Герконовый датчик: что это такое, назначение и область применения, разновидности

Внутреннее устройство герметизированного контакта. Расшифровка маркировки герконов и их подбор по электрическим характеристикам. Охранная сигнализация и спидометр для велосипеда на основе геркона.

Обозначение геркона в электрических схемах

Чтобы отличить магнитоуправляемый контакт от контактов других типов, в его условное обозначение вводят символ герметичного корпуса — окружность.

Герконовое реле производят:

Условное обозначение герконов

• первый элемент — определяет условное наименование геркона. МК — магнитоуправляемый контакт герметизированный, КЭМ — контакт электромагнитный, КМГ — магнитоуправляемый контакт с повышенным контактным нажатием (для коммутации больших токов — более 5 А);
• второй элемент — указывает на систему коммутации геркона: А — замыкающий, В — размыкающий, С — перекидной, Д — переходной;
• третий элемент — буква «Р» присутствует только в ртутных герконах;
• четвертый элемент — двузначное число показывает длину баллона в миллиметрах;
• пятый элемент — указывает на функциональное назначение геркона: 1 — малой и средней мощности, 2 — повышенной мощности, 3 — мощные, 4 — высоковольтные, 5 — высокочастотные, 6 — «с памятью», 7 — специальные (с повышенной устойчивостью к внешним факторам и характеру нагрузки), 8 — измерительные.
• шестой элемент — указывает порядковый номер разработки.

По типу контактов различают герконы замыкающие и переключающие, по состоянию поверхности контактов — сухие и жидкостные. Внутри баллона сухих герконов находятся инертные газы. Контакты представляют собой ферромагнитные пружины, покрытые ценными металлами. Герконы подразделяются также на маломощные (коммутируемая мощность до 60 Вт) и повышенной мощности (до 1000 Вт), низкочастотные и высокочастотные, низковольтные (коммутируемое напряжение до 250 В) и высоковольтные (свыше 250 В), имеются герконы с «памятью» и специальные. Далее приводим справочные параметры отечественных герконов, а в конце статьи — импортных герконов-реле.

Устройство и принцип работы

Среди всевозможных радиоэлементов в электронике есть весьма любопытный и оригинальный. Возможно, вы уже слышали о нём или даже применяли в своих самоделках. Это – геркон.

Название этого электронного компонента происходит от словосочетания герметизированный контакт. В сущности, простейший геркон представляет собой два контакта, запаянных в стеклянную колбочку. Внутрь герметичной колбы закачан газ, который препятствует обгоранию контактов. Сами же контакты являются магнитоуправляемыми и изготавливаются из ферромагнитного материала (например, пермаллоя). Их можно замыкать посредством воздействия магнитного поля электромагнита, соленоида, либо постоянного магнита.

На принципиальных схемах геркон обозначается в виде двух контактов в кружке, символизирующем герметичный баллон геркона.

Условное обозначение геркона на принципиальных схемах и его внешний вид

Герконы можно легко обнаружить во многих  инфракрасных датчиках движения, которые применяются в автоматических системах охраны. Там они используются в качестве реле.

Также геркон применяется в широко распространённом охранном датчике ИО -102 (или его аналогах). В его состав входит геркон с проволочными выводами и постоянный магнит. Геркон устанавливается на неподвижную часть двери или оконной форточки и подключается к охранному прибору двумя проводниками.  Магнит крепиться на подвижной части двери или форточки. Это простейший пример применения герконов в охранной автоматике.

Охранный датчик серии ИО-102 на основе геркона

Герконы успешно применяются в качестве реле. Герконовое реле состоит из геркона и проволочной обмотки, так называемого, соленоида. Если через проволочную обмотку пропустить ток, то под действием протекающего тока в обмотке образуется электромагнитное поле, которое и воздействует на геркон, замыкая его контакты.

Герконовые реле TRA-500 и SH1A05BW, применяемые в приборах охранной автоматики

В чём преимущество герконового реле перед обычным электромеханическим?

• Во-первых, это сравнительно малые габариты и простота конструкции. Если взглянуть на обычные реле и герконовые, то можно убедиться в том, что герконовые заметно компактнее.

• Второе преимущество реле на герконах – устойчивость к обгоранию контактов и влажности. Поскольку контакты геркона находятся в герметичном стеклянном баллоне с химически инертным газом (чистым азотом или смесью азота и водорода), то, естественно, контакты не окисляются.

• Ещё одним немаловажным преимуществом герконовых реле является отсутствие подвижных элементов конструкции. Контакты геркона не подвержены трению и износу. Зазор между контактами геркона настолько мал, что его очень трудно увидеть.

