Принцип работы и технические характеристики герконовых датчиков

Устройство датчиков, принцип работы

Итак, датчик он же sensor является элементом узлов измерительных, сигнальных, регулирующих, управляющих частей оснащения. Деталь преобразует контролируемую, регулируемую величину (t°, давление, частоту, интенсивность света, электропараметров) в импульс, удобный для измерения, подачи, хранения, обработки, фиксации, а иногда он влияет на управляемые процессы.

Если упростить, то детектор является устройством, трансформирующим входное воздействие любых физических величин в сигнал, подготовленный для дальнейшей работы с ним.

Составные части

Есть чрезвычайно много конструкций сенсоров, чувствительных их частей, а также принципы сработки, взаимодействия, но все они обычно сводятся к такой структуре:

Общую схему датчика (Д) можно отобразить как совокупность чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразующей части (Пр.) Первый в системах автоматики, телемеханики — это орган чувств. Предназначенный, чтобы преобразовывать, подготавливать контролируемую величину (х) придавая ей форму сигнала х1, удобную для восприятия, измерения. Например, в преобразователе часто осуществляется трансформация импульса (х1) в электрический сигнал (у).

На вход детектора могут поступать как электроимпульсы, так и любые другие, иного характера (пневмо, давление, световые, звуковые и прочие), но с выхода наиболее удобно снимать электросигнал — его просто и легко усиливать, оценивать, передавать можно почти на неограниченные расстояния.

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.

Конструкция извещателя

Извещатели магнитоконтактные могут иметь три типа контактов, а именно переключающийся, нормально замкнутый, а также нормально разомкнутый. Герконы подразделяются на смоченные и сухие. Смачивание осуществляется с помощью ртути, это дает возможность устранить дребезжащий звук, а если изделия сухие, то они располагаются в газовой среде, при этом таким газом в стандартном случае является азот. У части герконов внутри колбы вакуум, это делается с целью увеличить показатели коммутируемого напряжения.

Датчик включает два составных элемента, в первом располагается постоянный магнит, который в некоторых случаях может быть также электромагнитом, в то же время внутри второго находится геркон, оснащенный выводами контактов. Если датчик имеет охранное назначение, то электромагнит внутри него не применяется. Контактная система по своей конструкции является баллоном из стекла, внутри которого находятся две пружины с перекрывающимися концами, среда вокруг них — инертный газ. Количества пластин будет равно трем, если речь идет о перекидном герконе. Дистанция от одной контактной площадки до другой держится в пределах от трехсот до пятисот микрон. Смыкание контактов происходит под воздействием магнитного поля. Пружина обладает настолько небольшим изгибом, что ее ослабления не наблюдается, из-за этого количество ее переключений может достигать десять миллиардов. Инертный газ уберегает контакты от воздействия искр и коррозии.

Датчики подразделяются на врезные и накладные. Экраны, которые являются магнитно непроницаемыми, служат для защиты от нарушителей. Такие экраны требуются, чтобы на геркон не оказал влияние магнит, располагающийся извне.

Врезной геркон для установки в деревянный проем

Устройства для окон и дверей могут относиться к магнито пассивным либо к магнитоактивным. Датчики подразделяются на два типа по пригодности к установке на тех или иных окнах и дверях. Первый тип обладает магнитами меньшей силы и сравнительно невелик по размерам. Устройства такого типа устанавливают на объектах, выполненных из алюминия или дерева либо же иных материалов, лишенных магнитных свойств. Устройства второго типа существенно крупнее, и у них мощные магниты, они рассчитаны на двери из металлов с магнитными свойствами. Внутри системы беспроводного типа применяются исключительно адресные извещатели магнитоконтактные, оснащенные радиомодулем.

Блок с магнитом, который служит задающим элементом датчика, находится внутри подвижной части объекта, который отслеживается (к примеру, в самой двери), а исполнительный модуль располагается внутри неподвижной части конструкции, к примеру, внутри дверного косяка. Чтобы устройство работало стандартным образом, требуется, чтобы его компоненты находились друг напротив друга.

Что такое герконовый датчик и где он применяется?

