Как проверить герконовый датчик

Герконовый датчик и принцип его работы

Использование датчиков необходимо в системах, где необходим постоянный мониторинг состояния. Обычно это охранные или пожарооповещательные системы. Они бывают разными, однако наиболее известные, простые и дешевые — герконы. Подробнее о том, что такое герконовые датчики и для чего они нужны — читайте в статье.

Что такое герконовый датчик

И в первую очередь, говоря о герконе, нужно определить, что это такое. Герконовый датчик — это электромеханическое устройство, благодаря которому можно разомкнуть или замкнуть электрические контакты. Все это происходит под воздействием магнитного поля, источником которого обычно выступает электро- или постоянный магнит.

Если немного затронуть этимологию его названия, то само слово «геркон» является результатом совмещения слов «герметичный» и «контакт». Это также описывает его конструкцию и дальнейший принцип работы, потому что дает понять, что датчик сделан из ферромагнитных пластин, помещенных в стеклянную капсулу. Подобное позволяет ему нивелировать любое внешнее воздействие, а также быстро реагировать при изменении.

Принцип работы

И когда мы знаем, что такое геркон, разберем принцип его работы. Ближайшей аналогией по отношению к нему можно считать выключатель, потому что его конструкция представляет следующее: реле из двух токопроводящих сердечников, которые расположены в герметичном пространстве с инертной средой. Последнее необходимо для избавления от окисления.

Непосредственное же замыкание производится посредством размещения вокруг колбы управляющей обмотки. В нее поступает постоянный ток и, после того как подается питание, обмотка создает магнитное поле. Оно же оказывает действие на сердечники, что в итоге приводит к замыканию — это полный принцип действия геркона.

Следовательно, что при отключении питания нивелируется магнитный поток, а контакты размыкаются. Так надежность геркона, благодаря которой это устройство до сих пор имеет популярность, обусловлена никелированным трением контактов. Помимо, отсутствие какого-либо воздействия в незамкнутом состоянии фактически дает возможность моментального замыкания при необходимости.

Использование постоянных магнитов

Существует также альтернатива в виде использования постоянных магнитов. Их также еще называют магнитными герконовыми датчиками или поляризованными. Вот как он работает: электромагнит заряжает контакты одним и тем же потенциалом, что приводит к их отталкиванию друг от друга. Это в свою очередь размыкает цепь. Нюанс также в том, что в них три контакта: один стационарный и не имеет никакого воздействия магнита, а два других произведены из ферромагнитного сплава за счет чего производится замыкание и размыкание при воздействии магнитного поля.

Существует также несколько видов этого датчика:

• замыкающий: в таком типе есть один разомкнутый контакт;
• переключающий: есть один контакт, отвечающий за переключение;
• размыкающий: есть один замкнутый контакт.

Однако это не единственные различия, что у них есть.

Отличия по конструкции

Помимо всего, герконовые — вне зависимости от типа — датчики, которые имеют различия по их технологиям исполнения. К таковым, как правило, относят:

1. Сухие. Это простая конструкция, у которой есть очевидные недостатки в виде вибрации при замыкании и размыкании. В бытовом плане их проще выразить в щелчках или дребезге, что также может вызвать множественную коммутацию при передаче сигнала. Эффект весьма нежелательный, однако исправить его нельзя.
2. Ртутные. Здесь же внутри конструкции есть немного ртути, что смачивает контакты и нивелирует вибрацию. Благодаря ей также производится снижение сопротивления у контакта.

Выбрать один идеальный не получится, потому у каждого есть свои недостатки. Здесь стоит посмотреть на условия использования оного.

