Герконовый датчик что это такое?

Принцип работы и технические характеристики герконовых датчиков

Для быстроты реакции охранной, противопожарной системы, установок экстренного оповещения и контроля применяется герконовый датчик. Элемент выявляет состояние объекта, появление дыма, пыли, предотвращает несанкционированный доступ.

1. Что такое герконовый датчик
2. Конструкция и внешний вид
3. Классификация герконов
4. Нормальное состояние контактов
5. Конструкция
6. Технические параметры
7. Принцип работы
8. Параметры прибора
9. Преимущества и недостатки
10. Подключение герконового датчика
11. Практическое использование в быту
12. Использование в охранных системах
13. Усиление защиты от несанкционированного проникновения
14. Нюансы применения герконов

Что такое герконовый датчик

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.

Конструкция и внешний вид

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.

Датчики с инертным газом или вакуумные модификации не подвергаются коррозии.

Классификация герконов

Принцип работы нормально-разомкнутого геркона

Герконовые переключатели подразделяются на виды по нескольким критериям.

Нормальное состояние контактов

• замкнутые – размыкание цепи происходит посредством магнитного поля;
• переключаемые/бистабильные — один контакт замыкается при воздействии поля, другой – если его нет;
• разомкнутые – геркон срабатывает в момент образования магнитного поля.

Принцип действия нормально-замкнутого геркона

Модели с переключаемыми контактами имеют 3 вывода.

Конструкция

Срабатывание переключающего геркона

Существуют такие датчики:

• гильзовые – стеклянная оболочка заполняется инертным газом либо воздухом;
• ртутные – для улучшения коммутации, снижения сопротивления и устранения вибраций контакты покрываются ртутью.

Гильзовые герконы имеют сухие контакты.

Технические параметры

В зависимости от технических характеристик бывают:

• Геркотрон – герконовое реле с изоляцией высоковольтного типа. Работает в сети под напряжением 10-100 кВ.
• Газакон – модификация, которая запоминает положение контактов после выключения магнитного поля.
• Герксикон – реле, с помощью которого активируется сигнализация и оборудование мощностью до 3 кВт. Отличается повышенным током коммутации и дугогасительными контактами.

Устройства могут заменить электромеханическое реле.

Принцип работы

Упрощеное изображение конструкции герконового реле

Принцип работы герконового датчика основывается на размыкании или замыкании сети, где он стоит, под воздействием электромагнитного поля. Напряжение магнитного потока определяет положение контактов. Поле генерируется постоянным или электрическим магнитом.

Внутренние контакты прибора намагничиваются в момент попадания под действие силовой линии. Притягивание элементов осуществляется под действием, преодолевающим силу упругости. Так происходит замыкание цепи. При подключении линии к источнику питания ток протекает через устройство.

Это состояние длится до момента прекращения воздействия силовой линии. Контакты размыкаются без магнитного поля. Для повторного замыкания понадобится вновь генерировать поле.

Геркон – это малогабаритный переключатель, работающий от силового воздействия магнитного потока.

Параметры прибора

Технические характеристики основных типов герконовых выключателей

Тип оборудования, к которому относится магнитный герконовый датчик – релейный. Перед его покупкой стоит учитывать следующие характеристики:

• Время срабатывания. Зависит от времени реакции на появление магнитного поля и не превышает 2 мкс.
• Сила магнитного поля. Чувствительность зависит от ферромагнетика и габаритов.
• Мощность коммутации. Предел передаваемой через геркон энергии с учетом материала и сечения контактов.
• Предельное напряжение. Определяет амплитуду сигнала выдержки аппарата.
• Сопротивление замкнутых контактов. При меньшей величине теряется меньше сигнальной мощности.
• Допустимый температурный режим эксплуатации. Зависит от производителя, но чаще всего элемент работает при температуре от -60 до +120 градусов.
• Частота. Срабатывание происходит на частоте до 1 мГц.
• Количество циклов коммутации. Определяет число срабатываний.
• Емкость контактов. Зависит от дистанции между площадками в разомкнутом положении.
• Физические габариты. Горизонтальный баллон может иметь от 4 мм в длину.

Емкость контактов – паразитный критерий.

