Геркон требования

Геркон требования

— нажимать на выводы геркона, подвергать их ударам и другим действиям, которые могут привести к повреждению стеклянного баллона, заполненного ртутью;
— хранить реле и герконы в общедоступных местах, а также вблизи нагревательных и отопительных приборов.

6.3.3. Все работы (внешний осмотр, сортировка, измерение параметров, монтаж, демонтаж) с герконами должны производиться в эмалированных поддонах, исключающих растекание ртути. Нахождение герконов с ртутным наполнением в эмалированных поддонах допускается только на время выполнения работ по их проверке и замене.
6.3.4. Работа по проверке и замене герконов должна производиться в защитных очках (масках) или за специальным экраном, обеспечивающим защиту лица и глаз работника при повреждении стеклянного баллона с ртутью.
6.3.5. При пайке выводов геркона не следует допускать их перегрева. Запрещается зажимать геркон за выводы и прикладывать к ним усилия, действующие на изгиб.
6.3.6. При обнаружении разлива ртути необходимо:

— принять меры по предотвращению переноса ртути на обуви, прекратив доступ к месту разлива;
— собрать ртутные капли с помощью железного эмалированного совка или резиновой груши и перенести в сосуд из толстостенной стеклянной посуды, предварительно заполненной подкисленным раствором марганцовокислого калия;
— убедиться путем тщательного осмотра в полноте сбора ртути, в том числе из щелей и углублений.

6.3.7. После того, как ртуть будет собрана, загрязненные места, инструмент, оборудование с помощью кисти необходимо обильно (0,5 — 1 л/м) обработать 0,2% подкисленным раствором марганцовокислого калия или 20% раствором хлорного железа (200 г на 1 литр воды), оставить раствор на загрязненном месте на 4 — 6 часов.
6.3.8. Стеклянный бой и загрязненные ртутью части аппаратуры необходимо обезвредить подкисленным раствором перманганата калия в течение одного часа в толстостенных стеклянных сосудах, а затем вымыть мыльным раствором.
6.3.9. Все работы по сбору ртути и демеркуризации необходимо проводить в резиновых перчатках и респираторах. После окончания работы инвентарь необходимо обработать и хранить в отдельном ящике.
6.3.10. После окончания работы необходимо тщательно вымыть лицо и руки теплой водой с мылом, прополоскать рот 0,025% раствором марганцовокислого калия.
6.3.11. Работодатель должен организовать исследование содержания паров ртути в помещении, где произошел разлив ртути, силами аккредитованной лаборатории.
6.3.12. Отработанную ртуть необходимо хранить в толстостенных стеклянных сосудах с притертыми пробками под слоем марганцовокислого калия. Запрещается выливать отработанную ртуть в канализацию.
6.3.13. Герконы с поврежденными стеклянными баллонами, загрязненная бумага и ветошь должны складываться в отдельные полиэтиленовые пакеты, которые необходимо хранить в емкостях с плотно закрывающимися крышками до их утилизации в установленном порядке. Для этой цели должно быть отведено специальное помещение.
6.3.14. Работодатель должен организовать сдачу неисправных ртутьсодержащих герконов в специализированные организации, производящие их утилизацию.

6.4. Требования охраны труда при работе с паяльником

6.4.1. При производстве паяльных работ с использованием припоя, содержащего свинец, необходимо руководствоваться Межотраслевыми правилами по охране труда при проведении работ по пайке и лужению изделий [62].
6.4.2. Пайку малогабаритных изделий в виде штепсельных разъемов, наконечников, клемм и других аналогичных изделий необходимо производить, закрепляя их в специальных приспособлениях, указанных в технологической документации (зажимы, струбцины и другие приспособления).
6.4.3. Производить пайку в помещениях повышенной опасности следует паяльником с напряжением не выше 50 В. Подключать паяльник к питающей электрической сети следует через изолирующий трансформатор.
Пайку паяльником в особо опасных помещениях и наружных установках следует производить паяльником с напряжением не выше 12 В.
6.4.4. Паяльник, находящийся в рабочем состоянии, необходимо устанавливать в зоне действия местной вытяжной вентиляции на огнезащитные подставки, исключающие его падение.
6.4.5. Для обеспечения безопасности и удобства при проведении паяльных работ и перемещении изделий следует применять специальные инструменты (пинцеты, клещи или другие инструменты).
Сборку, фиксацию, поджатие соединяемых элементов, нанесение припоя, флюса и других материалов на сборочные детали следует проводить с использованием специальных приспособлений или инструментов, указанных в технологической документации.
6.4.6. Для предупреждения работников о возможности поражения электрическим током на рабочем месте пайки должны быть вывешены предупреждающие надписи, плакаты и знаки электробезопасности.
6.4.7. Рабочие поверхности столов, где выполняются работы с паяльником, должны покрываться гладким, легко очищаемым материалом.
6.4.8. Использованные при пайке паяльником салфетки и ветошь должны собираться в специальную емкость с плотно закрывающейся крышкой, удаляться из помещения по мере их накопления в специально отведенное место.
6.4.9. При использовании паяльных станций дополнительно следует руководствоваться требованиями по технике безопасности, изложенными в РЭ на конкретные модели.

