Принцип работы и разновидности герконовых датчиков

Этап второй. Монтаж

Устройство устанавливается на недвижимую часть дверного проема, а магнит – на движимое полотно, прямо напротив соответствующей метки

Важно, чтобы зазор между элементами не превышал 10 миллиметров

Шаг 1. Вначале снимаем с датчика крышу и, применяя установочную платформу, размечаем установочные места.

Шаг 2. Прикручиваем платформу шурупами (они должны идти в комплекте). Далее устанавливаем плату геркона, после чего закрываем крышку (должен прозвучать характерный щелчок).

Шаг 3. Устанавливаем магнит. Для этого прикручиваем его к полотну шурупами так, чтобы те прошли сквозь специальные проушины.

Усиление защиты от несанкционированного проникновения

В стандартном исполнении геркон находится на раме, а магнит – на дверной или оконной створке. Закрытое положение конструкции обеспечивает максимальное приближение магнита к датчику. В момент открытия он удаляется, поэтому злоумышленники легко найдут места установки.

Для повышения защиты прибора используются:

Скрытый прибор. Замыкает сигнализационную цепь в момент открытия створки. Минус технологии – открытие створки при помощи дополнительного магнита.
Электрический магнит. Особенность электромагнитного замка с герконом – сложность подделки за счет случайной повторяемости сигналов. Защита также срабатывает при задержке импульса.

Проверка работоспособности геркона

Прежде чем установить герконовый датчик в рабочую схему, следует выполнить его проверку. В сложной схеме, чтобы добраться до причины неисправности, придется перепроверить много других потенциально дефектных элементов. Сделать это очень просто при наличии мультиметра — достаточно лишь установить его диск в положение «прозвонка», а щупы присоединить к выводам. Как подключить показано на изображении:

В нерабочем положении при нормально-разомкнутых контактах герконового выключателя мультиметр покажет обрыв. При создании магнитного поля, которое делает соединение замкнутым (можно сделать с помощью постоянного магнита, имеющегося в схемах некоторых устройств), мультиметр должен показать практически нулевое сопротивление. Такой геркон можно использовать в работе.

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

Сравнение герконовых реле с электромеханическими и полупроводниковыми

Помимо герконовых реле, в категорию коммутационной аппаратуры входят также электромеханические и так называемые «твердотельные», полупроводниковые реле. Невозможно указать единственное оптимальное решение для всех случаев применения; выбор того или иного варианта остается за разработчиком. В таблице 3 приведены отличия герконовых реле от электромеханических и полупроводниковых. Это позволит выбрать желаемое решение, исходя из требуемых параметров окружающей среды и условий коммутации.

Таблица 3. Характеристики герконовых реле в сравнении с электромеханическими и полупроводниковыми

Характеристика	Герконовое реле	Электромеханическое реле	Полупроводниковое реле
Время переключения, мс	0,1…1	Более 5	Менее 0,1
Средний срок службы	1010 циклов	106 циклов	Приближается к бесконечности
Энергопотребление, мВ	3	50	3
Максимальное коммутируемое напряжение, кВ постоянного напряжения	10	1,5	1,5
Максимальный коммутируемый ток, А	3	До 40	До 40
Минимальная нагрузка, мВт	Не ограничена (мкВ, пА)	50	50
Сопротивление изоляции, Ом	1014	109	109
Вносимый шум	Отсутствует	Коммутационные помехи	Очень высокий
Вносимые потери, дБ	0,5	0,5	2
Чувствительность к перегрузке	Высокая (размыкание)	Нечувствительны	Выход из строя (пробой)
Прочее	Линейная характеристика от постоянного тока вплоть до ГГц диапазона	Линейная характеристика от постоянного тока вплоть до ГГц диапазона	Искажения коммутируемого сигнала
Гальваническая изоляция (воздушный зазор)	Гальваническая изоляция (воздушный зазор)	Отсутствие гальванической изоляции между высоковольтной и низковольтной частями

ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ГЕРКОНОВЫХ ДАТЧИКОВ

Рассматриваемые устройства широко применяются в системах охранной сигнализации для контроля открытия окон, дверей, люков.

Перечисленные выше особенности определяют правила их установки. При монтаже на металлических конструкциях следует учитывать ослабление воздействия магнита, входящего в комплект поставки. Для предотвращения таких моментов используют специальные исполнения датчиков.

С деревянными и пластиковыми дверями таких проблем не возникает, поэтому на первый план выходят вопросы миниатюризации и дизайна.

Существуют исполнения, имеющие габаритные размеры 13х7 мм (для магнита и геркона по отдельности). Как правило, чем меньше габариты, тем “слабее” датчик.

В приведенном примере рабочий зазор будет составлять порядка 15 мм. Но это по максимуму. Следует делать запас на внешние условия и то, что со временем поле магнита может ослабнуть.

Таким образом, при применение миниатюрных исполнений установку следует производить аккуратно и точно. Кроме того, качество дверей должно быть таким, чтобы исключить возможные люфты и перекосы в процессе эксплуатации.

Поскольку герконовые датчики открытия, а правильней – открывания, дверей применяются практически в любой системе сигнализации, исполнения их предусматривают множество вариантов установки, в том числе и скрытой.

Кстати, в системах сигнализации для них применяется другое название – магнитоконтактные извещатели.

Еще одна область применения магнитоуправляемых устройств – датчики уровня воды и других жидкостей. Конструкция их должна быть поплавковой. В поплавке устанавливается магнит, а на отметке требуемого уровня – геркон.

Очевидно, что возможна организация многоуровневого контроля жидкости, причем герконов может быть сколько угодно. Единственным ограничение является минимальное расстояние между ними.

