Как это работает. Геркон
В этом году «Росэлектроника» выпустила пятимиллиардный геркон . Сегодня холдинг Ростеха экспортирует эти электронные компоненты в 55 стран. На фоне пандемии и временной приостановки производства за рубежом спрос на российские герконы особенно вырос.
Появившись в середине прошлого столетия, герконы завоевали электронную промышленность. Эти миниатюрные приборы можно встретить в технике любой сложности – от космической ракеты до стиральной машины. Несмотря на такую огромную популярность, об устройстве и принципе действия герконов мало кто может рассказать. Что такое герконы и как они работают – разбираемся в нашем материале.
Как появились герконы
В любой электроаппаратуре можно встретить коммутационные устройства или по-простому – контакты. С целью сделать такие соединения более надежными и долговечными были созданы магнитоуправляемые герметизированные контакты. Эти маленькие устройства получили название «герконы», собранное из сокращений двух слов – «герметизированный» и «контакт».
Первый магнитоуправляемый контакт появился еще в 1922 году. Его автором стал петербуржский профессор Валентин Коваленков. По сути, контакт Коваленкова работал как геркон, только без герметизирующей оболочки. «Облачить» магнитоуправляемый контакт в герметичную оболочку было предложено в 1936 году. Независимо друг от друга это догадались сделать профессор Ленинградского электротехнического университета С. К. Улитовский и инженер американской компании Bell Telephone Уолтер Эллвуд. По тем временам изобретение оказалось невостребованным, кроме того, производство казалось слишком сложным технически. В середине прошлого века во время массовой телефонизации стало ясно – без герконов не обойтись.
Первые советские герконы были созданы в 1958 году в ленинградском НИИ проводной связи. В ноябре 1966 года Министерство электронной промышленности СССР решает наладить специализированное производство герконов на заводе в Рязани. Планы были амбициозными – к 1975 году предприятие должно было выдавать до 25 млн герконов ежегодно.
В наши дни Рязанский завод металлокерамических приборов (РЗМКП), предприятие холдинга «Росэлектроника», остается единственным в России производителем герконов и входит в тройку крупнейших в мире. Изделия экспортируются в 55 стран, обеспечивая долю в 14% глобального рынка. Самым массовым и востребованным на мировом рынке герконом является МКА-14103 – с 2000 года было выпущено и отгружено около двух миллиардов изделий этого типа.
Конструкция, виды и принцип действия
Все герконы устроены практически одинаково – это герметичная стеклянная колба, внутри которой находится контактная группа. Контакты представляют собой магнитные сердечники, которые вварены в торцы колбы, а их наружные концы могут подключаться к внешней электрической цепи.
Функционально герконы, как и обычные контакты, могут быть замыкающими и работающими на размыкание. Наибольшее распространение получил геркон с контактами на замыкание или «нормально разомкнутый». Рассмотрим подробнее его устройство и принцип действия. Итак, он представляет собой стеклянную колбу, в которой находятся две железные пластинки. Каждый контакт выполнен из ферромагнитной проволоки диаметром от 0,5 мм в зависимости от мощности и размера геркона. Сами контактирующие поверхности покрыты благородным металлом: золотом, рутением, палладием, родием, серебром и сплавами на их основе. Такое покрытие уменьшает переходное сопротивление и повышает коррозионную стойкость контактов. Когда «разомкнутый» геркон попадает в магнитное поле, контакты-пластинки намагничиваются, притягиваются и замыкаются.
Схема работы геркона
Прямо противоположно действует геркон, работающий на размыкание, или «нормально замкнутый» геркон. В этом случае при воздействии магнитного поля контакты отталкиваются друг от друга, размыкая электрическую цепь.
Герконы различаются и по размеру. В последние годы наблюдается тенденция к применению миниатюрных герконов – с длиной колбы менее 10 мм. При таких размерах повышается чувствительность, быстродействие, резонансная частота, снижается время дребезга. К примеру, на рязанском предприятии «Росэлектроники» налажено производство миниатюрных герконов с размерами баллона 7 мм.
Если герконы идут в паре с электромагнитом, конструкцию, объединяющую геркон и электромагнит, называют герконовым реле.
Преимущества и перспективы герконов
При сравнении обычных открытых коммутирующих контактов с герконами преимущество будет на стороне герконов. Последние имеют чуть ли не в сто раз большую надежность, а срок службы некоторых герконов доходит до 5 млрд срабатываний, что намного выше по сравнению с обычными контактами. При этом герконы очень быстры – у некоторых образцов время срабатывания не превышает двух миллисекунд.
