Мдс срабатывания геркона что это

Герконы

Измерение основных электрических параметров

При проведении измерений должны быть приняты меры к устранению влияния паразитных внешних магнитных и электрических полей или к их уменьшению, а также не должна возникать вибрация герконов, вызывающая изменение параметров.

При измерении электрических параметров геркон должен управляться измерительной катушкой без ферромагнитных материалов. Требования к измерительной катушке и положение геркона в ней должны соответствовать установленным в ТУ на герконы конкретных типов.

Измерение магнитодвижущей силы срабатывания, отпускания и коэффициента возврата

Погрешность измерения.за счет влияния внешних электрических и магнитных полей не должна превышать 0,5А и не должна быть более 2%.

МДС срабатывания определяют по значению тока, протекающего через измерительную катушку в момент срабатывания геркона. МДС отпускания определяют по значению тока, протекающего через измерительную катушку в момент опускания геркона. Коэффициент возврата определяют как отношение МДС отпускания к МДС срабатывания.

Момент срабатывания и опускания герконов под воздействием управляющего магнитного поля определяют методом контроля состояния цепи геркона. При определении МДС срабатывания и МДС отпускания через контакт-детали геркона должен проходить постоянный ток

МДС срабатывания и МДС отпускания измеряют на установке:

измерение сопротивления

гистограмма

Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5А-мс -1 до значения, обеспечивающего МДС, равную МДС удерживания. Далее со скоростью не более 1 А-мс -1 до отпускания геркона. Момент отпускания фиксируют. Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5 А-мс -1 до нулевого значения. Геркон выдерживают без тока в катушке в течение времени не менее 20 мс.

Ток в катушке повышают со скоростью не более 5 А ; мс -1 от нулевого значения до значения, обеспечивающего МДС несрабатывания. Переходят к скоросте не более 1 А-мс -1 до срабатывания геркона. Момент срабатывания фиксируют. При несрабатывании геркона тока в катушке повышают до максимального значения МДС срабатывания для данной группы герконов. Если последним измеряемым параметром является МДС, то ток в катушке скачком уменьшают до нулевого значения или продолжают измерение следующего параметра.

МДС (А) определяют по формуле: МДС = Iкат · Nкат

где Iкат — ток через катушку в момент фиксации срабатывания/отпускания; N — число витков измерительной катушки (5000).

Коэффициент возврата определяют по формуле:

Кв = МДС отп / МДС сраб

Относительная погрешность измерения МДС срабатывания и МДС отпускания не должна выходить за пределы ±1 А при измерении МДС до 20 А, ±2 А — от 20 до 80 А и ±5% —свыше 80 А с вероятностью не менее 0,95.

Измерение временных параметров

Временные параметры, определяют измерением интервалов времени в соответствии с временными диаграммами срабатывания и отпускания геркона.

измерение t

Генератор прямоугольных импульсов тока должен обеспечивать на выходе одиночные импульсы или серию импульсов с длительностью фронтов, измеренных между уровнями 0,1 и 0,9 их амплитуды, не более 50 мкс на активной нагрузке и амплитудой, обеспечивающей в измерительной катушке рабочую МДС. Измеряют интервалы времени срабатывания и отпускания. При измерении времени дребезга не учитывают разрывы цепи менее 10 мкс.

Измерение электрического сопротивления

Сопротивление геркона измеряют при замкнутых контакт-деталях с помощью четырехпроводного подключения (токового и потенциального) приборами непосредственного отсчета или методом вольтметра-амперметра на постоянном токе. Измерение сопротивления геркона проводят на установке, электрическая структурная схема которой приведена ниже:

измерение R

Источник тока G должен удовлетворять следующем требованиям: обеспечивать ток в цепи геркона не более 0,1 А с погрешностью в пределах ±2,5%; иметь максимальное напряжение на разомкнутом герконе не более 6В.

Измерение влияния внешних электромагнитных полей

Из полученных значений выбирают большее и меньшее. Разность между ними не должна превышать 0,5 А и быть не более 2%.

Что нужно знать для выбора правильного геркона

Геркон – сверхточный быстродействующий герметичный переключатель, управляемый магнитным полем. Количество его срабатываний – до пяти миллиардов раз. На его основе выпускаются датчики магнитного поля и герконовые реле для самых различных применений – от бытовой техники до авиации и космонавтики. В статье описаны особенности выбора герконов и дан табличный обзор широкой линейки этих изделий производства Littelfuse.

Слово «геркон» является сокращением слов «герметичный контакт». Первый геркон был разработан в 1936 году американской компанией Bell Telephone Laboratories. Впоследствии они стали широко применяться в качестве датчиков, и на их основе были созданы герконовые реле.

Рис. 1. Геркон

Геркон (рисунок 1) состоит из двух ферромагнитных проводников, имеющих плоские контакты, герметизированные в стеклянной капсуле. Без внешнего магнитного поля контакты разомкнуты, и между ними есть небольшой диэлектрический зазор. В магнитном поле контакты замыкаются. Контактная область обеих пластин имеет напыленное или гальваническое покрытие, выполненное из очень стойкого к эрозии металла (обычно – родий, иридий или рутений). Структура слоев покрытия контактов приведена на рисунках 2а и 2б для родия и иридия соответственно.

