Герконы, ферриты и магнитоуправляемые контакты


Сдавался/использовался	2006г., Балаковский институт техники, технологии и управления, факультет инженерно–строительный, кафедра управления и информатики в технических системах
Примечание	от автора: Искал долго и упорно, собрал из разных рефератов разных авторов
	Загрузить архив:
	Файл: ref-23423.zip (197kb [zip], Скачиваний: 205) скачать

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

Основная часть 5

2.1. Общая информация о ферримагнетиках 5

2.1.1 Строение ферримагнетиков 5

2.1.2Природа магнитного упорядочения 6

2.2 Ферриты 7

2.2.1Общая информация 7

2.2.2 Ферриты для устройств СВЧ 9

2.2.3. Магнитострикционные ферриты 10

2.2.4. Применение ферритов 11

2.3. Герконы 13

2.3.1. Cпособы управления работой герконов 15

2.3.1.1 Управление с использованием катушки 16

2.3.1.2 Управление с использованием постоянных магнитов17

2.3.2 Указания по эксплуатации 20

2.3.2.1 Защита герконов при работе на активную нагрузку с помощью цепочки RC 21

2.3.2.2 Защита герконов при работе на индуктивную нагрузку с помощью диода 22

2.3.2.3 Защита герконов при работе на емкостную нагрузку с помощью резистора 22

2.3.2.4 Защита герконов при работе на ламповую нагрузку с помощью резистора 23

2.3.4 Указание по монтажу 23

Выводы 25

Список используемой литературы 26

ВВЕДЕНИЕ

Геркон [происходит от слов «герметизированный контакт»] представляет собой герметизированный переключатель с пружинными контактами из ферромагнитного материала, соприкасающимися под действием магнитного поля. Различают Геркон, работающие на замыкание, переключение и размыкание электрической цепи. 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 Геркон - 4 – 60 вм.

У переключающих электрические цепи Геркон сопротивление контакта в замкнутом состоянии 0,02—0,2 ом, в разомкнутом — 10⁹—10¹⁵ом. Большинство Геркон с газовым наполнением имеет пробивное напряжение 200—500 в. Повышением давления газа до нескольких десятых Мн/м²(несколько атмосфер) или понижением его до 132^.(10^—4— 10^—6) н/м² (10^—4—10^—6 мм pm. cm.)оно увеличивается до 800 в. У вакуумных Геркон пробивное напряжение достигает 5000 в. Геркон выдерживает 10⁸—10⁹ срабатываний. Время срабатывания Геркон (0,5—2 мсек) и отпускания (0,1—0,7 мсек) намного меньше, чем у якорных электромагнитных реле.

Феррит (от лат. ferrum – железо), – близкая по составу к Fe структурная составляющая углеродистых сталей и чугунов, а также легированных сталей и чугунов, содержащих, кроме железа и углерода, добавки других металлов. Кроме этого, феррит – фазовая составляющая других структур, например, , состоящего из феррита и . На микрофотографиях феррит как структурная составляющая имеет форму полиэдрических зерен, а в перлите имеет форму полосок, проходящих через зерно перлита.

Согласно диаграмме состояния железо – углерод (рисунок 1)в феррите растворяется очень мало углерода (до 0,03%), но в легированных сталях в нем могут быть другие металлы в растворенном виде (твердый раствор замещения). Количество растворенного элемента определяется пределом растворимости при комнатной температуре на диаграмме состояния железо – легирующий элемент.

В процессе термической обработки сплавов при нагреве до 723° С феррит переходит в высокотемпературную фазу – , температура перехода определяется составом феррита, при медленном охлаждении идет обратный пероцесс. При быстром охлаждении (закалке) стали феррит, входивший в перлит перед нагревом, не образуется, а из аустенита возникает структура с повышенными механическими свойствами.

Железо при нагреве претерпевает несколько аллотропических превращений, при которых α-железо, существующее при комнатной температуре, переходит в γ-железо и δ-железо при температурах 910 и 1400° С, соответственно. Кристаллическая структура феррита (α-железа) относится к кубической системе, атомы железа расположены в вершинах и в центре куба.В некоторых легированных сталях феррит при нагреве не переходит в аустенит (ферритные стали, у них повышенная прочность при высоких температурах и и они сопротивляются коррозии и другим химическим воздействиям.

Показано, что при действии световых импульсов лазера и ударных волн могут возникать сплавы железа, содержащие в твердом растворе значительно больше легирующего элемента, чем допускается диаграммой состояния. Так, сплавы железо-вольфрам при комнатной температуре могут содержать в легированном феррите, согласно диаграмме состояния, 0,1% вольфрама, а при 1800° С 13% вольфрама. После действия лазерных импульсов феррит при комнатной температуре содержит 15% вольфрама, а после действия ударных волн до 100%, т.е. образуется непрерывный ряд твердых растворов, аналогично жидким растворам при смешивании, например, воды и спирта.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Общая информация о ферримагнетиках.

Все герконы, ферриты и магнитоуправляемые контакты относятся к ферромагнетикам.

2.1.1 Строение ферримагнетиков. Ферримагнетики получили свое название от ферритов,под которыми понимают химические соединения окисла железа Fe₂O₃ с окислами других металлов. В настоящее время используют сотни различных марок ферритов,отличающихся по химическому составу, кристаллической структуре, магнитным,электрическим и другим свойствам.

Наиболее широкое применение нашли ферриты со структурой природного минерала шпинели. Химический состав ферритов-шпинелей отвечает формуле МеFe₂O₄, где под Ме понимают какой-либо двухвалентный катион. На примере этих соединений рассмотрим наиболее характерные особенности магнитных свойств ферримагнетиков.

Исследования показывают, что наличие или отсутствие магнитных свойств определяется кристаллической структурой материалов и, в частности,расположением ионов двухвалентных металлов и железа между ионами кислорода.Элементарная ячейка шпинели представляет собой куб, в состав которого входит восемь структурных единиц типа МеFe₂O₄, т.е. 32 иона кислорода, 16 ионов трехвалентного железа и 8 ионов двухвалентного металла. Кислородные ионы расположены по принципу плотной кубической упаковки шаров. При этом возникают междуузлия двух типов: тетраэдрические, образованные окружением четырех ионов, и октаэдрические, образованные окружением шести ионов кислорода. В этих кислородных междуузлиях находятся катионы металлов. Всего в элементарной ячейке шпинели может быть заполнено 8 тетраэдрических промежутков(назовем их позициями типа А) и 16 октаэдрических мест ( позиции типа В).

Структуру, в которой все катионы двухвалентного железа занимают позиции типа А, а катионы трехвалентного железа распределяются в междуузлиях типа В,называют нормальной шпинелью. Учитывая такой характер распределения катионов по кислородным междуузлиям, формулу феррита со структурой нормальной шпинели можно представить в следующем виде:

(Мe²⁺)[Fe³⁺Fe³⁺]O₄

где в круглых скобках указаны ионы, занимающие позиции типа А, а в квадратных - ионы в позициях типа В. Стрелками условно показано направление магнитных моментов катионов. В структуре нормальной шпинели кристаллизуются ферриты цинка (ZnFe₂O₄) и кадмия (CdFe₂O₄). Как будет показано далее, ферриты со структурой нормальной шпинели немагнитны.

Чаще встречаются ферриты с иным характером распределения катионов по кислородным междоузлиям. Структура, в которой катионы Ме²⁺ находятся в позициях типа В, а катионы трехвалентного железа поровну распределяются между позициями А и В, получила название обращенной шпинели. Формулу обращенной шпинели с учетом распределения катионов можно записать в виде:

(Fe³⁺)[Me²⁺Fe³⁺]O₄

Структуру обращенной шпинели имеют ферриты никеля, кобальта, меди и некоторых других элементов.

Большинство реальных ферритов характеризуется некоторым промежуточным распределением катионов, когда и ионы Ме²⁺, и ионы трехвалентногожелеза Fe³⁺занимают позиции того и другого типов. Такие структуры называют амфотерной шпинелью. Промежуточному распределению катионов соответствует структурная формула

(Me²⁺_1-_xFe³⁺_x)[Me²⁺_xFe³⁺_1-_x]O₄

где параметр х характеризует степень обращенности шпинели. Структуре нормальной и обращенной шпинели отвечают значения х, равные, соответственно,нулю и единице.