7. Требования охраны труда при техническом обслуживании
устройств и систем механизированных и автоматизированных
сортировочных горок

7.1. Работы по техническому обслуживанию и ремонту горочных устройств должны производиться не менее чем двумя работниками при предоставлении технологического «окна» или в свободное от роспуска составов и маневровых передвижений время.
7.2. Запрещается производить работы на вагонных замедлителях, централизованных стрелках, светофорах и других горочных устройствах (путевых трансформаторных ящиках, кабельных стойках, перемычках, скоростемерах, весомерах, педалях), находящихся на железнодорожных путях или в непосредственной близости от них, во время роспуска состава с сортировочной горки, прохождения локомотивов или подачи через зону работ составов из подгорочного парка.
7.3. При оповещении по парковой громкоговорящей связи ДСПГ или подаче специального звукового сигнала о предстоящем роспуске вагонов, прохождении локомотива или передвижении состава из подгорочного парка через зону работ работающие на напольных горочных устройствах обязаны:

— немедленно прекратить работы;
— расположить инструмент, материалы и запасные части с учетом габарита приближения строений;
— отойти на безопасное расстояние или в заранее определенное безопасное место.

Измерение основных электрических параметров

ГОСТ 25810 КОНТАКТЫ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ Методы измерения электрических параметров

Электрические параметры герконов следует измерять при нормальных климатических условиях, в режимах и условиях, установленных в технических условиях на герконы конкретных типов.

При проведении измерений должны быть приняты меры к устранению влияния паразитных внешних магнитных и электри­ческих полей или к их уменьшению, а также не должна возникать вибрация гер­конов, вызывающая изменение параметров.

При измерении электрических параметров геркон должен управляться измерительной катушкой без ферромагнитных мате­риалов. Требования к измерительной катушке и положение геркона в ней должны соответствовать установленным в ТУ на герконы конкретных типов.

Измерение магнитодвижущей силы срабатывания, отпускания и коэффициента возврата

Погрешность измерения.за счет влияния внешних элек­трических и магнитных полей не должна превышать 0,5А и не должна быть более 2%.

МДС срабатывания определяют по значению тока, про­текающего через измерительную катушку в момент срабатывания геркона. МДС отпускания определяют по значению тока, проте­кающего через измерительную катушку в момент опускания гер­кона. Коэффициент возврата определяют как отношение МДС от­пускания к МДС срабатывания.

Момент срабатывания и опускания герконов под воз­действием управляющего магнитного поля определяют методом контроля состояния цепи геркона. При определении МДС срабатывания и МДС отпускания через контакт-детали геркона должен проходить постоянный ток

МДС срабатывания и МДС отпускания измеряют на установке:

МДС срабатывания и МДС отпускания геркона изме­ряют при плавном измерении тока в измерительной катушке. Ток в катушке повышают со скоростью не более 5 А-мс -1 до значения, обеспечивающего МДС, равную МДС насыщения; МДС насыщения равно 2,2 значения наибольшего МДС срабатывания для группы герконов. При МДС насыщения геркон выдерживают в течение времени tH, равному не менее 20 мс.

Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5А-мс -1 до значения, обеспечивающего МДС, равную МДС удерживания. Далее со скоростью не более 1 А-мс -1 до отпускания геркона. Момент отпускания фиксируют. Ток в катушке уменьшают со скоростью не более 5 А-мс -1 до нулевого значения. Геркон выдерживают без тока в катушке в течение времени не менее 20 мс.

Ток в катушке повышают со скоростью не более 5 А ; мс -1 от нулевого значения до значения, обеспечивающего МДС несраба­тывания. Переходят к скоросте не более 1 А-мс -1 до срабатывания геркона. Момент срабатывания фиксируют. При несрабатывании геркона тока в катушке повы­шают до максимального значения МДС срабатывания для данной группы герконов. Если последним измеряемым параметром является МДС, то ток в катушке скачком уменьшают до нулевого значения или про­должают измерение следующего параметра.

МДС (А) определяют по формуле: МДС = Iкат · Nкат

где Iкат — ток через катушку в момент фиксации срабатывания/отпускания; N — число витков измерительной катушки (5000).

Коэффициент возврата определяют по формуле:

Кв = МДС отп / МДС сраб

Относительная погрешность измерения МДС срабатывания и МДС отпускания не должна выходить за пределы ±1 А при из­мерении МДС до 20 А, ±2 А — от 20 до 80 А и ±5% —свыше 80 А с вероятностью не менее 0,95.

Измерение временных параметров

Временные параметры, определяют измерением интерва­лов времени в соответствии с временными диаграммами срабатывания и отпускания геркона.

Генератор прямоугольных импульсов тока должен обеспечивать на выходе одиночные импульсы или серию импуль­сов с длительностью фронтов, измеренных между уровнями 0,1 и 0,9 их амплитуды, не более 50 мкс на активной нагрузке и ампли­тудой, обеспечивающей в измерительной катушке рабочую МДС. Измеряют интервалы времени срабатывания и отпускания. При измерении времени дребезга не учитывают разрывы цепи менее 10 мкс.