Достоинства герконов покрывают недостатки, тем не менее, они существуют. Во-первых, это небольшая коммутируемая мощность. Кроме того, к недостаткам можно отнести хрупкость стеклянной колбы. Для решения этой проблемы РЗМКП начал выпуск герконов нового поколения – в дополнительной пластиковой оболочке.
Рост популярности герконов начался еще 1970-е годы, а их массовое применение в различных изделиях продолжает расти и по настоящее время. Они успешно конкурируют с другими технологиями − датчиками Холла, MR и GMR-резисторами, не уступая своих лидерских позиций. Герконы широко применяются в различных датчиках, электромагнитных реле, переключателях и других устройствах. Их можно найти абсолютно везде – в бытовой технике, медицинском оборудовании, автомобильной, авиационной и ракетно-космической отраслях. Ежедневно мы наблюдаем сотни наглядных примеров работы герконов – когда открывается крышка ноутбука, закрываются двери лифта, включается стиральная машина, взлетает самолет. Перечень может быть практически нескончаемым.
Автор: Александр Макеев
События, связанные с этим
Профессии Ростеха: инженер-конструктор печатных плат
Геркон
Слово «геркон» является сокращением слов «герметичный контакт». Это сверхточный быстродействующий герметичный переключатель, управляемый магнитным полем.
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.
Предназначены герконы для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока. В качестве источника магнитного поля для геркона чаще всего используют постоянный магнит или соленоид.
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.
Принцип работы
Конструктивно геркон представляет собой 2 ферромагнитных проводника, имеющих плоские контакты, герметизированные в стеклянной колбе, заполненной осушенным воздухом или защитным газом (инертный газ или вакуум). Контактная область обеих пластин имеет напыленное или гальваническое покрытие, выполненное из очень стойкого к эрозии металла (обычно – родий, иридий или рутений). Благодаря оболочке воздействие внешних факторов сводится к минимуму, при этом устройство может функционировать в нормальном режиме. Без внешнего магнитного поля контакты разомкнуты, и между ними есть небольшой диэлектрический зазор. В магнитном поле контакты замыкаются или размыкаются.
Благодаря своему принципу работы геркон широко применяется в охранных системах, системах сигнализации и в СКУД в качестве проводных и беспроводных датчиков открытия. В данном случае геркон состоит из двух частей:
- непосредственно сам датчик (геркон),
- магнит.
Часть с магнитом крепится на подвижную часть блокируемой конструкции – дверь/окно. Часть с датчиком крепится на неподвижную часть – косяк двери/окна.
Когда дверь/окно закрыты, то контакт геркона замкнут. При их открывании магнит, закрепленный на косяке, отходит от геркона, магнитная сила снижается, цепь питания размыкается – состояние датчика меняется. Это служит сигналом для срабатывания схемы оповещения.
Установить датчик не составляет большого труда. При монтаже нужно учесть расстояние при закрытой двери между магнитом и датчиком. Если расстояние будет большим, то датчик не будет работать.
Преимущества реле на герконах:
- Абсолютная герметичность контактов дает возможность применять их в агрессивных средах, при условиях запыленности, влажности и т.д.
- Небольшие габариты, малый вес, простая конструкция датчика.
- Повышенная скорость работы дает возможность применять герконы при высокой коммутационной частоте.
- Безотказность эксплуатации в широком интервале температур (от -60 до +120 градусов).
- Широкая сфера применения в сочетании с функциональностью реле.
- Повышенная прочность электрических контактов.
- Продолжительный срок службы датчика (так как отсутствует трение).
Сфера применения
Геркон предназначен для определения контроллером состояния дверей, окон и т.п. (открыта/закрыта). Магнитно-контактные датчики открытия двери/окна (извещатели) путём подачи сигнала служат, например, для следующих функций:
- фиксирование состояния двери/окна,
- фиксирование факта прохода,
- фиксирование взлома (несанкционированного прохода),
- организация режима шлюза.
Они также используется для защиты сейфов, ящиков, люков, ворот от преступников. Такие датчики могут не только подавать электрический сигнал и включать звуковую сигнализацию, но и активировать устройства для блокировки дверей, окон на открывание и предметов на перемещение. Также геркон позволяет управлять освещением в коридоре. Например, используя геркон, свет может включаться автоматически, при открытии входной двери. Спустя несколько минут он будет выключаться. При этом, когда уровень освещения нормальный – в течение дня, свет включаться в коридоре не будет.
