Что такое геркон и как он работает

Геркон

Из Википедии — свободной энциклопедии

Герко́н (акроним от «герметизированный контакт») — электромеханическое коммутационное устройство измерения, изменяющее состояние подключённой электрической цепи при воздействии магнитного поля магнита от постоянного магнита или внешнего электромагнита, например, соленоида.

При достижении внешним магнитным полем определённого порогового значения, упругие контакты геркона «слипаются», замыкая электрическую цепь. При снятии внешнего поля за счет упругости контактов происходит размыкание цепи.

Существуют герконы с «перекидным» контактом. В этих устройствах в отсутствии магнитного поля подвижный элемент контактирует с неферромагнитным контактом, при превышении магнитного поля свыше порогового происходит переключение — замыкание с ферромагнитным контактом.

Герконы используются как датчики положения, концевые выключатели и т. д. Контакты в герконе изолированы от вредного влияния внешней среды обычно стеклянным герметизированным корпусом, поэтому пригоден для использования в условиях повышенной запылённости, влажности, в агрессивных средах.

Геркон и конструктивно объединённый с ним электромагнит принято называть герконовое реле.

Источник

Что такое геркон, как он работает и где применяется в быту

Внешне геркон больше напоминает советский германиевый диод. Человек, незнакомый с этой деталью, едва ли догадается, что этот крохотный предмет относится к классу реле. Но если присмотреться к содержимому и разобраться в том, какие бывают герконы, все вопросы исчезнут.

Что такое геркон

Геркон представляет собой разновидность реле. Слово «геркон» – это сокращение от слов «герметизированный контакт». В этом и заключается основная особенность этого электронного прибора.

Герметичный контакт

В обычных электромагнитных реле имеются подвижные и неподвижные металлические контакты. Между ними находится воздушный промежуток. При их замыкании или размыкании образуется электрическая дуга. В качестве проводника выступает воздух, находящийся между контактами. Образование дуги портит контакты и сокращает срок службы реле.

Геркон работает похожим образом, однако выводы находятся в среде инертного газа. По этой причине зажжение дуги невозможно. Следовательно, контакты герконового реле не подгорают, что увеличивает срок службы электронного прибора.

Устройство детали

Датчик геркон выглядит как небольшая стеклянная трубочка из зеленого полупрозрачного стекла. С двух сторон имеются проволочные выводы. Они позволяют припаять деталь к плате или подсоединить к ней провода. Существуют и трехконтактные модели.

Внутри стеклянной трубочки есть полость с безвоздушной средой. В полости находятся контакты, которые подключены к выводам прибора, находящимся снаружи. Такая деталь не имеет полупроводников. Поэтому она может работать на переменном токе.

Герконы довольно разнообразны по размерам. Небольшие модели имеют длину 10-15 мм. Более крупные бывают размером с ладонь.

Это интересно! Существует тенденция к уменьшению габаритных размеров герконов. В 2017 году американская компания «Hermetic Switch Inc» выпустила в серийное производство деталь с длиной трубки 4,01 мм. Достижения в этой области есть и у японских производителей. Компания «OKI» в 2005 году заявила о выпуске опытного образца с длиной колбы 2 мм. Однако широкого распространения данные детали пока что не получили.

Виды контактов

Герконы имеют схожую с другими видами реле классификацию. С точки зрения состояния контактов, существуют следующие модели:

По устройству контактов герконы делятся на 2 вида:

С точки зрения внутренней среды существует 2 типа приборов:

Принцип работы геркона

Контакты срабатывают под воздействием магнитного поля. Его источником обычно служит постоянный или управляемый электрический магнит.

Поле от магнита беспрепятственно проникает через стекло в герметичную полость. Попав внутрь, оно взаимодействует с металлическими контактами прибора.

Магнитное поле приводит их в движение, тем самым замыкая или размыкая электрическую цепь, подключенную к выводам детали. Поэтому, чтобы проверить работоспособность такого реле, достаточно поднести к нему любой магнит.

