Герконові реле Standex-Meder - переваги «герметичній» комутації

1. Конструкція і принцип роботи герконів
2. Конструкція і принцип роботи герконовий реле
3. Порівняння герконовий реле з електромеханічними і напівпровідниковими
4. Ключові Особливості герконового реле
5. Надмініатюрні герконові реле для друкованого монтажу Standex-Meder Electronics
6. Загальні рекомендації щодо застосування герконовий реле і герконів
7. Висновок
8. література
9. Термоусаджувальні трубки серії ATUM від TE Connectivity
10. Про компанію STANDEX Electronics, INC

У момент комутації електричного кола виникають перехідні процеси. Це відбувається через так званого «коливання» контактної системи і тягне за собою спотворення корисного сигналу, проявляючись у вигляді «викидів» і «просідань» комутованого напруги. В результаті може призвести до пошкодження як обладнання, що знаходиться на лінії, що комутується, так і самої комутаційної контактної групи. Даний ефект особливо яскраво проявляється при комутації сільноточних ланцюгів і, в меншій мірі, ланцюгів з струмовим навантаженням понад 1 А. До виникнення такого ефекту призводить електроерозія і знос контактної системи, що посилюється при застосуванні конструкцій «відкритих» контактних груп реле, контакторів і пускачів, експлуатуються в умовах агресивного навколишнього середовища.

Інша проблема - комутація малопотужних сигналів. При цьому перехідний опір в місці контакту може виявитися настільки відчутним, що призведе до значного ослаблення сигналу або до його повної втрати. Це проявляється через окислення і самопассіваціі матеріалів контактної групи. Цих хімічних процесів практично неможливо уникнути в негерметизованих корпусах реле електромагнітної системи.

При застосуванні напівпровідникових керованих комутаційних елементів необхідно враховувати опір структури і його нелінійність при комутації малопотужних сигналів, а також наявність струмів витоку, що накладає обмеження на їх застосування в тих областях, де потрібна підвищена електробезпека при комутації високих напруг.

У системах автоматики часто потрібно забезпечити гальванічну розв'язку між цифровою частиною, пов'язаною різними шинними інтерфейсами з процесором, чутливим до різних наведенням і впливам з боку силових і комутуючих пристроїв, і силовий частиною, що знаходиться під високим потенціалом щодо спільного проведення.

Основною вимогою тут також є забезпечення електробезпеки, висока швидкість дії і мініатюрність пристроїв комутації. Розмір коммутирующего елемента є важливим фактором через часту необхідність забезпечити гальванічну розв'язку порівняно великого числа зовнішніх ліній введення-виведення - від декількох десятків до декількох сотень.

Одним з варіантів вирішення поставлених завдань є застосування герметичних магнітокерованих контактних груп, «герконів», суміщених з котушкою в конструкцію, відому як «герконовое реле».

Герконові реле вперше були винайдені в Bell Labs на початку 1930 рр. Однак тільки з 1940 рр вони почали широко застосовуватися в якості датчиків і за прямим призначенням. Вони почали використовуватися в якості послідовних перемикачів раннього електронного та тестового обладнання. В кінці 1940 рр компанія Western Electric почала використовувати герконові реле в телефонній станції свого центрального офісу, де вони застосовуються і до цього дня. Герконові реле зіграли величезну роль у розвитку телекомунікаційних технологій.

Протягом декількох років з'являлися і зникали різні виробники герконовий реле, деякі з них утримували свої позиції довше, ніж дозволяло низька якість виробленої продукції і її ненадійність. Однак, більшість сучасних виробників герконовий реле створюють високоякісні вироби з дуже хорошими показниками надійності. Це дає безпрецедентну можливість для зростання їх збуту.

У сучасних технологіях виробництва герконові реле використовуються в усіх сегментах ринку, включаючи тестове і вимірювальне обладнання, медичну електроніку, телекомунікаційну апаратуру, автоматику, системи безпеки та інші. Йде зростання споживання, світове виробництво герконовий реле не може задовольнити зростаючу потребу в них.