Приспособления с электромагнитом – устройства, которые отличаются стойкостью к взлому, не поддаются воздействию агрессивной среды, резким колебаниям температур, что делает их максимально надежными.
Датчики открытия двери практически долговечны, а их стоимость достаточно низкая, по сравнению с другими детекторами, которые используются для организации охранной системы.
Такие приборы используют для безопасности как жилых зданий, так и промышленных объектов.
Типы
В зависимости от типа использованных герконов охранные магнитоконтактные извещатели бывают:
- нормально замкнутые – под воздействием магнитного поля размыкают электрическую цепь. Замыкание цепи включает сигнал тревоги;
- нормально разомкнутые – работают в режиме противоположном нормально замкнутым элементам;
- переключающие – в конструкции присутствует дополнительный контакт. Переключение на замыкание из одного контакта на второй происходит посредством воздействия магнитным полем и наоборот.
Это нужно учитывать при монтаже СКУД.
Геркон относится к охранным датчикам, поэтому его монтаж нужно осуществлять внутри помещения, оборудованного СКУД.
В зависимости от типа монтажа датчики бывают:
Накладные используют чаще всего. Такие приборы устанавливают на окно или дверь на расстоянии 20 см от линии открытия. Возможна установка прямо на ней. Геркон ставят на неподвижном элементе конструкции, например на дверной или оконной коробке, а магнит – на раме окна или самой двери. Нет необходимости устанавливать гибкий переходник, поэтому опасности в том, что перетрется провод, нет.
Накладные герконы более мощные и габаритные. Они подходят для ворот, металлических люков, контейнеров.
Врезные – это приборы для скрытой установки, они меньше размером. Их монтаж более сложный, так как нужно высверлить отверстие для закладки датчика. При этом очень важно совпадение элементов конструкции на торцевых частях.
Также при подборе модели датчика необходимо учитывать материал исполнения блокируемой конструкции, так как материалы, сильно проводящие магнитное поле (как пример, железо), рассеивают его и ослабляют, что приводит к сбоям в работе. Для установки на магнитопроводящих материалах существуют специальные модели с применением более мощных магнитов и экранированием.
Для качественного монтажа, ремонта и сервисного обслуживания электромагнитных запоров лучше приглашать квалифицированного специалиста. Самая точная, понятная и подобная инструкция не сможет заменить опыт и квалификацию мастера. Со специалистом следует посоветоваться при выборе надлежащего приспособления.
Применение замков со встроенным магнитоконтакным датчиком дает ощутимый эффект, целиком зависящий от грамотного проектирования, качества продукта и монтажа запорного устройства.
- Программное обеспечение
- Контроллеры
- Считыватели
- Дополнительное оборудование
- Модули
Что такое геркон и для чего он нужен?
Геркон – это скрытый датчик сигнализации. Он состоит из двух частей: элемента с магнитом и датчика. Геркон помогает контролировать каждое открывание и закрывание двери: магнитный элемент устанавливается на полотно дверей, датчик – в короб. Когда дверь закрыта, обе части датчика находятся в контакте, при размыкании они расходятся и срабатывает сигнализация.
Преимущества геркона
В названии «геркон» прячутся сразу два слова: «герметизированный» и «контакт». Слово «геркон» означает магнонитоуправляемый герметизированный контакт. Для него характерны высокая надежность и долговечность. Обладает геркон и другими преимуществами:
- безопасен для людей и животных, не имеет излучения;
- работает при температуре окружающей среды от -60 до +120 С;
- не боится влаги и пыли;
- имеет компактный размер и небольшой вес;
- не портит внешний вид двери;
- практически мгновенно срабатывает;
- рассчитан на долгий срок службы.
Геркон устанавливается на дверь на заводе, а после специалисты по охранной сигнализации подключают датчик к общей сети. Любая дверь из каталога «Стальной линии» может быть изготовлена со скрытым датчиком сигнализации.
Что такое герконы, как они устроены и работают
Краткая история создания герконов
Коммутационные устройства или просто контакты очень широко применяются в различной электрической и радиотехнической аппаратуре. С целью улучшения эксплуатационных свойств, прежде всего срока службы и надежности соединения и были разработаны магнитоуправляемые герметизированные контакты получившие название герконы.
Первые образцы таких контактов появились еще в 30 – е годы прошлого столетия, а первый магнитоуправляемый контакт был изобретен еще в 1922 году в Петербурге профессором В. Коваленковым, за что ему было выдано авторское свидетельство СССР №466. Конструкция такого контакта показано на рисунке 1.
