Standex Electronics: Применение герконовых реле.

Введение

Герметичность герконовых переключателей позволяет применять их шире, чем остальные коммутационные устройства. Герметичные контакты могут использоваться как полноценный чувствительный элемент датчика, а простота монтажа в труднодоступные места возможна без каких-либо сложных технологических процессов или специальной оснастки.

Все существующие и потенциальные варианты использования герконов невозможно осветить в одной статье. Рассмотрим, однако основные области применения, которые помогут вам определиться при разработке собственных изделий.

Очевидно, если вам подходит стандартный датчик или переключатель из нашего каталога, это будет лучшее решение по внедрению в вашу разработку. Тем не менее более половины всей продукции Standex Meder выпускаются по особым требованиям заказчика.

Самостоятельное внедрение герконов может показаться очень простым. Если вы решили пойти по этому пути, обязательно прочтите наш раздел о мерах предосторожности. Важно помнить, что герконовый переключатель представляет собой стеклянную капсулу, которая может легко разбиться. Необходима правильная установка переключателя в среде, свободной от механических воздействий. Если у вас случаются сбои или нестабильная работа геркона, то обсудите проблему с нашими инженерами. Много раз мы брали на себя эту задачу и производили весь датчик «с нуля».

 

Выбор герконовых переключателей

Первоначальным шагом является определение условий работы и характер переключаемой нагрузки. Если датчик просто управляет затвором транзистора или формирует цифровой сигнал, то любой герконовый переключатель справится с этим требованием. Тогда возникает вопрос о размере и стоимости. Если вы переключаете более высокую нагрузку, то необходимо позаботиться о том, чтобы выбрать переключатель с соответствующими уровнями напряжения и тока. Датчики, с длительным сроком службы (>10 миллионов переключений), также требуют  особого внимания к уровню нагрузки. Если вы переключаете 5 Вольт при 10 мА или меньше, то проблем с долговечностью не возникнет. Для более мощных нагрузок будет полезным обсуждение с нашими инженерами по применению.

Корпусирование и монтаж герконовых датчиков

Обычно проработка корпуса — самый ответственный этап при разработке надежного датчика. Тщательная защита уплотнения между стеклом и металлическим выводом от возможных повреждений или механических напряжений приведет к безотказной работе. При монтаже герконового переключателя следует обратить внимание на возможное сгибание, резку, пайку, сварку выводов, заливку или разгерметизацию корпуса переключателя, что может привести  к неустойчивому срабатыванию. Монтаж герконового переключателя без каких-либо нагрузок имеет решающее значение для правильной работы и длительного срока службы, независимо от того, установлен он пользователем или изготовителем датчика.

Ознакомьтесь (Sensor_Applications1) с нашим руководства по выбору герконовых датчиков. Это даст общее представление о размерах и типах выпускаемых датчиков и даст некоторые идеи по их использованию. Наши кастомные исполнения слишком многочисленны, чтобы их все включить в каталог продукции. Поэтому не стесняйтесь заказывать свои индивидуальные решения.

При определении расстояния срабатывания необходимо учитывать расстояние внутри корпуса. Стандартные исполнения, предлагаемые Standex-Meder, учитывают это расстояние при проектировании. Однако при кастомных решениях помните об этом, потому что это расстояние влияет на чувствительность датчика.

Пластиковые корпуса проще и дешевле в производстве. Однако, если требуется прочный корпус, лучшим вариантом может быть использование неферромагнитных материалов.

Установка герконового датчика, как правило, довольно проста и предлагает множество вариантов. Однако следует соблюдать осторожность, чтобы не установить датчик на ферромагнитный материал. Не следует использовать любые детали из железа, никеля или кобальта, так как они могут экранировать магнитное поле. Кроме того, следует располагать датчик на расстоянии от индуктивностей, трансформаторов и прочих магнитных компонентов, чтобы избежать ложного срабатывания. Наши герконовые датчики поставляются с различными способами установки. Их можно крепить на винты; клеить на двусторонний скотч; или просто вворачивать в панель. Также возможен сквозной или поверхностный монтаж непосредственно на печатную плату.

 

Применение на автомобилях и сухопутном транспорте.