Преимущества и недостатки

Малогабаритный геркон рассчитан на ток аналогичный стандартному реле

К положительным факторам применения герконов относятся:

• отсутствие дребезжания у модификаций с ртутными выводами;
• надежность – датчик не сломается при падении и превышает показатели стандартного реле в 100 раз;
• отсутствие рисков обгорания контактов, расположенных в вакууме или инертном газе;
• малогабаритный датчик рассчитан на ток, аналогичный стандартному реле;
• наличие гальванической развязки – устройства подключаются к сети последовательно;
• коммутация слабых сигналов;
• большое количество включений без трения;
• эксплуатация без привязки к источнику электричества.

Низкая стоимость приборов обусловлена отсутствие драгоценных и тугоплавких металлов в контактах.

К минусам эксплуатации герконов относятся:

• большой вес в сравнении с реле с открытыми контактами;
• необходимость генерации магнитного поля;
• не всегда выдерживают удары и вибрации;
• необходимость защиты от внешнего магнитного поля;
• сложность вывода контактов из замкнутого состояния;
• ограниченная скорость срабатывания.

При воздействии большого тока происходит самопроизвольное размыкание контактов.

Подключение герконового датчика

Схема управления освещением в прихожей

В комплекте с поплавковым датчиком поставляется документация, регламентирующая процесс подключения. Пошагово работают так:

1. Узел для создания магнитного поля устанавливается на подвижную часть.
2. Геркон фиксируется на неподвижной части конструкции.
3. Замыкание цепи. Подвижная часть должна примыкать плотно для воздействия магнитным полем катушки на контакты.
4. Получение информации об исправности установки.
5. Уведомление о нарушении целостности. Катушка прекращает воздействовать на геркон.

Устанавливать датчики можно скрытым или наружным способом на конструкциях из стали или магнитопассивного типа.

Практическое использование в быту

Герконы используются для защиты клавишных синтезаторов и промышленных установок от взрывов, увеличения сроков работы оборудования. Детали управляют механизмами, а датчик уровня поплавковый нужен для замера жидкости в резервуаре.

Герконы ставятся в телевизионную аппаратуру, отображают открытие или закрытие створок. Приборы совместимы с компьютерными или охранными системами – оповещают, закрыта ли дверь, окно.

В электронных счетчиках тока имеются герконовые датчики.

Использование в охранных системах

Простая домашняя сигнализация

Особенность геркона, внедряемого в охранный комплекс – адаптированность к материалу основания. Такой прием исключает влияние магнитного поля конструкции на магнитное поле, нужное для срабатывания устройства.

Датчик работает по принципу магнитной защелки. Выключатель устанавливается на дверной короб, раму, а затем к нему подключается кабель. Открытый способ монтажа обеспечивает просматриваемость устройства, но повышает магнитное поле. Для скрытой установки подходят только чувствительные модификации, реагирующие на магнит. В противном случае существуют риски взлома.

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.

Для электромагнита нужно напряжение определенной длительности.

Нюансы применения герконов

Применение геркона с магнитом

Перед использованием или установкой герконового датчика нужно учитывать:

• Прибор не совместим с источниками ультразвука, т.к. изменяет электрические параметры.
• Магнитное поле влияет на особенности выключателя.
• При ударе инертный газ разбалтывается, баллон может лопнуть.
• Переключатель не коммутирует большой ток по причине малой мощности сердечника.

Герконы не подходят для подключения мощной техники.

Миниатюрный герконовый датчик отличается быстродействием и рассчитан на 4-5 млрд срабатываний. Прибор совместим с нагрузкой низковольтной сети и функционирует без привязки к источнику электроэнергии.

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.

Видео по теме

Геркон: технические характеристики, принцип работы, примеры применения

Любые механические контакты подвержены износу. Чтобы уменьшить влияние этого деструктивного фактора, в первой половине прошлого века было разработаны магнитоуправляемые коммутационные устройства, контактная группа которых помещалась в вакуумную колбу. В СССР такие элементы получили название «Геркон», по сокращению от «герметизированный контакт», в англоязычной технической документации принято название «reed switch».