Область применения

Теперь касательно того, как и где применяются герконы. И хотя датчики Холла почти что везде вытеснили их ввиду лучших характеристик, остались области, где их использование вполне оправдано:

1. Синтезаторы и промышленное оборудование. Благодаря конструктивным особенностям полностью исключается появление искры. Это делает незаменимым их использование на том производстве, где есть высокая вероятность взрыва и работа с горючими жидкостями.
2. Бытовые счетчики. Решение относительно надежное, дешевое и проверенное временем. Нет никакой необходимости его замены.
3. Системы охраны и положения. Благодаря молниеносной реакции, и как следствие замыканию, герконы попросту в них незаменимы.
4. Работающее под водой оборудование. Та герметичность, что обеспечивает конструкция, позволяет использовать их под водой. Причем это достаточно надежно даже под давлением.
5. Телекоммуникационные системы и медицинское оборудование. Благодаря универсальности и стабильности они не заменимы в тех устройствах, где нужна продолжительная работа.
6. Механизмы защиты. Здесь речь идет о тех системах, что защищают от перегрузок или короткого замыкания при высоковольтных нагрузках.

Стоит также отметить, что в системах безопасности всегда используют аппаратные приспособление из геркона и магнита для индикации открытия и закрытия дверей. Есть еще решения реле с датчиками и обмоткой, что реализует себя в случаях, когда нужна компактность, влагостойкость и отсутствие подвижных элементов.

Как подключить датчик

Если говорить о том, как подключить геркон, то начать стоит со способов монтажа. Креплений всего два:

• скрытое;
• наружное.

Учитывать также стоит характеристики поверхности, где будет осуществляться монтаж, потому разделяют две «базы» для подключения:

• стальная;
• магнитнопассивная.

Итак, часть реле, которая отвечает за магнитное поле, закрепляется на подвижной части конструкции. Геркон же должен быть установлен там, от чего отходит движущийся элемент. Происходит примерно следующее: движущаяся часть примыкает к стационарной, параллельно производят магнитной поле и замыкая цепь. Если же катушка, благодаря которой функционирует поле, не оказывает никакого воздействия, то происходит размыкание и соответствующая программа сообщит о нарушении. Все достаточно просто, потому что это фактически то, как работают датчики открытия дверей в умных домах.

Особенности установки

К нюансам же, которые нужно учитывать при подключении геркона, относят:

1. Использование в местах, где есть или может быть ультразвук, не рекомендуется, потому как он может сбить датчик и его настройки.
2. Если рядом есть еще один источник магнитного поля — его нужно исключить.
3. Не подвергать колбу ударам, потому как ее деформация приводит к негодности сердечников.

И немного касательно того, как проверить геркон: в первую очередь нужно настроить программу, после проверить работоспособность и, приложить друг к другу еще незакрепленные элементы. После их можно разъединить и посмотреть за реакцией программы, которая отвечает за уведомления. Если все в норме — крепим датчики на нужное место.

Плюсы и минусы

Теперь вкратце о преимуществах:

1. Благодаря герметичности можно использовать на объектах с высокой пожароопасностью.
2. Способность быстрого оповещения, что автоматически допускает использования при высокой частоте.
3. Компактность: минимальный размер — 4 мм.
4. Нет трения поверхностей сердечников.

И также недостатках:

1. Магниты зачастую имеют небольшую чувствительность.
2. Датчик слишком восприимчив к внешним магнитным потокам, что заставляет исключить их из близлежащего радиуса.
3. Материал капсулы всегда тонкое стекло.
4. Низкая частота способствует хаотичному замыканию и размыканию сети.

В итоге присутствует некий баланс, который не позволяет сказать, что все плюсы перевешивают минусы, и наоборот. Некоторым покажется, что это делает устройство спорным, однако на самом деле это дает больше вариантов для выбора.

Использование герконовых датчиков до конца не исчезло и навряд ли когда-нибудь это произойдет. Подобное решение надежно и дешево, что полностью оправдывает его использование. Оно также не применяется в критически важных устройствах, когда выход из строя недопустим, а потому априори не сможет испортить что-либо. И не стоит также забывать о герконовых датчиках уровня воды, благодаря которым можно обезопасить свой дом от затопления.

Принцип работы и виды герконовых датчиков, схема и применение

Для уменьшения влияния негативных факторов, влияющих на контакты и несущих разрушающее воздействие, разработаны герконовые датчики — коммутирующие устройства. Контактная группа в них помещается в герметичную колбу.

Эти контакты переводят магнитопровод, могут менять своё положение. Конструкция геркона распространена, несмотря на свою хрупкость.