Иридий, рутений и родий – очень стойкие к эрозии металлы платиновой группы. Благодаря напылению из этих металлов количество срабатываний контактов достигает пяти миллиардов раз. В полость капсулы обычно закачивают азот. Некоторые типы герконов вакуумируются для увеличения максимально допустимого коммутируемого напряжения. Контакты геркона в магнитном поле намагничиваются, и между ними возникает магнитодвижущая сила, равная напряженности магнитного поля. Если напряженность магнитного поля достаточно велика, чтобы преодолеть упругие силы в контактах, возникающие при их упругой деформации, то контакты замыкаются. Когда поле ослабевает, контакты снова размыкаются.

Рис. 2. Структура контактных групп NiFe-W-Ru (а) и NiFe-Au-Ro-Ir (б)

Существует два типа герконов: SPST-NO (Single Pole, Single Throw Normally Open, то есть «один полюс, один канал») – обычный выключатель, в котором два контакта нормально разомкнуты; SPDT-CO (Single Pole, Double Through Change Over, то есть «один полюс, два канала – переключение») – переключатель, в котором один контакт всегда нормально замкнут, а второй нормально разомкнут.

Геркон, описанный выше и представленный на рисунке 3, относится к SPST-типу.

Рис. 3. Устройство геркона SPST-типа

На рисунке 4 представлен геркон SPDT-типа.

Рис. 4. Устройство трехвыводного геркона типа SPDT (однополярное двунаправленное)

Общая пластина является единственной подвижной частью такого геркона, в отсутствие магнитного поля она замкнута с нормально замкнутым контактом реле. При возникновении магнитного поля соответствующей силы общая пластина замыкается с нормально разомкнутым контактом. Обе пластины нормально разомкнутого и нормально замкнутого контактов являются неподвижными. Разомкнутые контакты имеют ферромагнитное покрытие, а нормально замкнутый контакт выполнен из немагнитного материала. При помещении в магнитное поле подвижный и нормально-разомкнутый контакт намагничиваются в одинаковом направлении, и при достаточной напряжённости магнитного поля происходит замыкание подвижного контакта с неподвижным ферромагнитным контактом. При исчезновении внешнего магнитного поля намагниченность контактов ослабевает, и они размыкаются. Для того, чтобы остаточная намагниченность была минимальной, при изготовлении герконов применяют высокотемпературную обработку контактов. В качестве источника магнитного поля для геркона чаще всего используют постоянный магнит (рисунок 5) или соленоид.

Рис. 5. Принцип работы магнитоуправляемого контакта – геркона

Рассмотрим несколько наиболее распространённых систем геркон-магнит.

Приближение и удаление магнита перпендикулярно (рисунок 6) или под углом (рисунок 7) к главной геометрической оси геркона:

Рис. 6. Перпендикулярное приближение и удаление магнита

Рис. 7. Приближение и удаление магнита под углом

В данном случае геркон будет замыкаться при приближении и размыкаться при отдалении магнита. Рассмотрим более подробно, обратившись к рисунку 8.

Рис. 8. Зоны активации геркона при поперечном удалении магнита

Концентрация силовых линий магнита уменьшается при удалении магнита от геркона. Наиболее сконцентрированы магнитные линии на полюсах магнита. Наиболее обширная зона взаимодействия магнита с герконом находится в центре геркона. При нахождении постоянного магнита в пределах этой зоны магнитное поле является достаточным для надежного срабатывания контактной группы. Пунктиром показана зона гистерезиса – при вхождении магнита в эту зону магнитное поле еще не обладает достаточной напряженностью для срабатывания контактной группы, но ее достаточно для удержания контактной группы в сработавшем состоянии. В случае иной конфигурации контактной группы геркона, отличной от рассматриваемой SPST, под срабатыванием будет пониматься размыкание нормально-замкнутого контакта и замыкание подвижного контакта с нормально-разомкнутым контактом SPDT геркона. Замыкание контактов геркона может активироваться с помощью параллельного движения кольцевого магнита вдоль оси геркона, как показано на рисунке 9.

Рис. 9. Движение кольцевого магнита относительно геркона

Конфигурация зон взаимодействия будет схожа с предыдущей системой, так как ось геркона и направление магнитных линий магнита будут совпадать с описанной выше ситуацией, как видно на рисунке 10.

Рис.10. Зоны взаимодействия при движении магнита вдоль оси геркона

Геркон может активироваться при помощи плоского магнита или кольцевого магнита с двумя или 2N полюсами (рисунок 11).

Рис. 11. Активация геркона плоским или кольцевым магнитом

Для понимания зон взаимодействия геркона обратимся к рисункам 12 и 13.

Рис. 12. Полюса магнита перпендикулярны главной геометрической оси геркона. Магнит движется вдоль нее

Рис. 13. Полюса магнита перпендикулярны главной геометрической оси геркона. Магнит движется перпендикулярно ей

Как видно, зоны взаимодействия находятся на концах геркона. В центральной части геркона находится «мертвая зона», в которой геркон остается открытым. Таким образом, двигающийся перпендикулярно геркону магнит, чьи полюса расположены подобным образом, активировать геркон не будет (рисунок 14).

