Что такое датчик геркона принцип работы. Геркон: технические характеристики, принцип работы, примеры применения. Использование в охранных системах

Герконовый датчик - это прибор, созданный для улучшения технических свойств и срока службы контактов электроаппаратуры. Подключить его можно как своими руками, так и с помощью профессиональных технических служб. Подключение своими руками, в отсутствие соответствующей компетенции, может занять достаточно много времени или вовсе привести к неудачной попытке установки геркона. С помощью сервиса Юду вы в кратчайший срок можете найти и заказать услугу профессиональных служб по подключению герконового реле: достаточно оставить заявку на сайте или выбрать наиболее подходящее предложение из каталога исполнителей.

Что такое магнитный геркон

Магнитный геркон является основным компонентом системы контактного реле в различных электромагнитных схемах. Герконовый датчик содержит два контакта из ферромагнитного сплава, заключенных в стеклянную колбу. Если к контактам поднести магнитный элемент - они замыкаются, образуя непрерывную электромагнитную сеть.

Геркон часто применяется:

• Для установки датчиков, показывающих открывание дверей в системах охраны, для защиты объекта от нежелательного проникновения
• Для установки на окна, в качестве датчика, сообщающего об открытии конструкции
• Для установки на ворота и иную входную группу для защиты от нежелательного проникновения

Разновидности герконовых датчиков

Герконовые датчики по функциональности делятся на:

• Замыкающие
• Переключающие
• Размыкающие

По технологическим особенностям герконы делятся на два типа:

• Сухие
• Ртутные: внутри стеклянной конструкции находится капля ртути для уменьшения сопротивления и для недопущения нарушения контактов

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.

Принцип работы герконового датчика

Принцип работы герконового датчика заключен во взаимодействии двух элементов: исполнительной и задающей. Задающая часть схемы работы геркона - это магнит, а исполнительная - сам геркон. Для замыкания контактной цепи геркона необходимо вокруг него создать магнитное поле. Как только магнитное поле исчезает, контакты герконового датчика перестают взаимодействовать.

Размыкающий геркон работает по несколько иной схеме: его магнитные элементы расположены таким образом, что при намагничивании контакты отталкиваются, осуществляя размыкание электрической цепи.

Схема работы переключающего геркона также имеет свои особенности: один из контактов системы сделан из немагнитного металла, а другие - из ферромагнитного. Таким образом, при магнитном воздействии на геркон, происходит замыкание ферромагнитных контактов, а немагнитные контакты размыкаются.

Схема работы герконового датчика

Для обеспечения замыкания электромагнитной сети герконового датчика и осуществления его работы магнитная часть системы крепится на открываемой конструкции (окно, дверь или ворота), а сам геркон на дверной или оконной коробке. Если дверь закрыта, магнитное поле действует на контактную сеть геркона, замыкая электромагнитную цепь. Датчик охранной системы показывает, что входная группа закрыта. Стоит открыть дверь - магнит перестает действовать, размыкает цепь, заставляя тем самым срабатывать сигнал тревоги.

В документации на датчик есть вся необходимая информация для установки его своими руками.

В зависимости от конструкций, на которые устанавливается геркон, датчики делятся на несколько видов:

• Датчики скрытого монтажа для стальных конструкций
• Датчики скрытого монтажа для магнитопассивных конструкций
• Датчики наружного монтажа для стальных конструкций
• Датчики наружного монтажа для магнитопассивных конструкций

Тип устанавливаемого геркона определяется в соответствии с массивностью конструкции и материалом, из которого она изготовлена.