Standex-Meder Electronics выпускают герконовые переключатели, реле и магнитные датчики, которые используются в транспортной отрасли. Все что включается/выключается, открывается/закрывается, требует передачи энергии, запуска, измерения или обнаружения может использовать нашу продукцию. От показаний на приборной панели до измерения уровня жидкостей, давления в шинах и выбросов — компоненты работают в жизненно важных системах легковых автомобилей, тяжелых грузовиков, поездов, электротранспорта.

 

Датчики уровня жидкости

Контроль уровня тормозной жидкости, тосола или «омывайки» все чаще происходит при помощи герконовых датчиков. Конструкция такого датчика очень простая: Поплавок с магнитом располагается внутри емкости. При его приближении герконовый контакт срабатывает, указывая на опасно низкий уровень жидкости.

Ранее автопроизводители применяли датчик уровня тормозной жидкости следующим образом: при высоком уровне жидкости контакты геркона разомкнуты. При падении уровня поплавок опускается. Геркон срабатывает, зажигая лампочку на приборной панели.

Рисунок 2 – датчик уровня тормозной жидкости.

Сейчас применяется обратный порядок – при высоком уровне жидкости датчик замкнут, при низком он размыкается. Это сделано для лучшей безопасности: теперь в случае неисправности (обрыва) датчика автоматически сработает сигнализация.

Установив герконы параллельно можно замерять несколько уровней градации. Так, серия датчиков уровня LS05 (https://standexelectronics.com/products/ls05-series-liquid-level-sensor/)из нержавеющей стали, способна обнаруживать до девяти точек измерения.


Рисунок 3 – датчик уровня топлива

Датчик ремня безопасности

Рисунок 4 – датчик ремня безопасности

Ремни безопасности сейчас используются на всех самолетах и автомобилях, и скоро могут стать обязательными для автобусов и поездов. Сейчас разработчики используют датчик герконового переключателя как лучший и самый надежный способ обнаружения застегнутого ремня безопасности.

Измерение скорости.

Рисунок 5 – Измерение скорости.

Скорость вращения (об/мин) колеса передается на многополюсный кольцевой магнит через приводной вал. В зависимости от скорости автомобиля магнит вращается, а геркон может обнаружить это вращение, не касаясь привода. В зависимости от количества магнитных полюсов герконовый переключатель замыкается и размыкается, генерируя импульсы, которые могут обрабатываться бортовым компьютером. Кроме отображения скорости и расстояния эти импульсы могут использоваться для управления параметрами двигателя: обороты, зажигание, впрыск топлива, и многое другое.

Медицина

В медицинской технике очень важна миниатюрность размеров и малое потребление питания. Часто в медицине используют токи высокой частоты, напряжения порядка нескольких киловольт. Герконы не требуют постоянного питания и способны коммутировать большие напряжения и токи.

Электрохирургия.

Рисунок 6 – Электроскальпель для разреза тканей с коагуляцией

Для получения наилучших возможных результатов резки и прижигания требуются довольно высокие ток и напряжение, обычно на частотах от 0,5 МГц до 2 МГц. Эта высокая мощность может быть смертельной для врачей, медсестер и, конечно же, самих пациентов, если не использовать надежное коммутационное решение. Существует только одна технология переключения, которая может надежно справляться с высокой частотой, высоким током и высоким напряжением одновременно — герконовые реле. Поскольку электромагнитные волны высокой частоты распространяются по внешней стороне проводника (скин-эффект), необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать потенциального перегрева контактов. Чтобы обойти эту проблему, используются герконы с медным покрытием. Это значительно увеличивает теплоотдачу и позволяет пропускать через реле более высокие токи.

Серия «HE» ( https://standexelectronics.com/products/he-series-reed-relay/ ) способна коммутировать ток до 3А (протекающий ток до 6А) напряжение до 7,5кВ, частотой до 1МГц. Общая коммутируемая мощность до 50Вт. Изоляция зазора между контактами 10кВ.

Дефибрилляторы

Инструменты, непосредственно спасающие жизни, должны использовать самые надежные компоненты. Портативные дефибрилляторы разработаны таким образом, чтобы посторонний человек мог взять и использовать их без предварительного опыта.

