Герконовый датчик принцип работы

Для повышения надёжности работы различных устройств вместо реле применяют геркон. Это электромеханический прибор, который имеет два устойчивых состояния — открытое (для протекания электрического тока) и закрытое. Кроме того, такие устройства часто применяются при построении охранных систем, датчиков присутствия магнитного поля. Их используют в авиа- и автомобильном строении. При этом существует несколько типов приборов, отличающихся контактными группами.

История изобретения

Советский ученый Петербургского университета В. И. Коваленко, проводя эксперименты с магнитным полем в 1922 году, создал магнитоуправляемые контакты. Это изобретение было зарегистрировано в Советском Союзе и получило патент под номером 466.

Его изобретение представляло собой сердечник из магнитомягкого материала, к которому через изоляторы крепились контакты, сделанные из ферромагнетика, обладающего высокой магнитной проницаемостью. После подачи тока в катушке возникало магнитное поле, намагничивающее контакты и приводя к их замыканию. Если же подача тока прекращалась, поле исчезало, а контакты размагничивались и размыкались.

На то время изобретение не получило практического применения из-за неудобности его использования и низкой надёжности. В 1936 году конструкция геркона была доработана инженерами американской компании Bell Telephone Laboratories. Ими было предложено рабочие контакты устройства поместить в герметично замкнутую колбу. Занимался этой разработкой Уолтер Эллвуд, который в итоге и создал модель устройства. Но из-за сложностей в изготовлении прибор опять же не получил широкого применения.

Использовать прибор начали лишь только в 1941 году, когда американская компания Western Electric известная своими техническими инновациями вместо шумных электромеханических реле в своей телефонной станции не стала использовать геркон.

В середине 60-х годов XX века в СССР массово проводилась телефонизация страны. На основании выводов Министерства связи СССР было решено, что в качестве коммутирующих элементов будет использоваться геркон. Так, на заводе «Красная заря», расположенном в Ленинграде, началось серийное производство устройств. Через шесть лет магнитоуправляемые герконы стали изготавливать и в Рязани, на металлокерамическом заводе.

В начале 1990 года объём производства в СССР достиг 230 млн штук в год, что соответствовало примерно четверти мирового рынка. Сегодня ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» остался единственным заводом, выпускающим такую продукцию на территории бывшего Советского Союза. В настоящее время ведутся разработки, направленные на снижение размеров, повышение быстродействия, чувствительности и стабильности герконов.

Суть устройства

Принцип работы устройства основан на замыкании или размыкании электрической линии, в которой он установлен, при воздействии на него магнитным полем. Таким образом, в зависимости от напряжённости магнитного потока, контакты прибора имеют два положения — замкнутое и разомкнутое. При этом природа возникновения магнитного поля значения не имеет. Например, это может быть как постоянный магнит, так и электромагнит.

При попадании под действие силовых линий в устройстве происходит намагничивание внутренних контактов. В результате на них, оказывается, действие, преодолевающее силу упругости, приводящее к притягиванию контактов друг к другу. Цепь замыкается. В случае если линия подключена к источнику питания через прибор начинает протекать электрический ток.

Такое состояние продержится до тех пор, пока магнитное поле не будет убрано. Как только силовые линии перестанут воздействовать, контакты сразу же разомкнутся. Для следующего замыкания необходимо опять вокруг устройства создать поле. Таким образом, геркон, по сути, является переключателем, положение которого зависит от силы магнитного потока, оказывающего на него воздействие.

По принципу работы приборы классифицируют на три типа:

1. Замыкающие — находятся в нормально разомкнутом состоянии. То есть в статичном положении их контакты между собой не соединены.
2. Размыкающие — в таких приборах при отсутствии магнитного поля контакты соединены между собой, то есть этот тип считается нормально замкнутым.
3. Бистабильные (трёхконтактные) — имеющие в своей конструкции три вывода. В нормальном состоянии (магнитное поле отсутствует) один контакт замкнут с другим. Как только появляется поле, нормально замкнутый контакт размыкается, а другой замыкается.