Стоит отметить, что если через контакты геркона протекает большой ток, то они могут “залипнуть”. При этом геркон либо выйдет из строя, либо будет периодически замыкаться даже без воздействия магнитного поля на контакты. К сожалению, такой геркон подлежит замене.

Сферы применения герконов очень обширны. Это и системы охранно-пожарной автоматики, всевозможные датчики положения, системы связи, приборы управления и контроля.

Одним из существенных недостатков, препятствующих ещё большему распространению герконов является низкая ударостойкость. Несмотря на это, в последнее время герконы применяются в автомобилестроении и даже в авиации.

По сравнению с обычными реле герконовые обладают большим быстродействием и меньшей шумностью. Переключение контактов герконового реле практически незаметно на слух.

Также стоит отметить, что герконы в основном служат для коммутации небольших токов.

Что следует учитывать при использовании герконов в своих электронных самоделках?

Максимально допустимое коммутируемое напряжение и ток. Так, геркон марки КЭМ-1 способен выдержать ток не более 2 Ампер и напряжение 300 Вольт. Если превысить эти значения, то геркон превратиться в обычный проводник – его контакты “пригорят” друг к другу. Необходимо также уточнить коммутируемую мощность геркона. Для упомянутого геркона КЭМ-1 этот параметр составляет не более 30 Ватт.

Таким образом, если используя формулу мощности постоянного тока подсчитать допустимый ток через геркон при напряжении, например, 220 Вольт, то он составит величину меньше 2 Ампер, а точнее – 0,13 Ампер (130 мА).

Если же мы предполагаем, что через геркон будет протекать постоянный ток 1,5 Ампера, то максимально допустимое  напряжение будет составлять всего 20 Вольт.

Применение геркона в самодельных устройствах просто огромно. Его можно использовать для гальванической развязки цепей, в качестве датчиков положения в электронных игрушках, системах сигнализации и контроля.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Научись паять! Минимальный наборчик для пайки.

• Цифровой мультиметр. Какой мультиметр выбрать новичку?

Устройство детали

Датчик геркон выглядит как небольшая стеклянная трубочка из зеленого полупрозрачного стекла. С двух сторон имеются проволочные выводы. Они позволяют припаять деталь к плате или подсоединить к ней провода. Существуют и трехконтактные модели.

Внутри стеклянной трубочки есть полость с безвоздушной средой. В полости находятся контакты, которые подключены к выводам прибора, находящимся снаружи. Такая деталь не имеет полупроводников. Поэтому она может работать на переменном токе.

Герконы довольно разнообразны по размерам. Небольшие модели имеют длину 10-15 мм. Более крупные бывают размером с ладонь.

Это интересно! Существует тенденция к уменьшению габаритных размеров герконов. В 2017 году американская компания «Hermetic Switch Inc» выпустила в серийное производство деталь с длиной трубки 4,01 мм. Достижения в этой области есть и у японских производителей. Компания «OKI» в 2005 году заявила о выпуске опытного образца с длиной колбы 2 мм. Однако широкого распространения данные детали пока что не получили.

Характеристики переключающих и измерительных герконов

Наименование геркона	МКС-27102	КЭМ-3	МКС-15101	МКА-52181	МКА-27801
Магнитодвижущая сила срабатывания, А	50…74	30…100	30…45	80	30…100
Время срабатывания, мс	1,5	1,5	1,5	2	2
Максимальная коммутируемая мощность, Вт	30	30	0,36	1,5	1
Максимальное коммутируемое напряжение, В	150	127	36	36	300
Максимальный коммутируемый ток, А	1	1	0,01	0,1	0,01
Сопротивление электрических контактов, Ом	0,15	0,3	0,15	0,08	0,1
Максимальная частота коммутаций, Гц	50	100	100	100	50
Температура окружающей среды, °С	-60… + 125	-60… + 125	-60… + 125	-60… + 85	-60… + 85
Вибрационные нагрузки, диапазон частот, Гц	1…2000	1…2000	1…2000	1…600	5…600
Вибрационные нагрузки, максимальное ускорение, м/с2	98	245	196	49	98
Диаметр баллона, общая длина, мм	27/67	18/54	15/50	53/79,5	28/52,3

Разновидности

Классифицируются устройства по следующим группам.

По характеру действия

По типу конструкции

• Сухие. Это выключатель герконовый с вакуумной колбой и контактами, находящимися в среде инертных газов. При замыкании не исключается дребезг контактов (неконтролируемые наличие или отсутствие соприкосновения их упругих рабочих поверхностей).
• Мокрые. В таких устройствах на контакты добавляется капелька жидкого металла — ртути. При упругих колебаниях во время замыкания контактов она заполняет пространство между ними и не позволяет разрываться электрической цепи.