Другие статьи:  Послеродовое пособие на второго ребенка

Измерение электрического сопротивления

Сопротивление геркона измеряют при замкнутых кон­такт-деталях с помощью четырехпроводного подключения (токо­вого и потенциального) приборами непосредственного отсчета или методом вольтметра-амперметра на постоянном токе. Измерение сопротивления геркона проводят на уста­новке, электрическая структурная схема которой приведена ниже:

G — источник тока; PV1, PV2 — милливольтметры; RK — калибро­ванный резистор; Е — испытуемый геркон.

Источник тока G должен удовлетворять следующем требованиям: обеспечивать ток в цепи гер­кона не более 0,1 А с погрешно­стью в пределах ±2,5%; иметь максимальное напряже­ние на разомкнутом герконе не более 6В.

Измерение влияния внешних электромагнитных полей

Измерительную катушку с герконом располагают в пространстве в трех взаимно перпендикулярных положениях и измеряют МДС срабатывания в каж­дом положении в двух направлениях (при втором измерении катушка распо­ложена так, что ее продольное поле повернуто на 180°).

Из полученных значений выбирают большее и меньшее. Разность между ними не должна превышать 0,5 А и быть не более 2%.

Технические характеристики прибора МКС – 17103

2.1 Требования к электрическим параметрам и режимам эксплуатации

Электрические параметры геркона при приемке и поставке и режимы их измерения при всех видах воздействующих факторов должны соответствовать нормам, приведенным в таблице 1:

Применение: управляемые контакты реле, магнитные переключатели, различные датчики в бытовой, промышленной и специальной аппаратуре.

Герконы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 19150 и требованиям, установленным в соответствующих разделах ТУ.

Геркон МКС-17103 всеклиматического исполнения с МДС срабатывания от 10А до 25А.

Пример условного обозначения при заказе: Геркон МКА-17103 СЯ4.830.035ТУ

2.2 Технические требования

· Внешний вид геркона должен соответствовать образцам внешнего вида, отобранным и утвержденным в порядке, установленном РД 11 070.001;

· Масса геркона должна быть не более 0,19г;

· Минимальное расстояние от баллона геркона до места пайки должно быть 3мм;

· Скорость утечки гелия должна быть не более 2*10 -8 м 3 *Па/с;

· Покрытие выводов геркона в соответствии с конструкторскими чертежами;

· Верхняя частота диапазона, в которой должны отсутствовать резонансные частоты, 2500 Гц;

· Удельная материалоемкость геркона должна быть не более

Предельно допустимые значения электрических параметров режимов эксплуатации герконы должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 3.

2.3 Требования по стойкости к внешним воздействующим факторам

Герконы должны быть стойкими к воздействию механических, климатических и биологических факторов.

· Повышенная рабочая температура среды у баллона геркона +125С

· Пониженная рабочая температура среды -60С

· Герконы должны быть стойкими к воздействию смены температуры от -60 до +125С

2.4 Требования по надежности

Интенсивность отказов λэ не более 1·10 -7 сраб -1 при доверительной вероятности Р=0,6.

95%-ый срок сохраняемости герконов не менее 12 лет. МДС рабочая в 1,5 раза выше максимальной МДС срабатывания.

3. Основные области применения герконов

В промышленной автоматике достаточно широко распространены устрой­ства с магнитоуправляемыми контактами. Герконы все больше используются в квазиэлектронных автоматических телефонных станциях (АТС) как в цепях управления, так и в коммутационных полях для создания разговорных трактов, в автоматике, телемеханике, вычислительной технике, измерительных приборах. Герконы превратились в универсальные коммутационные элементы, пригодные для применения в реле, переключателях, распределителях, программно-времен­ных устройствах, преобразователях разного рода, цифровых устройств, устрой­ствах защиты цепи, датчиках, логических элементах и т. д.

Они пригодны для выполнения самых различных функций, что объясня­ется такими их достоинствами, как:

1.большой срок службы при высокой надежности;

2. малое и стабильное электрическое сопротивление в замкнутом состоя-
нии (0,05 — 0,2);

3. малая мощность управления (50- 150 мВт);

4. высокое сопротивление изоляции ;

5. высокая механическая устойчивость;

7. устойчивость к кратковременным перегрузкам по току и напряжению;

8. высокая радиационная устойчивость;

9.большой диапазон рабочих температур (от -60 до +150 С);

10. малая себестоимость;

11.малая емкость между разомкнутыми контактами (0,1-1 пФ).

К недостаткам герконов следует отнести малые коммутируемые токи, ма­лое число контактных групп в одном баллоне, наличие вибрации контактов при замыкании, большой уровень наводимых помех, небольшое для большинства ти­пов пробивное напряжение между контактами, подверженность воздействию внешних магнитных полей, зависимость параметров отпускания от коммутируе­мого тока, хрупкость стеклянного баллона.

