Герконовое реле принцип действия

ГЕРКОНОВЫЕ РЕЛЕ

Герконовое реле — устройство, используемое для коммутации электрических цепей.

В отличии от электромеханических реле, в которых коммутация происходит посредством механического воздействия на контактные группы, в герконовых реле исполнительным элементом является — один или несколько герконов.

В зависимости от назначения или класса устройства замыкание или размыкание контактов происходит при помещении контактной группы в магнитное поле.

Также незначительная напряженность управляющего магнитного поля и высокое быстродействие позволяют использовать данный вид реле для коммутации цепей управления электронных блоков высокочувствительных аппаратов.

Еще одним из преимуществ герконовых реле перед остальными релейными устройствами коммутации является защищённость контактной группы от воздействия влаги, пыли и других неблагоприятных факторов, которые могут привести к преждевременному износу и выходу реле из строя.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Принцип действия герконовых реле основан на свойстве некоторых ферромагнитных материалов менять свою ориентацию в пространстве под действием магнитного поля, а именно при возбуждении магнитного поля в катушке, подключенной к цепи управления, происходит намагничивание контактов геркона.

Вследствие этого происходит замыкание или размыкание контактной группы, находящейся в герметично запаянной колбе.

Большая распространенность и широкий спектр применения обуславливает значительные конструктивные отличия. Герконовые реле можно разделить на несколько групп по типу используемых контактов:

• устройства с нормально открытой (разомкнутой) контактной группой;
• с нормально закрытой (замкнутой) контактной группой;
• реле с комбинированной группой контактов, при чем коммутация может осуществляться как с помощью одного геркона с контактами разных типов, так и группой герконов.

По конструктивному исполнению реле герконовые коммутационные устройства также можно подразделить на:

Сухие — колба геркона заполнена инертным газом, также для увеличения допустимых токов контакты геркона могут помещаться в вакуум.

Смоченные — для предотвращения вибрации контактов на место их соприкосновения помещается некоторое количество ртути.

При проектировании цепей управления, содержащих герконовые реле или замене электромеханических реле на данный тип устройств следует обратить внимание на следующие характеристики:

1. Напряженность магнитного поля, вырабатываемого катушкой, при котором происходит коммутация контактов геркона.
2. Напряженность магнитного поля, при котором происходит обратная коммутация цепи.
3. Напряжение пробоя — значение напряжения при котором происходит пробой нормально открытой контактной группы геркона.
4. Время реакции — время между подачей сигнала на катушку и замыканием или размыканием контактов.
5. Период отпускания — время между снятием напряжения с катушки и возвращением контактов геркона в нормальное состояние.
6. Количество циклов коммутации — число замыкания и размыкания контактов при котором сохраняются заданные рабочие параметры устройства.
7. Коммутируемая мощность — максимально допустимая мощность, которую выдерживают контакты устройства без потери функционала.
8. Допустимое напряжение — максимально допустимое напряжение в управляемой цепи.
9. Допустимый уровень вибрации — при вибрации, превышающей допустимые производителем нормы возможно нарушение герметичности колбы геркона или самопроизвольное замыкание контактов.

Также при использовании герконовых реле в цепях, содержащих полупроводниковые элементы и микросхемы чувствительные к скачкам напряжения, следует учитывать, что в виду особенностей конструкции, между отходящими контактами геркона может образовываться паразитная емкость, приводящая к выходу из строя электронных компонентов.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕРКОНОВЫХ РЕЛЕ

Наиболее широкое применение герконовые реле получили в системах сигнализации и телеметрии. Они обеспечивают возможность коммутации нескольких независимых цепей с помощью одного устройства, что позволяет включать систему звукового или светового оповещения с одновременной подачей сигнала на пульт охраны.

При кажущейся простоте блокировать такую систему довольно сложно. При этом в ней отсутствуют элементы, которые можно вывести из строя направленным электромагнитным импульсом, в отличии от систем, основанных на полупроводниковых элементах.

Также на основе описываемого вида реле возможно построение простейших логических схем, для этой цели могут применяться герконы с эффектом памяти — их особенностью является сохранение положения контактов даже после снятия управляющего импульса, возврат же в нормальное положение производится подачей сигнала обратной полярности на катушку устройства.