Устроен такой контакт следующим образом. К сердечнику 3 из магнитомягкого материала через изолирующие прокладки 5 прикреплены контакты 1 и 2, выполненные также из магнитомягкого материала. При пропускании тока через катушку 4 в сердечнике 3 возникает магнитное поле и намагничивает контакты 1 и 2, которые замыкаются. Размыкание контактов происходит при прекращении тока через катушку.
Рисунок 1. Магнитоуправляемый контакт профессора В. Коваленкова
По сути это был самый первый магнитоуправляемый контакт, только без герметизирующей оболочки. В герметизирующую оболочку подобный контакт был впервые помещен американским инженером W.B. Ellwood лишь в 1936 году. В семидесятых годах прошлого столетия герконы достигли своего максимального развития, и нашли широкое применение в различных устройствах электронной техники.
В настоящее время герконы используются менее интенсивно, поскольку их «вытеснили» датчики Холла. Но в некоторых случаях герконы остались вне конкуренции, что обусловлено простотой применения, гальванической развязкой от источника питания, свойствами «сухого контакта», поэтому герконы до сих пор применяются в различных схемах и устройствах.
В тех случаях, когда требуется высокая надежность и долговечность коммутирующего элемента герконы просто незаменимы. Как составная часть герконы входят в конструкции различных датчиков, электромагнитных реле, особенно слаботочных, а также позиционных переключателей и некоторых других устройств.
Разновидности герконов
Так же, как и обычные контакты, герконы могут быть замыкающие (1 нормально — разомкнутый контакт), переключающие (1 переключающий контакт) и работающие на размыкание (1 нормально — замкнутый контакт). Это деление по функциональным признакам.
По признакам конструктивно — технологическим герконы делятся на две большие группы: с сухими контактами и с контактами ртутными. Первая разновидность так и называется сухими герконами, а вторая ртутными герконами. Собственно, в работе сухих герконов, по сравнению с обычными контактами, ничего особенного нет.
В ртутных герконах внутри герметичного стеклянного корпуса кроме контактов находится еще капелька ртути. Назначение этой ртутной капельки – смачивание контактов во время срабатывания для улучшения качества контакта за счет уменьшения переходного сопротивления, а кроме того для избавления от дребезга контактов.
Дребезгом называется вибрация контактов при замыкании и размыкании, что при однократном срабатывании приводит к многократной коммутации передаваемого сигнала, а кроме того к значительному увеличению времени срабатывания.
Представьте себе, что такой дребезг будет присутствовать в усилителе звуковых частот во время переключения входного сигнала! В случае, когда такой дребезжащий контакт работает совместно с цифровыми микросхемами, приходится принимать меры по подавлению дребезга в виде RC — цепочек или RS – триггеров.
Различные контакты, в том числе и герконовые, применяются и в современных микроконтроллерных схемах, но в них дребезг контактов подавляется программным способом. Это также снижает быстродействие системы в целом.
Конструкция герконов
Конструкция различных типов герконов представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 . Конструкция герконов
Все герконы представляют собой герметичный стеклянный баллон, внутри которого находится контактная группа. Контакты представляют собой магнитные сердечники, вваренные в торцы баллона. Наружные концы сердечников предназначены для подключения к внешней электрической цепи.
Наибольшее распространение получил геркон с контактной группой, работающей на замыкание или, как показано на рисунке «разомкнутый». Каждый контакт – сердечник выполнен из ферромагнитной упругой проволоки, которая расплющена до прямоугольной формы. Для изготовления сердечников применяется пермаллоевая проволока диаметром 0,5 — 1,3 мм в зависимости от мощности геркона и, соответственно, его габаритов.
Непосредственно контактирующие поверхности покрыты благородным металлом, золотом, палладием, родием, серебром и сплавами на их основе. Такое покрытие не только уменьшает переходное сопротивление, но и способствует повышению коррозионной стойкости контактной поверхности.
Внутренне пространство баллона заполнено инертным газом (водородом, аргоном, азотом или их смесью) или просто вакуумировано, также способствует уменьшению коррозии контактов и повышению их надежности. При изготовлении сердечники располагают таким образом, чтобы между ними оставался зазор, кстати, определенного размера.
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.
Продолжение читайте в следующей статье.
- Как устроены компактные люминесцентные лампы
- Как устроены и работают солнечные батареи
- Как устроен электронный трансформатор
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Интересные факты, В помощь начинающим электрикам, Электрические приборы и устройства
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями: