- Vотп – величина соответствующая силе размыкания.
- tcp — время, необходимое на срабатывание контактной группы.
- tотп – интервал времени, необходимый на отпускание.
- Последние два параметра наиболее значимые из механических характеристик, поскольку описывают скорость коммутации.
- Теперь перечислим основные электрические характеристики:
- RK – сопротивление между контактами в замкнутом состоянии.
- RИЗ – сопротивление разомкнутых контактов.
- UПР – напряжения пробоя, данная характеристика зависит как от предыдущего параметра, так и расстояния между группой контактов. Помимо этого на электрическую прочность влияет наполнение колбы.
- Pmax – коммутируемая мощность.
- CK – 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 (RИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (UПР), 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: tcp — от 0,4 до 1,8 мс, tотп – 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.
Принцип работы этого коммуникационного устройства, название которого расшифровывается как «герметичный контакт», можно объяснить следующим образом. Геркон – миниатюрная цилиндрическая стеклянная колбочка, в противоположные концы которой впаяны два контакта, обладающие ферромагнитными свойствами: подвижный и неподвижный. Колба либо вакуумирована, либо наполнена инертным газом, дабы продлить срок их службы. 
Если поднести к ней магнит, то подвижный контакт соприкоснется с неподвижным и цепь замкнется. При этом вы услышите характерный щелчок. Если магнит убрать — контактны вновь разомкнутся. Вместо постоянного магнита можно использовать и соленоид. Так работает нормально разомкнутый или замыкающий геркон — одна из самых популярных его разновидностей. 
Свойства герконов
Основные свойства этих устройств, на которые следует обратить внимание при чтении статьи:
- Магнитоуправляемость;
- Герметичность;
- Компактность;
- Дискретный режим работы.
В настоящее время герконы вытесняются датчиками Холла — твердотельными полупроводниковыми устройствами. Далее представлены фото герконов широкого потребления. 
Классификация
По принципу работы
- Нормально разомкнутые герконы (под действием внешнего магнитного поля замыкают цепь);
- Нормально замкнутые (наоборот, размыкают цепь);
- Переключающие (выполняют роль магнитоуправляемого переключателя).
По наличию ртути
- Сухие (безртутные);
- Ртутные.
Последние содержат небольшие количества ртути, которая смачивает соприкасающиеся контактные поверхности. Этим достигается снижение сопротивления и защита от дребезга контактов.
По наполнению колбы
- Наполненные инертным газом;
- С вакуумным наполнением.
Главные технические характеристики герконов
- Рабочее напряжение;
- Предельный ток коммутации;
- Напряжение пробоя;
- Время срабатывания и отпускания;
- Паразитная емкость;
- Сопротивление в режиме коммутации;
- Ресурс;
- Значения напряженности магнитного поля, соответствующие обоим режима.
Наибольшая роль в обеспечении длительной работы геркона отводится месту примыкания контактов к колбе. При отсутствии герметичности устройство быстро выходит из строя. 
Преимущества
- Значительный ресурс, обусловленный защитой контактов от окисления кислородом воздуха и крайне незначительным трением в процессе работы (более триллиона циклов);
- Миниатюрность (выигрывают в компактности у реле тех же характеристик);
- Можно осуществлять коммутацию слабых сигналов;
- Практически не искажают сигнал шумами;
- Скорости срабатывания выше, чем у реле;
- Высокое напряжение пробоя;
- Герметичность конструкции;
- Отсутствие необходимости в обслуживании;
- Цепи управления и коммутации независимы друг от друга и гальванически развязаны.
Недостатки
В некоторых случаях магнитное управление может играть отрицательную роль, ведь система становится чувствительна к паразитным магнитным явлениям. В таких случаях устройство приходится экранировать. 
Другая положительная сторона — герметичность, оборачивается недостатком в виде хрупкости колбы. Герконы неустойчивы к сильным вибрациям. 
При нагреве подвижного контакта выше точки Кюри происходит утрата намагниченности, что приводит к размыканию цепи, причем процесс принимает неустойчивый характер.
Коммутация имеет конечную скорость, что довольно критично для быстродействующих устройств.
Порой встречается залипание контактов. Этому есть два объяснения: деформация контактов при пропускании через них постоянного тока, приводящая к тому, что они цепляются друг за друга (один разрушается — другой восстанавливается), и их взаимное притирание. 
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.
Очевидно, что подключить геркон своими руками — не самая легкая задача, если вы не владеете основами электротехники и электроники.
Применение
Герконы нашли применение в разнообразных устройствах позиционирования. К неподвижной части прикрепляют датчик на основе геркона, а к подвижной — магнит.
Сфера применения герконовых датчиков:
- Системы охранной сигнализации, контроля доступа;
- Снаряжение для работы под водой;
- Промышленные клавиатуры;
- Измерительные приборы (например, велосипедные спидометры);
- Взрывозащищенные устройства;
- Медтехника;
- Автоматическое грузоподъемное оборудование (лифты);
- Ноутбуки и нетбуки (датчик поднятия крышки).
Особые виды герконов
Герконовые реле — устройства, состоящие из геркона и управляющего соленоида. К ним также можно отнести герсиконы, гезаконы и геркотроны. Первые предназначены для силовых цепей, вторые имеют эффект памяти, а третьи разработаны для высоковольтной техники.
Изобретение герконов
Еще в 20-х годах минувшего столетия советским ученым Коваленковым было предложено реле с контактами, управляемыми магнитным полем. В середине 30-х некоторыми советскими и американскими учеными практически одновременно выдвинута идея о помещении подобного реле в запаянную стеклянную колбу. В 41м году началось производство герконов в США. Применялись они для телефонной связи. В СССР производство началось гораздо позже: лишь в конце 50-х годов в Ленинграде. Также, как и в США, применение герметичным контактам нашли в оборудовании телефонных станций. С 65-го года герконы стали производить на рязанском заводе металлокерамических приборов (РЗМКП). По состоянию на 2015 год он является одним из крупнейших производителей этих устройств во всем мире.
Фото герконов
- Понижающий трансформатор: принцип работы, особенности выбора, подключение и установка своими руками. ТОП-10 идей + инструкция!
- Кулачковый переключатель: конструкция устройства, характеристики и руководство по выбору. Схему подключения своими руками смотрите здесь!
- DIN рейка — для чего применяется устройство и особенности монтажа модульного оборудования (105 фото). 5 лучших вариантов для щитка!
Читайте здесь! Реле времени: как подключить своими руками? Для чего используется и обзор уровней автоматизации. Виды, маркировка и принцип работы устройстваИспользуемые источники:
- https://prodatchik.ru/vidy/datchik-gerkonovyj/
- https://www.asutpp.ru/gerkon.html
- https://electrikmaster.ru/gerkony/
Загрузка...
Тепловая защита электродвигателя
Как подключить реле к Arduino
Схема подключения реле напряжения
Обзор: GSM-реле RTU5024