Рекомендации для защиты геркона от несанкционированного проникновения

Если вы осуществляете подключение герконового датчика своими руками, то при установке стоит обратить внимание на следующие моменты:

• Устанавливайте герконовые и магнитные датчики таким образом, чтобы они были направлены друг к другу и установлены на коротком расстоянии. Тогда поднесение постороннего магнита вызовет размыкание электромагнитной цепи, и сработает сигнал тревоги
• Установите очень тонкую металлическую пластину между герконовым датчиком и магнитом. Она послужит защитным магнитным экраном

Как заказать услугу профессиональных технических служб по подключению герконового датчика

Осуществить подключение геркона своими руками, обладая навыками и знаниями в этой области, не составит труда. Если же компетенции для подключения датчика своими руками не хватает, то лучше обратиться к услугам профессиональных служб, которые осуществят подключение недорого и достаточно быстро. Чтобы заказать такие услуги с помощью сервиса Юду, необходимо:

• Заполнить заявку на сайте или позвонить по указанным контактным телефонам
• Установить желаемую цену на услугу
• Выбрать наиболее подходящее вам предложение
• Ознакомиться с достоверными отзывами о работе исполнителей
• Связаться с выбранной службой и договориться о выезде

Геркон

Герконы и герконовое реле

Герко́н (сокращение от «гер метичный [магнитоуправляемый] кон такт») - электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются как бесконтактные выключатели , датчики близости и т. д.

Геркон с электромагнитной катушкой составляет герконовое реле .

Существуют также герконы, размыкающие цепь при возникновении магнитного поля, и герконы с переключающей группой контактов.

Герконы различаются также по конструктивным особенностям. Они бывают сухими (с сухими контактами) и ртутными, в которых капля смачивает контактирующие поверхности, уменьшая их электрическое сопротивление и предотвращая вибрацию пластин в процессе работы.

• геркон - это элемент, механически замыкающий (или размыкающий) электрическую цепь при должном изменении напряженности магнитного поля;
• датчик Холла - это полупроводниковое устройство, через которое во время работы протекает электрический ток и возникает поперечная разность потенциалов, пропорциональная напряженности магнитного поля.

Параметры

• Магнитодвижущая сила срабатывания - значение напряженности магнитного поля , при котором происходит замыкание контактов геркона.
• Магнитодвижущая сила отпускания - значение напряженности магнитного поля, при котором происходит размыкание контактов геркона.
• Сопротивление изоляции - электрическое сопротивление зазора между сердечниками (в разомкнутом состоянии).
• Сопротивление контактного перехода - сопротивление контактной области, которая образуется при замыкании сердечников.
• Пробивное напряжение - напряжение, при котором происходит пробой геркона.
• Время срабатывания - время между моментом приложения управляющего магнитного поля, и моментом первого физического замыкания электрической цепи герконом.
• Время отпускания - время между моментом снятия приложенного к геркону магнитного поля, и моментом последнего физического размыкания электрической цепи герконом.
• Емкость - электрическая емкость между выводами геркона в разомкнутом состоянии.
• Максимальное число срабатываний - число срабатываний, при котором все основные параметры геркона остаются в допустимых пределах.
• Максимальная мощность - максимальная мощность, коммутируемая герконом.
• Коммутируемое напряжение
• Коммутируемый ток

Преимущества

• Контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра.
• Долговечность герконов. Считается, что если не бить геркон и не пропускать очень большие токи, то срок службы геркона бесконечен, (хотя в технических данных на герконы указаны ограничения, 10 8 -10 9 и больше срабатываний).
• Меньший размер по сравнению с классическим реле, рассчитанным на такой же ток.
• Отсутствие необходимости применения тугоплавких и драгоценных металлов для контактов.
• Герконы почти бесшумны.
• Высокое (относительно классических реле) быстродействие.

Недостатки

• Наличие дребезга при включении, что влечет за собой множественные срабатывания за небольшой промежуток времени.
• Дороговизна и больший вес по сравнению с открытыми контактами.
• Необходимость создания магнитного поля.
• Сложность монтажа.
• Хрупкость - герконы нельзя использовать в условиях сильных вибраций и ударных нагрузок.
• Ограниченная скорость срабатывания
• Иногда контакты «залипают» (остаются в замкнутом состоянии) - такой геркон подлежит замене.