Помимо низковольтной аппаратуры герконы применяются в цепях управления с рабочим напряжением несколько тысяч вольт, а отдельные устройства выдерживают напряжение до 100 кВ.

Отдельная разновидность высоковольтных герконов применяется в устройствах релейной защиты высоковольтных линий. В этом случае в конструкции предусматриваются дугогасительные и демпферные устройства, препятствующие появлению вибрации и дребезга контактной группы.

Таким образом использование герконовых реле открыло новую веху в приборостроении и проектировании релейного оборудования.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Геркон: технические характеристики, принцип работы, примеры применения

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.

А) внешний вид геркона; В) обозначение на принципиальных схемах

С конструктивным исполнением, можно ознакомиться на рисунке 2.

Конструкция геркона

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.

Принцип работы нормально-разомкнутого геркона

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.

Принцип действия нормально-замкнутого геркона

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.

Срабатывание переключающего геркона

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.

Упрощенное изображение конструкции герконового реле

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.

Схема управления освещением прихожей

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.

Простая домашняя сигнализация

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.

ГЕРКОНОВОЕ РЕЛЕ

Герконовое реле – это коммутационное устройство, предназначенное для работы, главным образом, в цепях автоматики и управления.

Как и электромеханические, герконовые имеют управляемые электрические контакты. Они представляют собой размещенные в герметичной колбе одну или несколько контактных пластин (геркон), которые под действием магнитного поля могут менять свое взаимное расположение, осуществляя тем самым замыкание или размыкание электрической цепи.

В качестве управляющего элемента выступает катушка, в которой под действием протекающего электрического тока возникает магнитное поле.

Принцип действия герконового реле поясняет рисунок 1.

Здесь:

• K – геркон;
• L – катушка;
• M – электромагнитное поле.

Из приведенной схемы не следует делать вывод, что конструкция герконового реле представляет собой контакты, расположенные параллельно с внешней стороны катушки. Это не так, поскольку в этом случае геркон будет находится в зоне с наименьшей напряженностью магнитного поля.

Оптимальным является вариант с намоткой катушки поверх геркона или использование сердечника, в этом случае расположение катушки относительно геркона должно быть перпендикулярным. Кстати, оптимальным является первый вариант устройства – компактно и технологично.

Из достоинств герконовых реле следует выделить:

1. Герметичность контактов.

Эта конструктивная особенность обеспечивает отсутствие искрения. За счет работы в оптимальной среде (отсутствие пыли, влажности и пр.) контакты реле имеют длительный срок службы (ресурс).

2. Быстродействие.

Геркон имеет низкую инерционность, за счет этого время переключения герконового реле составляет порядка 1 миллисекунды.

3. Низкое энергопотребление.

Ток потребления большинства моделей составляет 5-10 миллиампер.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕРКОНОВЫХ РЕЛЕ

1. Коммутируемые напряжения и ток.

Для герконовых реле они невелики. В зависимости от типа их максимальные значения составляют порядка 200В и 1А соответственно. Это определяет область применения, о которой уже говорилось – автоматика и цепи управления слаботочными устройствами. Существуют исключения, но цена таких устройств достигает нескольких тысяч рублей.

2. Управляющие ток и напряжение.

Герконовые реле, как правило, управляются постоянным током, однако, существуют исполнения, которые могут работать и с переменным. Значения токов в характеристиках указывают не всегда.

Как я писал, значения их невелики. Кроме того, зная сопротивление обмотки и напряжение питания (указываются всегда), его можно рассчитать по закону Ома I=U/R. Ряд напряжений, в основном, низковольтный – от 5В до 24В.

Обратите внимание – напряжение срабатывания и напряжение отпускания могут значительно различаться.

3. Контактный набор.

Под этим параметром подразумевается количество независимых контактов (направлений) и варианты их состояний:

• нормально замкнутые (НЗ) – замкнуты при отсутствии напряжения на катушке;
• нормально разомкнутые (НР) – разомкнуты в нерабочем состоянии;
• переключающие – комбинация двух первых типов.

