Техническая характеристика устройства и его назначение

ВВЕДЕНИЕ

Герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы) в настоящее время остаются одним из основных элементов коммутационной техники.

Основными тенденциями в развитии герконов являются:

· Миниатюризация - переход от стандартных размеров стеклобаллона (14-15 мм) к размеру 10 мм и 7 мм. В результате миниатюризации герконов уменьшаются размеры реле и датчиков, что расширяет их область применения. Актуальным является создание герконов с размером баллона не более 5 мм. Основная проблема в реализации этого проекта - автоматизированная заварка таких герконов.

· Создание миниатюрных переключающих герконов с размером баллона 15 мм;

· Создание герконов повышенной мощности, до 100 Вт, с размером баллона до 36 мм.

· Создание малогабаритных герконов повышенной мощности.

Достоинства и простота конструкции герконов, способность управляться внешним магнитным полем (созданным электрическим током или постоянным магнитом) позволяют применять их в качестве контактных пар всевозможных реле, концевых выключателей, тумблеров, кнопок клавиатуры, датчиков положения, скорости и ускорения, индикаторов перемещения и распределения сигналов, преобразователей неэлектрических величин в электрические аналоги, элементов высокочастотных и измерительных систем спецтехники и т.п.

Несмотря на простоту конструкции, в герконах протекают сложные физико-химические процессы. Во время коммутации возникают явления пробоя газовых пленок, автоэмиссии, дугообразования, переноса металла с одной контакт-детали на другую, магнитострикции, магнитного и термического взаимодействий, упругого удара и другие. По мере расходования ресурса происходят необратимые структурные изменения в материале контактов. Поэтому обеспечение заданной надежности герконов в условиях массового производства является достаточно сложной научно-технологической задачей с широким кругом решаемых проблем (от обработки исходных материалов до сборки-заварки и испытаний готовых изделий), справиться с которой могут только крупные предприятия, располагающие солидной научно-технической базой. Одним из таких предприятий (единственным на территории бывшего СССР) является Рязанский завод металлокерамических приборов (ОАО «РЗМКП»).

Техническая характеристика устройства и его назначение

1.1 Принцип действия

Герконы – магнитоуправляемые герметизированные контакты с ферромагнитными пружинами, получили широкое распространение в технике: они всё больше используются в квазиэлектронных автоматических электронных станциях, в автоматике, телемеханике, вычислительной технике, измерительных приборах.

Наиболее распространённый геркон представляет собой два частично расплющенных отрезка пермаллоевой проволоки диаметром 0,4-1,3 мм, у которых часть контактирующих поверхностей покрыта слоем благородного металла, например, золотом, родием, палладием или сплавами на основе золота. Две проволоки-пружины завариваются в стеклянную трубку-баллон так, чтобы между их контактирующими поверхностями образовался небольшой зазор. При изготовлении геркона в баллон вводят какой-либо защитный газ, например, азот, аргон, водород, азотно-водородную смесь (рис.1 а, б).

При воздействии на геркон магнитного поля достаточной напряжённости, создаваемого электромагнитной катушкой, электромагнитом или постоянным магнитом, магнитные силовые линии, проходящие через пружины и зазор между ними, стремятся сократиться, вследствие чего пружины несколько деформируются, притягиваются друг к другу и замыкаются. При уменьшении напряжённости магнитного поля до определённой величины пружины под воздействием упругих сил возвращаются в исходное положение и размыкают контакт. Один или несколько герконов, помещённых в электромагнитную катушку, образуют очень простое герконовое реле на замыкание (рис.1 в).

Применение герконов для управления токами, значительно превышающими максимально допустимые, может вывести их из строя уже после небольшого числа срабатываний, измеряемого сотнями, десятками и даже единицами. По этому, когда говорят о большой надежности герконов, то имеют виду нормальную их эксплуатацию в цепях с активной нагрузкой при которой ток, напряжение и мощность не превышают допустимых пределов.

Однако при использовании герконов надо учитывать и свойственные им недостатки. В силу того, что отвод тепла в них ограничен, обычные малогабаритные герконы не следует применять для управления сильными токами.

Рис.1. Герконы:

a) общий вид, где 1 – стеклянный баллон; 2 – контактные пружины; 3 – контактирующий слой; 4 – защитный газ; 5 – выводные концы; l – длинна плоской части пружины; l₁ – длинна баллона; l₂ – длинна геркона с выводными концами;

б) аксонометрическое изображение области перекрытия геркона, где х – величина зазора между контактирующими поверхностями; h – толщина пружин; β – толщина эрозионностойкого покрытия;

в) схема простейшего герконового реле на замыкание, где 1 – геркон; 2 – катушка; 3 – экран; 4 – выводные концы катушки возбуждения

1.2 Конструкция герконов

Геркон [от гер (метизированный) и кон (такт)], герметизированный переключатель с пружинными контактами из ферромагнитного материала, соприкасающимися под действием магнитного поля. Различают герконы, работающие на замыкание, переключение и размыкание электрической цепи (рис.2). Внутри баллона, диаметр которого не превышает 6,25 мм и длина 50 мм,создаётся вакуум или газовая среда (азот, аргон, водород) различного давления. При определённой напряжённости магнитного поля электромагнита или постоянного магнита свободные концы пружины (чаще из пермаллоевой проволоки), находящиеся на расстоянии нескольких десятых или сотых миллиметра, притягиваются друг к другу и замыкают контакт. При уменьшении напряжённости пружины упругой силой возвращаются в исходное положение, и контакт размыкается. Максимальная мощность, переключаемая контактами геркона, 4—60 Вт.

У переключающих электрические цепи герконов сопротивление контакта в замкнутом состоянии 0,02—0,2 Ом, в разомкнутом — 10⁹—10¹⁵ Ом. Большинство герконов с газовым наполнением имеет пробивное напряжение 200—500 В. Повышением давления газа до нескольких атмосфер или понижением его до (10^—4—10^—6 мм pт. cт.) оно увеличивается до 800 В. У вакуумных герконов пробивное напряжение достигает 5000 В. Геркон выдерживает 10⁸—10⁹ срабатываний. Время срабатывания герконов (0,5—2 мс) и отпускания (0,1—0,7 мс) намного меньше, чем у якорных электромагнитных реле. Особенностями герконов являются простота конструкции, надёжность в работе, отсутствие регулировок, работа в любом положении в интервале температур от —100 до 200°С, возможность автоматизации изготовления. Герконы применяют в телефонии (реле, коммутаторы и др.), в вычислительной технике (логические, суммирующие, кодирующие элементы и др.)

Рис.2

Типы герконов: a — на замыкание; б — на переключение; в — на замыкание в поляризованном реле (1 — постоянный магнит для удержания контакта в замкнутом состоянии; 2 — обмотка электромагнита для размыкания контакта; 3 — обмотка электромагнита для замыкания контакта).