2.1.2Природа магнитного упорядочения. В ферритах магнитоактивные катионы находятся достаточно далеко друг от друга, поскольку разделены анионами кислорода, не обладающими магнитным моментом. Поэтому прямое обменное взаимодействие между катионами оказывается очень слабым или отсутствует вообще. Их электронные оболочки практически не перекрываются.

2.2 Ферриты.

2.2.1Общая информация. Ферриты или магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) находят широкое применение в устройствах автоматики, вычислительной техники, в аппаратуре телеграфной связи. Сердечники у ферритов имеют два устойчивых магнитных состояния, соответствующих различным направлениям остаточной магнитной индукции. Именно благодаря этой особенности их можно использовать в качестве элементов для хранения и переработки двоичной информации. Запись и считывание информации осуществляются переключением сердечника из одного магнитного состояния в другое с помощью импульсов тока, создающих требуемую напряженность магнитного поля.

Двоичные элементы на ферритах характеризуются высокой надежностью, малыми габаритами, низкой стоимостью, относительной стабильностью характеристик. Они обладают практически неограниченным сроком службы, сохраняют записанную информацию при отключенных источниках питания.

К материалам и изделиям этого типа предъявляют ряд специфических требований,а для их характеристики привлекают некоторые дополнительные параметры. Основным из таких параметров является коэффициент прямоугольности петли гистерезиса К_пу, представляющий собой отношение остаточной индукции В_r к максимальной индукции В_max:

К_пу = В_r/В_max

Для определенности В_max измеряют при H_max = 5H_c. Желательно, чтобы К_пу был возможно ближе к единице. Для обеспечения быстрого перемагничивания сердечников они должны иметь небольшой коэффициент переключения S_q, численно равный количеству электричества на единицу толщины сердечника, которое необходимо для перемагничивания его из одного состояния остаточной индукции в противоположное состояние максимальной индукции.

Кроме того, ферриты должны обеспечивать малое время перемагничивания,возможно большую температурную стабильность магнитных характеристик, а следовательно, иметь высокую температуру Кюри и некоторые другие свойства.

Ферриты в практике распространены шире, чем металлические тонкие ленты.Это объясняется тем, что технология изготовления сердечников наиболее проста и экономична. Свойства ферритовых сердечников приведены в табл.1.

Ферритам свойственна спонтанная прямоугольность петли гистерезиса, т.е.специфическая форма петли реализуется при выборе определенного химического состава и условий спекания феррита, а не является результатом какой-либо специальной обработки материала, приводящей к образованию текстуры (например, механических воздействий или обработки в сильном магнитном поле).

Из ферритов с ППГ наиболее широкое применение находят магний-марганцевые и литиевые феррошпинели. Установлено, что прямоугольная петля гистерезиса характерна для материалов с достаточно сильной магнитной кристаллографической анизотропией и слабо выраженной магнитострикцией. В этом случае процессы перемагничивания происходят главным образом за счет необратимого смещения доменных границ. Сохранение большой остаточной намагниченности после снятия внешнего поля объясняется локализацией доменных границ на микронеоднородностях структуры. Такими неоднородностями могут быть области с разной степенью обращенности шпинели, вакансии и связанные с ними комплексы, междуузельные атомы и др. Например, в магний-марганцевых ферритах спонтанная прямоугольность петли гистерезиса обусловлена тетрагональными искажениями кристаллической решетки за счет ионов Mn³⁺, образующихся при определенных условиях синтеза.

При использовании ферритов следует учитывать изменение их свойств от температуры. Так, при возрастании температуры от -20 до +60°С у ферритов различных марок коэрцитивная сила уменьшается в 1,5-2 раза, остаточная индукция - на 15-30%, коэффициент прямоугольности - на 5-35%.

В зависимости от особенности устройств, в которых применяются ферриты с ППГ,требования, предъявляемые к ним, могут существенно различаться. Так, ферриты, предназначенные для коммутационных и логических элементов схем автоматического управления, должны иметь малую коэрцитивную силу (10-20 А/м). Наоборот,материалы, используемые в устройствах хранения дискретной информации, должны иметь повышенное значение коэрцитивной силы (100-300 А/м).