Герконові реле унікальні за своєю технологією. Будучи герметичними, вони можуть застосовуватися практично в будь-яких умовах навколишнього середовища. Дуже прості за своїм устроєм, вони об'єднують безліч виробничих технологій. Критичним показником якості та надійності є герметичність в місці зіткнення скла корпусу і металу виведення контакту. Ці матеріали повинні мати строго однаковий температурний коефіцієнт лінійного розширення. В іншому випадку можливе виникнення тріщин і погана герметичність колби. Незалежно від технології напилення або гальваніки, процес нанесення контактних матеріалів (зазвичай родію або рутенію) вимагає дотримання високої точності і особливої ​​чистоти виробничих приміщень, подібних за пропонованим вимогам з напівпровідниковим виробництвом. Аналогічно виробництва напівпровідників, будь-які чужорідні частинки, присутні при виробництві, приведуть до зростання втрат, зниження якості і надійності виробів.

З плином часу герконові реле зменшилися в розмірі приблизно з 50 до 6 мм. Зменшення розміру дозволило поширити їх застосування, зокрема, на пристрої РЧ-діапазону і швидкодіючі пристрої.

Поодинокі магнітокеровані контакти знайшли широке застосування в першу чергу як датчики, чутливі до зовнішнього магнітного поля.

Конструкція і принцип роботи герконів

Геркон складається з двох феромагнітних пластин, зазвичай виготовлених зі сталі та нікелю, герметизованих в скляній капсулі. Пластини розміщені так, що перекриваються, забезпечуючи невеликий повітряний зазор, і замикаються при наявності магнітного поля відповідної сили. Контактна область обох пластин має напилення або гальванічного покриття, виконане з дуже стійкого металу (зазвичай родій, рутеній). Структура шарів покриття контактів приведена на рисунках 2 і 3 для родію та іридію відповідно.

Мал. 2. Структура контактної групи NiFe-W-Ru

Мал. 3. Структура контактної групи NiFe-Au-Ro-Ir

Іридій і родій - дуже стійкі до ерозії метали. Вони дають можливість забезпечити тривалий час роботи контактів, якщо вони не комутують дуже потужне навантаження. Порожнина капсули зазвичай містить азот або подібний інертний газ. Деякі типи герконів вакуумируют для збільшення потенціалу комутованого напруги. Пластини герконового реле поводяться подібно магнітопровода: при додатку зовнішнього магнітного поля від магніту або електромагнітної котушки виникає взаємне притягання пластин. Створювані поля з протилежним знаком забезпечують замикання контактів, коли магнітна сила перевищує поворотну силу пластин контактів. При зниженні сили зовнішнього магнітного поля так, що зусилля між контактами стає менше, ніж поворотна сила, контакт розмикається.

Геркон, описаний вище і представлений на малюнку 1, характеризується як 1 Form А (нормально розімкнена або однополярна однонаправлена ​​SPST-група контактів).

Мал. 1. Пристрій найпростішого геркона з контактною групою типу А (нормально розімкнуті контакти)

У багатьох напрямах перемикачі даної конфігурації описуються як 2 Form A (два нормально розімкнутих контакту або двуполярное односпрямоване реле DPST), реле 3 Form A має три нормально розімкнутих контакту, і так далі. Нормально замкнутий контакт описується як 1 Form B. Реле з перемикаючим контактом наведено на малюнку 4 і характеризується як однополярної двунаправленное (SPDT) 1 Form C.

Мал. 4. Пристрій трехвиводного геркона типу 1 Form С (однополярної двунаправленное)

Основні типи контактних груп, які застосовуються як у герконів, так і у герконовий реле, наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Основні типи контактних груп герконів і герконовий реле

Загальна пластина є єдиною рухомою частиною геркона цього типу, вона замкнута з нормально замкнутим контактом реле під час відсутності магнітного поля. При виникненні магнітного поля відповідної сили, загальний контакт замикається з нормально розімкненим контактом. Обидві пластини нормально розімкнутого і нормально замкнутого контактів є нерухомими. Всі три пластини мають феромагнітний покриття, однак контактна область нормально замкнутого контакту виконана з немагнітного матеріалу, привареного до феромагнітної пластині. При приміщенні в магнітне поле обидва висновки приймають однакову поляризацію, протилежну рухомого контакту. Немагнітний матеріал перериває магнітний потік в нормально замкнутому контакті, і рухомий контакт притягається до нормально розімкненим контакту, що утворює з ним безперервний муздрамтеатр для магнітного потоку.