4. Тип корпуса.

Большинство исполнений предусматривает возможность монтажа на печатную плату. Могут отличаться формой и расположением выводов относительно корпуса и типом самого корпуса.

Поскольку данный материал обзорный, то приведенной информации, считаю, достаточно для того, чтобы получить представление о назначении, параметрах и области применения герконовых реле.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Принцип действия герконового реле

В электронных агрегатах и радиотехнике активно используются устройства коммутации и контакты. Но такие детали считаются ненадёжными, так как частая эксплуатация оборудования изнашивает их. Из-за этого специалисты часто используют герконовое реле, которое представлено в виде магнитоуправляемого герметического контакта. Для более длительной эксплуатации на них установлены качественные выключатели.

• Краткое описание
• Характеристики устройства
• Разновидности моделей
• Конструктивные отличия
• Принцип работы
• Преимущества и недостатки
• Сферы применения
• Правила управления герконом

Краткое описание

В современном мире герконы практически не используются, так как в массовую продажу поступили более универсальные датчики Холла. Но всё же встречаются ситуации, когда без такого реле просто не обойтись. А всё дело в том, что устройством просто управлять, и его можно устанавливать в схему любого оборудования. Когда же мастеру нужно добиться высокой степени надёжности и долговечности от агрегата, тогда без геркона просто не обойтись.

Сегодня такое реле можно встретить в различных датчиках и аналогичных устройствах. Функциональные возможности принято делить на три основные категории:

1. Переключение.
2. Замыкание.
3. Размыкание.

Среди основных технических признаков можно выделить сухой и ртутный контакт. В последнем случае в стеклянном корпусе содержатся капли металла, которые особенно важны в процессе работы реле, так как улучшается качество контакта.

К тому же ртуть помогает избежать нежелательной вибрации, за счёт чего увеличивается время срабатывания установки. Именно поэтому специалисты всегда рекомендуют использовать этот тип контакта.

Характеристики устройства

Высококачественное герконовое реле состоит из двух контактов, которые изготовлены из специфического ферромагнитного сплава. Установлены они в прочной колбе, благодаря чему пользователь может всегда контролировать их работу. Если же к контактам поступает постоянный магнит, тогда происходит замыкание с формированием непрерывной цепи. Из-за такой специфичности герконовый коммутатор стали называть концевым выключателем.

Промышленные производители маркируют такие агрегаты в строгом соответствии с итоговой сферой применения. К примеру: если на реле нанесена аббревиатура КЭМ, то оно относится к категории коммутационных электрических механизмов. Большая буква «А» означает, что устройство можно эксплуатировать в любых погодных условиях, а вот детали с пометкой «В» предназначены исключительно для помещений. Часто можно увидеть сокращение МКА, которое означает, что этот магнитный коммутатор идеально подходит для любых условий использования.

Для стандартного переключающегося агрегата уровень сопротивления находится в пределах 0.2 Ом. Качественный геркон на размыкание отличается тем, что этот показатель составляет 1 кОм. Такие данные позволяют мастерам существенно ускорить переключение имеющихся цепей. Все магнитные выключатели такого типа применяются для силовых сетей напряжения, так как они обладают более высокими показателями. Магнитный размыкающий геркон активно используется в различных схемах, в компьютерной и охранной отрасли, а также контактных датчиках.

Разновидности моделей

Высококачественные герконовые реле принято делить на несколько категорий, которые отличаются между собой устройством контактной группы. Каждая разновидность обладает многочисленными положительными характеристиками, которые высоко ценятся как специалистами, так и домашними мастерами. В продаже представлено несколько видов герконов:

• С переключающимся типом контактов.
• Традиционные разомкнутые установки.
• Специфические элементы с замкнутыми контактами.

Кроме основных функциональных признаков, специалисты выделяют и технологические параметры, которые разделяют коммутирующие герметичные агрегаты на сухие и ртутные.

Конструктивные отличия

Многофункциональный геркон представлен в виде герметичного баллона из стекла, внутри которого расположены чувствительные контакты. Эти элементы являются магнитными сердечниками, приваренными с торцовых сторон изделия. Все внешние части подключаются к имеющейся электросети.