За последние годы изменения в элементной базе современной радиоэлек­троники приводят к изменению номенклатуры выпускаемых герконов, измене­нию структуры рынка сбыта герконов, практически не влияя на общий объем мирового производства герконов. Например, переход на электронные телефонные станции привел к резкому сокращению использования герконов в телефонии. Но в тоже время расширились области их применения в автомобилестроении и самолетостроении, в бытовой технике и станкостроении. В современных автомобилях Honda, Toyota и др. в настоящее время используется от 30 до 100 различных датчиков на герконах. Для сравнения – в автомобилях ВАЗ не более 4-8 шт. В качестве рынка сбыта новых герконов рассматриваются как традиционные отрасли применения (за счет улучшения технических характеристик), так и новые, такие, как медицина (геркон МКА – 07101), авиация (датчики и реле на базе МКС – 27701), силовая электроника ((реле на герконах МКА – 36201, МКА – 40142).

Дата добавления: 2015-09-13 ; просмотров: 9 ; Нарушение авторских прав

Школа электрика

Герконы: типы, устройство, особенности монтажа и эксплуатации

Контактная система всегда была наиболее проблемной частью электромагнитного реле из-за недостаточной надежности. Главный недостаток – механическая часть, которая не обеспечивала достаточную скорость переключения. Кроме того, трущие части приводили к быстрому износу контактов, что приводило к отказу реле. Избавиться от большинства недостатков, характерных для электромагнитных реле, удалось после создания магнитно управляемых реле – герконов.

Геркон (слово составлено из двух частей — герметизированный контакт) – это герметизированный переключатель на основе пружинных контактов, изготовленных из ферромагнитного материала. Работа геркона основана на применении сил взаимодействия, которые возникают между двумя феромагнитными телами при помещении их в магнитное поле. Эти силы вызывают деформацию и перемещение пружинных контактов до их соприкосновения. При достижении магнитного поля (создаваемого постоянным магнитом или электромагнитом) определенного значения напряженности незакрепленные концы пружины (обычно изготавливаемые из пермаллоевой проволоки), которые находятся друг от друга на расстоянии в десятые или сотые части миллиметра, начинают притягиваться и замыкают контакт. Если напряженность уменьшается, под действием упругой силы пружины концы принимают исходное положение – таким образом контакт размыкается.

Рис. 2. Принцип работы геркона

Историческая справка. Первые прообразы современных герконов были опробованы в Петербурге в 1922 году в лаборатории профессора В.Коваленкова и были закреплены в СССР авторским патентом №466.

Рис. 3. Магнитоуправляемый контакт, изобретенный профессором В. Коваленковым

Конструкция представляла собой сердечник (3), изготовленный из магнитомягкого материала.. К нему через изоляционные прокладки (5) прикреплялись контакты (1,2), изготовленные из аналогичного магнитомягкого материала. Когда через катушку (4) пропускался электроток, в сердечнике (3) инициировалось магнитное поле, намагничивавшее контакты (1,2), которые и замыкались. При прекращении подачи через катушку электротока контакты размыкались, возвращаясь в исходное состояние. В 1936 году американский инженер В. Элвуд поместил магнитоуправляемый контакт в герметизирующую оболочку. Уже с начала 40-х годов герконы начинают активно использоваться в качестве датчиков, но особенно широко они стали использоваться с конца 40-х годов. Именно тогда компания Western Electric задействовала герконы для создания автоматических телефонных станций (кстати, в центральном офисе компании герконы используются и сегодня). Максимум развития и использования герконов приходится на 60-70-е года прошлого столетия, когда они оказали огромное влияние на развитие телекоммуникационных технологий. Совершенствование технологии производства позволило существенно миниатюризировать устройство – сегодня средний размер геркона составляет 6 мм ( в конце прошлого века этот показатель равнялся 50 мм). Несмотря на развитие полупроводниковой элементной базы, герконы остаются востребованы во всех отраслях – измерительном и тестовом оборудовании, телекоммуникационной аппаратуре, теле- и радиоаппаратуре, медицинской электронике, системах безопасности, автоматике и т.д. Ежегодный объем производства и продажи герконов на мировом рынке составляет порядка 1 млрд. изделий.

Устройство геркона

Основа геркона – две ферромагнитные пластины, которые обычно изготавливают из никеля и стали. Пластины размещаются в герметической стеклянной капсуле так, чтобы они взаимно перекрывались, но при этом между ними оставался незначительный воздушный зазор. Под воздействием магнитного поля пластины замыкаются. Контактная область имеет гальваническое или напыленное покрытие, выполняемое из очень стойких металлов – рутения или родия. Ниже приведены структуры слоев, которыми покрываются контакты.

Рис. 5. Структура покрытия контактов рутением

Рис. 6. Структура покрытия контактов иридием

Родий и иридий – металлы, очень устойчивые к эрозии. Они обеспечивают длительную эксплуатацию контактов, если при этом не осуществляется коммутация очень мощной нагрузки. В полости капсулы обычно содержится инертный газ или азот. Для того, чтобы повысить потенциал коммутируемого напряжения , в некоторых типах герконов в капсулах создается вакуум.