Спрацьовування магнітокерованих контакту можна досягти двома способами:

• за допомогою магнітного поля, створюваного постійним магнітом (малюнок 5);

Мал. 5. Принцип роботи магнітокерованих контакту - геркона

• за допомогою магнітного поля, що створюється котушкою індуктивності (рисунок 6).

Мал. 6. Взаємодія постійного магніту з магнітоуправляємим контактом: а) паралельна орієнтація постійного магніту, б) перпендикулярна орієнтація постійного магніту

Коли постійний магніт наближається до магнітокерованою групі контактів, кожна пластина намагничивается. При цьому виникає сила їх взаємного тяжіння. При досягненні силою магнітного поля порогового значення, що перевищує пружність пластин контактів, вони замикаються. При зникненні зовнішнього магнітного поля, залишкове магнітне поле в феромагнітних пластинах контактів також розсіюється, викликаючи їх розмикання. При наявності залишкового магнітного поля на пластинах контактів, характеристики геркона будуть відмінні від закладених при виробництві. Тому при їх виготовленні застосовують високотемпературний відпал, щоб зняти залишкову магнітне поле.

Магнітна характеристика контактної групи магнітокерованих контактів має виражену анізотропну симетричну спрямованість. На малюнку 6 зображено вигляд діаграми взаємодії постійного магніту з магнітоуправляємим контактом, «герконом».

Розглянемо це взаємодія докладніше.

Оскільки контакти геркона мають свою діаграмою чутливості, то, в залежності від розташування магніту і його орієнтації в просторі щодо контактної групи, можливі три варіанти взаємодії:

• магніт поза зоною дії (рисунок 6а, положення 1, 5; малюнок 6б- положення 1, 5, 8);
• магніт в зоні спрацювання (рисунок 6а, положеніе3; малюнок 6б- положення 3, 4);
• магніт в зоні гистерезиса (рисунок 6а, положення 2, 4; малюнок 6б- положення 2, 4, 7).

На малюнку 6 суцільними лініями показана зона впевненого спрацьовування контактної групи. При знаходженні постійного магніту в її межах магнітне поле є достатнім для надійного спрацювання контактної групи. Пунктиром показана зона гістерезису - при входженні магніту в цю зону магнітне поле ще недостатньо сильно для спрацьовування контактної групи, але його ще досить для утримання в «спрацював» стані контактної групи. У разі іншої конфігурації контактної групи геркона, відмінною від розглянутої 1 Form A, під «спрацьовуванням» буде розумітися розмикання групи 1 Form B або перемикання 1 Form C. Причому діаграма чутливості різна для паралельної (малюнок 6а) і перпендикулярній (малюнок 6б) орієнтації постійного магніту-активатора щодо контактної групи геркона.

На основі цього принципу роботи магнітокерованою герметичній контактної групи можна навести кілька способів управління герконом, представлених на малюнку 7.

Мал. 7. Способи управління магнітоуправляємим контактом

На малюнку 7а, в, г зображені способи управління контактною групою геркона за допомогою обертового постійного магніту, причому число спрацьовувань на один оборот такого активатора буде визначатися кількістю полюсів магніту-активатора.

На малюнку 7б наведений спосіб кутового переміщення постійного магніту-активатора.

На малюнку 7д магніт нерухомий - переміщається шторка, що екранує магнітне поле активатора - постійного магніту.

Основні типи герконів, що випускаються компанією Standex-Meder Electroincs, наведені в таблиці 2.

Таблиця 2. Основні типи одиночних герконів

0 ... 20 0 ... 200 0 ... 1 Загальна, автомобільна апаратура KSK-1A46 0 ... 10 0 ... 200 0 ... 0,5 КВП KSK-1A66 0 ... 10 0 ... 200 0 ... 0,5 Загальна, автомобільна апаратура KSK-1A87 0 ... 10 0 ... 200 0 ... 0,5 Загальна, автомобільна апаратура, КВП

При застосуванні одиночних герконів слід пам'ятати, що значне перевищення допустимого комутованого струму через контакти може привести до їх мимовільного розмикання, підгоряння і, як наслідок, виходу геркона з ладу. Це також відноситься і до досліджуваних далі герконовим реле на основі магнітокерованих контактів.