Давайте рассмотрим принцип действия этих устройств, конструкцию, основные характеристики, достоинства и недостатки. В завершении статьи будет приведена пара полезных схем, где используются герконы.

Внешний вид и особенности конструкции

Данные устройства представляют собой контактную группу, изготовленную на основе ферримагнитного материала, которая помещается в стеклянную колбу. Из нее откачен воздух (созданы условия максимально приближенные к вакууму), как вариант возможно наполнение инертным газом. Внешний вид устройства и его обозначение на принципиальных схемах представлены ниже.

А) внешний вид геркона; В) обозначение на принципиальных схемах

С конструктивным исполнением, можно ознакомиться на рисунке 2.

Конструкция геркона

Обозначение:

• А – выводы устройства.
• В – стеклянная колба.
• С – контактная группа.
• D – инертный газ или вакуум.

Разновидности

Коммутационные устройства данного класса принято разделять в зависимости от устройства контактной группы на следующие виды:

1. Элементы с нормально-разомкнутыми контактами (внешний вид такого устройства показан на рис. 1).
2. Элементы с нормально-замкнутым контактом.
3. С переключающимся контактом.

Помимо функциональных признаков, перечисленных выше, имеются и технологические, разделяющие герметичные коммутирующие устройства на две группы: сухие и ртутные. Отличительная особенность последних заключается в том, что внутри колбы содержится капля ртути. Она служит для «смачивания» контактной группы, это позволяет существенно снизить переходное сопротивление и вибрацию (дребезг) контактов при коммутации, что положительно отражается на качестве контакта.

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

Основные параметры

Свойства герметичных коммутаторов определяются механическими и электрическими параметрами. К первым относятся:

• N_max – число, указывающее максимально допустимое количество срабатываний без изменения основных характеристик.
• V_cp – величина отображающая интенсивность поля необходимую для реакции устройства. В технической терминологии данную характеристику называют магнитодвижущей силой.
• V_отп – величина соответствующая силе размыкания.
• t_cp — время, необходимое на срабатывание контактной группы.
• t_отп – интервал времени, необходимый на отпускание.
• Последние два параметра наиболее значимые из механических характеристик, поскольку описывают скорость коммутации.
• Теперь перечислим основные электрические характеристики:
• R_K – сопротивление между контактами в замкнутом состоянии.
• R_ИЗ – сопротивление разомкнутых контактов.
• U_ПР – напряжения пробоя, данная характеристика зависит как от предыдущего параметра, так и расстояния между группой контактов. Помимо этого на электрическую прочность влияет наполнение колбы.
• P_max – коммутируемая мощность.
• C_K – емкость, образуемая разомкнутыми контактами.

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.

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 (R_ИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (U_ПР), 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: t_cp — от 0,4 до 1,8 мс, t_отп – 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.

Примеры практического применения в быту

Как и было обещано в начале статьи, приводим пару полезных схем, в которых используются герконы. Начнем с универсального управления освещением в прихожей. Принцип работы заключается в следующем: при открытии входной двери автоматически включается свет, и спустя несколько минут выключается. При достаточном уровне освещения, свет в прихожей не включается.

Схема управления освещением прихожей

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 68 кОм, R2 – 33 кОм, R3 – 470 кОм, R4 – 10 кОм, R5 – 27 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 0,1 мкФ, С2 – 100 мкФ х 25 В, С3 – 470 мкФ х 25 В.
• Стабилитрон и диоды: VD1 – КС212Ж, VD2 и VD3 – КД522 (1N4148), VD4 – КД209 (1N4004).
• Транзисторы: VT1 и VT2 – ÌRF840.
• SG1 – любой обычный герконовый датчик, например, 59145-030.
• FR1 – фоторезистор, подойдет любого типа с сопротивлением на свету не ниже 8 кОм, в темноте – 120-180 кОм.
• Триггер D1 – К561ТМ2 (СD4013).

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R1, для выбора оптимального времени задержки отключения освещения.

Теперь рассмотрим схему простой домашней сигнализации, где в также используется типовой герконовый датчик для двери.