Применение

• Клавиатуры - клавишных синтезаторов и компьютеров (в клавиатурах компьютеров практически не используется с середины 1990-х годов) (удачное использование всех достоинств геркона).
• Клавиатуры промышленных приборов, где требуется долговечность и взрывобезопасность.
• Датчики: охранные (датчик открытия двери), велокомпьютеров , верхней крышки ноутбука (открытие и закрытие) и т. п.
• Подводное оборудование: фонари для дайвинга, подводной охоты.
• Лифты: датчики позиционирования кабины
• Телерадиоаппаратура
• Электронные счётчики тока 1 фазные и 3х фазные (используемые в многоквартирных домах,в промышленности)

Основная тенденция - замена герконов твердотельными датчиками Холла .

• Особая область применения - устройства для передачи дискретных сигналов управления и защиты от перегрузок по току высоковольтных электро- и радиотехнических установок, таких как мощные лазеры, радары, радиопередающие устройства, электрофизические установки и др. виды аппаратуры, работающей под напряжениями 10 - 100 кВ. Специально для этих видов аппаратуры В. И. Гуревичем разработаны герконовые реле с высоковольтной изоляцией, так называемые "геркотроны" или "высоковольтные изолирующие интерфейсы", описанные в его книгах (см. ниже).

Геркон (сокращение от слов «герметичный контакт») - это механический датчик, замыкающий свои контакты при воздействии магнитного поля. Корпусом геркона служит герметичная стеклянная колба, внутри которой параллельно друг другу располагаются две металлические пластины. С электрической точки зрения стандартный геркон эквивалентен одиночной замыкающей кнопке без фиксации положения.

Достоинства герконов (англ. «Reed Switches»):

Малая мощность, требуемая для управления (50…200 мВт);

Низкое сопротивление между замкнутыми контактами (0.05…0.2 Ом);

Высокое сопротивление между разомкнутыми контактами (10’"… 10’^ Ом);

Полная гальваническая развязка за счёт стеклянного корпуса;

Достаточное для практики быстродействие (0.5… 1.5 мс);

Длительный срок службы (10^.. 10^ переключений);

Механическая устойчивость, широкий диапазон температур (-60…+150’С), возможность эксплуатации в запылённых и агрессивных средах.

В зависимости от принципа действия герконы подразделяются на замыкающие и переключающие. В зависимости от коммутируемого напряжения различают низковольтные (менее 1 кВ) и высоковольтные герконы. В зависимости от длины корпуса - стандартные и миниатюрные (менее 10 мм).

Основные области применения герконов: реле, клавиатуры, промышленные и охранные датчики. Ведущими производителями герконов на мировом рынке являются фирмы: OKI (Япония), Hamlin Electronics (США), Fujitsu (Япония), РЗМКП (Россия) и др.

На Рис. 3.25, а…и показаны схемы подключения герконов к МК.

Рис. 3.25. Схемы подключения герконов к МК (начало):

а)/1/ - это узконаправленный датчик магнитного поля, состоящий из геркона КЭМ-1А (SF1), помещённого в металлический корпус от конденсатора КБГ-М с прорезью;

б) датчик тока на основе геркона КЭМ-2 с намотанным на его баллон проводом (8 витков ПЭВ-2.0). МК фиксирует замыкание/размыкание контактов SF1 при токе срабатывания 2 А и токе отпускания 1.5 А. Положение геркона внутри катущки Ы подбирается экспериментально;

в) цепочка С/, R1 устраняет ложные срабатывания геркона SF1 и «дребезг» его контактов. Для ускорения заряда конденсатора С/ можно временно перевести линию МК в режим выхода с НИЗКИМ уровнем, при этом резистор /?2ограничивает ток через ключевой транзистор МК;

Рис. 3.25. Схемы подключения герконов к МК {окончание):