Конструкція і принцип роботи герконовий реле

Магнітне поле, що управляє контактною групою геркона, може бути створено також соленоидом - котушкою, що утворює єдиний конструктив з герметизированной магнітокерованою контактною групою, або декількома контактними групами, розміщеними в одному корпусі. Принцип роботи наведено на малюнку 8. магнітокерованих контакт, поміщений всередину соленоїда, де найбільш сильне магнітне поле зосереджено в центрі, утворює герконовое реле. При виникненні магнітного поля відбувається поляризація пластин, що викликає їх взаємне тяжіння, і, відповідно, замикання нормально розімкнутого контакту.

Мал. 8. Принцип роботи герконового реле

При використанні відповідної конструкції, матеріалів і розміщенні електростатичного екрана між колбою і котушкою герконового реле, можна домогтися його здатності комутувати сигнали дуже малої потужності (порядку НВ або фа) без втрати корисної складової або з мінімальним ослабленням. Досягнення таких показників іншими способами в даний час неможливо без значного підвищення ціни кінцевого виробу. Конструкція такого реле наведена на малюнку 9.

Мал. 9. Розріз герконового реле: котушка, герметичний контакт і розміщення екрану (коаксиала)

При використанні коаксіального екрану герконовое реле стає таким же, як і лінія передачі для високочастотного сигналу. Зі зменшенням розміру герконовий реле загальний габарит корпусу став менше 8 мм, зменшуючи розподілену ємність контакту по відношенню до екрану до менш ніж 0,8 пФ. Це дозволяє герконовим реле коммутировать сигнали з частотою аж до 6 ГГц без значних втрат потужності сигналу (ослаблення складе 3 дБ). В даний час досяжні вносяться втрати на рівні 0,2 дБ в діапазоні 1,1 ... 2 ГГц. Частотні характеристики герконовий реле перевершують сучасні арсенід-галієві високочастотні КМОП-структури і є цілком конкурентоспроможними при роботі на частотах від 1 ГГц і вище. В даний час герконові реле широко використовуються в тестовому обладнанні і устаткуванні стільникових телекомунікацій завдяки їх чудовим частотним характеристикам.

Порівняння герконовий реле
з електромеханічними і напівпровідниковими

Крім герконовий реле, в категорію комутаційної апаратури входять також електромеханічні і так звані «твердотільні», напівпровідникові реле. Неможливо вказати єдине оптимальне рішення для всіх випадків застосування; вибір того чи іншого варіанту залишається за розробником. У таблиці 3 наведені відмінності герконовий реле від електромеханічних і напівпровідникових. Це дозволить вибрати бажане рішення, виходячи з необхідних параметрів навколишнього середовища і умов комутації.

Таблиця 3. Характеристики герконовий реле в порівнянні з електромеханічними і напівпровідниковими

0,1 ... 1 За останні 5 Менш 0,1 Середній термін служби 1010 циклів 106 циклів Наближається до нескінченності Енергоспоживання, мВ 3 50 3 Максимальна напруга, що комутується, кВ постійної напруги 10 1,5 1 , 5 Максимальний комутований струм, А 3 До 40 До 40 Мінімальне навантаження, мВт Чи не обмежена (мкВ, пА) 50 50 Опір ізоляції, Ом 1014 109 109 Внесений шум Відсутня Комутаційні перешкоди Дуже високий Внесені втрати, дБ 0,5 0,5 2 чутливість до перевантаження Ви окаянний (розмикання) Нечутливі Вихід з ладу (пробою) Інше Лінійна характеристика від постійного струму аж до ГГц діапазону Лінійна характеристика від постійного струму аж до ГГц діапазону Спотворення комутованого сигналу Гальванічна ізоляція (повітряний зазор) Гальванічна ізоляція (повітряний зазор) Відсутність гальванічного ізоляції між високовольтної і низьковольтної частинами