Принцип работы герконового датчика

На замыкание и размыкание контактов требуется некоторое время их намагничивания. Оно исчисляется единицами миллисекунд, поэтому на практике обычно не учитывается. В большинстве случаев допустимо считать, что геркон срабатывает сразу в момент попадания в магнитное поле.

Технические параметры выбора

При выборе следует учесть ряд технических характеристик этого прибора. К основным из них относятся:

Дополнительная информация! Переходное сопротивление контактов способно увеличиваться по мере их выработки. Также оно зависит от силы магнитного поля, действующего на геркон, и его положения в пространстве.

Как управлять герконом

Герконы замыкают (размыкают) контакты при воздействии магнитного поля. В качестве источника поля обычно служит постоянный или электрический магнит.

Если речь идет о постоянном магните, то геркон находится в замкнутом состоянии, когда магнит рядом. Если отвести его в сторону на 5-7 мм, контакты прибора разомкнутся.

В случае с электрическим магнитом ничего двигать не надо. Трубка геркона располагается внутри катушки электромагнита. Когда на него подается напряжение, образуется магнитное поле. Оно удерживает выводы в замкнутом состоянии. Если с электромагнита убрать напряжение, поле пропадет, и выводы разомкнутся.

Электромагнитный выключатель с герконом

Достоинства и недостатки

Как и любые электронные компоненты, герконы имеют достоинства и недостатки. Преимущества:

Расшифровка маркировки

На принципиальных электрических схемах геркон имеет обозначение круга с нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми контактами. Символ напоминает обыкновенную кнопку, заключенную в окружность.

В технической документации геркон имеет маркировку из букв и цифр. Для обозначений большинства подобных приборов справедливо следующее:

Для примера можно разобрать модель МКА-14103:

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:

Дополнительная информация! Электронная промышленность также выпускает герконы для охранной сигнализации. К таким устройствам любительского класса относится беспроводной датчик открытия двери ALD01. В профессиональных системах используются врезные герконы, которые не привлекают внимания. Они позволяют скрыть факт действия извещателя.

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.

Источник

Как это работает. Геркон

Фото: «Росэлектроника»

Появившись в середине прошлого столетия, герконы завоевали электронную промышленность. Эти миниатюрные приборы можно встретить в технике любой сложности – от космической ракеты до стиральной машины. Несмотря на такую огромную популярность, об устройстве и принципе действия герконов мало кто может рассказать. Что такое герконы и как они работают – разбираемся в нашем материале.

Как появились герконы

В любой электроаппаратуре можно встретить коммутационные устройства или по-простому – контакты. С целью сделать такие соединения более надежными и долговечными были созданы магнитоуправляемые герметизированные контакты. Эти маленькие устройства получили название «герконы», собранное из сокращений двух слов – «герметизированный» и «контакт».

Первый магнитоуправляемый контакт появился еще в 1922 году. Его автором стал петербуржский профессор Валентин Коваленков. По сути, контакт Коваленкова работал как геркон, только без герметизирующей оболочки. «Облачить» магнитоуправляемый контакт в герметичную оболочку было предложено в 1936 году. Независимо друг от друга это догадались сделать профессор Ленинградского электротехнического университета С. К. Улитовский и инженер американской компании Bell Telephone Уолтер Эллвуд. По тем временам изобретение оказалось невостребованным, кроме того, производство казалось слишком сложным технически. В середине прошлого века во время массовой телефонизации стало ясно – без герконов не обойтись.

Первые советские герконы были созданы в 1958 году в ленинградском НИИ проводной связи. В ноябре 1966 года Министерство электронной промышленности СССР решает наладить специализированное производство герконов на заводе в Рязани. Планы были амбициозными – к 1975 году предприятие должно было выдавать до 25 млн герконов ежегодно.

В наши дни Рязанский завод металлокерамических приборов (РЗМКП), предприятие холдинга «Росэлектроника», остается единственным в России производителем герконов и входит в тройку крупнейших в мире. Изделия экспортируются в 55 стран, обеспечивая долю в 14% глобального рынка. Самым массовым и востребованным на мировом рынке герконом является МКА-14103 – с 2000 года было выпущено и отгружено около двух миллиардов изделий этого типа.