Простая домашняя сигнализация

Обозначения:

• Резисторы: R1, R2 и R3 – 100 кОм, R4 – 33 кОм, R5 – 100 кОм, R6 – 1 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 100 мкФ х 16 В, С2 – 50 мкФ х 16 В, С3 0,068 мкФ.
• Диоды и светодиод: VD1 и VD2 – КД522 (1Т4148), HL1 — АЛ307Б.
• Транзисторы: VT1 – КТ829, VT2 – К361.
• Микросхема: К561ЛА7.
• S1 – герконовый датчик 59145-030.

В качестве сирены используется звуковой оповещатель АС-10.

Питание схемы осуществляется от аккумулятора 12 В, емкостью 4 А*ч.

Что такое герконовый датчик и где он применяется?

Ни одна современная система охраны, контроля, пожаротушения, экстренного оповещения не может функционировать без применения датчиков, связывающих ее с окружающим миром. Датчики определяют наличие задымления, пыли в воздухе, движение объектов и еще множество других изменений.

Герконовый датчик по-прежнему используется во многих подобных системах благодаря своей надежности.

Что такое геркон

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

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.

Назначение и область применения

Герконовые датчики, несмотря на вытеснение их датчиками Холла, по-прежнему находят применение во многих устройствах и системах:

1. Клавиатуры синтезаторов и промышленного оборудования. Конструкция датчиков исключает возможность возникновения искры. Поэтому в первую очередь их применяют на взрывоопасном производстве, где присутствуют горючие испарения или пыль.
2. Бытовые счетчики.
3. Автоматические системы охраны и контроля положения.
4. Оборудование, работающее под водой или в условиях высокой влажности.
5. Телекоммуникационные системы.
6. Медицинское оборудование.

В системах безопасности применяются устройства, состоящие из геркона и магнита. Они сообщают об открытии или закрытии дверей.

Также применяются герконовые реле, состоящие из контактного датчика и проволочной обмотки. Такая система обладает некоторыми преимуществами: простота, компактность, влагостойкость, отсутствие движущихся деталей.

Используются герконы и в особых областях — это механизмы защиты от перегрузок и короткого замыкания высоковольтных и радиотехнических электроустановок. Также это высокомощные радары, лазеры, радиопередатчики и прочее оборудование, работающее под напряжением до 100 кВ.

Разновидности

В зависимости от нормального состояния контактов устройства разделяют на:

• замкнутые — цепь размыкается под воздействием магнитного поля;
• переключаемые — под воздействием поля замыкается один контакт, а при отсутствии поля — другой;
• разомкнутые — срабатывание геркона происходит при появлении магнитного поля.

В зависимости от конструкции датчики бывают:

• газовые — стеклянная гильза заполнена сухим воздухом или инертным газом;
• ртутные — на контакты, дополнительно наносится ртуть, которая способствует улучшению коммутации, минимизирует сопротивление и убирает вибрацию замыкаемых пластин.

Герконы по техническим характеристикам подразделяются на:

1. Герконы.
2. Газакон — устройство, обладающее функцией памяти. То есть положение контактов сохраняется после отключения магнитного поля.
3. Геркотроны — реле с высоковольтной изоляцией. Предназначено для работы в устройствах с напряжением от 10 до 100 кВ.
4. Герсикон — реле, предназначенное для управления оборудованием и автоматикой с мощностью до 3 кВт. Конструкция характеризуется увеличенным коммутационным током и наличием дугогасительных контактов.

Благодаря разнообразию конструкций герконы продолжают использовать во многих областях.

Принцип действия

Геркон по принципу работы схож с выключателем. Реле состоит из пары токопроводящих сердечников с зазором между ними. Они герметично запаяны в стеклянной колбе с инертной средой, исключающей процесс окисления.

Вокруг колбы размещается управляющая обмотка, питаемая постоянным током. При подаче питания обмотка генерирует магнитное поле, воздействующее на сердечники, и приводит к замыканию контактов между собой.

При отключении катушки от питания магнитный поток исчезает и контакты размыкаются пружинами. Надежность обеспечивается отсутствием трения между контактами, которые, в свою очередь, выполняют роль проводника, пружины и магнитопровода.

Особенностью герконового датчика является то, что на пружины реле в состоянии покоя не действуют никакие силы. Это позволяет им замыкать контакт за доли секунды.