Рисунок 7 – Дефибриллятор

Их используют только тогда, когда человек перенес сердечный приступ; и обычно лежит ничком с остановкой сердца. Когда дефибриллятор активирован, электроды помещаются на грудь человека, а затем на сердце подается импульс высокого напряжения/тока с целью «запустить» его. Иногда могут потребоваться повторные разряды, прежде чем сердце снова начнет работать. Тогда в дефибрилляторе активируется зарядная цепь, которая будет обеспечивать следующий всплеск мощности. Эту схему зарядки необходимо включать и отключать надежным образом. Специальная конструкция серии BE ( https://standexelectronics.com/products/be-series-reed-relay/ ) компании Standex-Meder была выбрана для удовлетворения вышеуказанных требований.

Конструкция представляет собой 2-полюсное реле с нормально разомкнутыми контактами, в котором между переключателями и катушкой предусмотрено большее расстояние, обеспечивая гарантированно высокое напряжение изоляции (5кВ) между катушкой и контактами. Изоляция между разомкнутыми контактами – 4кВ. В конструкции герконов нет внутренних паяных соединений, что обеспечивает надежность переключения. Контакты могут переключать напряжение до 1000 В.

 

Измерительное оборудование. Телеком.

В связи с постоянно растущими требованиями к КИП, испытательному и измерительному оборудованию существует потребность в возможности коммутировать напряжения и токи в очень широких диапазонах. От нановольт до киловольт и от фемптоампер до ампер. Специализированные герконовые реле Standex Electronics помогли конструкторам справиться с этой задачей. Системы сбора данных, мультиплексоры, мультиметры, медицинские тестовые системы, РЧ системы, тестировщики полупроводниковых пластин, осциллографы, внутрисхемные тестировщики цепей цепей, и т. д. – везде могут применяться герконовые реле.  Рассмотрим несколько примеров.

Аттенюаторы ВЧ сигналов

Рисунок 8 – Герконовые реле для переключения ВЧ сигналов.

Для защиты от перегрузки входов измерительного оборудования для радиочастотных схем обычно требуется ослабление входного сигнала. Аттенюаторы нуждаются в переключающем устройстве для выбора различных уровней ослабления. При этом крайне важно получить минимальные искажения сигнала.

Серия CRF ( https://standexelectronics.com/products/crf-series-reed-relay/ ) предназначена для сигналов в диапазоне 0…7 ГГц  (вносимые потери до 3дБ) и способна коммутировать импульсы с крайне высокой крутизной фронтов.

Осциллографы.

Почти все осциллографы имеют несколько диапазонов временной развертки. Пользователь может выбирать разные временные диапазоны для оценки как более медленных сигналов, так и более быстрых импульсов, просто изменяя диапазоны. Обычно это выполняется в цепях обратной связи операционного усилителя схемы синхронизации. У полупроводниковых ключей слишком большой ток утечки. Электромеханические реле большие, громоздкие и очень дорогие.  Серия CR — одна из самых миниатюрных и наиболее универсальных герконовых ВЧ реле . Серия CRF имеет плоские вносимые потери от постоянного тока до 7 ГГц, достигаемые за счет минимальной длины пути прохождения сигнала и использования внутреннего экрана. Он не только отлично работает с радиочастотными сигналами, но также отлично подходит для цифровых сигналов, в которых скорость нарастания фронта составляет менее 40 пикосекунд. Это делает его идеальным для использования в цифровых осциллографах. В новой серии SRF полоса пропускания увеличивается до 20 ГГц и могут передаваться цифровые импульсы со скоростью нарастания до 20 пс.

Беспроводная связь

Портативные радиостанции обычно работают на частотах до 446 МГц. Эти частоты относительно малы в сравнении с сотовой связью. Однако даже на частотах порядка 30 МГц сигналы будут проходить по внешней стороне проводника (скин-эффект). Standex Electronics использует герконы с медным покрытием, чтобы минимизировать скин-эффект.

Когда дело доходит до портативного оборудования радиосвязи, все компоненты должны выдерживать суровые условия окружающей среды, вне зависимости какая погода за окном. Герконовое реле, герметично запечатанное, а затем залитое эпоксидной смолой, надежно удовлетворяет вышеуказанным условиям при передаче или приеме радиочастот.

 

Компания Формпост — официальный дистрибьютор Standex Electronics на территории СНГ и Балтии.

Связаться с нами