г) подмагничивающая катушка L2 повышает чувствительность срабатывания датчика тока. Катушки L/, L2 наматываются поверх геркона SFI и содержат соответственно 10 витков провода ПЭВ-0.8 и 200 витков провода ПЭВ-0.06;

д) последовательное включение герконов ^SF/… 5/77 с логической функцией «И»;

е) параллельное включение герконов 5F/… 5/77 с логической функцией «ИЛИ»;

ж) резистор R1 защищает вход МК от мощных электромагнитных наводок на контакты геркона SF1. Конденсатор С/ служит первой ступенью подавления «дребезга» механических контактов. Окончательная фильтрация сигнала осуществляется программно;

з) помехоустойчивый опрос геркона SF1, который может замыкаться с частотой до 100 Гц. Функцию ФНЧ выполняют цепочки RI, С/ и R2, С2\

и) конденсатор С/ формирует короткий импульс ВЫСОКОГО уровня на входе МК при замыкании геркона SF1. Реальное состояние его контактов можно определить по напряжению на резисторе R2 через АЦП МК (0.45 В - замкнуто, О В - разомкнуто). Большое сопротивление резистора R1 снижает потребление тока в цепи геркона по сравнению со схемой на Рис. 3.25, ж.

Принцип работы этого коммуникационного устройства, название которого расшифровывается как «герметичный контакт», можно объяснить следующим образом. Геркон – миниатюрная цилиндрическая стеклянная колбочка, в противоположные концы которой впаяны два контакта, обладающие ферромагнитными свойствами: подвижный и неподвижный. Колба либо вакуумирована, либо наполнена инертным газом, дабы продлить срок их службы.

Если поднести к ней магнит, то подвижный контакт соприкоснется с неподвижным и цепь замкнется. При этом вы услышите характерный щелчок. Если магнит убрать - контактны вновь разомкнутся. Вместо постоянного магнита можно использовать и соленоид. Так работает нормально разомкнутый или замыкающий геркон - одна из самых популярных его разновидностей.

Свойства герконов

Основные свойства этих устройств, на которые следует обратить внимание при чтении статьи:

• Магнитоуправляемость;
• Герметичность;
• Компактность;
• Дискретный режим работы.

В настоящее время герконы вытесняются датчиками Холла - твердотельными полупроводниковыми устройствами. Далее представлены фото герконов широкого потребления.

Классификация

По принципу работы

• Нормально разомкнутые герконы (под действием внешнего магнитного поля замыкают цепь);
• Нормально замкнутые (наоборот, размыкают цепь);
• Переключающие (выполняют роль магнитоуправляемого переключателя).

По наличию ртути

• Сухие (безртутные);
• Ртутные.

По наполнению колбы

• Наполненные инертным газом;
• С вакуумным наполнением.

Наибольшая роль в обеспечении длительной работы геркона отводится месту примыкания контактов к колбе. При отсутствии герметичности устройство быстро выходит из строя.

Преимущества

• Значительный ресурс, обусловленный защитой контактов от окисления кислородом воздуха и крайне незначительным трением в процессе работы (более триллиона циклов);
• Миниатюрность (выигрывают в компактности у реле тех же характеристик);
• Можно осуществлять коммутацию слабых сигналов;
• Практически не искажают сигнал шумами;
• Скорости срабатывания выше, чем у реле;
• Высокое напряжение пробоя;
• Герметичность конструкции;
• Отсутствие необходимости в обслуживании;
• Цепи управления и коммутации независимы друг от друга и гальванически развязаны.

Недостатки

Другая положительная сторона - герметичность, оборачивается недостатком в виде хрупкости колбы. Герконы неустойчивы к сильным вибрациям.

При нагреве подвижного контакта выше точки Кюри происходит утрата намагниченности, что приводит к размыканию цепи, причем процесс принимает неустойчивый характер.

Коммутация имеет конечную скорость, что довольно критично для быстродействующих устройств.