Ключові Особливості герконового реле

• Здатність коммутировать напряжение до 10кВ.
• Здатність коммутировать ток до 5А.
• Здатність комутації напруги від 10нВ без Втрата сигналу.
• Здатність коммутировать Струм від 1 фа без Втрата сигналу.
• Здатність коммутировать сигнал з частотою до 7ГГц.
• Опір ізоляції контактів до 1015Ом.
• Опір контактів (омічній) ставити зазвічай 50мОм.
• У вімкненому стані НЕ спожівають Енергію.
• Можливі бістабільні виконання.
• Діапазон швидкостей срабативанія- 100 ... 300мс.
• Здатність працювати в температурному діапазоні -55 ... 200 ° С.
• Здатність роботи в будь-яких середовищах, включаючи газову, водну, вакуум, масла, паливно-горючі суміші, сильно запилену амосферу.
• Здатність витримувати удар до 200g.
• Здатність витримувати вібрацію в діапазоні 50 ... 2000Гц до 30g.
• Тривалий час служби. Без перевантаження системи, при навантаженні на контакти 5В при 10мА, реле може витримати більше 1012 циклів спрацьовувань.

Надмініатюрні герконові реле
для друкованого монтажу Standex-Meder Electronics

компанія Standex-Meder Electronics є одним з відомих виробників електроніки, зокрема - герметизованих контактів, герконовий реле і датчиків, що містять магнітокеровані компоненти.

З 1987 р компанія виробляє величезну кількість електронних компонентів. Технологічний контроль дозволяє забезпечувати безпрецедентний рівень якості продукції. Вироби компанії широко застосовуються в різних галузях промисловості: аерокосмічної та медичній галузях, телекомунікаційних системах. Познайомимося з найбільш широко вживаними серіями реле.

Серія BE випускається в герметичних пластикових або металевих корпусах. Ці реле мають розташування контактів, сумісний з більшістю реле, що випускаються іншими світовими виробниками.

Серія DIL застосовується, коли необхідно забезпечити високу напругу пробою між висновками (до 4250 В).

серія DIP - загального призначення, сумісна з усіма реле даного форм-фактора інших виробників.

Серія MS відрізняється вдвічі меншою займаною площею (всього половина від площі, займаної звичайним реле). Вони використовуються в якості реле напруги. Ця серія також має ВЧ-виконання, здатне комутувати сигнали до 1 ГГц. Реле знаходять застосування в інструментальних пристроях і тестовому обладнанні.

Реле серії NP - мініатюрне реле з великим набором контактних груп в габаритах всього 10,1х22 мм.

реле серії SIL займають на друкованій платі всього лише половину площі, займаної реле серій DIP або DIL, надаючи всі переваги герметичній комутації сигналу.

Реле серії UMS є наймініатюрнішими, займаючи лише чверть посадкового місця реле серії MS. Вони мають характеристики, аналогічними більш «великої» серії SIL. Котушка цих реле вже містить захисний діод, а внутрішнє екранування дозволяє розміщувати реле групами, що актуально для використання в комутаційних масивах контрольно-вимірювальних і телекомунікаційних систем.

Перелік надмініатюрних реле, їх зовнішній вигляд і основні параметри наведені в таблиці 4.

Таблиця 4. Основні параметри і порівняльні характеристики надмініатюрних реле Standex-Meder

ПараметрСерія BEСерія DILСерія DIP Серія MSСерія NPСерія SIL Серія UMSЗовнішній вигляд і габаритиНапруга котушки, В

5 ... 48 5 ... 24 3 ... 24 5 ... 12 4 ... 24 3 ... 24 5 ... 12 Опір котушки, Ом 30 ... 12000 200 ... 11000 200 ... 2000 280 ... 700 500 ... 10000 20 ... 2000 280 ... 700 контактні групи 1 або 2 (A, B, C) (E); 3A, 4A, 5A 1A, 1C, 2A, 2C 1A, 1B, 1C, 2A 1A, 2A, 1B 1A, 1C, 2A 1A, 1B, 1C 1A Номінальна потужність, Вт 0 ... 100 0 ... 50 0 ... 50 0 ... 10 0 ... 15 0 ... 50 10 Комутована напруга, В 0 ... 1000 0 ... 500 0 ... 500 0 ... 200 0 ... 500 0 ... 500 170 Комутований струм, А 0 ... 1,0 0 ... 2,0 0 ... 2,0 0 ... 0,5 0 ... 1,0 0 ... 2,0 0,5 Максимально допустимий струм через реле, А 2,5 2,0 2,0 2,0 1,25 2,0 1,0 Напруга електричного
пробою, В Понад 4000 250 ... 1500 250 ... 1500 1500 1500 200 ... 1500 -