Ни одна современная система охраны, контроля, пожаротушения, экстренного оповещения не может функционировать без применения датчиков, связывающих ее с окружающим миром. Датчики определяют наличие задымления, пыли в воздухе, движение объектов и еще множество других изменений.

Герконовый датчик по-прежнему используется во многих подобных системах благодаря своей надежности.

Что такое геркон

Геркон – электромеханическое устройство, замыкающее либо размыкающее электрические контакты под влиянием магнитного поля, генерируемого электромагнитом, либо постоянным магнитом.

Термин «геркон» означает герметичный контакт. Обусловлено это его конструкцией. Состоит он из двух ферромагнитных пластин, запаянных в стеклянную капсулу с двумя выходными контактами и заполненную инертным газом. Такая оболочка минимизирует воздействие окружающей среды и обеспечивает надежное функционирование устройства.

Колба может содержать азот, иссушенный воздух, иной инертный газ. Также из колбы может быть откачан весь газ до состояния вакуума. Этим добиваются повышения уровня коммутируемого напряжения.

Назначение и область применения

Герконовые датчики, несмотря на вытеснение их датчиками Холла, по-прежнему находят применение во многих устройствах и системах:

1. Клавиатуры синтезаторов и промышленного оборудования. Конструкция датчиков исключает возможность возникновения искры. Поэтому в первую очередь их применяют на взрывоопасном производстве, где присутствуют горючие испарения или пыль.
2. Бытовые счетчики.
3. Автоматические системы охраны и контроля положения.
4. Оборудование, работающее под водой или в условиях высокой влажности.
5. Телекоммуникационные системы.
6. Медицинское оборудование.

В системах безопасности применяются устройства, состоящие из геркона и магнита. Они сообщают об открытии или закрытии дверей.

Также применяются герконовые реле, состоящие из контактного датчика и проволочной обмотки. Такая система обладает некоторыми преимуществами: простота, компактность, влагостойкость, отсутствие движущихся деталей.

Используются герконы и в особых областях – это механизмы защиты от перегрузок и короткого замыкания высоковольтных и радиотехнических электроустановок. Также это высокомощные радары, лазеры, радиопередатчики и прочее оборудование, работающее под напряжением до 100 кВ.

Разновидности

В зависимости от нормального состояния контактов устройства разделяют на:

• замкнутые – цепь размыкается под воздействием магнитного поля;
• переключаемые – под воздействием поля замыкается один контакт, а при отсутствии поля – другой;
• разомкнутые – срабатывание геркона происходит при появлении магнитного поля.

В зависимости от конструкции датчики бывают:

• газовые – стеклянная гильза заполнена сухим воздухом или инертным газом;
• ртутные – на контакты, дополнительно наносится ртуть, которая способствует улучшению коммутации, минимизирует сопротивление и убирает вибрацию замыкаемых пластин.

Герконы по техническим характеристикам подразделяются на:

1. Герконы.
2. Газакон – устройство, обладающее функцией памяти. То есть положение контактов сохраняется после отключения магнитного поля.
3. Геркотроны – реле с высоковольтной изоляцией. Предназначено для работы в устройствах с напряжением от 10 до 100 кВ.
4. Герсикон – реле, предназначенное для управления оборудованием и автоматикой с мощностью до 3 кВт. Конструкция характеризуется увеличенным коммутационным током и наличием дугогасительных контактов.

Благодаря разнообразию конструкций герконы продолжают использовать во многих областях.

Принцип действия

Геркон по принципу работы схож с выключателем. Реле состоит из пары токопроводящих сердечников с зазором между ними. Они герметично запаяны в стеклянной колбе с инертной средой, исключающей процесс окисления.

Вокруг колбы размещается управляющая обмотка, питаемая постоянным током. При подаче питания обмотка генерирует магнитное поле, воздействующее на сердечники, и приводит к замыканию контактов между собой.

При отключении катушки от питания магнитный поток исчезает и контакты размыкаются пружинами. Надежность обеспечивается отсутствием трения между контактами, которые, в свою очередь, выполняют роль проводника, пружины и магнитопровода.

Особенностью герконового датчика является то, что на пружины реле в состоянии покоя не действуют никакие силы. Это позволяет им замыкать контакт за доли секунды.