В зависимости от нормального положения контактов герконы применяются как для размыкания цепи, так и для замыкания или приключения линий. Поэтому они с успехом могут заменить собой механические реле.

Конструкция прибора

В термине «геркон» уже заложен принцип его конструкции. Это слово образовано из трёх начальных букв каждого из двух слов — «герметичность» и «контакт», что подчёркивает как его функциональность, так и назначение. Ведь работающий геркон на размыкание или замыкание — это, по сути, соединяющее устройство, представляющее собой контактную пару или группу, помещённую в герметичную колбу.

Бывает, что такой прибор называют герконовым шаром из-за похожести на него, хотя, конечно, это далеко не так. Конструктивно устройство представляет собой стеклянную оболочку вытянутой формы, герметично запаянную с двух сторон. В середине колбы создаются условия, приближённые к вакууму, при этом в некоторых устройствах внутренний объём заполняется инертным газом, например, чистый азот или его смесь с водородом. Использование газа помогает защитить контакты от обгорания.

Контакты же помещаются внутрь колбы. К ним припаиваются выводы, выходящие наружу прибора. В качестве материала для изготовления контактных групп используют ферромагнетик, например, сталь, никель с напылением стойкого металла — родия или рутения.

Следовательно, можно выделить три части конструкции:

• запаянная колба;
• контактные пластины;
• выводы.

Кроме того, внутренность геркона может быть заполнена парами ртути. Такой вид называется ртутным. Контактная поверхность смачивается каплей ртути, что позволяет снизить электрическое сопротивление контактных площадок, а значит уменьшить дребезг.

Изучая конструкцию геркона можно сделать вывод, что критически важным показателем надёжности срабатывания прибора будет качество изготовления колбы, а именно её герметичность в месте её контакта с выводами.

Технические характеристики

Герконы, как и любые электротехнические приборы, обладают различными техническими характеристиками. Перед тем как выбрать устройство именно их следует тщательно изучить. Основным параметром, характеризующим геркон, является время срабатывания. Оно определяется временным интервалом, в течение которого происходит реакция прибора на воздействующее магнитное поле, изменяющее его нормальное состояние. Обычно скорость переключения контактов не превышает 2 мкс.

Кроме времени реакции, параметры приборов определяют следующие характеристики:

1. Сила магнитного поля — обозначает чувствительность прибора, то есть минимальное значение силы, при которой положение контактов изменится. Зависит от размеров устройства и используемых ферромагнетиков.
2. Мощность коммутации — это допустимое значение энергии, которое может передать через себя устройство без ухудшения своих остальных характеристик. Определяется типом материалов, использующихся при изготовлении контактов и их сечения.
3. Наибольшее напряжений — определяет значение амплитуды сигнала, которое может выдержать устройство. При его превышении наступает пробой.
4. Ток переключения — значение номинального тока, на который рассчитана работа устройства.
5. Сопротивление контактов в замкнутом состоянии — чем это значение меньше, тем меньше теряет свою мощность сигнал, проходя через устройство.
6. Рабочая температура — интервал температуры, при котором заявленные производителем характеристики соответствуют действительным.
7. Частота переключения — определяет быстродействие срабатывания. Такая частота может достигать одного мегагерца.
8. Число коммутационных циклов — характеризуется числом срабатываний. Существуют модели, которые могут выдержать до 4 млрд переключений.
9. Ёмкость контактов — измеряется между разомкнутыми контактами и зависит как от размеров прибора, так и от расстояния между коммутируемыми площадками. Считается паразитным параметром.

Также немаловажной технической характеристикой геркона является его физический размер. Зависит он от габаритов баллона, а именно его длины и диаметра. По состоянию на 2017 год наименьшим герконом в мире считается изделие, производимое в США компанией Hermetic Switch Inc, длина его баллона составляет 4,01 мм.