Порой встречается залипание контактов. Этому есть два объяснения: деформация контактов при пропускании через них постоянного тока, приводящая к тому, что они цепляются друг за друга (один разрушается - другой восстанавливается), и их взаимное притирание.

Дребезг контактов

Отдельно стоит упомянуть и такое неприятное для цифровой техники (где, в основном, и используются герконы) явление как дребезг контактов. После замыкания наблюдается серия бесконтрольных актов потери и приобретения контакта.

Справедливости ради следует отметить, что такое поведение характерно для большинства механических коммутационных аппаратов. Подключив геркон напрямую к синхронному входу можно получить непредсказуемые результаты.

Меры, направленные против дребезга контактов:

• Добавка ртути (что чревато ее утечкой при разбитии колбы);
• Подключение через специальные электронные схемы;
• Использование демпфирующих фильтров (в отдельных случаях);
• Программные средства.

Последние реализуются следующими способами:

• Временная задержка;
• Подсчет вторичных коммутаций в течение определенного интервала времени;
• Вычисление длительности текущего состояния.

Очевидно, что подключить геркон своими руками - не самая легкая задача, если вы не владеете основами электротехники и электроники.

Применение

Герконы нашли применение в разнообразных устройствах позиционирования. К неподвижной части прикрепляют датчик на основе геркона, а к подвижной - магнит.

Сфера применения герконовых датчиков:

• Системы охранной сигнализации, контроля доступа;
• Снаряжение для работы под водой;
• Промышленные клавиатуры;
• Измерительные приборы (например, велосипедные спидометры);
• Взрывозащищенные устройства;
• Медтехника;
• Автоматическое грузоподъемное оборудование (лифты);
• Ноутбуки и нетбуки (датчик поднятия крышки).

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.

Изобретение герконов

Еще в 20-х годах минувшего столетия советским ученым Коваленковым было предложено реле с контактами, управляемыми магнитным полем. В середине 30-х некоторыми советскими и американскими учеными практически одновременно выдвинута идея о помещении подобного реле в запаянную стеклянную колбу. В 41м году началось производство герконов в США. Применялись они для телефонной связи.

В СССР производство началось гораздо позже: лишь в конце 50-х годов в Ленинграде. Также, как и в США, применение герметичным контактам нашли в оборудовании телефонных станций. С 65-го года герконы стали производить на рязанском заводе металлокерамических приборов (РЗМКП). По состоянию на 2015 год он является одним из крупнейших производителей этих устройств во всем мире.

Фото герконов

Содержание:

В системах автоматики и защиты широко применяются различные датчики. Они работают на разных физических принципах. Например, хорошо известны датчики движения, срабатывающие дистанционно. Но в некоторых случаях необходим контроль событий на малых расстояниях. Например, если на несанкционированное открывание контролируются окна и двери помещений. Для этих целей идеально подходят датчики – герконы, о которых и будет рассказано далее.

Особенности конструкции

Герметичный контакт, которым по сути является этот элемент, получил свое название от сокращения описывающего его словосочетания. По своей конструкции – это просто контакт в корпусе из стекла. Но поскольку электротехника – это наука о контактах, плохое качество которых является причиной многих неисправностей, геркон сконструирован, как супер-контакт.

Две контактные пластины из магнитомягкого материала в области соприкосновения покрыты специальным образом другими металлами для получения большого срока службы при сохранении минимального сопротивления. Их окружает инертный газ (обычно азот) под давлением. Таким образом на многие годы обеспечиваются стабильные условия, позволяющие выполнять за время службы миллион или более срабатываний.

В зависимости от назначения датчика для срабатывания геркона используются магнитные поля. Это может быть поле постоянного магнита, перемещающегося, например, вместе с дверью или окном относительно рамы, на которой закреплен геркон. Но и электромагнитное поле катушки, через которую питается обмотка электродвигателя, также приведет к срабатыванию геркона, если ток будет определенной силы.