В запоминающих устройствах ЭВМ применяют либо кольцевые ферритовые сердечники малого размера (имеются сердечники с наружным диаметром 0,3-0,4 мм), либо многоотверстные ферритовые платы в которых область вокруг каждого отверстия выполняет функции отдельного сердечника. При использовании сердечников достигается более высокое быстродействие, однако возникают технологические трудности при прошивке таких сердечников проводниками и сборке матриц.

2.2.2 Ферриты для устройств СВЧ. Диапазон СВЧ соответствует длинам волн от 1м до 1мм. В аппаратуре и приборах, где используются электромагнитные волны диапазона СВЧ, необходимо управлять этими колебаниями: переключать поток энергии с одного направления на другое, изменять фазу колебаний, поворачивать полоскость поляризации волны, частично или полностью поглощать мощность потока.

Электромагнитные волны могут распространяться в пространстве, заполненном диэлектриком, а от металлов они почти полностью отражаются. Поэтому металлические поверхности используют для направления волн, их концентрации или рассеяния. Электромагнитная энергия СВЧ чаще всего передается по волноводам,представляющим собой трубы. В качестве твердых материалов для управления потоком энергии в волноводах используют ферриты СВЧ и некоторые немагнитные активные диэлектрики. Магнитными характеристиками первых можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, электрическими свойствами вторых - за счет внешнего электрического поля.

Практическое применение ферритов СВЧ основано на: а) магнитооптическом эффекте Фарадея; б) эффекте ферромагнитного резонанса; в) изменении внешним магнитным полем значения магнитной проницаемости феррита.

Магнитооптический эффект Фарадея заключается в повороте плоскости поляризации высокочастотных колебаний в намагниченном за счет внешнего поля феррите. При этом могут быть получены различные углы поворота плоскости поляризации, а следовательно, и коммутирование энергии в разные каналы.

Ферромагнитный резонанс наблюдается при совпадении частоты внешнего возбуждающего поля с собственной частотой прецессии спинов электронов.Собственная частота прецессии зависит от магнитного состояния образца, а потому ее можно изменять с помощью постоянного подмагничивающего (управляющего) поля Н_. При резонансе резко возрастает поглощение энергии электромагнитной волны, распространяющейся в волноводе в обратном направлении;для волны прямого направления поглощение оказывается значительно меньшим. В результате получается высокочастотный вентиль. Рассмотренный эффект наиболее сильно проявляется в том случае, когда напряженности переменного возбуждающего поля и постоянного подмагничивающего полей взаимно перпендикулярны.

Если частоту внешнего поля поддерживать постоянной, а изменять напряженность подмагничивающего поля Н_, то вентильные свойства феррита будут проявляться в довольно узком интервале напряженностей постоянного поля DН_, называемом шириной линии ферромагнитного резонанса. Чем меньше значение DН_, тем сильнее поглощение электромагнитной энергии, что благоприятно сказывается на характеристиках ряда СВЧ-устройств (антенные переключатели и циркуляторы, служащие для распределения энергии между отдельными волноводами; фазовращатели; фильтры; модуляторы; ограничители мощности и др.).

Помимо достижения узкой линии резонанса к ферритам СВЧ предъявляют ряд специфических требований. Основными из них являются:

1) высокая чувствительность материала к управляющему полю (возможность управления относительно слабым внешним полем);

2) высокое удельное объемное сопротивление (10⁶-10⁸ Ом·м) и возможно меньший тангенс угла диэлектрических потерь (10^-3 - 10^-4), а также возможно меньшее значение магнитных потерь вне области резонанса, обеспечивающее малое затухание в феррите;

3) температурная стабильность свойств и возможно более высокое значениеточки Кюри.В отдельных случаях к ферриту предъявляют и другие требования, которые могут быть даже противоречивыми. Большинство требований удовлетворяется при использовании магний-марганцевых ферритов с большим содержанием окиси магния.

Для некоторых целей применяют литий-цинковые и никель-цинковые ферриты и ферриты сложного состава (полиферриты).