Самыми востребованными сегодня считаются герконовые реле на замыкание. Контакты изготовлены из качественной ферромагнитной проволоки прямоугольной формы. Сердечники выпускаются из пермаллоя — материала, где основную роль играет мощность, а также размер геркона. В случае надобности покрытие может быть заменено на серебро, золото, родий.

Готовую колбу вакуумируют или же запускают в неё инертный газ, что предотвращает развитие коррозии в выключателе. В процессе изготовления специалисты также учитывают тот факт, что между сердечниками присутствует зазор определённого диаметра.

Принцип работы

Переключающий геркон с контактами замыкания укомплектован двумя сердечниками, которые отличаются повышенной магнитной проницаемостью. Эти два элемента расположены в герметичном стеклянном баллоне, который заполнен инертным газом либо газовой смесью. В самой колбе присутствует давление мощностью 50 кПа. Особая инертная среда не позволяет контактам окисляться.

Баллон геркона помещается во внутренний отсек управляющей обмотки, которая подключена к источнику постоянного тока. В момент включения питания на ответственном реле формируется необходимое магнитное поле, которое проходит по сердечникам контактов, а затем по зазору и замыкается на управляющей катушке. Рабочий поток энергии создаёт тяговую силу, которая соединяет контакты между собой.

Дополнительное покрытие контактов серебром, золотом, палладием или же радием помогает снизить сопротивление контактов. После включения питания в катушке электромагнита исчезает усилие, а сами пружины работают по принципу размыкания. Стоит отметить, что в герконовом реле полностью отсутствуют поверхности, где детали были бы подвержены трению между собой. Сами контакты отличаются разнообразием функций, так как они могут выполнять всю работу проводника, магнитопровода и пружин.

Повышение плотности тока помогает уменьшить габариты катушки магнита в несколько раз. Провод в эмали активно используют для намотки. Все узлы геркона проходят через штамповку, а соединения выполняются сваркой или же пайкой. В этих агрегатах активно используются магнитные экраны, которые помогают снизить зоны состояния включения.

Слаженная работа реле обусловлена тем, что все пружины устанавливаются без дополнительного натяга, за счёт чего устройство готово к работе сразу после запуска. Вместо привычных электромагнитов могут применяться постоянные магниты, из-за чего герконы называют поляризованными. Для нажатия контактов реле требуется некое усилие, которое обусловлено наличием магнитной катушки. Такой эффект нельзя встретить в обычных электромагнитных агрегатах, где вся сила зависит от пружины.

Принцип действия герконового реле на размыкание отличается тем, что система реле под воздействием электромагнита намагничивает сердечники, которые поэтапно отталкиваются между собой и размыкают цепь. Те модели, которые относятся к замкнутому типу, оснащены тремя контактами, один из них покрыт металлом, а остальные — ферромагнитным составом.

Преимущества и недостатки

Каждый агрегат отличается как положительными, так и отрицательными характеристиками. Если пользователь знает все сильные и слабые стороны приобретённого изделия, он может подобрать ему наиболее подходящую сферу применения. Именно поэтому перед покупкой герконового реле нужно изучить его преимущества:

1. Высокая степень надёжности коммутации. Этот параметр практически в два раза превышает те показатели, которые характерны для открытых контактных групп. Такой эффект достигается за счёт высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (может исчисляться десятками Мом).
2. Удобство применения. Этот параметр обусловлен тем, что все контакты изолированы от внешней среды, благодаря чему у пользователя нет необходимости беспокоиться об их чистоте. К тому же отсутствует механическая привязка к постоянному магниту.
3. Длительный эксплуатационный срок. Число срабатываний реле исчисляется миллиардами, ни одна контактная группа не может сравниться с таким показателем.
4. Быстродействие. У многих моделей частота коммутации приближена к 1 кГц.
5. Управлять оборудованием можно без помощи электроэнергии.
6. Такой тип коммутаторов совершенно нетребователен к выбору нагрузки.

