Как работает геркон — проверка и применение своими руками, принцип действия основных типов герконовых датчиков (переключающий, нормально открытый, разомкнутый и замкнутый контакт)

Приобретались эти датчики по наводке из комментариев к одному из моих прошлых обзоров.
По большому счёту обозревать тут нечего, поскольку принцип их действия простой, но одному моему товарищу стало интересно, что это вообще такое и как оно работает — об этом и решил написать этот небольшой наглядный обзор.

Принцип работы

Геркон (герметизированный контакт) представляет собой стеклянную колбочку, внутри которой находятся две упругие контактные ферромагнитные пластины, которые при погружении в магнитное поле смыкаются и образуется контакт, по которому затем течёт ток.
Колбочка при этом обычно заполнена инертным газом или в ней содержится вакуум. Пример работы схематично отображён на анимации ниже, где подносится обычный магнит.

Почему пластины собственно смыкаются и размыкаются от наличия магнитного поля. Как уже было выше сказано, пластины сами по себе — ферромагнитные, т.е. они активно притягивают к себе магнит и в тоже время сами активно притягиваются магнитом. Аналогичные свойства есть у обычного железа. Магнит имеет две полярности — северную и южную, причём магнитные линии всегда идут от северного полюса к южному. При поднесении магнита к геркону, магнитные линии также будут проходить через эти упругие пластины. В данном случае на рисунке, северный полюс магнита расположен слева, южный — справа. Соответственно край верхней пластины становится южной полярности, а край нижней пластины — северной полярности — в итоге пластины замыкаются. При отдалении магнита — пластины за счёт своей упругости размыкаются. Если магнит по отношению к этим пластинам расположить неправильно, то магнитные линии будут проходить через них неравномерно, и контакты не смогут сомкнуться.

В продаже можно найти три основных типа герконовых датчиков:
1) Нормально открытые (обозреваемые), которые в обычном состоянии разомкнуты, а при погружении в магнитное поле — цепь замыкается.
2) Нормально закрытые, — уже обратный принцип: в обычном состоянии контакты замкнуты, но при погружении в магнитное поле контакты размыкаются.
3) Герконы-переключатели, — в отличии от двух первых, имеют уже 3 вывода и 3 пластины внутри соответственно. В спокойном состоянии замкнута одна пара контактов, при погружении в магнитное поле — уже другая пара.

Герконы также бывают рассчитанными на коммутацию большого тока или ртутными, где места соприкосновения пластин смочены каплей ртути для подавления дребезга контактов. Основное применение герконов — системы безопасности и автоматики, как наиболее простой пример — автоматический запуск какого-либо действия при открывании двери или окна, например посыл сигнала тревоги. На основе герконов делают герконовые реле — в высоковольтных установках такие используются для защиты от перегрузок по току, в этом случае геркон помещается в катушку.

Внешний вид. Размеры
Взял нормально открытые (разомкнутые) в количестве 10 штук.

Стеклянная капсула со слегка зеленоватым оттенком.

Размеры соответствуют 2×14мм

Собрал на макетке простую цепь со светодиодом, в разрыв которой поместил геркон, дабы проверить его работу, поднеся к нему плоский неодимовый магнит, и поскольку магнитные поля имеют разные полюса, то контакты в герконе стабильно замыкаются только если направить магнит на него торцом и поперёк.

В других положениях магнита, контакты в герконе не будут замкнуты:

Пример с магнитами из мотора: повернув одной стороной — контакты замыкаются, другой стороной — никакой реакции. Поэтому этот момент стоит учитывать.

Как происходит изменение состояния пластин — в увеличенном виде под цифровым микроскопом

Вдобавок ко всему неплохо было бы показать простейший наглядный тест работы этого датчика с выполнением какого-нибудь действия при открывании-закрывании двери комнаты, например включении настольной лампы посредством модуля реле.

Сначала надо упаковать сам геркон.

Надевается кусочек термоусадки, обжимается горячим воздухом

Необходимо загнуть один вывод. Но тут меня поджидал первый блин комом — отогнув вывод практически у самого основания колбочки — стекло раскололось и геркон пришёл в негодность:

Чтобы этого не произошло, надо вывод, отступив от основания капсулы на 1-2мм, зажать пинцетом и только потом уже загибать его:

Второй вывод чуть укоротил, вместе с термоусадкой

Припаиваю провод к обоим выводам провод

Теперь всё это дело надо как-то закрепить. Поэтому мелкими ломтиками нашинковал стержень от клеевого пистолета:

Надел на геркон сверху ещё термоусадки, у основания немного набил внутрь обрезков термоклея:

Обдул горячим воздухом

Излишки клея убрал

Дело осталось за малым. Прикрепить магнит на дверь, а геркон на стену, напротив магнита. Для показательного теста здесь сгодился и обыкновенный скотч, благо и обратно можно быстро всё снять.

Магнит и геркон расположены поперёк друг другу

Электронно-программная часть проста: плата Pro Mini настроена на внешнее прерывание, где вывод прерывания через этот самый геркон соединён с питанием платы и пока дверь закрыта и возле геркона есть магнит, цепь замкнута, контроллер спит, а реле, управляющие светильником — выключено. Как только дверь открывается, а магнит отводится в сторону, геркон размыкается, возникает внешнее прерывание, которое подаёт импульс на реле и светильник включается.

Применений в самоделках может найтись много, особенно с простыми и дешёвыми контроллерами Attiny13 или, если проект совсем простой — с транзисторами. Ввиду своего мелкого размера, геркон можно хитро спрятать от посторонних глаз. Я буду использовать их в новой версии энергоэффективной GSM-сигнализации, правда для её полноценной сборки необходимо дождаться ещё нескольких компонентов. Из минусов отмечу хрупкость капсулы и уязвимость перед другими магнитными полями. Касаемо надёжности пишут, что у них довольно большой цикл замыкания-размыкания за счёт герметичности внутри капсулы. В общем, посмотрим.

Геркон: определение и как работает?

В самых разнообразных электрических и электронных схемах применяется радиодеталь с красивым названием «геркон». Что это такое и как она работает?

Название и его смысл

Название действительно звучит поэтично, оно достойно прекрасного цветка. Но происхождение слова весьма прозаично, оно расшифровывается как «герметичный контакт». Именно отсутствием воздуха или заменой его инертным газом обусловлены достоинства прибора по сравнению с обычными контактными группами. Принцип его работы крайне прост, и объясняется вкратце другим названием детали: «магнитоуправляемое электрическое соединение». Внутри стеклянной колбочки небольших размеров закреплены две упругие металлические пластины, одна из которых снабжена ферромагнитной накладкой. Герметизация достигается плотным прилеганием аморфного материала корпуса в момент изготовления, иными словами, выводы просто вплавляются с двух сторон.

Устройство прибора

Итак, в стеклянную трубочку вставлена механическая система, состоящая из двух пружинистых пластин, магнитного материала и наплавленных или напаянных на них контактных групп. В нормальном состоянии правая и левая составляющие могут находиться в гальваническом соприкосновении, обеспечивая возможность прохождения электрического тока (такие герконы называют нормальнозамкнутыми), или, напротив, могут быть разомкнутыми (геркон замыкающий). Затем внутри трубки создается вакуум либо в нее закачивается инертный (химически пассивный) газ. Это делается для увеличения срока службы детали. При прохождении тока происходит нагрев контактов и убыстряется процесс окисления, то есть соединения с кислородом. Если металл окружен средой инертной, то такой реакции не произойдет. Теперь трубку можно запаивать, и прибор готов.

Работа прибора, его достоинства и недостатки

Для изменения состояния контактов (размыкания или замыкания) следует воздействовать на геркон. Что это такое, в чем именно выражается воздействие, понятно из второго наименования прибора и из его устройства. К колбочке нужно поднести магнит, и одна из пластин придет в движение, наклоняясь или отогнувшись от второй. В результате произойдет коммутация нужного направления. Простота и надежность детали, дешевизна (нет нужды применять для контактных групп серебро или золото) – вот ее главные достоинства. Но есть и недостатки, которыми обладает геркон. Что это? Такое славное изобретение страдает от так называемого «дребезга» (обусловленного упругими свойствами металла), восприимчивости к паразитным магнитным полям, которых на любом производстве хватает, механической инертности и излишней хрупкости.

Применение

И все же, несмотря на конструктивные принципиальные пороки, полностью исключить которые практически невозможно, характеристики герконов позволяют использовать их во многих областях человеческой деятельности, в которых недостатки не так уж важны, а достоинства преобладают. Например, в обычной компьютерной клавиатуре, в которой с так называемым «дребезгом» можно бороться, включив в схему демпфирующие фильтры, а затем не беспокоиться о чистоте контактов. Незаменимы эти приборы и в системах сигнализации. Нет ничего проще установки датчика, в основе которого лежит включенный в цепь геркон. Двери закрыты – контакт замкнут, а при их открывании магнит, прикрепленный к косяку, отдаляется, напряженность магнитного поля уменьшается, происходит размыкание цепи, служащее сигналом для срабатывания электронной схемы оповещения. Для определения положения кабины лифта также чаще всего применяют герконы. Осветительным оборудованием дайверов также легко управлять с помощью магнитов, не опасаясь того, что соленая морская вода затечет в электрические фонари через отверстия в коммутационных приспособлениях. В схемах электрических счетчиков, как однофазных, так и трехфазных, герконы также присутствуют.