Управление герконом может осуществляться двумя способами:

Рис. 7. Геркон, управляемый магнитным полем

Наиболее простой, а поэтому – и распространенный способ управления герконом. Например, при линейном перемещении магнита, используемого в охранных сигнализациях. Магнит закрепляется на двери, геркон срабатывает, когда дверь находится в закрытом состоянии. При открытии дверей магнит удаляется, поле ослабевает, контакт размыкается – сигнализация срабатывает. До начала 90-х в клавиатурах разнообразных электро-вычислительных систем использовался метод перекрытия шторкой магнитного поля, который был вытеснен более прогрессивными технологиями, хотя в промышленных клавиатурах, где основными требованиями выступают взрывобезопасность и долговечность, метод используется и сейчас

Другие статьи:  Кто оплачивает штраф выписанный на должностное лицо

катушкой с постоянным то ком

Рис. 8. Геркон, управляемый катушкой

Этот метод наиболее востребован для получения герконовых реле, отличающихся довольно простой конструкцией. Геркон просто помещается внутри катушки, подключенной к току. Такая конструкция позволяет избавиться от дополнительных рычажков и пружинок, имеющихся в обычных электромеханических реле. Единственный недостаток в таком решении – контактных групп довольно не много. Если катушка выполнена из достаточно толстого провода, который способен пропускать ток больших значений, то получается токовое герконовое реле. Такое реле активно использовалось в роли датчика для системы безопасности, защищающей мощные источники постоянного тока от перегрузок. Для обеспечения точной настройки уровня, при котором будет происходить срабатывание геркона, используется резьбовой механизм, позволяющий геркон плавно переместить вдоль оси катушки.

Воздействие магнитного поля на геркон подробно рассмотрено на видео:

По типу работы герконы различают:

замыкающие (нормально разомкнутый – при отсутствие магнитного поля контакты разомкнуты, еще обозначается 1 Form А – однонаправленная однополярная SPST-группа контактов)

Рис. 9. Схема замыкающего геркона

переключающие (многонаправленный переключатель, переключающий контакт, 2 Form A, однонаправленное двуполярное реле DPST)

Рис. 10. Схема переключающего геркона

размыкающие (нормально замкнутые – при отсутствие магнитного поля контакты замкнуты, обозначается 1 Form B)

По технологически-конструктивным признакам герконы подразделяют на группы:

с сухими контактами – такого типа герконы называют еще «сухими герконами». Их устройство и особенности работы подробно описаны выше

с ртутными контактами – герконы такого типа принято называть «ртутными герконами». В них кроме контактов внутри стеклянного герметичного корпуса находится дополнительно капелька ртути. Её назначение – смачивать контакты во время их срабатывания. Этим снижается переходное сопротивление, как результат – улучшается качество контакта, исчезает дребезг контактов.

Герконы: достоинства и недостатки

Широкое применение герконов в радиотехнике обусловлено целым рядом характерных для этого типа устройств преимуществ:

простота конструкции позволила значительной уменьшить габариту и массу геркона, в свою очередь компактность значительно расширила область его применения

высокое быстродействие – для различных типов значение диапазона скоростей срабатывания находится в пределах 100- 300мс, что делает возможным использование герконых реле на высоких частотах коммутации (несущая частота может достигать 7ГГц)

полная герметичность – с одной стороны, позволяет применять герконы в неблагоприятных для электроэлементов средах (запыленность, повышенная влажность), с другой – использовать герконы во взрывоопасных средах, топливно-горючих смесях, маслах, вакууме

Рис. 11. Датчик открытия на основе геркона

межконтактный промежуток имеет высокую электрическую прочность – значение сопротивления изоляции контактов составляет порядка 1015Ом

использование герконов (герконовых реле) позволяет обеспечить гальваническую развязку цепей управления и коммутируемых цепей

долговечность – контакты герконов устойчивы к влажности и обгоранию. Кроме того, в них полностью отсутствует механические элементы, что резко увеличивает их ресурс. Кроме того, нахождение контактов в стеклянном, полностью герметичном баллоне, заполненном химически инертными газами (смесь водорода и азота или чистым азотом) препятствует окислению контактов

надежная и стабильная работа устройства в большом диапазоне температур: от -60 до +120°С

Ниже в таблице приведены сравнительные характеристики различных типов реле: электромеханических, полупроводниковых (твердотельных) и герконовых:

Руководство по применению датчиков Холла и герконов

В предыдущей статье обсуждалась важность фокусирования на всей конструкции системы, а не на конкретном компоненте магнитной схемы. В тех системах, где требуются специальные датчики, необходимо, чтобы конструктор определил факторы окружающей среды, механического воздействия, электрические и магнитные параметры всей системы, чтобы можно было выбрать датчик, который соответствует этим условиям эксплуатации.

Как уже упоминалось в первой статье, между разработчиком, производителем и потребителем должна поддерживаться четкая и прямая связь, чтобы рабочие требования ко всем датчикам и системе в целом могли быть четко определены и были понятны всем вовлеченным сторонам. Без такой постоянной связи мало шансов, что будет спроектирована надежная система, которая будет функционировать как нужно. И, наоборот, при хорошей коммуникации в проектной группе на протяжении всего процесса может быть разработана надежная схема, которая соответствует всем известным требованиям.

В этой статье будет рассмотрен вопрос, как выбрать технологии магнитных датчиков для аналоговых и цифровых приложений. В ней также определяются и описываются преимущества герконовых датчиков и датчиков Холла с приведением примеров приложений с микропроцессорным управлением, которые используют эти датчики.