Принцип действия

Принцип, на котором базируется функционирование извещателя магнитоконтактного — это способность магнита воздействовать на железо и иные магнитные металлы. Если дистанция между магнитом и контактами сокращается до определенной величина, то на них начинает оказывать влияние магнитная сила, в результате чего они либо сходятся, либо расходятся. Какой процесс имеет место, определяется конструкцией извещателя. Если же магнит удаляется на определенное расстояние, то процесс сменяется на противоположный. Контакты помещается внутри колбы из стекла и совмещают свойства магнитопровода, пружины и токопровода. При возрастании дистанции происходит  уменьшение энергии магнитного поля в геометрической прогрессии. Поэтому если такое расстояние между герконом и магнитом возрастет, поскольку дверь оказалась чуть открыта, то энергия магнитного поля существенно снизится, в результате чего она не будет в состоянии удерживать контакты вмести, и они разойдутся.

Пять самых распространенных моделей герконов

• ИО 102-20 — это точечная модель, ее применяют, чтобы отслеживать положение ангарных ворот, контейнеров и иных объектов в плане их закрывания/открывания либо передвижение, об имевшем место событии поступает сигнал на панель контроля. Модель также можно применять в качестве концевого выключателя.
• Извещатели ИО 102-20 А2П ИБ, которые обладают маркировкой ОЕхiaIIBТ6Х устаналиваются внутри пространств, где существует опасность детонации, ихподключение производится посредством особой искробезопасной линии.
• ИО102-11М (СМК-3М) — это модель, которая рассчитана на установку внутри дверей и окон, они применяется в ловушечных устройствах, которые направляют сигнал на панель охраны. Замыкание контактов происходит, когда дистанция между элементами датчика не превышает 6 миллиметров, а размыкание наблюдается, когда этот показатель превышает 25 миллиметров. Сила тока до полуампера, а напряжение — до ста вольт.
• ИО-102-55 «Кенар» — это модель точечного типа, которая рассчитана на отслеживание того, была ли открыта дверь из алюминия или дерева либо иного аналогичного материала, в изделие встроена система, уберегающая его от саботажа. Контакты размыкаются при расстоянии 12 миллиметров, размыкаются при дистанции 45 миллиметров. Коммутируемая сила тока — 50 миллиампер, напряжения — 50вольт. Нормально-замкнутые контакты.
• ИО 102 2 — это устройство-геркон относится к кнопочным. Как магнит, так и геркон располагаются внутри того же корпуса, благодаря чему монтаж аппарата сравнительно несложен.
• EWD1 Eldes — это адресный магнитоконтактный извещатель, относимый к беспроводным, он функционирует аналогично прочим аппаратам, отслеживающим открывание/закрывание, его особенность в том, что тревожный сигнал он передает с помощью радиоволн. Чтобы определить адрес, необходимо отправить смску. Кроме того, на корпусе устройства присутствует тревожная кнопка. Диапазон частоты радиоволн — 866–869 мегагерц. Изделий способно работать автономно полтора года. Внутри закрытого пространства оно способно посылать радиосигнал на 30 метров, а на улице — на полтораста метра. Способен взаимодействовать с устройствами ELDES Wireless.

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

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.

Геркон — обозначение на схеме

Отличие магнитоуправляемого соединения в электрических схемах от других типов контактов — наличие в изображении окружности, как обозначения герметичного корпуса. Конкретную принадлежность к элементу схемы указывают в виде набора букв и цифр:

• К1.1 — указывает принадлежность к реле схемы с которым геркон работает (согласно нормативных документов времен СССР в схемах и технической литературе геркон обозначается буквой «К»);
• SF — обозначает управление геркона постоянным магнитом.

Строгие правила по маркировке герконов отсутствуют. Производитель наносит на корпус свое заводское обозначение.

Принцип действия геркон ового реле

В работе нормально замкнутого геркон а используется принцип взаимодействия сил, возникающих между магнитными телами. В электромагнитном поле появляются и передаются импульсы, начинают двигаться электроны, вызывающие перемещение и деформацию токопроводящих контактов.

Изменение положения и состояния магнитного концевика в конкретном устройстве или в цепи, приводит к размыканию контактов. Дальнейшей изменение их положения происходит под действием других подвижных элементов — кнопок, концевых пружин, дисков и т.д. Таким образом, происходит поочередное включение и выключение контактов.