Применяться могут и постоянные магниты. Такие устройства называют поляризованными.

Нормально замкнутые устройства имеют другой принцип функционирования. Под воздействием электромагнитной силы система магнитов заряжает сердечники одним потенциалом, заставляя их отталкиваться друг от друга, размыкая цепь.

Переключаемые герконы состоят из трех контактов. Один из них установлен стационарно и не магнитится, 2 других сделаны из ферромагнитного сплава. При наведении магнитного поля пара разомкнутых контактов замыкается, размыкая пару с немагнитным контактом.

Что такое геркон, как он работает и где применяется в быту

Внешне геркон больше напоминает советский германиевый диод. Человек, незнакомый с этой деталью, едва ли догадается, что этот крохотный предмет относится к классу реле. Но если присмотреться к содержимому и разобраться в том, какие бывают герконы, все вопросы исчезнут.

Что такое геркон

Геркон представляет собой разновидность реле. Слово «геркон» – это сокращение от слов «герметизированный контакт». В этом и заключается основная особенность этого электронного прибора.

Герметичный контакт

В обычных электромагнитных реле имеются подвижные и неподвижные металлические контакты. Между ними находится воздушный промежуток. При их замыкании или размыкании образуется электрическая дуга. В качестве проводника выступает воздух, находящийся между контактами. Образование дуги портит контакты и сокращает срок службы реле.

Геркон работает похожим образом, однако выводы находятся в среде инертного газа. По этой причине зажжение дуги невозможно. Следовательно, контакты герконового реле не подгорают, что увеличивает срок службы электронного прибора.

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.

Виды контактов

Герконы имеют схожую с другими видами реле классификацию. С точки зрения состояния контактов, существуют следующие модели:

1. С нормально замкнутыми контактами. Если поднести магнит, выводы прибора размыкаются.
2. С нормально разомкнутыми контактами. Если поднести магнит, выводы замкнутся.
3. С переключающимися контактами. Если магнит рядом, замкнута одна группа выводов. Если магнит убрать, первая группа сработает на размыкание, но замкнется вторая.

По устройству контактов герконы делятся на 2 вида:

1. С сухими контактами. Выполнены из твердого металла.
2. Со смоченными контактами. Внутри имеется капля ртути. Она уменьшает переходное сопротивление прибора и исключает дребезг контактов.

С точки зрения внутренней среды существует 2 типа приборов:

1. Внутри трубки находится инертный газ (обычно азот).
2. Внутри создана вакуумированная среда. Такой герконовый выключатель применяют в схемах с высоким напряжением, включая 220 вольт и выше.

Вакуумный геркон с ртутью

Принцип работы геркона

Контакты срабатывают под воздействием магнитного поля. Его источником обычно служит постоянный или управляемый электрический магнит.

Поле от магнита беспрепятственно проникает через стекло в герметичную полость. Попав внутрь, оно взаимодействует с металлическими контактами прибора.

Магнитное поле приводит их в движение, тем самым замыкая или размыкая электрическую цепь, подключенную к выводам детали. Поэтому, чтобы проверить работоспособность такого реле, достаточно поднести к нему любой магнит.

Принцип работы герконового датчика

На замыкание и размыкание контактов требуется некоторое время их намагничивания. Оно исчисляется единицами миллисекунд, поэтому на практике обычно не учитывается. В большинстве случаев допустимо считать, что геркон срабатывает сразу в момент попадания в магнитное поле.

Технические параметры выбора

При выборе следует учесть ряд технических характеристик этого прибора. К основным из них относятся:

• коммутационная способность по току;
• максимальное напряжение;
• напряжение пробоя промежутка между контактами;
• переходное сопротивление контактов;
• предельная мощность нагрузки, которую можно подключить к выводам герметизированного контакта;
• время замыкания и размыкания прибора;
• напряженность поля, при которой сработает геркон.

Дополнительная информация! Переходное сопротивление контактов способно увеличиваться по мере их выработки. Также оно зависит от силы магнитного поля, действующего на геркон, и его положения в пространстве.