Когда все положительные стороны изучены, можно ознакомиться и с недостатками. Если мастер обладает необходимым опытом работы, то он сможет устранить мелкие недочёты. Среди основных недостатков герконового коммутатора можно выделить следующие характеристики:

• Относительно маленькое количество контактов.
• Большие размеры, которые плохо сочетаются с современной радиотехнической базой.
• Довольно низкие показатели коммутирующей мощности.
• Вибрация при срабатывании (этот параметр не касается тех моделей, где в капсулу заправлены ртутные капли).
• Повышенная чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.
• Стеклянная колба может легко повредиться при ненадлежащем обращении.

Несмотря на значительное преобладание положительных характеристик, герконовое реле постепенно вытесняется другими аналогами полупроводникового типа (к примеру, датчик Холла). Решающую роль сыграла более высокая прочность конструкции, полное отсутствие дребезжания, а также небольшой размер.

Сферы применения

Высококачественные и многофункциональные герконовые выключатели считаются востребованными в системах охраны, где они используются в качестве реле. Такие устройства также монтируются в специальные датчики. Не стоит забывать и о других сферах применения:

• Мощное оборудование для подводного плавания.
• Синтезаторы и клавиатуры.
• Специализированное оснащение для автоматики и безопасности.
• Узкопрофильная аппаратура в медицинских учреждениях.
• Коммутационные аппараты.
• Приспособления для снятия замеров и тестирования.

Правила управления герконом

В связи с тем, что такое оборудование используется не только в быту, но и во многих других отраслях, каждый пользователь должен знать, как с ним обращаться. Только в этом случае можно рассчитывать на качественную работу реле. Тем более что управлять герметичным коммутатором можно двумя основными способами:

1. Используя магнит постоянного типа.
2. Воздействуя катушкой, которая подсоединена к постоянному источнику тока.

В первом варианте пользователь может задействовать угловое или же линейное перемещение постоянного магнита. Кроме того, часто встречается способ, когда специальная шторка перекрывает рабочее поле. Такой вариант можно встретить в универсальных датчиках уровня и положения, а также в охранной сигнализации.

Второй способ позволяет специалистам соорудить мощное реле на основе геркона. В отличие от известных традиционных конструкций, такой агрегат будет более надёжным, качественным и долговечным, так как в его схеме будут отсутствовать какие-либо подвижные элементы. А вот что касается небольшого количества контактных групп, то этот небольшой минус можно легко устранить, если использовать сразу несколько герконов.

В качестве примера применения такого способа управления можно смело назвать токовое реле. Этот агрегат представлен в виде мощной катушки, которая обмотана прочным проводом большого сечения. Во внутреннем отсеке обязательно располагается герметичный коммутатор.

Универсальность этого приспособления может использоваться в качестве надёжной защитной системы от перегрузки в цепях постоянного тока. Вдобавок мастер может регулировать чувствительность прибора за счёт линейного перемещения коммутатора внутри катушки.

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:

1. С нормально замкнутыми контактами. Если поднести магнит, выводы прибора размыкаются.
2. С нормально разомкнутыми контактами. Если поднести магнит, выводы замкнутся.
3. С переключающимися контактами. Если магнит рядом, замкнута одна группа выводов. Если магнит убрать, первая группа сработает на размыкание, но замкнется вторая.

По устройству контактов герконы делятся на 2 вида:

1. С сухими контактами. Выполнены из твердого металла.
2. Со смоченными контактами. Внутри имеется капля ртути. Она уменьшает переходное сопротивление прибора и исключает дребезг контактов.

С точки зрения внутренней среды существует 2 типа приборов:

1. Внутри трубки находится инертный газ (обычно азот).
2. Внутри создана вакуумированная среда. Такой герконовый выключатель применяют в схемах с высоким напряжением, включая 220 вольт и выше.

Вакуумный геркон с ртутью

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:

• коммутационная способность по току;
• максимальное напряжение;
• напряжение пробоя промежутка между контактами;
• переходное сопротивление контактов;
• предельная мощность нагрузки, которую можно подключить к выводам герметизированного контакта;
• время замыкания и размыкания прибора;
• напряженность поля, при которой сработает геркон.