Цифровые датчики: высокая надежность в дискретных приложениях

Во многих приложениях используется цифровой выход для определения, находится ли объект в определенной позиции. Например, датчик может быть использован для проверки наличия защитного ограждения на механизме. Если ограждение находится на своем месте, машина работает. Если же это не так, машина работать не будет. В этом типе дискретного приложения требуется цифровой выход. В приложениях с магнитными датчиками исключительную надежность обеспечивают следующие цифровые датчики:

Герконовые датчики: преимущества и применение

Герконовый датчик представляет собой электрический ключ, который для работы не требует питания, в отличие от интегральной схемы. Выводы заводятся в герметизированную стеклянную колбу, в которой находятся контактные пластины. В результате ключ в герконе обладает высокой надежностью, поскольку он не подвержен влиянию влаги или других факторов окружающей среды. Поэтому контакты не будут окисляться и с нагрузками логического уровня будут продолжать работать в течение миллионов циклов.

Герконовые датчики очень популярны среди приложения с питанием от батареи. Они используются в автомобильных составляющих безопасности, например, обнаружение защелкивания застежки ремня безопасности и обнаружение столкновения. Поскольку герконы могут переключать нагрузки и постоянного, и переменного напряжения, их часто выбирают для цифровых приложений типа «вкл/выкл», например, детектирование закрытия/открытия двери в системах безопасности и в бытовой технике.

Например, дверь холодильника использует геркон для определения закрытия двери. Магнит крепится к двери, а герконовый датчик закрепляется на неподвижной раме, скрытой за внешней стенкой холодильника. Когда дверь открыта, герконовый датчик не может обнаружить магнитное поле, что заставляет включиться светодиодную лампу. Когда дверь закрывается, датчик обнаруживает соответствующее магнитное поле, и светодиод выключается. В этом приложении микроконтроллер внутри блока управления получает сигнал от геркона, а затем включает или выключает светодиод.

Рисунок 1 – Геркон в двери холодильника используется для включения и выключения светодиода

Цифровые датчики Холла: преимущества и применение

Цифровые датчики Холла используют полупроводниковые приборы и их выходное напряжение изменяется в зависимости от изменения магнитного поля. Эти датчики объединяют в семе чувствительный элемент с эффектом Холла и электрическую схему, обеспечивающую цифровой выходной сигнал типа «вкл/выкл», что соответствует изменению магнитного поля без использования каких-либо движущихся частей. Использование датчика на основе эффекта Холла ограничено приложениями с низкими постоянными напряжением и током. В отличие от геркона, устройство на основе эффекта Холла содержит в себе активную схему, поэтому оно потребляет небольшое количество тока в любое время.

Цифровые датчики Холла обеспечивают высокую надежность и для точных требований к измерениям могут быть запрограммированы на активацию при заданной величине магнитного поля.

Эти датчики очень популярны в высокоскоростных измерительных схемах таких бытовых машин, как стиральные машины и сушилки. В этом применении вращающийся 16-полюсный кольцевой магнит активирует чип датчика Холла при каждом прохождении красного (северный полюс) сегмента и деактивирует его при каждом прохождении белого (южный полюс) сегмента, что дает очень точный сигнал, соответствующий скорости. Цифровые датчики Холла особенно полезны в автомобильных приложениях безопасности, таких как определение защелкивания застежки ремня безопасности и определение скорости зубчатой передачи.

Рисунок 2 – Схема применения датчика Холла для измерения скорости

Аналоговые/пропорциональные датчики для повышения стабильности и точности

Аналоговые измерительные приложения позволяют конечному пользователю мгновенно получать обратную связь о положении магнита. Аналоговый датчик Холла обладает высокоточным выходным сигналом с высоким разрешением.

Ранее аналоговые датчики Холла измеряли у магнитов плотность потока и в значительной степени зависели от внешней температуры. Так как в последние годы аналоговые технологии эффекта Холла развивались, теперь, вместо традиционной амплитуды поля, микросхема с датчиком Холла теперь измеряет угол поля, делая его намного менее чувствительным к изменениям температуры. Это улучшение позволяет датчику обеспечивать более стабильный аналоговый выходной сигнал в широком диапазоне температур.

Рассмотрим два типа датчиков Холла, которые могут быть выбраны для аналоговых измерительных схем:

Поворотный датчик Холла: преимущества и применение

Этот полупроводниковый датчик изменяет выходное напряжение при изменении магнитного поля. Он сочетает в себе измерительный элемента на основе эффекта Холла и электрическую схему, обеспечивающую аналоговый выходной сигнал, который соответствует изменению вращающегося магнитного поля без использования каких-либо движущихся частей. Этот датчик предлагает два варианта выходного сигнала: аналоговый или широтно-импульсно-модулированный (ШИМ). Устройство программируется таким образом, чтобы инженер мог связать определенное выходное напряжение или ШИМ сигнал с точной степенью поворота. При повороте до 360° доступны несколько точек программирования. Каждая программируемая точка представляет собой напряжение или ШИМ сигнал, который соответствует заданному углу магнитного поля. Это приводит к получению выходного сигнала, пропорционального углу поворота.