Магнитное поле намагничивает контакты геркона, делая их разноименными магнитными полюсами. И если напряженность этого поля достигает некоторой предельной величины, полюсы-контакты слипаются между собой. В таком состоянии они будут до тех пор, пока напряженность магнитного поля не уменьшится до определенной величины. После этого контакты возвращаются в исходное положение.

Использование в охранных системах

Герконы, применяемые в охранных системах, выпускаются адаптированными для определенных материалов конструкций, на которых они устанавливаются. Это связано с тем, что материал основания, на котором крепится герконовый датчик, может оказывать влияние на магнитные поля, используемые для срабатывания геркона. Очевидно, что пластиковое окно или деревянная дверь совсем иначе взаимодействуют с магнитным полем в сравнении с металлической дверной решеткой.

Функционирование датчика схоже с магнитной защелкой. Все элементы, участвующие в процессе, расположены на двери (окне) и раме, иногда их называют герконовымы выключателями. К ним присоединены провода. Поэтому, если датчик установлен снаружи, это все видно и вовсе не украшает интерьер. К тому же, при попытке проникновения в помещение через дверь или окно с таким датчиком, злоумышленник видит его и может нейтрализовать, отключив тем самым сигнализацию в месте проникновения.

Если герконовый датчик устанавливается скрыто, магнитное поле ослабляется невозможностью приблизить магнит вплотную к нему. Поэтому такой геркон должен быть боле чувствительным, чем тот, который ставится открыто. Но скрытый датчик существенно надежнее, хотя и его при внимательном рассмотрении можно заприметить, если в целом допущены какие-либо промахи с проводами, проложенными к нему. По этой причине усиления защиты рекомендуется применять несколько датчиков для одной двери или окна.

Как усилить защиту

Стандартным вариантом является датчик, расположенный на раме, и магнит на створке окна или на двери. В закрытом состоянии магнит максимально приближен к геркону, который поэтому замкнут. При открывании магнит удаляется от датчика, цепь размыкается, и сигнализация срабатывает. Но даже в скрытом виде магнит, а соответственно и датчик, можно обнаружить. Ведь магнитное поле не скроешь. Используя обычный компас, злоумышленник может найти место расположения датчика.

Ему остается лишь закрепить в этом месте свой магнит, и после этого сигнализация не сработает. Чтобы не произошло подобного сценария, нужен либо еще один скрытый геркон, который замкнет цепь сигнализации при открывании окна или двери, либо иной принцип подмагничивания датчика. Если геркон будет замыкаться при открывании окна и злоумышленник не будет об этом знать, он также применит к нему дополнительный магнит. Усиление магнитного поля приведет к срабатыванию защиты.

Усовершенствованным вариантом защиты будет использование электромагнита. Напряжение заданной длительности, подаваемое на электромагнит, и такое же по времени электромагнитное поле приведут к периодическому срабатыванию датчика. Пока этот процесс будет идти, защита не активируется. Но при задержке импульса от геркона защита сработает. Для того чтобы подделать поле электромагнита, надо будет провести целое исследование. К тому же, повторяемость сигналов можно изменять случайным образом, а это исключает возможность их подделки.

Область применения

Охранная сигнализация – это не единственное предназначение герконов. Поскольку магнитное поле и электрический ток – взаимосвязанные явления, герконы можно использовать в системах автоматики для контроля силы тока. Постоянные магниты, перемещающиеся вместе с предметами или жидкостями, обнаруживаются герконами после срабатывания контактов. Тем самым можно определять присутствие того или иного предмета в заданном месте или контролировать уровень жидкости по магнитному поплавку.

Замыкание контактов геркона происходит от воздействия магнитного поля. И чем больше его напряженность, тем больше сила притяжения контактов. Но восстановление их исходного состояния происходит под воздействием сил упругости. Они невелики. Поэтому крайне важно не допустить перегрева контактов и их сваривания. Для этого необходимо в точности соблюдать режимы работы так, как указано в технической документации герконов. Тогда этот уникальный коммутатор прослужит много лет.