Определяется это двумя моментами:

геометрическими размерами корпуса;
предотвращением одновременного срабатывания двух и более герконов.

Следует отметить удобство использования описываемых возможностей для определения положения автоматически открываемых (закрываемых) конструкций: ворот, шлюзов, шлагбаумов и пр. На таком принципе действуют некоторые концевые выключатели.

Подключение герконового датчика доступно даже начинающему: два вывода включаются в электрическую цепь устройства контроля и управления. Единственно что следует учесть – по какому событию будет формироваться управляющая команда: замыканию или размыканию контактов.

Простота, надежность и неприхотливость в обслуживании определяют широкое распространение магнитоконтактных датчиков, причем, здесь перечислены лишь наиболее популярные области применения. На практике их значительно больше.

* * *

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:

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

Будет интересно Дроссели в электрике: что это и где используются?

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.

Геркон на бумаге.

Что такое геркон

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

READ Как заново подключить интернет на телефоне

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.

Геркон на страже безопасности

Герконовый датчик, пожалуй, самый популярный среди всех тех, которые можно установить на входную дверь. Данные решения широко распространены практически во многих отраслях, но используют их и в охранных системах. Преимущество геркона в том, что это доступный, простой в монтаже и очень эффективный датчик, который реагирует на открытие двери, ворот, люков, окон – любых движущихся конструкций.

Раньше для этих целей применяли электромагнитные реле, однако эти устройства не справлялись с поставленными задачами – у них слишком низкая скорость переключения. Кроме этого, трущиеся детали ускоряли износ контактов, что приводило к отказам реле. Но после создания герконов о реле позабыли.

Что такое герконовый датчик

Герконы

Датчик геркон представляет собой прибор электромеханического типа. Он может размыкать и замыкать контакты при воздействии магнитного поля, создаваемого электрическим либо постоянным магнитом.

Расшифровка термина – герметичный контакт, что определяется его конструкцией. Прибор состоит из пары ферромагнитных пластинок, запаянных в капсулу из стекла. Резервуар заполняется инертным газом, азотом, иссушенным воздухом, имеет два выхода. Подобная колба предотвращает воздействие внешних факторов и повышает надежность прибора.

Для повышения коммутируемого напряжения оболочку вакуумируют.

История изобретения

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

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

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

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

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

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

Область применения герконов

Контактные группы на герконах активно используют в электрических схемах охранной сигнализации. Группа контактов на герконах в одном корпусе может одновременно делать переключения в нескольких электрических цепях не связанных друг с другом. В сигнализации это применяют для включения звуковой, световой индикации сработки, для передачи сигналов на дежурный пульт управления.

Пример установки герконов в РЩ мобильной перекачивающей станции горючего

На предприятиях с взрывоопасными примесями эффективно используют герконы для коммутации электрооборудования различного назначения, так как при замыкании и размыкании контактов нет искр выходящих за пределы герметичной стеклянной колбы корпуса. Для запуска мощных электродвигателей применяют герконы способные подключать цепи с нагрузкой до 45 кВт.

Кроме низковольтного оборудования, есть модели герконов которые используются для замыкания цепей с напряжением от 1000 В до 100 кВ, в релейной защите высоковольтных воздушных линиях для передачи электроэнергии. На таких элементах устанавливают дугогасящие конструкции и дэмпферные приспособления для гашения вибрационных колебаний контактов. Герконовые изделия для коммутации предоставляют возможность развития новых направлений в приборостроении, автоматических устройств управления и защиты в релейных системах.

Достоинства и недостатки

Для сравнения возьмем электромагнитные реле с катушками и сердечником. В дополнение приведем некоторые общие положительные и отрицательные качества.

Плюсы

Габариты герконовых выключателей значительно меньше из –за отсутствия механики для перемещения контактов и самого сердечника.
Большинство технических характеристик таких, например, как электрическая прочность, напряжение пробоя на несколько порядков выше, чем у электромагнитных реле.
Быстродействие герконовых выключателей значительно превосходит аналогичный параметр обычных реле.
Во время работы отсутствует шум, характерный при функционировании электромагнитных реле.
Ресурс работы герконов многократно превышает долговечность электромагнитных реле.
Герконы не требуют согласования к виду нагрузки.
Для управления электромагнитным реле требуется наличие электроэнергии, герконовыми устройствами возможно управлять без ее использования.

Минусы

Коммутируемая нагрузка имеет низкие показатели по мощности.
В колбе помещается незначительное количество контактов.
В сухом герконе процесс замыкания сопровождается дребезгом контактов. Мокрые герконы избавлены от этого технического явления.
Геркон имеет большие размеры для компактных современных электронных схем.
Стеклянная колба не отличается достаточной прочностью, может разрушиться от вибрационных явлений, возникающих в работе оборудования с герконовыми устройствами.
Требуется наличие защитного экрана, чтобы устранить влияние на нормальное функционирование геркона внешних магнитных полей.

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.

Конструкция и внешний вид

Конструкция геркона

Внешний вид герконового выключателя – герметичная колба из стекла с магнитными контактами-сердечниками. Между ними имеется зазор. Элементы фиксируются сваркой с торцов оболочки и подключаются в сеть внешними частями. Сам датчик выглядит как поплавок и состоит из трех частей:

стеклянная колба;
контакт переключения;
неподвижный контакт.

Благодаря прямоугольным контактам из ферромагнитной проволоки прибор может замыкать сеть. Тип покрытия контактных элементов зависит от мощности и габаритов изделия. Производители используют золото, родий, серебро или пермаллоевую проволоку.

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.