Рис. 14. «Мертвая зона» взаимодействия магнита с герконом

Геркон можно экранировать с помощью магнитного материала (например, стального листа). На рисунке 15 изображены неподвижный геркон и неподвижный магнит между которыми движется экранирующий предмет.

Рис. 15. Экранирование геркона магнитным материалом

Основные типы герконов, выпускаемые компанией Littelfuse, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Серии герконов Littelfuse

Основные параметры герконов

Время срабатывания – время между моментом приложения магнитного поля и моментом замыкания контактов геркона.

На рисунке 16 представлен график зависимости величины магнитного поля от времени. Вначале геркон помещают в сильное магнитное поле до момента насыщения (при этом даже при увеличении магнитной индукции намагниченность, достигнув максимума, остается неизменной). После этого магнитное поле ослабляют до 0 и начинают постепенно увеличивать. Рабочая точка на данном графике означает такую величину магнитного поля, при которой контакты геркона замыкаются. Точка рассоединения – соответствует величине магнитного поля, при которой контакты размыкаются. Нужно заметить, что сила поля в точке рассоединения всегда ниже, чем в рабочей точке. Это связано с тем, что у контактов геркона всегда остается небольшая намагниченность.

Рис. 16. Зависимость величины магнитного поля геркона от времени

Временем отпускания называется интервал между рабочей точкой и точкой рассоединения.

Магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания (pull—in) – это величина силовой характеристики магнитного поля, при которой происходит замыкание контактов геркона. В системе СИ единицами измерения магнитодвижущей силы являются Ампер*витки (AT или Amper*turns). Когда измеряют магнитодвижущую силу с помощью соленоида, рабочая точка (замыкание) обычно дается при температуре 20°С, так как из-за термического расширения медного провода в катушке магнитное поле будет меняться приблизительно на 0,4%/°С.

Отношение между размыканием и замыканием, выраженное, как правило, в процентах, называется гистерезисом. В зависимости от материалов металлических контактов, их жесткости, длины, площади соприкосновения, гистерезис будет сильно меняться (рисунок 17).

Рис. 17. Отношение между МДС в точках замыкания и размыкания

Гистерезис – это отношение магнитодвижущей силы срабатывания к магнитодвижущей силе в точке рассоединения. Обычно этот параметр выражают в процентах. Компания Littelfuse выпускает специальные серии герконов (MACD-14, MASM-14), в которых гистерезис сведен к минимуму. Обычно такие герконы применяются в датчиках уровня жидкостей, в системах позиционирования.

Контактное сопротивление (contact resistance) – максимальное сопротивление геркона в замкнутом состоянии.

Удельное сопротивление контактов геркона или герконового реле очень мало и обычно составляет от 7,8х10 -8 до 10х10 -8 Ом/м. Это выше удельного сопротивления меди, которое равняется 1,7х10 -8 Ом/м. Контактное сопротивление герконов обычно составляет около от 70 до 200 мОм, а сопротивление контактов в герконовом реле – около 150 мОм.

Динамическое сопротивление контактов (Dynamic Contact Resistance (DCR) – это сопротивление контактов геркона в рабочем/динамическом режиме. Статичное контактное сопротивление геркона – достаточно малоинформативный параметр, который не позволяет выявить проблемы, связанные с реальным состоянием контактов. Замыкание и размыкание контактов геркона с частотой от 50 до 200 Гц дает намного больше информации. Подача на геркон напряжения 0,5 В и тока 50 мА может помочь выявить потенциальные проблемы. Эти измерения могут быть выполнены с помощью осциллографа и легко оцифрованы при автоматическом контроле качества (рисунок 18). Не стоит использовать более высокое напряжение, чтобы не изнашивать контакты геркона. Если на производстве контакты геркона не были правильно очищены перед корпусированием, то на них может находиться тончайшая диэлектрическая пленка толщиной в несколько ангстрем. Из-за нее может быть нарушена коммутация слабых сигналов. При использовании более высокого напряжения эта проблема может никак не проявиться.

Рис. 18. Измерение динамического сопротивления контактов геркона

Если на катушку подать сигнал с частотой 50…200 Гц, ток коммутации будет порядка 0,5 мА. Дребезг контактов после замыкания может продолжаться около 100 мс, и за ним последует динамический шум, который будет длиться около 0,5 мс. Природа этого динамического шума состоит в том, что после замыкания контактов происходят гармонические колебания, и в месте контакта изменяется сопротивление из-за меняющегося в зоне контакта давления. При этом размыкания не происходит. На рисунке 19 видно, что после завершения фазы динамического шума начинается «волновая» фаза, длящаяся 1 мс или чуть более. Вибрация контактов геркона в магнитном поле соленоида через 2…2,5 мс прекращается, и сопротивление стабилизируется.

Рис. 19. Динамический шум коммутации геркона

Наблюдая за осциллограммой этого динамического теста, мы можем сделать некоторые выводы о качестве тестируемого геркона. Как только на соленоид подается напряжение, колебательный процесс должен завершиться за время, приблизительно равное 1,5 мс. Если колебания продолжаются более 2,5 мс, это может означать, что контакты плохо намагничиваются. В результате ресурс данного геркона будет небольшим, особенно если он будет работать с большой нагрузкой (рисунок 20).