Другие статьи:  Предварительный договор купли-продажи квартиры для сбербанка 2019

В отличие от механического и резистивно-плёночного поворотных устройств поворотный датчик Холла не испытывает механического износа или изменения значений сопротивления. Кроме того, он очень стабилен при нормальных рабочих температурах вплоть до +105°C. Результаты измерения угла поворота в диапазоне 0°–360° точно калибруются в соответствующем диапазоне выходного постоянного напряжения 0,5В–4,5В или коэффициента заполнения ШИМ сигнала 10–90%.

Поворотные датчики Холла становятся очень популярными для замены механических резистивно-пленочных потенциометров. Они используются в автомобильных и внедорожных приложениях, таких как определение положения клапана EGR в двигателях. Эти датчики также могут использоваться для определения положения поворотных ручек в приборах и бытовой технике.

Рисунок 3 – Поворотный датчик Холла, используемый в поворотной ручке стиральной машины

Линейный датчик Холла: преимущества и применение

Линейные датчики Холла похожи на поворотные датчики Холла, за исключением того, что они измеряют не угловое, а линейное движение магнитного поля. Датчик Холла программируется для выдачи заданного напряжения, пропорционального заданному расстоянию. Типы выходного сигнала у него такие же, как и у поворотного датчика Холла. Датчик измеряет линейное перемещение и относительный угол потока магнитного привода на расстоянии до 30 мм на каждую микросхему с датчиком Холла. Это дает в результате выходной сигнал, точно пропорциональный перемещению датчика.

Перед программированием выходных напряжений или значений ШИМ-сигнала, соответствующих относительному значению магнитного поля от магнита на приводе, датчик и привод могут быть помещены на место окончательного монтажа в устройстве, чтобы в процессе программирования учесть все магнитные воздействия от близлежащего окружения. Это позволит инженеру отрегулировать выходной сигнал датчика, поскольку в процессе программирования будут учтены любые шунтирующие, механические воздействия и воздействия посторонних магнитных полей.

Линейные датчики Холла часто используются в качестве датчиков контроля уровня жидкости. В этом применении датчик определяет положение движущегося поплавка с прикрепленным магнитом. Линейные датчики также полезны в более сложных конструкциях, таких как автомобильная коробка передач.

Данная статья объясняет методологию разработки оптимальной магнитной цепи, для которой требуется настраиваемый датчик. Всегда важно определять параметры проекта всей системы до начала процесса проектирования.

В схемах, где требуются специальные датчики, например, приложения со сложным микропроцессорным управлением, герконовые датчики и датчики Холла обеспечивают бесконтактную технологию, которая является высоко повторяемой и надежной. Цифровой выходной сигнал доступен и у герконов, и у датчиков Холла, и эта технология широко используется в бытовой и автомобильной технике. Аналогично, оба этих типа датчиков могут быть разработаны для использования в аналоговых приложениях, где требуется высокий уровень точности и стабильности.

Герконы и герконовые реле

Наименее надежным узлом электромагнитного реле является контактная система. Существенным недостатком также является наличие трущих металлических деталей, износ которых приводит к снижению работоспособности реле.

Перечисленные недостатки привели к созданию герметических магнитно управляемых контактов, которые называются герконы.

Принцип действия герконов

Принцип действия герконов основан на использовании сил взаимодействия, возникающих в магнитном поле между ферромагнитными телами. При этом силы вызывают деформацию и перемещение ферромагнитных токопроводов электронов.

Магнитоуправляемый контакт (геркон) представляет собой электрический аппарат, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического размыкания или замыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов, пружин и участков электрической и магнитной цепей.

Использование герконов в технике. Герконовое реле

В настоящее время на базе герконов создано большое количество герконовых реле, кнопок, тумблеров, переключателей, распределителей сигналов, датчиков, регуляторов, сигнализаторов и т. д. Во многих отраслях техники для контроля положения подвижных деталей целессобразно использование герконовых датчиков, счетчиков готовой продукции. ,

Устройство простейшего герконового реле

Простейшее герконовое реле с замыкающими контактами состоит из двух контактных сердечников с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой), размещенных в стеклянном герметичном баллоне, заполненном либо инертным газом, либо чистым азотом, либо сочетанием азота с водородом. Давление внутри баллона герконового реле 0.4¸0.6*10^5 Па.

Инертная среда предотвращает окисление контактных сердечников. Стеклянный баллон герконового реле устанавливается внутри обмотки управления, питаемой постоянным током. При подаче тока в обмотку герконового реле возникает магнитное поле, которое проходит по контактным сердечникам через рабочий зазор зазор между ними и замыкается по воздуху вокруг катушки управления. Создаваемый при этом магнитный поток при прохождении через рабочий зазор образует тяговую электромагнитную силу, которая, преодолевая упругость контактных сердечников, соединяет их между собой.

Для создания минимального переходного сопротивления контактов, поверхности касания герконов покрывают золотом, радием, паладием или (на худой конец) серебром.

При отключении тока в обмотке электромагнита герконового реле сила исчезает, и под действием сил упругости контакты размыкаются.

