.jpg/1280px-Reed_switch_(aka).jpg)
Герконовый переключатель [i] — это электромеханический переключатель , работающий от приложенного магнитного поля . Он был изобретен в 1922 году профессором Валентином Коваленковым в Петроградском электротехническом университете [ 1] и позже усовершенствован в Bell Telephone Laboratories в 1936 году Уолтером Б. Эллвудом в герконовое реле. В своей простейшей и наиболее распространенной форме он состоит из пары ферромагнитных гибких металлических контактов в герметично закрытой стеклянной оболочке. Контакты обычно нормально разомкнуты , замыкаются при наличии магнитного поля, или они могут быть нормально замкнуты и разомкнуты при приложении магнитного поля. Переключатель может приводиться в действие электромагнитной катушкой , создавая герконовое реле [ 2] или путем поднесения постоянного магнита к нему. Когда магнитное поле удаляется, контакты в герконе возвращаются в исходное положение. «Язычок» — это металлическая часть внутри оболочки геркона, которая относительно тонкая и широкая, что делает ее гибкой, напоминающей язычок музыкального инструмента . Термин «язычок» может также включать в себя внешний проводной вывод, а также внутреннюю часть. [i]
Распространенным примером применения геркона является обнаружение открытия двери или окна для охранной сигнализации . [3]
Наиболее распространенный тип геркона содержит пару намагничиваемых, гибких металлических язычков, концы которых разделены небольшим зазором, когда переключатель открыт. Язычки герметично запечатаны в трубчатой стеклянной оболочке. Другой тип геркона содержит один гибкий язычок, который перемещается между фиксированным нормально открытым контактом и фиксированным нормально закрытым контактом. Нормально закрытый контакт неферромагнитен и закрывается силой пружины гибкого язычка . Хотя возможны герконы с несколькими полюсами , чаще всего для многополюсных приложений используется сборка однополюсных герконов.
Магнитное поле от электромагнита или постоянного магнита заставит язычки притягиваться друг к другу, тем самым замыкая электрическую цепь . Пружинная сила язычков заставляет их разделяться и размыкать цепь, когда магнитное поле прекращается. Другая конфигурация содержит неферромагнитный нормально замкнутый контакт, который размыкается, когда замыкается ферромагнитный нормально разомкнутый контакт. Тонкий слой неферромагнитного материала наносится на контактную область геркона, чтобы служить в качестве электрической контактной коммутационной (износной) поверхности и, для нормально разомкнутых контактов, в качестве магнитной прокладки, толщина которой важна для управления уровнем магнитного поля, при котором контакт размыкается (выпадение). Контакты геркона обычно изготавливаются из родия , рутения , иридия или вольфрама . Существуют также версии герконов с контактами, смоченными ртутью . Такие переключатели должны быть установлены в определенной ориентации, чтобы капли ртути не перекрывали контакты, даже если они не активированы.
Поскольку контакты геркона изолированы от атмосферы, они защищены от атмосферной коррозии . Герметичность геркона делает их пригодными для использования во взрывоопасных средах, где даже крошечные искры от обычных переключателей могут представлять опасность.
Одним из важных качеств переключателя является его чувствительность, величина магнитного поля, необходимая для его приведения в действие. Чувствительность измеряется в единицах ампер-витков (AT), соответствующих току в испытательной катушке, умноженному на количество витков в испытательной катушке. Типичная чувствительность втягивания для коммерческих устройств находится в диапазоне от 10 до 60 AT. Чем ниже AT, тем чувствительнее геркон. Меньшие герконы, которые имеют меньшие детали, как правило, более чувствительны к магнитным полям.
В производстве металлический язычок вставляется в каждый конец стеклянной трубки, и концы трубки нагреваются так, чтобы они герметизировались вокруг хвостовика на язычках. Часто используется зеленое инфракрасное поглощающее стекло, поэтому инфракрасный источник тепла может концентрировать тепло в небольшой зоне герметизации стеклянной трубки. Тепловой коэффициент расширения стеклянного материала и металлических частей должен быть одинаковым, чтобы предотвратить разрушение уплотнения стекло -металл . Используемое стекло должно иметь высокое электрическое сопротивление и не должно содержать летучих компонентов, таких как оксид свинца и фториды , которые могут загрязнять контакты во время операции герметизации. С выводами переключателя следует обращаться осторожно, чтобы не разбить стеклянную оболочку. Стеклянная оболочка может быть повреждена, если геркон подвергается механическому воздействию.
Большинство герконов заполнены азотом при атмосферном давлении. После окончательной герметизации переключатель охлаждается, и внутреннее давление становится меньше одной атмосферы. Герконы, герметизированные сжатым азотом, имеют более высокое пробивное напряжение и полезны для переключения сетевого питания 220–240 В переменного тока . Герконы с вакуумом внутри стеклянной оболочки могут переключать тысячи вольт .