Описание и назначение

Герконом является устройство электромеханического типа, которое размыкает или замыкает электрические контакты. Это происходит за счёт магнитно-контактного поля, которое генерирует электромагнит. Это может делать и постоянный магнит.

Геркон переводится как герметичный контакт. Это обуславливается его конструкцией. Его составляющие — ферромагнитными пластинами, которые запаяны в капсулу из стекла. Она заполняется инертным газом, вместе с двумя контактами выхода.

Благодаря оболочке воздействие внешних факторов сводится к минимуму, при этом устройство может функционировать в нормальном режиме.

В колбе может содержаться иссушенный воздух, азот и любой другой инертный газ. Кроме этого, его могут откачать, чтобы создать вакуум. Это делают, чтобы повысить уровень коммутируемого напряжения.

Датчики из геркона применяются в разных системах и устройствах:

• Бытовые счетчики.
• Клавиатуры в оборудовании промышленного назначения и синтезаторах. Возникновение искры с них исключено. Именно поэтому их широко используют при производстве взрывоопасных вещей (где есть пыльные испарения или горючие).
• Оборудование для медицинских учреждений.
• Системы, которые охраняют и контролируют положение, работающее по автоматическому принципу.
• Телекоммуникационные системы.

Для систем безопасности актуальны устройства, изготавливаемые из магнита и геркона. Они дают сигнал о закрытии и открытии дверей.

Стоит отметить, что распространены герконовые реле, которые состоят из проволочной обмотки и контактного датчика. У такой системы отмечают значимые преимущества: устойчивость к влаге, простое использование, нет деталей, которые двигаются.

С помощью герконов защищаются электроустановки от перегрузок.

Схема

Устройство и принцип работы

Принцип работы геркона похож на выключатель. Его составляющие — пара сердечников, проводящих ток и зазор. Их герметично запаивают в стеклянной колбе, у которой инертная среда. Благодаря этому исключается процесс окисления.

Управляющая обмотка находится вокруг колбы и питается постоянным током, за счет которого работает. Магнитное поле генерируется с помощью обмотки после подачи питания. После отключения от питания катушки магнитный поток прекращается. После этого размыкаются пружинами контакты. Так как трение отсутствует, они являются абсолютно надежными.

У герконового датчика есть своя особенность: в состоянии покоя на пружины реле не действуют никакие силы. Благодаря этому они замыкают контакт за несколько секунд.

Магниты постоянного характера также используются. Их принято относить к поляризованным.
Стандартные устройства работают по другому принципу функционирования. Система магнитов под воздействием электромагнита заряжает каждый сердечник потенциалом.

Это заставляет их размыкать цепь и отталкиваться друг от друга.

Герконы, которые переключаются, состоят из трёх контактов. Два из них сделаны из специального ферромагнитного сплава, один не магнитится. Когда наводится магнитное поле, разомкнутые контакты замыкаются, при этом пара немагнитного размыкается.

Как осуществляется управление

Управление герцогом осуществляется несколькими способами. Самый простой — управление магнитом в электрической схеме. Его перемещение осуществляется линейным способом. Это актуально для охранных сигнализаций, в которых магнит крепится на дверь, после чего геркон срабатывает (при закрытой двери).

Существует угловое перемещение магнита. Его используют редко, когда недоступны к применению остальные способы.

Перекрытие шторкой, как один из способов, уже не применяется. Его использовали для вычислительных устройств и их клавиатур до девяностых годов.

Плюсы и минусы

У герконовых датчиков есть свои преимущества и недостатки. К плюсам относят:

• В контактах отсутствует дребезг. Это актуально для тех, выводы которых смочены ртутью.
• По сравнению с классическим реле датчики отличаются высоким быстродействием.
• Датчик считается долговечным и не поддаётся физическим ударам (например, при неосторожном обращении или падении).
• Такой вид датчика не создаёт шум.
• Контакты слабо сгорают, так как располагаются в вакууме или инертном газе. Это относится и к тем случаям, когда замыкание с размыванием происходит с возникновением искры.
• Доступная для всех цена, так как при производстве не используют тугоплавкие или драгоценные металлы.
• Небольшой размер по сравнению с классическими реле.