Обозначение и маркировка

Герконы относятся к устройствам релейного типа. Поэтому правильное их обозначение указано в ГОСТ 2 .756−76 ЕСКД. На электрических схемах условно графическое изображение нормально разомкнутого геркона выглядит в виде окружности, в середине которой изображаются два последовательных отрезка. С левой стороны начиная с места разрыва, к отрезку чертится небольшой прямая линия, подходящая к нему под углом 120 0 . Окружность символизирует собой герметичность устройства, а отрезки — коммутационные контакты.

В нормально замкнутом же обозначении, выводы в окружности рисуются пересекающимися. Обозначение трёх контактного устройства выглядит по-другому. Всё так же рисуется окружность, но в ней, с одной стороны, изображаются два параллельных отрезка, а с другой — отрезок, расположенный по центру расстояния между ними. На нём же рисуется и переключающий контакт.

Согласно советским нормам на схемах и в литературе геркон подписывается буквой «К», после которой ставится порядковый номер изделия на схеме. В иностранном же обозначении используются две латинские буквы SF.

Стандарта же в маркировке изделий нет. Каждый производитель обычно на корпус геркона наносит своё заводское обозначение: например, КЭМ, TRA, АСМК, КА, КСК. Поэтому чтобы узнать к какому типу относится то или иное устройство, понадобится смотреть даташит производителя.

Достоинства и недостатки

Применение герконов, конечно же, не так широко распространено, как, например, электромеханических реле, но всё же, они не являются дефицитными деталями. Поэтому остро вопрос, где же взять геркон, среди радиолюбителей не стоит. К несомненным преимуществам размыкающих герконов, впрочем, как и замыкающих, относится:

• высока надёжность — она превышает показатели обычных реле использующих открытые контакты почти в 100 раз;
• быстродействие — скорость срабатывания по сравнению с электромеханическими реле может быть быстрее в два-три раза;
• отсутствие шума;
• гальваническая развязка — их последовательное подключение в линию позволяет создать электрическую развязку управляющих и коммутируемых цепей;
• возможность коммутировать даже слабые по уровню сигналы;
• небольшой размер;
• долговечность — устройство способно совершить миллиарды включений, что обусловлено отсутствием трения;
• способность их работать без источника электроэнергии.

Благодаря своим свойствам герконы нашли применение в разнообразных датчиках позиционирования, измерительных приборах (велосипедный спидометр), в автоматических подъёмниках, выключателях, ноутбуках (регистрируют открытие и закрытие крышки) и даже в компьютерных клавиатурах.

Но, несмотря на это, герконы также имеют недостатки. Главный из них — хрупкость, из-за неё приборы нельзя использовать в местах сильной вибрации. Кроме этого, в результате износа площадок контакты могут «залипать», а в случае больших токов (нагрева) самопроизвольно размыкаться.

Но, как видно, на фоне достоинств недостатки не так уж и велики. Очень часто, используя геркон, радиолюбители собирают собственную недорогую систему сигнализации или автоматический блок включения света.

Во многих электрических приборах возникает потребность в защищенных от воздействий внешней среды управляемых переключателях. Требуется механизм, контакты которого не обгорают на воздухе, и им не мешает влага. Требуется ускорить процесс включения-выключения цепи и исключить присутствие между контактами посторонних примесей, они присутствуют в атмосфере или появляются на контактах переключателя со временем. В случаях, когда требуется надежность и долговечность, применяются герконы.

Устройство было изобретено профессором В. Коваленковым в Санкт-Петербурге в 1922 году. В 30-е годы того же столетия началось их производство и массовое применение в электрическом оборудовании.

Геркон – что это такое

Геркон – это два и более контакта, заключенных в стеклянный корпус. Для подключения к наружной электрической цепи, концы контактов выведены за пределы корпуса устройства. Внутренний объем герметизирован и заполнен инертным газом. Лишенные доступа атмосферного воздуха, контакты надежно защищены от вредного влияния окружающей среды:

• Отсутствует кислород, способствующий окислению контактной группы;
• Отсутствует влажность, при которой возможно самопроизвольное срабатывание;
• Отсутствуют механические примеси, которые могут препятствовать возникновению контакта.