Конфигурация и размеры ферритового изделия, с одной стороны, определяются принципом действия прибора, а с другой, зависят от свойств самого материала. В различных приборах СВЧ применяемые ферритовые вкладыши имеют форму прямоугольной пластины, равностороннего треугольника, кольца, диска или сферы. При определенной геометрии вкладыша обеспечивается наилучшее согласование его с волноводом, т.е. получается минимальное отражение электромагнитной волны от феррита. Для изготовления вкладышей используются как поликристаллические материалы, так и монокристаллы ферритов. Последние характеризуются более узкой шириной линии ферромагнитного резонанса.

2.2.3. Магнитострикционные ферриты. Магнитострикционными называют магнитные материалы, применение которых основано на явлении магнитострикции и магнитоупругом эффекте, т.е. изменении размеров тела в магнитном поле и изменении магнитных свойств материала под влиянием механических воздействий.

Среди магнитострикциооных материалов можно отметить как чистые металлы, так сплавы и различные ферриты. Ферриты являются магнитострикционными материалами для высоких частот.

В эксплуатационных условиях в большинстве случаев магнитное состояние сердечника магнитострикционного преобразователя определяется одновременным воздействием переменного и постоянного подмагнич,вающих полей. Если Выполняется соотношение B_m << B_, то между амплитудами переменного магнитного поля и механических колебаний существует линейная зависимость. Таким образом,магнитострикционные колебания небольшой амплитуды в намагниченной(магнитно-поляризованной) среде по своему внешнему проявлению аналогичны пьезоэлектрическим. Поэтому их иногда называют пьезомагнитными.

Широкое применение в магнитострикционных устройствах находит ферритовая керамика. По сравнению с никелем и металлическими сплавами, магнитострикционные свойства которых также выражены довольно сильно,магнитострикционные ферриты имеют ряд преимуществ. Благодаря высокому удельному сопротивлению в них пренебрежимо малы потери на вихревые токи,поэтому отпадает необходимость расслаивать материал на отдельные пластины. В отличие от металлических сплавов ферриты не подвержены действию химически агрессивных сред. С помощью керамической технологии можно изготовить преобразователи практически любых форм и размеров.

По составу магнитострикционная керамика представляет собой либо чистый феррит никеля (NiFe₂O₄), либо твердые растворы на его основе.

Из магнитострикционных материалов изготавливают сердечники электромеханических преобразователей (излучателей и приемников) для электроакустики и ультразвуковой техники, сердечники электромеханических и магнитострикционных фильтров и резонаторов, линий задержки. Их используют также в качестве чувствительных элементов магнитоупругих преобразователей,применяемых в устройствах автоматики и измерительной техники.

2.2.4. Применение ферритов. Магнитомягкие ферриты с начальной магнитной проницаемостью 400 - 20000 в слабых полях во многих случаях эффективно заменяют листовые ферромагнитные материалы - пермаллой и электротехническую сталь. В средних и сильных магнитных полях замена листовых ферромагнетиков ферритами нецелесообразна, поскольку у ферритов меньше индукция насыщения.

В табл.4 дана характеристика некоторых распространенных марок ферритов, выпускаемых в промышленном масштабе.

Магнитомягкие ферриты широко применяются в качестве сердечников контурных катушек постоянной и переменной индуктивностей, фильтров в аппаратуре радио- и проводной связи, сердечников импульсных и широкополосных трансформаторов, трансформаторов развертки телевизоров, магнитных модуляторов и усилителей. Из них изготавливают также стержневые магнитные антенны, индуктивные линии задержки и другие детали и узлы электронной аппаратуры.

Наиболее часто применяют ферритовые сердечники с замкнутой магнитной цепью.Такие магнитопроводы бывают либо монолитными, в виде единого тела (например,кольцевой сердечник), либо составными - из двух хорошо пришлифованных друг к другу частей, зазор между которыми по возможности мал. Составные магнитопроводы распространены шире монолитных, так как намотка проволоки на последние вызывает определенные трудности. В качестве примера на рис.4 показана конструкция составного сердечника закрытого (броневого) типа. Он состоит из двух одинаковых чашек и стержня-подстроечника, входящего в центральное отверстие. Перемещением подстроечника можно регулировать индуктивность катушки.