Рис. 20. Затягивание колебательного процесса из-за плохой намагниченности контактов

Если динамический шум или дребезг контактов длятся значительно дольше 3 мс, это может быть следствием нарушения герметичности геркона, трещины в корпусе, перегрузки по току или напряжению. Также это может быть следствием загрязнения контактов при производстве или попадания влажного воздуха внутрь корпуса геркона. На рисунках 21 и 22 изображены такие случаи.

Рис. 21. Чрезмерный динамический шум контактов геркона

Рис. 22. Чрезмерный дребезг контактов геркона

На рисунке 23 изображен случай, когда после завершения фазы динамического шума продолжаются стохастические колебания контактов, вследствие которого динамическое сопротивление контактов не стабилизируется.

Рис. 23. Стохастические колебания контактов геркона

Напряжение переключения/коммутации (switching voltage) – это обычно максимальное постоянное напряжение, которое может быть приложено к геркону в момент замыкания контактов. Если напряжение на герконе выше 5…6 В, при этом может произойти перенос микроскопического количества металла с одного контакта на другой. Несмотря на это, при работе с напряжениями до 12 В герконы и герконовые реле имеют наработку на отказ в десятки миллионов раз срабатываний. А при напряжении 5 В и меньше количество срабатываний увеличивается до миллиардов раз. Высококачественные герконовые реле Littelfuse могут работать в слабосигнальных цепях с напряжениями всего в несколько нановольт.

Ток переключения или коммутационный ток (switching current) – это максимальный постоянный ток или амплитудное значение переменного тока в момент замыкания контактов геркона. В случае превышения этого значения срок службы геркона значительно сократится.

Несущий ток (carry current) – это максимальное значение тока при замкнутых контактах геркона. Микросекундные импульсы тока могут значительно превосходить это значение без сокращения срока службы геркона. В то же время длительные импульсы тока или постоянный ток, превышающий несущий, приведут к сокращению срока службы геркона или выходу его из строя. Герконы и герконовые реле в отличие от своих электромеханических собратьев могут работать с очень малыми токами, на уровне нескольких фемтоампер (фемто = 10 -15 ).

Паразитная емкость (stray capacitance) – емкость, которая возникает между разомкнутыми контактами геркона. Обычно она составляет единицы пикофарад. Данный параметр очень важен с точки зрения образования дуги, так ток дуги будет напрямую зависеть от емкости заряда.

Эквивалентная емкость (contact capacitance) – емкость геркона в замкнутом состоянии. Для герконов SPST-типа эта величина обычно составляет 0,1…0,2 пФ. Для переключающих герконов SPDT-типа эквивалентная емкость обычно составляет 1…2 пФ.

Этот параметр имеет большое значение при применении геркона в высокочастотных цепях.

Напряжение пробоя (breakdown voltage) – это максимальное напряжение, приложенное к геркону в открытом состоянии. Оно всегда больше, чем напряжение переключения. Для большинства герконов с инертными газами внутри это значение составляет от 175 до 1000 В. При каждом замыкании контактов геркона паразитная емкость будет мгновенно разряжаться. Чем ближе напряжение в цепи к рабочему напряжению геркона, тем ниже будет его ресурс работы в этой цепи. Поэтому желательно всегда выбирать изделие с запасом по данному параметру.

Коммутируемая мощность (switching power) – это максимальная мощность, которая может потребляться нагрузкой, подключенной через геркон. Так как мощность рассчитывается как произведение коммутируемого напряжения и тока переключения, то для 10 Вт геркона не стоит пропускать ток более 500 мА при напряжении 200 В, для такого тока максимальное коммутационное напряжение составит всего 20 В. Превышение данного параметра также неминуемо влечет за собой сокращение срока службы геркона.

Сопротивление изоляции (insulation resistance) – сопротивление геркона в открытом состоянии. По этому параметру герконы превосходят большинство существующих на сегодняшний день ключей, так как их сопротивление изоляции измеряется в тераомах. Величина токов утечки геркона в открытом состоянии составляет единицы пикоампер.

Диэлектрическая абсорбция (dielectric absorbtion) – это эффект, связанный с поляризацией диэлектриков в герконе при разряде емкостного заряда контактов. Данный эффект проявляется в виде задержки или уменьшения протекания через замкнутый геркон очень малых токов на уровне наноампер.

Резонансная частота (resonance frequency) – это частота собственных колебаний геркона, при которой начинаются собственные вибрации контактов, которые, в свою очередь, влияют на такие параметры геркона как напряжение пробоя и напряжение коммутации. Герконы с капсулами 20 мм обычно имеют резонансную частоту в диапазоне 1500…2000 Гц. Более компактные 10 мм герконы имеют более высокую резонансную частоту: 7000…8000 Гц. Для того, чтобы избежать проблем в работе геркона, нужно учесть вибрации среды эксплуатации и резонансную частоту геркона.

Защита герконов и герконовых реле

В цепях, где геркон работает с индуктивной нагрузкой, такой как катушка реле, соленоид, трансформатор или миниатюрный мотор, энергия магнитного поля, накопленная в индуктивных компонентах, при коммутации будет испытывать высокие нагрузки по напряжению и току. Это обстоятельство будет негативно сказываться на сроке службы геркона.

Существует несколько способов устранить эту проблему.

