Герконы устройство и особенности

Геркон - электромеханическое реле, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, расположенных в закрытой герметичной стеклянном сосуде.

Герконы история развития и принцип действия

Контактная система обычных всегда была достаточно проблемной частью электромагнитного устройства из-за плохой надежности. Главный их недостаток – механическая часть, которая не всегда обеспечивала требуемую скорость переключения. Кроме того, постоянные механические переключения приводили к достаточно быстрому износу контактов, что приводило к поломке реле и требовало дорого ремонта. Избавиться от многих недостатков, характерных для электромагнитных систем, удалось после появления магнитно управляемых реле – герконов.

Геркон это герметизированный переключатель на основе пружинных контактов, выполненный из ферромагнитного сплава. Принцип работы геркона основан на использовании сил взаимодействия, которые появляются между двумя феромагнитными телами при попадании их в магнитное поле. Силы взаимодействия вызывают перемещение пружинных контактов до их касания. Как только магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом достигнет нужного уровня незакрепленные концы пружины начинают притягиваться и замыкают контактную систему. Если уровень магнитного поля снижается, то под действием упругой силы пружины возвращаются исходное состояние – контакт размыкается.

Принцип работы герконов

Первый образец герконов был создан в 1922 году в Петербургской лаборатории профессора В.Коваленкова.

Конструкция первого геркона образца 1922 года

Конструкция первого геркона представляла собой сердечник (3), из магнитомягкого материала. К нему через изоляционные проставки (5) подсоединяются контакты (1,2) из магнитомягкого материала. Когда через катушку индуктивности течет электрический ток, в сердечнике возникает магнитное поле, намагничивавшее контакты которые и срабатывали. Как только питание отключалось, ток через индуктивность перестовал течь и контакты размыкались.

В 1936 году американский исследователь Элвуд разместил магнитоуправляемый контакт в герметичную колбу. Спустя несколько лет герконы начинают массово применяться в роли датчиков в различных электронных устройствах. Например фирма Western Electric применила герконы в автоматических телефонных станциях. Пик развития и применения герконов пришелся на 60-70-е года прошлого столетия (История развития электроники), тогда они были наиважнейшим компонентом в телекоммуникационных технологиях. Совершенствование технологии минимизировало размеры устройство – сегодня средний размер геркона около 6 мм. Несмотря на активное использование микроконтроллеров и микропроцессоров, герконы остаются востребованы и сегодня, но уже не так широко, как вчера.

Устройство современных герконов

Основа любого геркона две ферромагнитные пластины из никеля или стали. Пластины размещаются в герметическом стеклянном корпусе так, чтобы они взаимно перекрывались, но так, чтобы между пластинами был небольшой воздушный промежуток. При появлении магнитного поля пластины смыкаются. Контактная область обладает специальным гальваническим или напыленным покрытием из очень износостойких материалов – рутения или родия.

Родий и иридий очень устойчивые металлы. Благодоря им возможна длительная эксплуатация контактов, при условии не коммутировать через них мощные токи. В стеклянной капсуле обычно закачан инертный газ или азот, в некоторых типах герконов в иногда закачивается вакуум.

Управление любым герконом можно осуществлять либо с помощью постоянного магнита, либо катушки индуктивности через которую протекает электрический ток.

Способы управления герконом

Хороший пример управления постоянным магнитом используется в различных охранных устройствах. Магнит цепляется на дверь, если дверь находится в закрытом состоянии геркон срабатывает. При открытии дверей контакт размыкается – сигнализация срабатывает. Кроме того постоянные магниты используют и в промышленных клавиатурах на станках ЧПУ, где важны такие условия как взрывобезопасность и долговечность.

Метод использования катушки индуктивности используется при создании герконовых реле, в котором геркон просто размещается внутри катушки индуктивности. Последняя подсоединена к источнику току. Такая конструкция позволяет существенно упростить электромеханическое реле, а значит снизить его стоимость. Единственный минус это малое число контактных групп. Если катушка сделана из толстого провода, который способен выдерживать ток больших номиналом, то имеем полноценное токовое герконовое реле. Оно часто применяется в роли датчика для системы защищающей мощные источники питания от перегрузок. Для точной настройки уровня, при котором осуществляется срабатывание геркона, применяется резьбовой механизм, позволяющий геркону плавно перемещаться вдоль оси катушки.

Принцип работы герконов обучающий видеоролик

Классификация герконов

Замыкающего типа Во время отсутствия магнитного поля его контакты разомкнуты

Схема замыкающего геркона

Переключающего типа обычный многонаправленный переключатель, переключающий контакт,в одно из двух положений

Схема переключающего геркона

Размыкающего типа замкнуты в исходном состоянии, т.е при отсутствие магнитного поля контакты замкнуты, а при его возникновении размыкаются

Классификация герконов по технологически-конструктивным признакам
C сухими контактами – их работа рассмотрена выше.
C ртутными контактами – в них кроме контактов внутри имеется еще капелька ртути, предназначенная для смачивания контакта во время их переключения.

Достоинства и недостатки герконов

Использование герконов в электронике вместо электромагнитных реле обусловлено целым рядом характерных для этого типа устройств достоинств:

Простота конструкции ивысокое быстродействие – для различных видов герконов значение диапазона скоростей находится в пределах 100- 300мс. Полная герметичность – позволяет применять эти элементы в неблагоприятных средах. Межконтактный промежуток обладает высокой электрической прочностью. Обеспечивают гальваническую развязку схем управления и коммутируемых цепей. Долговечность и надежность- контакты герконов устойчивы к влажности и обгоранию, а также в них исключены все механические части

Но кроме перечисленных плюсов, у этих устройств есть и существенные недостатки:

Недостаточная ударопрочность, из-за особенностей конструкции и использования стеклянного корпуса. Малые уровни мощности для коммутационных цепей. Вероятность самопроизвольного размыкания контактов при протекании больших значений токов.

Особенности эксплуатации и монтажа герконов

Очень важным моментом является необходимость использования защиты от возможного воздействия посторонних магнитных полей. Кроме того, герконы не должны оказаться под воздействие ультразвука – т.к при этом типе воздействия их параметры могут сильно меняться. Эти компоненты, необходимо защищать от возможных падений и ударов, так как появляющиеся при этом нагрузки могут привезти к немедленному отказу из-за разрушения герметичной колбы.

При расчете электрических цепей с этими элементами необходимо учитывать возникающие при монтаже паразитные емкости и индуктивности. Чтобы уменьшить их паразитное влияние нагрузку желательно располагать поближе к реле или использовать схему защиты.

Схема защиты геркона
Особенности монтажа

Возможен любой способ монтажа герконов, который не станет причиной нарушения его целостности и герметичности во время эксплуатации. Монтаж следует осуществлять так, чтобы исключить любую возможность соприкосновения герконов.

Варианты монтажа герконов

Если схемой предусмотрено подсоединение к геркону более одного проводника, то подпайка второго и последующих проводников должна быть не к выводу геркона, а к ранее подпаянному проводнику, а сечение используемых монтажных проводов должно быть не более сечения выводов радиоэлемента

При пайки герконов необходима пользоваться паяльником мощностью не более 100Вт, при этом длительность нагрева не должна превышать трех секунд. Перед осуществлением повторной пайки выводы геркона должны остыть.

Изгиб выводов геркона должен быть сделан на расстоянии не менее трех миллиметров от спая. Если необходимо сделать сгиб, надо четко зафиксировать вывод, соединенный с стеклянным баллоном, чтобы предупредить разрушение. Нельзя повторно изгибать выводы.