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

То, что объемы производства герконов в мире не снижаются, связано с рядом их неоспоримых качеств:

полностью герметизированный металлический контакт, в связи с чем герконы могут работать в условиях повышенной влажности и запыленности, в агрессивных средах, при температурах от - 60°С до +150°С;
малая мощность управления (50 - 200 мВт);
низкое электрическое сопротивление (0,05 - 0,2 Ом);
высокое сопротивление изоляции (10¹⁰ - 10¹²Ом);
быстродействие (0,5 - 1,5 мс);
полная гальваническая развязка цепей управления и нагрузок;
большой срок службы (10⁶ - 10⁸ переключений);
высокая механическая устойчивость (ударные нагрузки до 500 g, вибрация в диапазоне частот до 3000 Гц при 15 - 20 g).

В зависимости от принципа действия герконы подразделяются на замыкающие и переключающие, в зависимости от коммутируемого напряжения - на низковольтные и высоковольтные (более 1 кВ), в зависимости от размера стеклобаллона - на стандартные и миниатюрные (менее 10 мм).

Производство герконов, как правило, является высокоавтоматизированным, прецизионным, требующим высокой квалификации обслуживающего персонала и специального технологического оборудования.

Ведущими производителями герконов на мировом рынке являются фирмы OKI (Япония), Hamlin (США), Standex (Великобритания), Philips, C.P. Clare, Fujitsu (Япония), Gunther (Германия), Aleph Nippon (Япония), РЗМКП (Россия).

Единственный производитель герконов В России и странах СНГ - Рязанский завод металлокерамических приборов (РЗМКП).

Основные области применения герконов:

реле;
промышленные датчики (датчики положения, датчики уровня и т. д.);
автомобильные датчики;
датчики охранной сигнализации;
телефония и связь;
игрушки и спортивные товары.

Свойства герконов и простота их конструкции, возможность управления ими посредством магнитных полей, созданных электрическим током и постоянным магнитом, позволяет применять их в реле, концевых выключателях, кнопках, датчиках положения,скорости и ускорения, элементах измерительной аппаратуры и т. д.

Изменения, происходящие в элементной базе современной радиоэлектроники, приводят к изменению в структуре рынка сбыта герконов. Вследствие перехода на электронные телефонные станции произошло резкое сокращение потребления герконов в телефонии и связи. Однако увеличилось их потребление в области различных датчиков, появились новые области применения: автомобилестроение, самолетостроение и т. д. В современных автомобилях, таких как "Honda", "Mercedes", "Toyota", используется от 10 до 40 различных датчиков на герконах, в автомобилях марки ВАЗ - пока только четыре.

Общий объем продаж герконов на мировом рынке составляет 1 млрд. шт. в год. Потребность в них стабильно растет: от 10% до 15% ежегодно.

Рост объема продаж герконов связан как с увеличением производства уже выпускаемых изделий на их основе, так и с появлением новых. В первую очередь, это относится к реле и датчикам.

Особенность свойств герконов делает их практически незаменимыми в ряде областей техники. По совокупности свойств и уровню цен герконовые реле и датчики превосходят полупроводниковые аналоги, в результате этого наблюдается обратный переход от полупроводниковых устройств к устройствам на герконах.

Основными тенденциями в развитии герконов являются:

миниатюризация - переход от стандартных размеров стеклобаллона (14 - 15 мм) к размеру 10 мм и 7 мм. На рис. 2 приведены данные по размерам герконов, выпускаемых фирмами OKI, Hamlin, Philips, РЗМКП. В результате миниатюризации герконов уменьшаются размеры реле и датчиков, что расширяет область их применения. Актуальным является создание герконов с размером баллона не более 5 мм. Основная проблема в реализации этого проекта - автоматизированная заварка таких герконов;
адаптация герконов для SMT-технологии. Для использования в SMT-технологии герконы должны иметь плоскую конструкцию. Такой тип герконов выпускается только фирмой C.P. Clare. Ряд фирм используют специальные корпуса для герконов и тем самым делают возможным их применение в SMT-технологии;
создание миниатюрных переключающих герконов с размером баллона 15 и 12 мм;
создание герконов повышенной мощности, до 100 Вт, с размером баллона до 36 мм;
создание малогабаритных герконов повышенной мощности.