Использование шунтирующего диода (в зарубежной литературе он часто встречается под названием flyback или freewheeling diode) возможно в цепях постоянного тока (рисунок 24). Для переменного напряжения придется использовать защитный диод Зенера (он же лавинный диод или TVS-диод), варистор или RC-цепочку (снабберную RC-цепь). Каждый из способов имеет как достоинства, так и недостатки.

Рис. 24. Защита геркона шунтирующим диодом

Использование варисторов или двунаправленных TVS-диодов (рисунок 25). Данные компоненты проводят ток при превышении некоторого порогового значения напряжения. Эти компоненты ставят в параллель с герконом. Рабочие напряжения для TVS-диодов составляют от 2,5 до 600 В, а для варисторов – от 9 до 3500 В. Варисторы обладают значительно большими импульсными мощностями, чем TVS-диоды, но их емкость также значительно выше, и это негативно влияет на контакты геркона при замыкании, поскольку при этом через них протекает больший ток за счет разрядки этой паразитной емкости. Для защиты геркона в цепи переменного напряжения можно использовать только двунаправленный TVS-диод, чтобы он не шунтировал разомкнутый геркон при прямом смещении по напряжению.

Рис. 25. Защита геркона варистором

Использование подавляющих RC-цепей (снабберных цепей).

Существует два варианта подключения снабберной цепи: параллельно геркону (рисунок 26) или параллельно нагрузке (рисунок 27). Первый способ является предпочтительным. Он позволяет снизить напряжение при коммутации и таким образом избежать образования искр. Но в этом случае при коммутации через геркон будет протекать больший ток, обусловленный разрядом конденсатора.

Рис. 26. Защита геркона снабберной цепью, подключенной параллельно геркону

Рис. 27. Защита геркона снабберной цепью, подключенной параллельно нагрузке

Таким образом, мы столкнемся с решением задачи по выбору подходящего по сопротивлению резистора и конденсатора по емкости. Малая емкость будет плохо сглаживать скачки напряжения при переходных процессах , особенно при большой реактивной составляющей нагрузки. А большая повысит стоимость снабберной цепи и при этом увеличит коммутационный ток, что также негативно скажется на долговечности геркона. Для ограничения тока во время замыкания контактов геркона используется резистор. Посчитаем сопротивление:

form_1

Напряжение на герконе должно лежать в пределах 0,5 от максимального пикового значения Vpk напряжения (1)

(1)

и троекратного его превышения 3*Vpk. Производим расчет по формуле (2):

form_3 (2)

где Isw – ток коммутации геркона.

Уменьшение сопротивления резистора в снабберной цепи уменьшит износ контактов геркона от электрических дуг, при этом высокое сопротивление будет положительно влиять на ограничение тока «конденсатор-геркон». Для подбора подходящей емкости рекомендуется начать с 0,1 мкФ. Это очень распространенная емкость и ее цена очень мала. Если этой емкостью не удается избавиться от искр при замыкании контактов геркона, то попробуйте ее постепенно увеличивать до исчезновения искр при коммутации. Параллельно с этим не забывайте про ток коммутации.

Формовка и обрезка выводов герконов

Длина и форма аксиальных выводов герконов не всегда удобны для применения в конкретном приборе. Однако необдуманная модификация может значительно сказаться на работе геркона. При резке и формировании выводов герконов важно использовать правильные опорные и режущие инструменты, чтобы избежать повреждения герметичных уплотнений «стекло-металл». Поврежденный корпус может иметь как незаметные глазу сколы, так и крупные трещины. Такие дефекты могут быть обнаружены визуально с использованием микроскопа с небольшим увеличением. Но бывают случаи, когда нарушается герметизация корпуса, и даже описанная выше методика измерения динамического сопротивления может не выявить заметного ухудшения. С течением времени в геркон будет попадать влага, и его функционирование будет нарушаться.

Для того, чтобы избежать повреждений, рекомендуется оставлять 1 мм длины вывода между точкой формовки либо обрезки – и корпусом геркона. При этом вывод геркона должен быть полностью зафиксирован, чтобы механическое напряжение при формовке или обрезке не передавалось на остальную часть вывода.

Рассмотрим основные способы формовки и обрезки выводов геркона.

Обрезка выводов геркона с помощью бокорезов с двусторонней заточкой (рисунок 28) недопустима, так как при этом сила, деформирующая вывод, будет передаваться в сторону корпуса.

Рис. 28. Недопустимость обрезки выводов геркона бокорезами с двусторонней заточкой

Обрезка выводов бокорезами с односторонней заточкой допустима (рисунок 29), при этом надо помнить, что плоская сторона губок бокорезов должна находится со стороны корпуса геркона. Также следует обратить внимание на качество заточки и наличия люфта у используемого инструмента.

Рис. 29. Обрезка выводов геркона бокорезами с односторонней заточкой

Обрезка выводов с помощью зажима, жестко фиксирующего контакты геркона (рисунки 30 и 31).

Рис. 30. Обрезка выводов геркона с помощью зажима (вариант 1)

Рис. 31. Обрезка выводов геркона с помощью зажима (вариант 2)

Обрезка выводов геркона с частичной фиксацией (рисунок 32) недопустима.

Рис. 32. Недопустимость обрезки выводов геркона с частичной фиксацией

Формовка выводов геркона без фиксации вывода запрещена (рисунок 33), так как в таком случае деформации подвергается и часть вывода, уходящая в корпус геркона.