Герконовые переключатели могут использоваться для прямого переключения различных нагрузок в диапазоне от нановольт до киловольт, от фемтоампер до ампер и от постоянного тока до радиочастоты . Другие магнитно-активируемые коммутационные устройства имеют ограниченный диапазон выходных напряжений и токов и, как правило, не управляют напрямую конечным устройством, таким как лампа , соленоид или двигатель .
Герконовые переключатели имеют небольшие токи утечки по сравнению с твердотельными устройствами; это может быть полезно, например, в медицинских устройствах, требующих защиты пациента от крошечных токов утечки. Геркон герметично запечатан и поэтому может работать практически в любой среде, например, там, где присутствует горючий газ или где коррозия может повлиять на открытые контакты переключателя. Герконовый переключатель имеет очень низкое сопротивление в закрытом состоянии, обычно всего 0,05 Ом , тогда как датчики Холла могут иметь сопротивление в сотни Ом. Герконовому переключателю требуется всего два провода, тогда как большинству твердотельных устройств требуется три провода. Можно сказать, что герконовый переключатель не требует никакой мощности для своей работы.
Один или несколько герконовых переключателей внутри электромагнитной катушки образуют герконовое реле. Герконовые реле используются, когда рабочие токи относительно низкие, и обеспечивают высокую скорость работы, хорошую производительность при очень малых токах, которые ненадежно переключаются обычными контактами, высокую надежность и длительный срок службы. Миллионы герконовых реле использовались на телефонных станциях в 1970-х и 1980-х годах. В частности, они использовались для коммутации в британском семействе телефонных станций TXE . Инертная атмосфера вокруг герконовых контактов гарантирует, что окисление не повлияет на сопротивление контакта. Иногда используются герконовые реле, смачиваемые ртутью, особенно в высокоскоростных счетных схемах.
Герконовые переключатели, приводимые в действие магнитами, обычно используются в механических системах в качестве датчиков приближения . Примерами являются датчики дверей и окон в системах охранной сигнализации и методы защиты от несанкционированного доступа . Герконовые переключатели использовались в ноутбуках для перевода ноутбука в режим сна/гибернации при закрытии крышки. Датчики скорости на колесах велосипедов часто используют герконовый переключатель для кратковременного срабатывания каждый раз, когда магнит на колесе проходит мимо датчика.
В свое время бесщеточные электродвигатели постоянного тока использовали герконовые переключатели для определения положения ротора относительно полюсов поля. [5] Это позволяло переключающим транзисторам действовать как коммутатор, но без проблем с контактами, износа и электрического шума традиционного коммутатора постоянного тока. Конструкция двигателя также могла быть «инвертирована», помещая постоянные магниты на ротор и переключая поле через внешние, фиксированные катушки. Это позволяло избежать необходимости в каком-либо трущемся контакте для подачи питания на ротор. Такие двигатели использовались в маломощных долговечных изделиях, таких как компьютерные вентиляторы охлаждения и дисководы. Когда стали доступны дешевые датчики Холла , они заменили герконовые переключатели и давали еще более длительный срок службы.
Герконовые переключатели используются как минимум в одной марке эндоскопических капсул для включения источника питания только после извлечения устройства из стерильной упаковки.
Герконовые переключатели можно выбрать для конкретного применения датчика, когда твердотельное устройство не соответствует таким требованиям, как энергопотребление или совместимость с электрическим интерфейсом.
Герконовые переключатели ранее использовались в клавиатурах компьютерных терминалов, где каждая клавиша имела магнит и геркон, активируемый нажатием клавиши. [6] [7] Герконовые переключатели в клавиатурах в значительной степени были заменены переключателями на эффекте Холла . [8]
Электрические и электронные педальные клавиатуры, используемые исполнителями на органах и органах Хаммонда , часто используют язычковые переключатели, где стеклянная оболочка контактов защищает их от грязи, пыли и других частиц. Их также можно использовать для управления оборудованием для дайвинга, например, фонариками или камерами, которые должны быть герметичны, чтобы не допустить попадания воды под высоким давлением.
Механическое движение язычков находится ниже предела усталости материалов, поэтому язычки не ломаются из-за усталости. Износ и срок службы почти полностью зависят от воздействия электрической нагрузки на контакты, а также свойств конкретного используемого язычкового переключателя. Износ контактной поверхности происходит только при размыкании или замыкании контактов переключателя. По этой причине производители оценивают срок службы по количеству операций, а не по часам или годам. В целом, более высокие напряжения и более высокие токи вызывают более быстрый износ и более короткий срок службы. В зависимости от электрической нагрузки срок службы может составлять от тысяч до миллиардов операций.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Тип двигателя постоянного тока, в котором коммутатор заменен альтернативной системой переключения. Обычно в нем используются датчики на основе магнитного поля, такие как герконы
ПКМ 1Б ("PKM 1B") — это тип довольно низкопрофильного герконового переключателя, конструкция которого, возможно, была вдохновлена клавиатурными переключателями RAFI (тем более, что крепление клавишного колпачка очень похоже).
Сухой герконовый переключатель, производимый SEL, продается под зарегистрированным названием «Herkon» (
герметично закрытый
контакт).