Стекло способствует надежной изоляции контактной группы. Но применение хрупких материалов корпуса не позволяет применять устройство в условиях повышенных нагрузок: вибрации, резких механических воздействий.

Как работает геркон

В основе принципа работы геркона лежит электромагнитное поле – магнит. Контактная группа в состоянии покоя находится в замкнутом или разомкнутом состоянии в зависимости от типа устройства.

При внесении в зону восприятия устройства магнитного поля – приближения магнита или другого механизма, обладающего подобными свойствами, контакты устройства намагничиваются и происходит их притягивание друг к другу. Результат — замыкание, включение электрической цепи. В другом случае, контакты намагничиваются таким образом, что отталкиваются друг от друга – происходит размыкание, выключение электрической цепи.

Возможно комбинированное действие, когда происходит переключение. До внесения в зону устройства магнитного поля, ток тек по одной контактной цепи, после переключения по другой.

Для примера возможной работы геркона, можно предположить, что им заменен комнатный выключатель. Теперь если поднести магнит к бывшему выключателю, где теперь установлен геркон, загорится лампочка, при удалении магнита – погаснет.

Виды устройств

Все устройства разделяются на группы по принципу работы:

• Нормально замкнутый геркон. В состоянии покоя, без внесения магнитного поля цепь устройства замкнута;
• Геркон нормально разомкнутый. В состоянии покоя, без магнитного поля, цепь устройства разомкнута;
• Переключающий. Комбинирует в себе замкнуты и разомкнутые устройства;
• Бистабильный. Имеет собственный магнит, который сохраняет положение контактов устройства в последнем состоянии после исчезновения внесенного магнитного воздействия.

Технические характеристики

По техническим характеристикам герконы разделяются в зависимости от условий применения. Учитываются такие факторы:

• Климатические условия. Например, работа при пониженных температурах;
• Окружающая среда. Например, жидкость;
• Проходящие через устройство напряжение и сила тока. Например, геркотроны позволяют применять напряжение до 100 киловольт.

Применение

Благодаря низкой цене и простоте конструкции, монтажа и использования, герконовые датчики и герконовые выключатели успешно применяются в случаях, когда их хрупкость не имеет значения. Область их применения обширна: от бытовых нужд до промышленных процессов.

Электрические компоненты устанавливаются в бытовых приборах в виде реле, в электросчетчиках и даже стационарных кнопочных телефонах – щелчки набора номера импульсным номеронабирателем результат, по сути, его работы.

Охранные сигнализации — один из примеров применения герконов. На косяк двери устанавливается магнит, на дверь – геркон. При удалении магнита из зоны восприятия устройства происходит замыкание или размыкание цепи, в результате которого становится известно о нарушении охраняемого периметра.

В пожарных датчиках также применяются эти устройства. При возникновении опасной ситуации, электрическая цепь включается при помощи геркона. Работать такой датчик может как в помещении, так и на улице.

В промышленных областях они применяют также во многих ситуациях. Например, для измерения уровня жидкости используется поплавковое устройство. В лифтовом хозяйстве герконы применяются для определения местоположения кабины подъемника.

Группа контактов, заключенная в стеклянную колбу, с инертным газом применятся везде, где необходимо замыкать, размыкать и переключать электрическую цепь.

Использование в охранных системах

Герконы, применяемые в охранных системах, выпускаются адаптированными для определенных материалов конструкций, на которых они устанавливаются. Это связано с тем, что материал основания, на котором крепится герконовый датчик, может оказывать влияние на магнитные поля, используемые для срабатывания геркона. Очевидно, что пластиковое окно или деревянная дверь совсем иначе взаимодействуют с магнитным полем в сравнении с металлической дверной решеткой.