Рис. 33. Недопустимость формовки выводов геркона без фиксации

Формовка выводов геркона при фиксации вывода в двух точках, как показано на рисунке 34, допустима, так как опора В не дает деформироваться выводу в направлении от нее к корпусу геркона.

Рис. 34. Формовка выводов геркона при фиксации вывода в двух точках

Формовка при полной фиксации вывода геркона, как показано на рисунках 35 и 36, также допустима.

Рис. 35. Формовка вывода геркона при полной фиксации (вариант 1)

Рис. 36. Формовка вывода геркона при полной фиксации (вариант 2)

После правильной формовки и обрезки выводов геркона можно получить распространенные конфигурации, изображенные на рисунке 37.

Рис. 37. Распространенные конфигурации герконов

Выбор магнитов

Для общего применения в основном используются четыре группы магнитов: ферросплавы, альнико AlNiCo, неодимовые NdFeB и самариевые SmCo (таблица 2). Для того чтобы подобрать подходящий магнит, следует учитывать такие факторы как температура среды, размагничивание близкорасположенными источниками магнитных полей, свободное пространство для движения, химический состав окружающей среды.

Неодимовые магниты обладают наибольшей энергией, наибольшей остаточной намагниченностью и коэрцитивной силой. Они имеют сравнительно невысокую цену и более высокую механическую прочность, чем самариевые SmCo. Могут использоваться при температурах среды до 200°C. Не рекомендуется использовать эти магниты в средах с повышенным содержанием кислорода.

Самариевые SmCo имеют высокую энергию и подходят для применений, где требуется высокая стойкость к размагничиванию. Имеют великолепную термическую стабильность и могут использоваться в средах до 300°C, обладают высокой коррозийной стойкостью. При этом их цена – самая высокая среди всех типов магнитов. Их недостатком является очень высокая хрупкость.

Альнико AlNiCo намного дешевле, чем магниты из редкоземельных элементов и подходят для большинства применений. Имея низкую коэрцитивную силу, отличаются великолепной термической стабильностью вплоть до 550°C.

Ферритовые магниты являются самыми дешевыми, но при этом хрупкими. Имеют неплохую термическую стабильность и могут использоваться при температурах до 300 °C. Очень стойки к коррозии. Требуют механической обработки для соответствия жестким габаритным допускам.

Таблица 2. Выбор магнитов для управления герконами

Показатели	Увеличение показателей →
Цена	Феррит	AlNiCo	NdFeB	SmCo
Энергия	Феррит	AlNiCo	SmCo	NdFeB
Диапазон рабочих температур	NdFeB	Феррит	SmCo	AlNiCo
Коррозионная стойкость	NdFeB	SmCo	AlNiCo	Феррит
Коэрцитивная сила	AlNiCo	Феррит	NdFeB	SmCo
Механическая прочность	Феррит	SmCo	NdFeB	AlNiCo
Температурный коэффициент	AlNiCo	SmCo	NdFeB	Феррит

Заключение

В современном мире с каждым днем становится все больше «умных вещей», которые значительно упрощают наши повседневные задачи. Немалую роль в этом сыграли датчики на основе герконов. Фантастическая надежность, четкость срабатывания, отсутствие потребности в питании, простота применения и великолепные коммутационные свойства для слабосигнальных цепей сделали герконы одними их самых распространенных электронных компонентов, применяющихся всюду, от холодильников до самолетов.

Что такое геркон и как применяется в быту?

Геркон – термин, обозначающий контакт в герметичной оболочке, управляемый магнитом. Выглядит такая радиодеталь как колба с вытянутой формой. Внутри колбы создается вакуум. Контакты геркона должны перекрываться по своей длине, но расположены близко друг к другу. Таких контактов может быть несколько. Направлены они на разные замыкания цепи.

Когда к контактам приближается магнит, контакты геркона срабатывают и соприкасаются друг с другом. Когда магнитной поле больше не действует, происходит размыкание цепи. Герконы могут быть использованы в самых различных видах датчиков, выключателях и других устройствах. Статья содержит подробное описания устройства герконов и как они могут быть использованы.

Что такое геркон и как применяется в быту?

Герконы: 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.

Размеры геркона.

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. Все технические характеристики основных типов герконовых выключателей приведены в таблице ниже:

Что такое геркон и как применяется в быту?

Таблица стандартных технических характеристик герконов.

Достоинства герконовых реле:

Полная герметизация контакта позволяет их использовать герконовые реле в различных условиях влажности, запыленности и т. д.
Высокое быстродействие, что позволяет использовать герконовые реле при высокой частоте коммутаций.
Гальваническая развязка коммутируемых цепей и цепей управления герконовых реле.6. Расширенные функциональные области применения герконовых реле.
Надежная работа в широком диапазоне температур

Недостатки герконовых реле:

Восприимчивость к внешним магнитным полям, что требует специальных мер по защите от внешних воздействий.
Хрупкий корпус герконов, чувствительный к ударам.
Малая мощность коммутируемых цепей у герконов.
Возможность самопроизвольного размыкания контактов герконовых реле при больших токах.

Особенности и преимущества герконов:

Как уже говорил, контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и как следствие при работе они слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра.