Загальні рекомендації щодо застосування герконовий реле
і герконів

При використанні герконовий реле слід керуватися наступним:

• Уникати ультразвукової відмивання друкованих плат, що містять герконові реле і поодинокі геркони, так як під впливом ультразвуку можуть змінитися їх електричні характеристики.
• При розміщенні масивів реле слід враховувати можливість зміни їх характеристик під впливом зовнішніх магнітних полів або електронних компонентів, що створюють магнітні поля.
• При монтажі і складанні термопрофілю слід дотримуватися рекомендацій виробника паяльної пасти і умов термопрофілюванням для інших компонентів, але при цьому час пайки не повинно перевищувати 260 ° С протягом 5 хв.
• Не допускати падіння і падінь приладів, що містять герконові реле і поодинокі геркони, так як при падінні виникає удар, що перевищує гранично допустиму величину механічного навантаження на реле, що приводить до негайного відмови або пошкоджень, що викликають виникнення несправностей в реле.

Висновок

Герметичні реле мають ряд переваг в порівнянні з іншими типами реле, найбільш важливим з яких є відсутність впливу на комутований сигнал в широкому діапазоні частот і хороша ізоляція між комутованою і керуючої ланцюгами. Широкий асортимент представлених герконовий реле і їх висока надійність при малих розмірах дозволяють їм зайняти велику нішу сучасного ринку електроніки і знайти застосування в перспективних розробках контрольно-вимірювальної і промислової апаратури в різних галузях.

Поодинокі магнітокеровані герметичні контактні групи знаходять широке застосування в якості різних датчиків, заснованих на взаємодії контактної групи геркона і зовнішнього магніту.

література

1. http://www.meder.com/

2. Meder Electronics, Reed Relay in Comparison with Solid-State and Mechanical Relays, p.82

3. Meder Electronics, Instrumentation Grade Reed Relays, 03/2010

4. Meder Electronics, Reed Switch Operational Characteristics pp19-21

5. Meder Electronics, Reed Switch Used as a Reed Relay, p.64

6. Meder Electronics, Reed Switch Characteristics pp27-32.

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]

Термоусаджувальні трубки серії ATUM від TE Connectivity

Компанія Raychem, що входить до складу TE Connectivity, отримала світове визнання як основоположник технології cross linking (утворення додаткових молекулярних зв'язків) в полімерних матеріалах. Ці зв'язки утворюються при радіаційному опроміненні матеріалів, надаючи їм ефект «пам'яті форми». Змінена при високій температурі форма такого матеріалу зберігається при наступному охолодженні. Далі, при повторному нагріванні, поперечні зв'язку змушують матеріал купувати свою первісну форму. Це властивість зшитих полімерних матеріалів (термоеластіков) і застосовується для виробництва термоусаджуваних трубок. Термоусаджувальні трубки виробництва TE Connectivity задовольняють практично всім вимогам споживачів:

• ефективно покривають місця з'єднань кабелів і окремих проводів з роз'ємами,
• пов'язують дроти в джгути,
• покривають місця з'єднання проводів, захищаючи їх від корозії,
• ізолюють компоненти, що включаються в розрив лінії, від замикання і впливу вологості.

На складі КОМПЕЛ доступні для замовлення трубки серії ATUM

Трубки серії ATUM випускаються в двох модифікаціях - з коефіцієнтом усадки 3: 1 і 4: 1. Такий коефіцієнт дозволяє використовувати їх для герметизації кабельних з'єднань з роз'ємами. Трубки щільно оточують компоненти і захищають їх від замикань. Особливістю серії є наявність внутрішнього клейового шару, що зв'язується з широкою гамою пластиків, гум і металів, включаючи поліетилен, алюміній, сталь і мідь. Трубки серії ATUM застосовуються для захисту від впливу зовнішнього середовища тильного боку роз'ємів і кабельних з'єднань. Великий коефіцієнт усадки дозволяє ремонтувати пошкодження кабельної оболонки без зняття роз'єму.

• Мінімальна температура усадки 80 ° С,
• Температура повного обтиску 110 ° С,
• Діапазон робочих температур від -55 до 110 ° С.

Для замовлення доступні трубки чорного кольору, інші кольори доступні за запитом.

Про компанію STANDEX Electronics, INC

...Читати далі