• По сравнению с открытыми контактами они тяжеловаты.
• Скорость срабатывания ограничена.
• Нужно создавать магнитное поле.
• Бывают случаи, когда контакты остаются в замкнутом состоянии и вывести их из него нельзя.
• Внешние магнитные поля влияют на них.

Разновидности

Устройство работает по принципу размыкания, либо замыкания линии, передающей электричество. Напряженность магнитного потока задает замкнутое или разомкнутое положение. Примечательно, что не важно, откуда возникает магнитное поле. Оно может появляться как от электромагнита, так и постоянного магнита.

Намагничивание в устройстве начинает происходить тогда, когда под действие попадают силовые линии. После этого, сила упругости преодолевается и притягивает контакты друг к другу. В итоге цепь замыкается.

В таком состоянии датчик будет находиться до тех пор, пока будет оставаться магнитное поле. После прекращения воздействия силовых линий контакты размыкаются. Чтобы произошло следующее замыкание, необходимо, чтобы создалось поле вокруг устройства снова.

Исходя из этого, специалисты считают геркон переключателем.

Замыкающие

Замыкающие по своему принципу работы постоянно находятся в разомкнутом состоянии. Для них это нормальное статичное положение, а контакты между собой не соединятся.

Переключающие

У такого типа в составляющей конструкции есть три вывода. При нормальном состоянии, когда отсутствует влияние электромагнитного поля, оба контакта замкнуты (один с другим). После появления поля, в одном контакте происходит замыкание, а тот, который замкнут нормально — размыкается.

Размыкающие

Размыкающие отличаются тем, что когда магнитное поле отсутствует, контакты соединяются между собой. Такой тип относят к нормально разомкнутым.

Типы по технологическим особенностям

Так как конструкций различных герконовых реле много, выделяют ряд характеристик. Благодаря ним можно отличать конкретный вид от остальных. К основным характеристикам относят:

• Время отпускания — этот тот период времени от момента, когда ток в катушке пропадает, до перехода контактов в своё обычное положение. Промежуток времени — 0,2-1 мкс.
• Уровень вибрации. Этот заданный уровень нельзя превышать, так как стеклянные колбы трескаются. Измерение величины вибрации происходит количеством колебания в секунду.
• Время реакции. Промежуток времени, начинающийся с подачей тока, и завершаемый в момент размыкания или замыкания. Составляет примерно 0,5-2 мкс.
• Допустимое показание. Мощность герконового датчика определяется из совокупности сечения контактов и материала. Измерение происходит в кВт и Вт.
• Емкость контактов. Она может измеряться только тогда, когда контакты разомкнуты.

Сухие

Сухой выглядит как герметичный баллон, состоящий из стекла. Внутри него находятся контакты. К контактам относятся сердечники из магнита, они привариваются снаружи колбы, с торца. При этом ртуть в этом случае не добавляется.

Ртутные

При ртутном контакте в стеклянный корпус добавляются ртутные капли, благодаря которым смачивается деталь. При срабатывании геркона качество контакта улучшается. Благодаря такой системе можно избежать дребезга и вибрации в контактах. Это увеличит время срабатывания.

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.

Примеры практического применения в быту

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.
Используется он и в домашней, охранной сигнализации как извещатель.

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.

Что такое герконовые выключатели

Ненадежная работа контактов электромагнитных реле, которые быстро изнашивались вследствие окисления рабочей поверхности, послужило толчком к разработке магнитоуправляемых переключателей. Геркон это сокращенное словосочетание из двух слов — герметичный и контакт.

Принцип работы

В отличие от коммутационных электромагнитных устройств, выключатель герконовый имеет контакты, которые располагаются в герметичной колбе, из которой откачан воздух или она заполнена инертным газом. Такая конструкция исключает процесс коррозии поверхностей.

Для магнитного поля колба не является препятствием, чтобы оказывать действие на контакты, если они выполнены из магнитных материалов. Управление герконом осуществляется взаимодействием контактов с внешним магнитным полем постоянного магнита или электромагнитного поля, созданного электрическим током соленоида. Срабатывают они по достижении показателей магнитного поля определенной величины.