Герконы достаточно долговечные, если не бить геркон и не пропускать очень большие токи, то срок службы геркона бесконечен.
Герконы в работе почти бесшумны, слышно только цоканье контактов.
Относительно высокое быстродействие.

Герконы очень хрупкие, корпус герконов как правило изготовлен из хрупкого стекла, следовательно их нельзя использовать в условиях сильных вибраций и ударов.
Для их срабатывания нужно создать или приложить магнитное поле.
Иногда контакты герконов залипают, такое происходит после прохождения больших токов и проскакивания искры при срабатывании контактов, такой геркон необходимо заменить, герконы в основном служат для коммутации небольших токов. Ниже на рисунке Вы можете увидеть фотографию геркона с обгоревшими контактами.

Управление герконом при помощи постоянного магнита

Наиболее прост и распространен способ управления с линейным перемещением магнита. Здесь вполне уместно вспомнить охранную сигнализацию, где магнит укреплен на двери и заставляет срабатывать геркон, когда дверь закрыта. Способ с угловым перемещением магнита используется намного реже, как правило, в тех случаях, когда другие способы применить по какой-либо причине невозможно. Перекрытие магнитного поля шторкой использовалось в клавиатурах различных вычислительных устройств, вплоть до девяностых годов прошлого столетия, а может быть можно встретить где-нибудь и до сих пор.

Управление герконом при помощи катушки с постоянным током

Этот способ получил наибольшее распространение при создании герконовых реле. Конструкция этих реле достаточно проста: внутрь катушки с током просто помещается геркон, и при этом не требуется никаких дополнительных пружинок и рычагов, как у обычного реле. Единственный в этом случае недостаток это небольшое количество контактных групп. Если катушку выполнить достаточно толстым проводом, способным пропустить большой ток, то можно получить герконовое токовое реле. Такие реле широко применялись в мощных источниках постоянного тока в качестве датчика системы защиты от перегрузок. Точная настройка уровня срабатывания такого датчика осуществляется резьбовым механизмом, позволяющем плавно перемещать геркон вдоль оси катушки.

герконы в колбе из зеленого стекла.

Герконы в колбе из зеленого стекла.

Преимущества и недостатки герконов

Как и любая вещь герконы имеют свои недостатки и преимущества. Сначала поговорим, естественно, о преимуществах. По сравнению с обычными коммутирующими контактами герконы имеют чуть ли не в 100 раз большую надежность по сравнению с обычными открытыми контактами. Эта надежность обусловлена более высоким сопротивлением изоляции (достигает десятков МегаОм), и большей электрической прочностью: пробивное напряжение у некоторых типов герконов достигает нескольких десятков киловольт. Сравнительные характеристики герконов приведены в таблице ниже:

Что такое геркон и как применяется в быту?

[stextbox преимуществом герконов является их быстродействие: у некоторых моделей герконов частота коммутации достигает 1000Гц, а скорость срабатывания и отпускания находится в пределах (0,5 – 2,0мс) И (0,2 – 1,0мс) соответственно. Срок службы некоторых герконов доходит до 4 – 5 млрд. срабатываний, что намного выше аналогичного показателя для обычных не защищенных контактов. Также к достоинствам герконов следует отнести легкий способ согласования с нагрузкой а также работа герконов без применения источников электрической энергии.[/stextbox]

Недостатки герконов

На фоне достоинств недостатки, наверно, не так уж и велики. Во-первых, это небольшая коммутируемая мощность. Кроме того малое количество контактных групп в одном баллоне а для «сухих» герконов дребезг контактов. К недостаткам же можно отнести также хрупкость стеклянного баллона и в некоторых случаях высокую чувствительность к внешним магнитным полям.

Как подключить геркон.

Измерение основных электрических параметров

Электрические параметры герконов следует измерять при нормальных климатических условиях, в режимах и условиях, установленных в технических условиях на герконы конкретных типов. При проведении измерений должны быть приняты меры к устранению влияния паразитных внешних магнитных и электрических полей или к их уменьшению, а также не должна возникать вибрация герконов, вызывающая изменение параметров. При измерении электрических параметров геркон должен управляться измерительной катушкой без ферромагнитных материалов. Требования к измерительной катушке и положение геркона в ней должны соответствовать установленным в ТУ на герконы конкретных типов.

Измерение магнитодвижущей силы срабатывания, отпускания и коэффициента возврата

Погрешность измерения.за счет влияния внешних электрических и магнитных полей не должна превышать 0,5А и не должна быть более 2%. МДС срабатывания определяют по значению тока, протекающего через измерительную катушку в момент срабатывания геркона. МДС отпускания определяют по значению тока, протекающего через измерительную катушку в момент опускания геркона. Коэффициент возврата определяют как отношение МДС отпускания к МДС срабатывания. Момент срабатывания и опускания герконов под воздействием управляющего магнитного поля определяют методом контроля состояния цепи геркона. При определении МДС срабатывания и МДС отпускания через контакт-детали геркона должен проходить постоянный ток.