Конструкция, виды и принцип действия

Все герконы устроены практически одинаково – это герметичная стеклянная колба, внутри которой находится контактная группа. Контакты представляют собой магнитные сердечники, которые вварены в торцы колбы, а их наружные концы могут подключаться к внешней электрической цепи.

Функционально герконы, как и обычные контакты, могут быть замыкающими и работающими на размыкание. Наибольшее распространение получил геркон с контактами на замыкание или «нормально разомкнутый». Рассмотрим подробнее его устройство и принцип действия. Итак, он представляет собой стеклянную колбу, в которой находятся две железные пластинки. Каждый контакт выполнен из ферромагнитной проволоки диаметром от 0,5 мм в зависимости от мощности и размера геркона. Сами контактирующие поверхности покрыты благородным металлом: золотом, рутением, палладием, родием, серебром и сплавами на их основе. Такое покрытие уменьшает переходное сопротивление и повышает коррозионную стойкость контактов. Когда «разомкнутый» геркон попадает в магнитное поле, контакты-пластинки намагничиваются, притягиваются и замыкаются.

Схема работы геркона

Прямо противоположно действует геркон, работающий на размыкание, или «нормально замкнутый» геркон. В этом случае при воздействии магнитного поля контакты отталкиваются друг от друга, размыкая электрическую цепь.

Герконы различаются и по размеру. В последние годы наблюдается тенденция к применению миниатюрных герконов – с длиной колбы менее 10 мм. При таких размерах повышается чувствительность, быстродействие, резонансная частота, снижается время дребезга. К примеру, на рязанском предприятии «Росэлектроники» налажено производство миниатюрных герконов с размерами баллона 7 мм.

Если герконы идут в паре с электромагнитом, конструкцию, объединяющую геркон и электромагнит, называют герконовым реле.

Преимущества и перспективы герконов

При сравнении обычных открытых коммутирующих контактов с герконами преимущество будет на стороне герконов. Последние имеют чуть ли не в сто раз большую надежность, а срок службы некоторых герконов доходит до 5 млрд срабатываний, что намного выше по сравнению с обычными контактами. При этом герконы очень быстры – у некоторых образцов время срабатывания не превышает двух миллисекунд.

Достоинства герконов покрывают недостатки, тем не менее, они существуют. Во-первых, это небольшая коммутируемая мощность. Кроме того, к недостаткам можно отнести хрупкость стеклянной колбы. Для решения этой проблемы РЗМКП начал выпуск герконов нового поколения – в дополнительной пластиковой оболочке.

Рост популярности герконов начался еще 1970-е годы, а их массовое применение в различных изделиях продолжает расти и по настоящее время. Они успешно конкурируют с другими технологиями − датчиками Холла, MR и GMR-резисторами, не уступая своих лидерских позиций. Герконы широко применяются в различных датчиках, электромагнитных реле, переключателях и других устройствах. Их можно найти абсолютно везде – в бытовой технике, медицинском оборудовании, автомобильной, авиационной и ракетно-космической отраслях. Ежедневно мы наблюдаем сотни наглядных примеров работы герконов – когда открывается крышка ноутбука, закрываются двери лифта, включается стиральная машина, взлетает самолет. Перечень может быть практически нескончаемым.

События, связанные с этим

Профессии Ростеха: инженер-конструктор печатных плат

Источник

Геркон, что это такое, как он устроен и работает?

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 геркон.

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 рис. 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.

Рис. 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» датчики Холла. 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 в усилителе звуковых частот 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 RS – триггеров.

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

Конструкция герконов

Конструкция различных типов герконов представлена на рис. 2.

Рис. 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 переходное сопротивление, 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.

Способы управления, примеры использования

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 рис. 4.

Рис. 4 Различные способы управления герконами

Управление герконом при помощи постоянного магнита

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

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 Мега Ом), 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 1000 Гц, а скорость срабатывания и отпускания находится в пределах (0,5 — 2,0 мс) И (0,2 — 1,0 мс) 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.

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.

Источник