Схема подключения геркона двери

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.

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.

Статья является частью публикации: «Преимущества и основные характеристики магнитоконтактных датчиков». Ознакомитесь с основой перед началом прочтения данной статьи

Ограничения в применении герконов

В ряду своего технологического состава, герконы обладают достаточно большим количеством предписаний по эксплуатации и ограничений.

• В зависимости от силы управляющего магнита рассчитывается контактное нажатие а следовательно и контактное сопротивление.
• Теплоотвод может быть ограничен вследствие замкнутого объёма, вследствие чего коммутационная способность геркона будет определяться размерами его баллона.
• В случаях превышения определенного значения тока, проходящего по контактам возможно и усиление дребезга.
• Контактные пружины в зависимости от качества металла, из которого они выполнены, могут увеличивать результирующее контактное сопротивление геркона.
• Некоторые герконы слишком чувствительны к посторонним магнитным полям.
• При использовании в одной общей катушке сразу нескольких герконов, может произойти нежелательное возрастание продолжительности дребезга.

Виды отказов датчиков

Основной проблемой при возникновении больших нагрузок на охранную систему, может быть отказ датчиков, который происходит по причине неразомкнутых контактов. Такая ситуация довольно часто встречается на объектах с большим количеством извещателей, поэтому для ее устранения принято устанавливать сразу несколько дублирующих устройств.

На сегодняшний день рынок охранных устройств предлагает пользователю широчайший ассортимент самых разнообразных конструкций герконов имеющих замыкающуюся, размыкающуюся и переключающуюся систему контактов, которые поляризованы на разные коммутационные мощности. Переключающие контакты в таких системах, имеют специальную немагнитную пружину, а поляризованные оборудованы контактами из магнито-твёрдого материала. Что же касается запоминающих систем, то в них обе пружины изготавливаются из ферромагнитного сплава с петлёй гистерезиса. Их работа основана на кратковременных импульсах, которые сохраняются до следующего воздействия.

В качестве контактного покрытия чаще всего выступает либо золото, либо высококачественный родий. Контакты, имеющие золотое покрытие, используются для коммутации малых токов. Те же системы, которые были защищены родием, в большинстве случаев применяются для широкого диапазона нагрузок.

В зависимости от размеров практически все герконы можно разделить на несколько основных типов, среди которых стоит отметить: нормальные, средние, промежуточные, миниатюрные, сверхминиатюрные и микроминиатюрные устройства.

Монтаж извещателей охранной сигнализации

Как правило, основные элементы извещателей крепятся к самой поверхности блокируемого компонента, с внутренней стороны помещения подлежащего охране. При этом задающий элемент размещают непосредственно на той части конструкции, которая обладает наибольшей подвижностью (например, дверь), а исполнительный элемент со всеми его проводами или коммутационными приспособлениями закрепляют на ее неподвижной части.

На деревянной поверхности монтаж охранной сигнализации с извещателем можно осуществить с помощью стандартных шурупов или небольших саморезов, а в случае необходимости закрепления устройства на металлической поверхности, его можно прикрепить при помощи винтов и деревянной подкладки, а на стеклянную поверхность просто приклеить специальным клеем. Стоит также отметить, что установка модулей геркона и самого магнита должна производиться на блокируемый элемент исключительно параллельно друг другу. Поскольку нарушение их параллельности может привести к ложным срабатываниям, отказа работоспособности извещателей или к другим нежелательным последствиям.

Датчики поверхностного монтажа применяются для блокировки на открывание или перемещения стальных дверей и закрепляются на металлические поверхности раздвижных конструкций. Они довольно часто устанавливаются на двери больших ангаров, железнодорожных контейнеров или различные люки коммуникационных колодцев, выполненные из разнообразных сплавов металла или чугуна. Такие датчики обладают более крупными размерами, имеют повышенную степень мощности магнита и требуют при установке настройки более широкого зазора между металлической конструкцией и магнитом.

Что же касается датчиков скрытого монтажа, основанных на магнитопассивных конструкциях, то они имеют специфическую форму, внешне напоминающую небольшой цилиндр с выступающими краями и ребрами жесткости. Такая структура устройства позволяет не заметно монтировать его практически в любом помещении, а также повысить его надежность и увеличить удобство при эксплуатации. К тому же, такие датчики напрочь лишены каких-либо излишних проводов или соединительных кабелей, что делает их практически незаметными при установке и не вызывает затруднений с протяжкой кабелей.

Недостатком этих систем, можно посчитать обязательную необходимость сверления отверстий в дверных конструкциях или их металлических основах для размещения в них основных частей механизма.

Герконы, или датчики открытия, могут устанавливаться на дверь, ворота, даже на бензобак в автомобиле. Установка геркона на дверь не представляет собой ничего сложного, но вначале необходимо внести соответствующие настройки в центральный блок (в соответствии с инструкцией изготовителя). Лишь после этого можно приступать к монтажу самого датчика.

Этап первый. Вбираем место для установки

1. Вначале убеждаемся, что в выбранном нами месте геркон будет иметь устойчивую радиосвязь с центральным блоком. Важно, чтобы уровень сигнала составлял как минимум 40 децибел.
2. Для проверки сигнала к датчику подносим магнит. На экране центрального блока должно появиться сообщение с именем геркона и силой сигнала (к примеру, С02-03 Тест 44db).
3. Если сигнал ниже минимального показателя, меняем место установки (или, как вариант, используем усилитель сигнала).

Геркон нельзя устанавливать в следующих местах:

• рядом с источниками электромагнитного излучения (микроволновки, wi-fi-роутеры, проч.);
• в комнате с высокой температурой или уровнем влажности;
• неподалеку от металлических предметов, из-за которых сигнал может экранироваться или затухать;
• вблизи отопительного оборудования.

К слову, если вы заинтересованы в безопасности своего жилища и тоже желаете приобрести себе такой датчик, то советуем посмотреть здесь: http://www.bezpeka-shop.com/catalog/datchiki_otkrytiya_gerkony/. Но вернемся к процессу установки.

Этап второй. Монтаж

Устройство устанавливается на недвижимую часть дверного проема, а магнит – на движимое полотно, прямо напротив соответствующей метки. Важно, чтобы зазор между элементами не превышал 10 миллиметров.

Шаг 1. Вначале снимаем с датчика крышу и, применяя установочную платформу, размечаем установочные места.

Шаг 2. Прикручиваем платформу шурупами (они должны идти в комплекте). Далее устанавливаем плату геркона, после чего закрываем крышку (должен прозвучать характерный щелчок).

Шаг 3. Устанавливаем магнит. Для этого прикручиваем его к полотну шурупами так, чтобы те прошли сквозь специальные проушины.

Установка беспроводного геркона МХ-3D. Нажмите на ссылку, чтобы открыть PDF-файл в новом окне.

Этап третий. Тестирование

По окончании установки геркон необходимо проверить на предмет работоспособности. Открываем для этого дверь, к которой прикреплено устройство, и убеждаемся в том, что лампочка на нем загорелась, а на центральный блок был отправлен соответствующий сигнал.

О замене элементов питания

Сами элементы питания служат от 1 до 1,5 года. Когда напряжение элементов упадет ниже определенной отметки, на блок будет передан соответствующий сигнал. Чтобы заменить батарею, необходимо снять крышку, извлечь ее (батарею) и установить новую. После этого крышка надевается обратно. Для более детального ознакомления с процессом монтажа рекомендуем посмотреть тематическое видео.

Видео – Установка геркона на дверь

«>