МДС срабатывания и МДС отпускания геркона измеряют при плавном измерении тока в измерительной катушке. Ток в катушке повышают со скоростью не более 5 А-мс -1 до значения, обеспечивающего МДС, равную МДС насыщения; МДС насыщения равно 2,2 значения наибольшего МДС срабатывания для группы герконов. При МДС насыщения геркон выдерживают в течение времени t_H, равному не менее 20 мс. Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5А-мс -1 до значения, обеспечивающего МДС, равную МДС удерживания. Далее со скоростью не более 1 А-мс -1 до отпускания геркона. Момент отпускания фиксируют. Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5 А-мс -1 до нулевого значения. Геркон выдерживают без тока в катушке в течение времени не менее 20 мс.

[stextbox в катушке повышают со скоростью не более 5 А ; мс -1 от нулевого значения до значения, обеспечивающего МДС несрабатывания. Переходят к скоросте не более 1 А-мс -1 до срабатывания геркона. Момент срабатывания фиксируют. При несрабатывании геркона тока в катушке повышают до максимального значения МДС срабатывания для данной группы герконов. Если последним измеряемым параметром является МДС, то ток в катушке скачком уменьшают до нулевого значения или продолжают измерение следующего параметра.[/stextbox]

МДС (А) определяют по формуле: МДС = Iкат · Nкат

где Iкат – ток через катушку в момент фиксации срабатывания/отпускания; N – число витков измерительной катушки (5000).

Коэффициент возврата определяют по формуле:

Кв = МДС отп / МДС сраб

использование геркона в датчике.

Использование геркона в датчике.

Измерение временных параметров

Временные параметры, определяют измерением интервалов времени в соответствии с временными диаграммами срабатывания и отпускания геркона. Генератор прямоугольных импульсов тока должен обеспечивать на выходе одиночные импульсы или серию импульсов с длительностью фронтов, измеренных между уровнями 0,1 и 0,9 их амплитуды, не более 50 мкс на активной нагрузке и амплитудой, обеспечивающей в измерительной катушке рабочую МДС. Измеряют интервалы времени срабатывания и отпускания. При измерении времени дребезга не учитывают разрывы цепи менее 10 мкс.

Измерение электрического сопротивления

G — источник тока; PV1, PV2 — милливольтметры; R_K — калиброванный резистор; Е — испытуемый геркон.

Геркон на схеме.

Измерение влияния внешних электромагнитных полей

Измерительную катушку с герконом располагают в пространстве в трех взаимно перпендикулярных положениях и измеряют МДС срабатывания в каждом положении в двух направлениях (при втором измерении катушка расположена так, что ее продольное поле повернуто на 180°). Из полученных значений выбирают большее и меньшее. Разность между ними не должна превышать 0,5 А и быть не более 2%.

Заключение

В статье описаны все подробности устройства и области использования герконов. Более детальную информацию можно узнать в источнике Что такое магнитоуправляемые контакты.

Расчет противодействующей характеристики

Противодействующая характеристика геркона — это зависимость противодействующего усилия от зазора. Согласно [1] эта зависимость имеет линейный характер и определяется жесткостью КС:

где — приведенная жесткость КС,

с₁, с₂ — жесткости отдельных КС геркона.

Задачей расчета является определение с₁ и с₂ отдельных КС и приведенной жесткости .

Жесткость отдельного КС как консольной балки, состоящей из n участков различных форм и сечений, может быть посчитана по формуле:

где ci — жесткость i-го отдельно взятого участка КС,

где E — модуль упругости материала КС, для 47Н, Е=1,37*10 11 Н/м 2 ,

J_i — момент инерции поперечного сечения рассматриваемого участка,

l_д,i , l_бл,i — соответственно расстояния от свободного конца консоли, к которому приложена изгибающая сила Р, до более удаленного и наиболее приближенного к этому месту концов рассматриваемого i-го участка КС. Если КС изготовлен из одного материала, то

В нашем случае КС имеет следующую форму:

К расчету жесткости КС

Рисунок 6 — К расчету жесткости КС

Подставив полученные результаты в формулу (4.3) получим:

c_i=1/с=1,726•10 3 , тогда согласно формуле (4.2) приведенная жесткость c=c_i/2=862,8

Для построения противодействующей характеристики достаточно двух точек.

Для зазора д_Н=0,06 мм получим:

Для зазора д_К=0,005 мм:

Противодействующая характеристика будет иметь следующий вид:

Противодействующая характеристика

Рисунок 7 — Противодействующая характеристика

Расчет МДС срабатывания, возврата и МДС обмотки управления

МДС возврата геркона определяется по уравнению [1]:

Для P_э чаще всего используется выражение:

имеющее большую точность при малых зазорах. Приравнивая (4.1) и (5.1), при д= д_к находим МДС возврата геркона:

где Л_д,к — проводимость рабочего зазора при д= д_к , определяемая по (3.5):

Подставляя исходные данные в (5.2) получим:

МДС срабатывания геркона находится из условия равенства противодействующей и электромагнитной сил, а также их производных по зазору в точке срабатывания:

совместное решение уравнений (5.3) и (5.4) с учетом (4.1) и тяговой характеристики геркона по формуле:

для случая Л_вш ? Л_д дает выражение для зазора срабатывания:

Это значение зазора используется как первое приближение.

Применяя для тяговой характеристики выражение:

имеющее большую точность при расчете МДС срабатывания, из системы уравнений (5.3) и (5.4) можно получить следующее соотношение для зазора срабатывания: