Геркон переключает электрическую цепь без механического толкателя снаружи: на контактную систему действует магнитное поле постоянного магнита или катушки. Несмотря на бесконтактное управление, внутри остаются подвижные металлические язычки, поэтому работа компонента определяется одновременно магнитными, электрическими и механическими характеристиками.
На странице разобрано, как устроена герметичная колба, почему контакты меняют состояние при достижении порогового поля и как они возвращаются после его ослабления. Отдельно объясняются нормально разомкнутые, нормально замкнутые и переключающие исполнения, а также смысл чувствительности и разницы между точками срабатывания и отпускания.
Приведённые принципы применимы к классу герконов в целом. Конкретные значения тока, напряжения, мощности, чувствительности, времени переключения и ресурса всегда нужно брать из даташита выбранной модели.
Что находится внутри геркона
Основу геркона образуют ферромагнитные контактные пластины, которые часто называют язычками. Их рабочие концы расположены с перекрытием и разделены небольшим зазором. Эти детали одновременно проводят электрический ток, направляют магнитный поток и выполняют роль упругих элементов, возвращающих контактную систему в исходное положение.
Участок с контактами герметично заключён в стеклянную колбу, а выводы проходят через стеклометаллические спаи наружу. Внутренняя среда зависит от серии: производитель может использовать инертный газ при определённом давлении либо вакуум. Материал и покрытие контактных поверхностей также выбираются под назначение и допустимую нагрузку конкретного исполнения.
Герметизация защищает рабочий зазор от пыли, влаги и загрязнения извне. Она не защищает стекло от удара, а наружные выводы – от коррозии и механической нагрузки. В корпусном герконовом датчике стеклянный элемент дополнительно закрыт пластиком или другим материалом, но его электрические параметры всё равно определяются установленным внутри контактом.
Как магнитное поле переключает контакты
При появлении внешнего магнитного поля ферромагнитные язычки становятся частями магнитной цепи. В зоне их перекрытия возникают противоположные магнитные полюса, поэтому между рабочими концами появляется сила притяжения. Пока эта сила меньше упругого сопротивления язычков, контактная система остаётся в исходном состоянии.
Последовательность срабатывания удобно представить так:
- Поле постоянного магнита или катушки проходит через ферромагнитные язычки.
- Магнитный поток концентрируется возле контактного зазора.
- Сила притяжения возрастает по мере усиления поля.
- После достижения порога подвижный язычок меняет положение и переключает электрическую цепь.
Слово срабатывание не всегда означает замыкание. Нормально разомкнутый контакт замыкается, нормально замкнутый размыкается, а переключающий переносит общий вывод с одной контактной ветви на другую. Конкретное действие определяется контактной формой геркона.
Что происходит после удаления магнита
Когда магнит удаляют или ток управляющей катушки уменьшается, магнитный поток через язычки ослабевает. Упругая сила контактных пластин начинает преобладать, и подвижная часть возвращается в исходное положение. Поле, при котором происходит возврат, называют уровнем отпускания или Drop-Out.
Уровень отпускания обычно ниже уровня срабатывания Pull-In. Разница между ними образует магнитный дифференциал, или гистерезис. Благодаря ему небольшое изменение поля около точки срабатывания не обязано немедленно возвращать контакт обратно. Это помогает получить две разные границы положения: одну при приближении магнита и другую при его удалении.
Гистерезис магнитной системы не следует путать с дребезгом контактов. Дребезг возникает во время механического соударения язычков и может дать несколько быстрых электрических переходов уже после начала срабатывания. Сильный магнит, остаточное поле или расположенная рядом стальная деталь могут мешать ожидаемому отпусканию, поэтому возврат проверяют в собранной механике.
Формы контактов геркона
Контактная форма описывает состояние выводов без рабочего магнитного воздействия и способ их переключения. Наиболее распространены следующие варианты:
| Контактная форма | Состояние без рабочего поля | Действие при срабатывании |
|---|---|---|
| Form A, SPST-NO | Контакт разомкнут | Контакт замыкается |
| Form B, SPST-NC | Контакт замкнут | Контакт размыкается |
| Form C, SPDT | Общий вывод соединён с НЗ | Общий вывод переключается на НО |
У Form A два вывода и одна нормально разомкнутая цепь. Form B также является двухвыводным контактом, но находится в замкнутом состоянии без рабочего поля. Form C имеет общий, нормально замкнутый и нормально разомкнутый выводы.
Внутренняя реализация нормально замкнутого исполнения может включать постоянное подмагничивание. Поэтому нельзя определять поведение неизвестного компонента только по внешнему виду или числу выводов. Контактную форму, допустимую полярность и направление рабочего поля проверяют по схеме и условиям измерения в даташите.
От чего зависит чувствительность
Чувствительность показывает, какое магнитное воздействие требуется для переключения. Для отдельного геркона производители часто указывают диапазон Pull-In в ампер-витках, AT. Значение получают в заданной испытательной катушке, поэтому оно характеризует геркон и метод измерения, а не готовое расстояние до произвольного магнита.
Геркон с меньшим значением Pull-In обычно требует меньшего магнитного воздействия, но расстояние срабатывания готового узла зависит сразу от нескольких факторов:
- размеров, материала и силы магнита;
- ориентации его полюсов относительно язычков;
- направления движения магнита;
- допуска чувствительности геркона;
- положения стальных деталей и других магнитных полей;
- механического напряжения в выводах и колбе;
- температуры и допусков сборки.
Зона срабатывания вокруг геркона может иметь несколько участков, а поворот магнита меняет их форму. Если производитель корпусного датчика приводит расстояние срабатывания, оно относится к указанному магниту, направлению движения и условиям испытания. Переносить это расстояние на другую пару геркон–магнит нельзя без проверки.
Ограничения механических контактов
Геркон управляется без внешнего механического толкателя, однако электрическую цепь внутри него переключают движущиеся контакты. Поэтому у компонента есть конечное время срабатывания и отпускания, возможен дребезг, а ресурс зависит от режима коммутации.
При замыкании контакты могут несколько раз кратковременно соприкоснуться и разойтись, прежде чем состояние стабилизируется. Продолжительность дребезга зависит от конструкции, скорости изменения магнитного поля и конкретного экземпляра. Для счётчиков импульсов и цифровых входов это учитывают электрической или программной фильтрацией.
Электрическая нагрузка также влияет на поведение контактов. Ёмкость способна создать бросок тока при замыкании, а индуктивность – выброс напряжения при размыкании. Искрение вызывает эрозию рабочих поверхностей, рост сопротивления или сваривание контактов. Герметизация уменьшает влияние внешней среды, но не отменяет электрический износ.