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:

• повышенная износоустойчивость;
• компактные габаритные размеры относительно обычных реле;
• отсутствие собственных шумов и искажений сигналов;
• контакты изолированы от пыли внешней среды.

• неспособность работать в условиях посторонних магнитных полей;
• самопроизвольное размыкание и залипание контактов при больших токах;
• хрупкость, непереносимость вибраций;
• повышенный дребезг контактов из-за их упругости.

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:

• 1-й символ – наименование детали (МК – магнитоуправляемый контакт);
• 2-й символ – тип контактов (А – замыкающие, В – размыкающие)
• 3-й символ – буква «Р» указывается только на приборах со ртутью;
• 4-й символ – длина колбы в миллиметрах (двухзначное число);
• 5-й символ – функциональная особенность прибора (1 – малой и средней мощности, 2 – повышенной мощности);
• 6-й символ – порядковый номер разработки.

Система обозначений герконовых реле

Для примера можно разобрать модель МКА-14103:

• МК – магнитоуправляемый контакт;
• А – замыкающий;
• буква «Р» отсутствует, значит без ртути;
• 14 – длина колбы 14 мм.
• 1 – малая или средняя мощность;
• 03 – порядок разработки (бесполезен на практике).

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:

1. Сигнализация. На двери закрепляется потайной магнитик (желательно использовать неодимовый). На облицовке устанавливается геркон двери. Крепить нужно так, чтобы при открытом проходе выводы геркона размыкались, а при закрытом — замыкались. В результате состояние двери преобразуется в электрический сигнал. Его можно преобразовать и в звук сигнализации.
2. Самодельный бортовой компьютер на велосипед. В данном случае магнит устанавливается на колесо или ведущую звездочку велосипеда. Геркон фиксируется на раме «железного коня». Чем выше скорость движения велосипеда, тем чаще магнит оказывается в непосредственной близости от детали. С помощью схемы на микроконтроллере данные импульсы можно преобразовать в текущую скорость велосипеда или посчитать пройденное за день расстояние.
3. Использование в качестве концевого выключателя на подвижных механизмах (например, на автоматических воротах).

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.

Герконовые реле: что это такое, чем отличается, как работает

Содержание статьи

• Конструкция, виды и принцип действия
• Плюсы и минусы герконовых реле
• Основные характеристики герконовых реле, обозначение на схемах
• Применение герконовых реле и советы по использованию

С определенного времени для улучшения надежности и работоспособности контактная система электромагнитного реле модернизируется внедрением герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконы). Такие приборы широко используются в различных датчиках и системах.

Герконовое реле (РПГ), использующееся для коммутации электрических цепей, позволяет избавиться от недостатков, присущих электромагнитным устройствам:

• ограниченный ресурс;
• сложности во время коммутации нагрузок (высоковольтных и индуктивных);
• недостаточное быстродействие.

Конструкция, виды и принцип действия

Устройство герконового реле отличается простотой. В основе элемента лежит электромагнитная катушка, поверх которой расположен защитный экран, защищающий контактную группу от влаги, окисления, пыли и магнитных полей. В герметичном стеклянном трубчатом корпусе, в вакуумной или аргоновой среде, находятся два гибких ферромагнитных проводника с плоскими металлическими контактами из пермаллоя, покрытого драгоценными металлами с высокой проводимостью (серебро и металлы платиновой группы). Детали производятся методом штамповки, а соединения осуществляются при помощи сварки или пайки. Вся конструкция при этом может быть помещена в кожух.

Принцип работы герконового реле основывается на взаимодействии сил, возникающих между магнитными телами. Когда контактные сердечники подвергаются воздействию магнитного поля, контакты внутри стеклянного баллона размыкаются или наоборот замыкаются. Зазоры существенно облегчают прохождение поля между элементами прибора. Таким образом, сердечники справляются с функциями токопроводящего элемента, пружины и детали, реагирующей на магнитное поле, источником которого, как правило, служит электрический или постоянный магнит.

Различаются герконы на несколько групп по типу используемого контакта:

• замыкающий;
• размыкающий;
• переключающийся или комбинированный (одна группа срабатывает на размыкание, вторая – на замыкание).