Как управлять герконом

Герконы замыкают (размыкают) контакты при воздействии магнитного поля. В качестве источника поля обычно служит постоянный или электрический магнит.

Если речь идет о постоянном магните, то геркон находится в замкнутом состоянии, когда магнит рядом. Если отвести его в сторону на 5-7 мм, контакты прибора разомкнутся.

В случае с электрическим магнитом ничего двигать не надо. Трубка геркона располагается внутри катушки электромагнита. Когда на него подается напряжение, образуется магнитное поле. Оно удерживает выводы в замкнутом состоянии. Если с электромагнита убрать напряжение, поле пропадет, и выводы разомкнутся.

Электромагнитный выключатель с герконом

Достоинства и недостатки

Как и любые электронные компоненты, герконы имеют достоинства и недостатки. Преимущества:

• повышенная износоустойчивость;
• компактные габаритные размеры относительно обычных реле;
• отсутствие собственных шумов и искажений сигналов;
• контакты изолированы от пыли внешней среды.

• неспособность работать в условиях посторонних магнитных полей;
• самопроизвольное размыкание и залипание контактов при больших токах;
• хрупкость, непереносимость вибраций;
• повышенный дребезг контактов из-за их упругости.

Расшифровка маркировки

На принципиальных электрических схемах геркон имеет обозначение круга с нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми контактами. Символ напоминает обыкновенную кнопку, заключенную в окружность.

В технической документации геркон имеет маркировку из букв и цифр. Для обозначений большинства подобных приборов справедливо следующее:

• 1-й символ – наименование детали (МК – магнитоуправляемый контакт);
• 2-й символ – тип контактов (А – замыкающие, В – размыкающие)
• 3-й символ – буква «Р» указывается только на приборах со ртутью;
• 4-й символ – длина колбы в миллиметрах (двухзначное число);
• 5-й символ – функциональная особенность прибора (1 – малой и средней мощности, 2 – повышенной мощности);
• 6-й символ – порядковый номер разработки.

Система обозначений герконовых реле

Для примера можно разобрать модель МКА-14103:

• МК – магнитоуправляемый контакт;
• А – замыкающий;
• буква «Р» отсутствует, значит без ртути;
• 14 – длина колбы 14 мм.
• 1 – малая или средняя мощность;
• 03 – порядок разработки (бесполезен на практике).

Простые примеры использования в быту

Геркон – простая деталь, поэтому радиолюбители охотно собирают на ней различные устройства своими руками. Ниже приведены 3 популярных решения, которые реализуются с помощью этой детали:

1. Сигнализация. На двери закрепляется потайной магнитик (желательно использовать неодимовый). На облицовке устанавливается геркон двери. Крепить нужно так, чтобы при открытом проходе выводы геркона размыкались, а при закрытом — замыкались. В результате состояние двери преобразуется в электрический сигнал. Его можно преобразовать и в звук сигнализации.
2. Самодельный бортовой компьютер на велосипед. В данном случае магнит устанавливается на колесо или ведущую звездочку велосипеда. Геркон фиксируется на раме «железного коня». Чем выше скорость движения велосипеда, тем чаще магнит оказывается в непосредственной близости от детали. С помощью схемы на микроконтроллере данные импульсы можно преобразовать в текущую скорость велосипеда или посчитать пройденное за день расстояние.
3. Использование в качестве концевого выключателя на подвижных механизмах (например, на автоматических воротах).

Дополнительная информация! Электронная промышленность также выпускает герконы для охранной сигнализации. К таким устройствам любительского класса относится беспроводной датчик открытия двери ALD01. В профессиональных системах используются врезные герконы, которые не привлекают внимания. Они позволяют скрыть факт действия извещателя.

Принцип работы геркона основан на его взаимодействии с магнитным полем. Если поднести к геркону намагниченный предмет, его выводы замкнутся. А если поместить эту деталь в поле управляемого электрического магнита, то получится реле с повышенной износоустойчивостью.

Выбирать данный прибор следует исходя из предельно допустимого тока и напряжения. Одновременно необходимо учесть и условия эксплуатации. Такие устройства, как электромагнитный замок домофона, находящийся вблизи геркона, способны влиять на его работу.