Как осуществляется управление?

Управлять герметичным коммутатором можно двумя способами:

• используя постоянный магнит;
• воздействуя катушкой, подключенной к постоянному источнику тока.

В первом варианте управление может осуществляться путем линейного или углового перемещения постоянного магнита. Также встречается способ, при котором поле перекрывается при помощи специальной шторки.

В качестве примера использования способа управления при помощи магнита можно привести датчики уровня, а также положения, охранную сигнализацию и т.д.

Второй вариант позволяет создать реле на основе геркона. В отличие от традиционной конструкции, такое устройство будет более надежным и долговечным, поскольку практически не содержит в себе подвижных механических элементов. Что касается небольшого количества контактных групп, то этот недостаток легко устраняется путем увеличения количества задействованных герконов.

Упрощенное изображение конструкции герконового реле

Примером применения данного способа управления может служить токовое реле на основе геркона. Оно представляет собой катушку, намотанную проводом толстого сечения, внутри которой размещается герметичный коммутатор. Данное приспособление может служить в качестве защитной системы от перегрузки в цепях постоянного тока. Чувствительность прибора легко регулировать путем линейного перемещения коммутатора внутри катушки.

Конструктивные особенности герконовых датчиков

По конструкции герконы делятся на:

• Разомкнутые
• Замкнутые
• Переключающие
• Разомкнутые ртутные

Наиболее распространенным видом герконовых датчиков является разомкнутый геркон. Каждый контакт в стеклянной емкости представляет собой плоскую проволоку. Поверхности контактов покрыты золотом, палладием, радием или серебром, что способствует уменьшению сопротивления и позволяет защитить контакты от коррозии. Пространство стеклянной колбы заполнено водородом, аргоном или азотом, либо просто представляет собой вакуумное пространство, что также способствует повышению антикоррозийных свойств.

Рекомендации по защите

Если подключается герконовый датчик своими руками, то нужно учесть следующие моменты:

• Необходимо установить самую тонкую металлическую пластину. Её ставят между магнитом и герконовым датчиком для защиты.
• Магнитные и герконовые датчики нужно устанавливать так, чтобы они были направлены друг к другу. Расстояние при этом должно быть коротким.

Плюсы и минусы

Любая конструкция помимо преимуществ не лишена недостатков. Зная сильные и слабые стороны устройства можно найти оптимальную сферу для его применения. Давайте рассмотрим, в чем заключается преимущества герметичных коммутаторов, к таковым свойствам можно отнести:

• Высокую надежность коммутации. Она практически на два порядка превышает этот показатель у открытых контактных групп. Это достигается за счет высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (RИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (UПР), напряжение пробоя у некоторых моделей превышает 10 кВ.
• Быстродействие также является неоспоримым преимуществом. Частота коммутации многих моделей приближается к 1 кГц. Что касается параметров, описывающих скорость коммутации, то они находятся в следующих диапазонах: tcp — от 0,4 до 1,8 мс, tотп – от 0,25 до 0,9 мс, что намного превышает подобные характеристики открытых контактных групп.
• Долговечность, число срабатываний исчисляется миллиардами, ни одна открытая контактная группа даже близко не может приблизиться к этому рубежу.
• Данный тип коммутаторов нетребователен к согласованию с нагрузкой.
• Управление может производиться без использования электроэнергии.

Характерные недостатки:

• Низкие показатели коммутируемой мощности.
• Небольшое число контактов.
• Дребезг при срабатывании (конструкции «мокрого» типа избавлены от этого недостатка).
• Большие размеры для современной радиотехнической базы.
• Недостаточная прочность стеклянной колбы.
• Чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.

Несмотря на явное преобладание положительных качеств, данные устройства постепенно вытесняются полупроводниковыми аналогами, такими как датчики Холла. Отсутствие дребезга, небольшие размеры и более высокая прочность сыграли решающую роль.

Импортные (зарубежные) реле на герконах

Отдельно магнитные герконы среди зарубежных производителей встречаются редко — обычно он встроен сразу в герконовое реле. Их ассортимент также довольно широк и основные, наиболее часто встречающиеся в поставках и продаже модели смотрите в таблице. Дополнительно можно изучить этот PDF документ по импортными герконам.

   Форум по радиодеталям

   Форум по обсуждению материала МАГНИТНЫЕ ГЕРКОНЫ

Особые виды герконов

Герконовые реле — устройства, состоящие из геркона и управляющего соленоида. К ним также можно отнести герсиконы, гезаконы и геркотроны. Первые предназначены для силовых цепей, вторые имеют эффект памяти, а третьи разработаны для высоковольтной техники.