В зависимости от конструктивного исполнения различают сухие (колбочка с инертным газом или вакуумом) и смоченные (наличие ртути на месте соприкосновения сердечников) разновидности. Капля ртути позволяет устранить дребезжание ферромагнитных сердечников.

Работа герконового реле во многом зависит от материалов, из которых оно изготавливается. При производстве герконовых реле используется четыре группы магнитов:

• неодимовые – отличаются наибольшей коэрцитивной силой и остаточной намагниченностью, но плохо переносят эксплуатацию в средах с повышенным содержанием кислорода;
• ферритовые – очень стойкие к коррозии и самые доступные, но вместе с тем хрупкие магниты;
• самариевые – обладают отличной термической стабильностью и стойкостью к размагничиванию, но отличаются высокой ценой и еще большей хрупкостью, чем ферритовые аналоги;
• изготовленные из сплава альнико (алюминий, никель, кобальт) – имеют лучшую термостойкость и сравнительно доступную цену, но наделены низкой коэрцитивной силой.

Плюсы и минусы герконовых реле

Среди преимуществ компонентов:

• полная герметизация контактной группы;
• значительная электрическая прочность промежутка между контактами;
• оперативность функционирования;
• компактность, легкий вес и простота конструкции;
• гальваническая развязка цепей;
• функциональность и отсутствие потребности в питании;
• эффективная работа в разных температурных средах (от -60 до +120 °C).

Пробивное напряжение герконовых реле может достигать нескольких десятков киловольт. Срок службы таких изделий может доходить до 4-5 миллиардов срабатываний. Высокая надежность является одной из основных причин широкой области применения герконов.

Помимо достоинств существуют и некоторые недостатки герконовых реле: хрупкость стеклянной колбы, низкая чувствительность у МДС управления элементов, дребезжание, самопроизвольное размыкание при большом токе, восприимчивость к внешним магнитным полям, малая мощность коммутируемых цепей, а также недопустимое размыкание и замыкание сердечников при питании переменным напряжением низкой частоты.

Однако далеко не все недостатки являются неустранимыми. Например, несанкционированное срабатывание можно предупредить, прибегая к дополнительному экранированию корпуса реле.

Основные характеристики герконовых реле, обозначение на схемах

• максимальная коммутируемая мощность;
• электрическая износостойкость (количество циклов);
• напряжение пробоя;
• номинальное напряжение включающей катушки герконового реле – от 12 до 220 В;
• допустимый уровень вибрации и напряжения;
• время реакции и период отпускания;
• магнитодвижущая сила срабатывания.

Следует учитывать, что между сердечниками возможно возникновение паразитной емкости, которая способна привести к выходу из строя электронных компонентов.

Герконовое реле на схемах обозначается доступно и понятно. Маркировка позволяет точно определить основные параметры (тип контактов, габариты, функциональные особенности и т. п.) и выбрать наиболее подходящие изделия.

Применение герконовых реле и советы по использованию

Несмотря на вытеснение датчиками Холла, герконовые приборы активно используются в разных системах и устройствах:

• бытовые приборы и телекоммуникационные системы;
• счетчики, концевые выключатели, тестирующие устройства и измерители;
• медицинское и промышленное оборудование;
• устройства, работающие под водой;
• клавиатуры синтезаторов;
• различные авиационные и космические системы;
• радары, радиопередатчики, лазеры;
• приборы безопасности и автоматики.

Современный рынок предлагает множество изделий, произведенных в РФ и за рубежом. Отдельные модели изделий применяются для защиты высоковольтных линий электропередач, что поспособствовало развитию проектирования релейного оборудования. Помимо герконовых реле существуют герсиконы, предназначающиеся для запуска электрических двигателей, мощностью до 45 кВт.

При монтаже компонентов рекомендуется избегать источников ультразвука и магнитного поля, а при пайке следует руководствоваться предписаниями инструкции производителя. Для защиты РПГ от разнообразных неблагоприятных факторов можно применять шунтирующие диоды, варисторы или подавляющие RC-цепи, подключенные параллельно нагрузке или геркону.