Данный принцип работы стал основой функционирования промежуточного геркон ового реле, действующего на замыкание. Его конструкция состоит из двух сердечников и герметичного прочного стеклянного баллона, наполненного газом или газовой смесью. Сам баллон находится под постоянным действием электрического тока. Газы препятствуют окислению металлических сердечников.

При подключении к такому геркон у постоянного тока, происходит образование мощного вокруг сердечников. Наличие специальных зазоров значительно облегчает прохождение этого поля между частями реле. Далее наступает возникновение автономного магнитного потока, движущегося в заданном направлении. Соединение сердечников значительно ускоряется за счет их покрытия драгоценными металлами с более низким сопротивлением, чем у обычного материала.

Постоянный магнитный поток обеспечивается особенностями конструкции геркон ового реле. Однородность и целостность деталей создается за счет литья и штамповки, а для соединения их между собой используются сварочные процессы. Поэтому катушка реле намагничивается в минимальной степени. По такой схеме работает геркон овое реле, принцип действия которого достаточно простой. В случае прекращения подачи постоянного тока, произойдет размыкание контактов, а магнитный поток исчезнет.

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.

Область применения

Охранная сигнализация – это не единственное предназначение герконов. Поскольку магнитное поле и электрический ток – взаимосвязанные явления, герконы можно использовать в системах автоматики для контроля силы тока. Постоянные магниты, перемещающиеся вместе с предметами или жидкостями, обнаруживаются герконами после срабатывания контактов. Тем самым можно определять присутствие того или иного предмета в заданном месте или контролировать уровень жидкости по магнитному поплавку.

Замыкание контактов геркона происходит от воздействия магнитного поля. И чем больше его напряженность, тем больше сила притяжения контактов. Но восстановление их исходного состояния происходит под воздействием сил упругости. Они невелики

Поэтому крайне важно не допустить перегрева контактов и их сваривания. Для этого необходимо в точности соблюдать режимы работы так, как указано в технической документации герконов

Тогда этот уникальный коммутатор прослужит много лет.

Герконы КЭМ – герметизированные магнитоуправляемые контакты. Герконы серий КЭМ-1, КЭМ-2 и КЭМ-6 – замыкающие; серии КЭМ-3 – переключающие.

Предназначены для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока частотой до 10 кГц с активной и индуктивной нагрузкой напряжением до 300 В, силой тока до 4 А и коммутируемой мощностью до 30 Вт (ВА).

В зависимости от значения магнитодвижущей силы срабатывания (МДС) герконы КЭМ делятся на четыре группы чувствительности – 0, А, Б и В. Вид монтажа – в отверстия, под пайку.

Герконы широко применяются в коммутационных изделиях, таких как: управляемые контакты реле, магнитные выключатели, различные датчики в бытовой, промышленной и специальной аппаратуре, измерительные приборы. Широкий спектр применений для конструкторов возможен благодаря преимуществам герконов:

• контакты находятся в полностью герметичном стеклянном корпусе, потому герконы могут применяться в условиях повышенной влажности и запыленности в широком диапазоне рабочих температур (от -60°С до +150°С)
• высокое быстродействие срабатывания – 0,5…2,0 мс
• низкая потребляемая мощность – 50…200 мВт
• полная гальваническая развязка цепей управления и нагрузок
• низкое сопротивление контактов – 0,1…0,5 Ом
• частота коммутации – не более 50 сраб/с
• высокая вибро- (до 10g) и удароустойчивость (до 150g)
• большой ресурс работы – количество срабатываний 10 4 …10 8

На пределе коммутационного ресурса могут возникать отказы срабатывания – явления сваривания или залипания контактов. Это происходит вследствие износа: механического, химического (коррозии), электротермического.

Характеристики, расшифровка обозначений, устройство, чертежи и размеры герконов КЭМ указаны ниже.

Наша компания гарантирует качество и работу герконов в течение 2 лет с момента их приобретения. Это подкрепляется необходимыми документами по качеству.

Окончательная цена на герконы КЭМ зависит от количества, сроков поставки и формы оплаты.

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.