В герконовых реле отсутствуют детали, подвергающиеся трению, а контакты сердечника многофункциональны, так как при этом выполняют одновременно функцию магнитопровода, пружины и токопровода.

Для уменьшения размеров намагничивающей катушки увеличивают допустимую плотность тока, используя для намотки теплостойкий эмалированный провод. Все детали изготавливаются штамповкой, а соединяются сваркой или пайкой. Для уменьшения зоны включенного состояния в герконах применяются магнитные экраны.

Пружины герконов не имеют предварительных натягов, поэтому включение их контактов происходит без периода трогания.

Если в герконах наряду с электромагнитом используется постоянный магнит, то герконы из нейтральных переходят в поляризованные.

В отличии от электромагнитных реле обычного типа, у которых контактное нажатие зависит от параметров контактных пружин, контактное нажатие герконовых реле зависит от МДС обмотки и увеличивается с ее ростом.

Из-за технологической погрешности коэффициента возврата герконовые реле имеют большой разброс от 0,3 до 0,9. С целью увеличения коммутационного тока и номинальной мощности герконовые реле имеют дополнительные дугогасительные контакты. Такие реле называются герметичные силовые контакты или герсиконы. Промышленностью выпускаются герсиконы от 6,3 до 180 А. Частота включений в час достигает 1200.

С помощью герсиконов осуществляется пуск асинхронных двигателей мощностью до 3 кВт.

Герконовые реле на ферритах

Особый класс герконов – реле на ферритах, которые обладают свойством памяти. В таких реле для переключения в катушку необходимо подать импульс тока обратной полярности с целью размагничивания ферритного сердечника. Они называются герметизированные запоминающие контакты или гезаконы.

Достоинства герконовых реле

1. Полная герметизация контакта позволяет их использовать герконовые реле в различных условиях влажности, запыленности и т. д.

2. Простота конструкции, малая масса и габариты.

3. Высокое быстродействие, что позволяет использовать герконовые реле при высокой частоте коммутаций.

4. Высокая электрическая прочность межконтактного промежутка.

5. Гальваническая развязка коммутируемых цепей и цепей управления герконовых реле.

6. Расширенные функциональные области применения герконовых реле.

7. Надежная работа в широком диапазоне температур (-60¸+120°С).

Недостатки герконовых реле

1. Низкая чувствительность у МДС управления герконовых реле.

2. Восприимчивость к внешним магнитным полям, что требует специальных мер по защите от внешних воздействий.

3. Хрупкий баллон герконовых реле, чувствительный к ударам.

4. Малая мощность коммутируемых цепей у герконов и герсиконов.

5. Возможность самопроизвольного размыкания контактов герконовых реле при больших токах.

6. Недопустимое замыкание и размыкание коатактов герконовых реле при питании переменным напряжением низкой частоты.

Герконовые реле, выпускаемые отечественными производителями

За десятилетие фактического простоя отечественной релейной промышленности рынок России заполнялся зарубежными герконовыми реле (преимущественно китайскими, тайваньскими, германскими), их использование стало привычным, их заложили в старые разработки и в то немногое, что сейчас появляется в системах автоматики, измерительной техники и т. п.

В основном герконовые реле конструктивно выполняются на базе геркона с обрезанными выводами, находящегося внутри обмотки управления, с герконом и катушкой, приваренными к выводам технологической рамки достаточно сложного контура, которые после опрессовки специальной пластмассой и вырубки перемычек на рамке образуют собственно реле (скажем, в стандартном корпусе DIP). Для защиты логической микросхемы от перенапряжений обмотка управления реле шунтируется демпфирующим диодом.

Извечная проблема поиска компромисса между двумя взаимоисключающими требованиями к таким реле — высокое контактное нажатие и чувствительность — здесь практически не решается из-за отсутствия обеспечения высокой магнитной проводимости для концентрации магнитного потока (создающего электромагнитную силу) в межконтактном зазоре геркона реле, то есть из-за невыполнения основного требования к конструкциям магнитной системы. Обрезка выводов геркона, резко снижающая параметры магнитной системы таких реле, практически не компенсируется введением магнитных экранов (10–15 % выигрыша против потери 60–70 % чувствительности и, соответственно, мощности управления).

ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» (ОАО «РЗМКП»), разработав реле РГК-41и РГК-48, частично устраняющие указанные недостатки (в основном за счет подбора геркона), в настоящее время начал выпуск простых каркасных герконовых реле открытого типа РГК-49, РГК-50 и реле, по нашему мнению, следующего поколения — РГК-53, в котором сконцентрированы основные достоинства герконов и устранены недостатки их размещения в реле.

Герконовые реле РГК-53, управляемые логической микросхемой серии ТТЛ, коммутировали в электрическую цепь с активной нагрузкой в режиме 6 В — 10 мА без отказов вплоть до 10 млн циклов коммутации. Герконовое реле РГК-53 будет незаменимо в аппаратуре, для которой особенно важны как габариты и масса реле, так и мощность, потребляемая управлением.

Эти герконовые реле имеют определенные преимущества по сравнению со своими аналогами, выпускаемыми фирмами Китая и Тайваня, хотя и изготавливаются на одних и тех же герконах (например, МКА14103 производства РЗМКП).