Скрытый магнит и датчик для металлических дверей
Магнит и датчик открытой установки для окон и дверей

Функционирование датчика схоже с магнитной защелкой. Все элементы, участвующие в процессе, расположены на двери (окне) и раме, иногда их называют герконовымы выключателями. К ним присоединены провода. Поэтому, если датчик установлен снаружи, это все видно и вовсе не украшает интерьер. К тому же, при попытке проникновения в помещение через дверь или окно с таким датчиком, злоумышленник видит его и может нейтрализовать, отключив тем самым сигнализацию в месте проникновения.

Если герконовый датчик устанавливается скрыто, магнитное поле ослабляется невозможностью приблизить магнит вплотную к нему. Поэтому такой геркон должен быть боле чувствительным, чем тот, который ставится открыто. Но скрытый датчик существенно надежнее, хотя и его при внимательном рассмотрении можно заприметить, если в целом допущены какие-либо промахи с проводами, проложенными к нему. По этой причине усиления защиты рекомендуется применять несколько датчиков для одной двери или окна.

Принцип работы герконового датчика

Принцип работы герконового датчика заключен во взаимодействии двух элементов: исполнительной и задающей. Задающая часть схемы работы геркона – это магнит, а исполнительная – сам геркон. Для замыкания контактной цепи геркона необходимо вокруг него создать магнитное поле. Как только магнитное поле исчезает, контакты герконового датчика перестают взаимодействовать.

Размыкающий геркон работает по несколько иной схеме: его магнитные элементы расположены таким образом, что при намагничивании контакты отталкиваются, осуществляя размыкание электрической цепи.

Схема работы переключающего геркона также имеет свои особенности: один из контактов системы сделан из немагнитного металла, а другие – из ферромагнитного. Таким образом, при магнитном воздействии на геркон, происходит замыкание ферромагнитных контактов, а немагнитные контакты размыкаются.

Подберите магниточувствительный датчик

по параметрам по аналогам по маркировке

Или скачайте каталог магниточувствительных датчиков в .pdf (1,9 мб)

Магниточувствительные датчики специального назначения:

• Поплавковые (герконовые) датчики уровня
• Магниточувствительные датчики NAMUR
• Магнитные системы

Магниточувствительные датчики «ТЕКО» по принципу действия можно разделить на две группы:

Герконовые магниточувствительные датчики

Герконовые магниточувствительные датчики имеет в своем составе магнитоуправляемый контакт (геркон), который изменяет состояние контактов при воздействии управляющего магнитного поля. Приближение магнитного поля (например, постоянного магнита на поршне цилиндра) приводит к изменению электрического сигнала.

Наиболее распространенное применение герконовых датчиков — контроль положения и перемещения поршня пневмоцилиндра. Это идеальное решение для мониторинга сборочных процессов:

• деталь зажата/не зажата;
• вентиль/клапан открыт/закрыт;
• деталь вставлена/извлечена;
• механизм выдвинут/задвинут.

Преимущества герконовых магниточувствительных бесконтактных выключателей:

• простота конструкции;
• возможность работы при переменном и постоянном напряжении от 0,05 до 250 В (до 5000В для специсполнений);
• низкое сопротивление контактов (не более 0,15 Ом у современных приборов);
• независимость характеристик от температуры (температурный диапазон от -60°С до +155°С для специсполнений).

К недостаткам можно отнести относительно невысокое (до 10 7) количество рабочих циклов и невысокая (до 400 Гц) частота коммутации.

Датчики на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла не подвержены механическому износу благодаря наличию электронного выходного ключа. Срабатывание датчика происходит при изменении напряженности магнитного поля, вызванного, например, перемещением постоянного магнита, расположенного на подвижной части механизма.

Преимущества магниточувствительных бесконтактных выключателей на эффекте Холла:

• практически неограниченный ресурс из-за отсутствия механических контактов.
• большая частота коммутации (до 4 кГц и более).

С сертификатом соответствия бесконтактных выключателей типа MS требованиям TP TC 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» (выдан 02.08.2016 года) можно ознакомиться здесь.

Внимание! Сменилась маркировка магниточувствительных (герконовых) датчиков. Таблицу перевода старых обозначений герконовых датчиков на новые обозначения вы можете скачать по