Геркотроны

При изучении высоковольтных схем студенты и специалисты иногда сталкиваются с термином «геркотрон», при этом из контекста ясно, что по своему принципиальному устройству это тот же геркон. Что это такое и в чем отличие? В характеристиках, а именно в напряжении (до 100 кВ) и токе, который может идти по контактам. Способность изоляции противостоять возможности пробоя и сечение проводника, а также площадь контакта – вот что отличает геркотрон от геркона. Во всем остальном, а главное, в принципиальном устройстве, эти приборы идентичны.

Что такое геркон и как он работает?

«Что такое геркон и как он работает. Геркон — это электромеханическое переключающее устройство, содержащее два ферромагнитных лезвия в герметично закрытой стеклянной оболочке, поэтому эти компоненты могут существовать или использоваться практически в любой среде».

Если вам нужна помощь в определенных областях, не стесняйтесь переходить к любому из следующих разделов:
Что такое геркон?
Как работает геркон?
История технологии герконовых переключателей
Заключение
Дополнительные ресурсы

Компания Standex Electronics располагает опытными инженерами и передовыми производственными мощностями. Standex является крупнейшим мировым лидером в области разработки продуктов и производственных услуг для конкретных клиентов. Мы производим уникальные решения практически для любой среды или приложения. Например, геркон — одна из наших самых успешных и широко используемых разработок. Являясь крупнейшим в мире производителем герконов, мы производим более 700 миллионов герконов в год.

Что такое геркон?

Геркон представляет собой электромеханическое коммутационное устройство. Общая структура проста. Две ферромагнитные лопасти, герметично запаянные в стеклянную оболочку. Другими словами, эти компоненты могут существовать или использоваться практически в любой среде. Кроме того, стеклянная оболочка имеет температурный коэффициент, точно соответствующий язычкам из никелевого железа (NiFe).

Простое взаимодействие магнита открывает и закрывает язычковые контакты. Точнее, наличие (или отсутствие) магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или электромагнитной катушкой, вызывает размыкание или замыкание контактов. При разомкнутых контактах переключателя мощность не потребляется. Простота этой конструкции и работы позволяет герконам не иметь быстроизнашивающихся деталей и надежно работать в качестве «переключателя» для миллиардов операций в различных отраслях промышленности. Сегодня все основные сегменты рынка используют технологию герконов. Например, в контрольно-измерительном оборудовании, медицинской электронике, телекоммуникациях, автомобилях, системах безопасности и бытовой технике используются герконовые коммутационные компоненты. Поэтому неудивительно, что скорость роста герконов выше, чем когда-либо, когда мировое производство не может идти в ногу со спросом.

Геркон, показывающий детали области контакта геркона и компонентов геркона.

Как работает геркон?

Герконовые переключатели надежно переключают миллиарды операций, используя простое взаимодействие магнита для размыкания и замыкания контактов. Во-первых, основная работа геркона происходит, когда его подносят к постоянному магниту, и отдельные язычки намагничиваются притягивающей полярностью магнита. Во-вторых, когда внешнее магнитное поле становится достаточно сильным, магнитная сила притяжения закрывает лепестки геркона. В-третьих, магнитное поле, создаваемое язычковыми пластинами, рассеивается, когда магнитное поле снимается.

Самое главное, так как любой остаточный магнетизм на лезвиях язычка может повлиять на открытие и закрытие. Поэтому лезвия тростника отжигают и обрабатывают, удаляя любые магнитные ретенции. Нажмите здесь, чтобы увидеть геркон в действии.

Постоянный магнит и геркон параллельны друг другу, воздействуя на центральные магнитные лепестки. Расположение магнита дальше от геркона сфокусирует внимание на центральных лепестках и вызовет однократное открытие и закрытие, поскольку постоянный магнит движется параллельно плоскости геркона.

История технологии герконов

Компания Bell Labs впервые изобрела герконы в конце 1930-х годов. Хотя они используются уже несколько десятилетий, в принципах работы герконов мало что изменилось. В 1940-х годах датчики и реле широко использовали технологию герконов. Более того, раннее электронное и тестовое оборудование использовало компоненты геркона для выполнения шаговых и переключающих функций. В конце 1940-х годов телефонные коммутаторы центрального офиса Western Electric начали использовать герконовые реле. Технология герконовых переключателей значительно улучшила телекоммуникации как в 1940-х и до сих пор.

Заключение

Благодаря их образцовой производительности новые области применения герконов продолжают расти все более быстрыми темпами. Команда Standex готова удовлетворить постоянно меняющиеся потребности клиентов из разных отраслей и по всему миру с помощью нашего подхода Partner, Solve, Deliver® . Свяжитесь с нашей командой, чтобы узнать больше о наших тщательно разработанных решениях.

Дополнительные ресурсы

Для более глубокого понимания того, как работает геркон, загрузите наш справочник по технологиям Reed.

Этот справочник содержит подробное описание того, что такое геркон и как он работает.