Кроме магнитных свойств контакты должны обладать упругой механикой, так как работа реле связана с возвращением их в исходное положение после окончания действия сигнала.

Назначение, области применения

В коммутационных электронных устройствах все больше используются полупроводниковые приборы (датчики Холла). Однако герконовые выключатели некоторых устройств выдерживают конкуренцию с ними, несмотря на отставание в технических параметрах:

• скрытые поверхностью колбы соединения гарантируют безопасную работу во взрывоопасных помещениях;
• в устройствах, работающих под водой, в местах с влажным климатом;
• в системах сигнализации, основанных на контроле положения;
• определение положения лифта в текущий момент;
• клавиатура промышленных приборов для надежной и долговременной эксплуатации;
• некоторые образцы теле и радио аппаратуры, медицинские приборы и другие области техники.

Разновидности

Классифицируются устройства по следующим группам.

По характеру действия

• Нормально-разомкнутый контакт. Воздействием магнитного поля определенной напряженности, контакты замыкаются, и по цепи проходит ток. После окончания действия упругие силы возвращают их на место.
• Нормально-замкнутый контакт. Внешнее магнитное поле должно сформировать такую напряженность, чтобы возникшая сила отталкивания преодолела упругость контактной пары.
• Переключаемые контакты. В варианте присутствуют три контакта для подключения: два выполнены из магнитного материала, а один не магнитный. Первые два взаимно притягиваются и коммутируют одну из электрических цепей. При отсутствии магнитных полей магнитные контакты (один из них) переключаются на не магнитный и производится перекоммутация цепи.

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.

Технические характеристики

Для выбора нужного геркона, следует изучить его параметры. Главными будут следующие.

• Напряженность поля или магнитодвижущая сила срабатывания (V ср.) и отпускания (V отп.) — дает информацию о величине, при которой происходит замыкание и размыкание контактов. Единицы измерения — амперы.
• Быстрота действия определятся временем срабатывания (Т ср.) и временем отпускания (Т отп.). Измеряется в милисекундах. Косвенно на быстродействие оказывает влияние емкость контактов, которая определяется только в разомкнутом состоянии и зависит от зазора и размеров пластин. Чем она больше, тем более заметна инерционность геркона в срабатывании. Понятно, что маленького размера герконы имеют лучшее быстродействие, чем большие.
• Максимальное количество коммутационных циклов (N max) определяет ресурс работы контактов до их полного износа. Измеряется в миллиардах срабатываний.
• Допустимый диапазон частот уровня вибрации, выше которого у геркона может лопнуть колба или перестанут нормально функционировать контакты. Измеряется в герцах (Гц).
• Предельная мощность (Р max) при которой контакты не теряют своих магнитных свойств. Зависит от свойств материалов и габаритов сечения контактов. Чем больше размер, тем больше предельная мощность. Измеряется в Ваттах (Вт) или кВт.
• Напряжение пробоя указывает (обычно в кВольтах) величину, при которой образуется дуга в пространстве между контактами. По-другому, это напряжение называют электрической прочностью геркона. Определяется глубиной вакуума или степенью очистки защитного газа, форматом зазора и применяемыми материалами.

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.

Геркон — обозначение на схеме

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

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

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

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.

Рекомендации по использованию

Во время монтажа и дальнейшей эксплуатации герконов следует учитывать такие факторы:

• кроме наличия посторонних магнитных полей при монтаже герконовых устройств следует избегать источников ультразвука — он оказывает отрицательное влияние на электрические параметры, изменяя их;
• герконовые устройства не воспринимают ударных нагрузок, так как при этом может нарушиться герметичность, что приведет к утечке защитного газа или нарушению вакуумной среды;
• технология пайки герконовых устройств имеет особенности, следует четко выполнять инструкцию по пайке от производителя;
• диапазон температур при которых может работать герконовый переключатель с гарантией заявленных характеристик имеет следующие средние значения: от −60 °С до +120 °С.

Герконы часто используют домашние мастера для изготовления простых схем сигнализации и автоматики для управления вкл/выкл света. Один из примеров подключения геркона вы можете увидеть на изображении ниже.