2.3.1. Cпособы управленияработой герконов

Управление работой герконов может осуществляться как от катушки управления, так и от постоянного магнита (или их комбинаций).

Принцип действия устройств на герконах основан на изменении потока, создаваемого магнитным полем, проходящего через геркон. Эти изменения (обычно от нуля до величины достаточной для срабатывания геркона), могут быть осуществлены различными способами.

Представленные способы управления позволяют создать различные конструктивные схемы изделий на герконах в паре с катушкой или постоянным магнитом.

2.3.1.1 Управление с использованием катушки

Катушка должна создавать рабочую магнитодвижущую силу, обеспечивающую надежное срабатывание и удержание геркона в замкнутом состоянии.

МДС рабочая = (1,3...2,2) МДС срабатывания.

Рисунки 3-5 иллюстрируют различные методы работы геркона с использованием катушки.

Рисунок 3. Геркон, установленный внутри катушки

Рисунок 4. Геркон, установленный вне катушки

Рисунок 5. Геркон, поляризованный постоянным магнитом и управляемый катушкой

2.3.1.2 Управление с использованием постоянных магнитов.

Управление осуществляется изменением взаимного положения геркона и постоянного магнита.

Наиболее часто используемые методы управления представлены на рисунках 4-10. Сплошные линии – координаты срабатывания геркона, штриховые – координаты отпускания.

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Рис.10

Рис. 11

Рис. 12

2.3.2 Указания по эксплуатации

В процессе эксплуатации необходимо предусматривать меры предосторожности, исключающие случаи механических повреждений, приводящих к нарушению герметичности стеклянного баллона и повреждению выводов.

При эксплуатации герконов должны быть предусмотрены меры, исключающие влияние внешнего магнитного поля.

При коммутации электрических цепей следует руководствоваться максимальными значениями коммутируемых токов, напряжений и мощности, указанными в технических характеристиках герконов.

Следует учитывать наличие в монтаже паразитных индуктивностей и емкостей.

Для снижения этих влияний рекомендуется располагать нагрузку в непосредственной близости от геркона.

Конструкция герконов обеспечивает наработку при работе без нагрузки порядка

10⁸ срабатываний. С увеличением нагрузки наработка герконов сокращается. Это обусловлено эрозионными процессами, протекающими на контактирующих поверхностях в режиме размыкания и замыкания. Для повышения надежности герконов рекомендуется применять схемы защиты.

2.3.2.1 Защита герконов при работе на активную нагрузку с помощью цепочки RC

Для предотвращения возможности зажигания дуги необходимо выполнить условие:

Где,

Vкд – напряжение на контакт - деталях в момент размыкания, В;

Vo – напряжение источника, В;

R – сопротивление защитного резистора, Ом;

Rн – сопротивление нагрузки, Ом;

Сопротивление резистора определяется:

Где,

Iком.макс – максимальный коммутируемый ток, А;

I_Н– ток нагрузки, А;

Значение емкости выбирается из условия: С=(0,05...1,0)•Iком

Где,

С – емкость конденсатора, мкФ;

Iком – коммутируемый ток, А.

2.3.2.2 Защита герконов при работе на индуктивную нагрузку с помощью диода

Номинальный ток диода в прямом направлении не должен превышать величину тока.

Номинальное обратное напряжение диода должно быть выше напряжения источника питания Vo.

2.3.2.3 Защита герконов при работе на емкостную нагрузку с помощью резистора

Сопротивление защитного резистора R находится из выражения:

R_0>=V_o/I_{ком.макс}

Или

R>V²_o/P_{ком. мак}с

Где,

Iком.макс и Pком.макс – максимальные значения коммутируемого тока и коммутируемой мощности соответственно.

2.3.2.4 Защита герконов при работе на ламповую нагрузку с помощью резистора

Для ограничения броска тока через геркон до значения Iком.макс необходимо выполнить условие:

R+R_нлх = V_o/I_{ком.макс}

Где,

Rнлх – сопротивление лампы в холодном состоянии, которое в 8 – 14 раз меньше сопротивления лампы в горячем состоянии.

R – сопротивление добавочного резистора.

2.3.4 УКАЗАНИЕ ПО МОНТАЖУ

Герконы можно использовать как в объемном, так и в печатном монтаже.

При монтаже в аппаратуре допускается любое крепление, не приводящее к нарушению герметичности и целостности геркона в процессе эксплуатации. Монтаж должен осуществляться так, чтобы герконы не касались друг друга.

При необходимости подключения к выводам геркона более одного проводника следует производить подпайку (или приварку) второго и последующих проводников не к выводу геркона, а к ранее подпаянному проводнику. Сечение монтажных проводников не должно превышать сечения выводов герконов.

При пайке и сварке деформация выводов должна быть минимальной. Мощность монтажного паяльника - не более 100 Вт, продолжительность каждого нагрева - не более 3с.

В случае повторной пайки необходимо дать время для остывания вывода геркона от предыдущего нагрева. Паять следует припоем с температурой плавления не более 260бС.

Изгиб выводов осуществлять на расстоянии не менее 3мм от спая. При изгибе необходимо жестко держать геркон за часть вывода сопряженную с баллоном, чтобы не разрушить металлостеклянный спай. Повторные перегибы выводов не допускаются. Обрубка выводов должна производиться, как показано на рисунке 15.

рис. 15

Следует помнить, что укорачивание и изгиб выводов герконов приводит к изменению МДС срабатывания и отпускания.

ВЫВОДЫ

Ферриты и изделия из них начиная с момента их изобретения нашли наиболее широкое применение в радиоэлектронике и вычислительной технике среди других магнитомягких материалов. Кроме того, что ферритовые изделия в большинстве случаев могут эффективно заменить изделия из других материалов, они обладают рядом уникальных физико-химических, магнитных и электрических свойств, не присущих ни одному другому материалу.

Применение ферритовых изделий в вычислительной технике позволило значительно ускорить процесс вычислений благодаря возможности значительной миниатюризации запоминающих устройств и устройств переключения.

Несмотря на значительный прогресс в области производства интегральных схем высокой степени миниатюризации и связанное с этим некоторое падение интереса к ферритовым сердечникам как к устройствам памяти, изделия подобного рода все еще находят довольно широкое применение в устройствах управления различными процессами и контроля выпускаемых изделий в промышленности.

С другой стороны, прогресс в области производства интегральных схем ипроизводство автоматов на их основе позволило значительно улучшить контроль качества при производстве ферритов, что в свою очередь позволило выпускать ферритовые изделия с более точными характеристиками.

Применение ферритовых сердечников в радиоэлектронной аппаратуре в качестве сердечников катушек и основ для магнитных головок воспроизводящей и записывающей аппаратуры на данный момент является наиболее обширным. По своим характеристикам ферритовые сердечники не имеют аналогов по соотношению цена/качество среди других материалов и применяются в очень широком диапазоне приборов: от любительской техники до высокоточных промышленных аппаратов.

Список используемой литературы

Печатные источники:

1) З.Фактор и др. Магнитомягкие материалы. М.: Энергия, 1964 — 312 с.

2) Э.А.Бабич и др. Технология производства ферритовых изделий. М.: Высшая школа, 1978, 1978 — 224 с.

3) В.А.Злобин и др. Ферритовые материалы. Л.: Энергия, 1970 — 112 с.

4) В.В.Пасынков, В.С.Сорокин. Материалы электронной техники, М.: Высшая школа, 1986 — 367 с.

5) Ю.В.Корицкий и др. Справочник по электротехническим материалам. Т.3, Л.: Энергоатомиздат, 1988 — 728 с.

Internet- источники:

1. Электронная энциклопедия http://www.krugosvet.ru.

2. Электронный каталог измерительных приборов http://www.datchik.ru

3. Сайт «Электронные компоненты» http://www.elcp.ru/

4. Большая Советская Энциклопедия http://referatu.ru/

5. ОАО "Рязанский завод металлокерамических приборов"