геркон как работает

Геркон — это герметичный магнитоуправляемый контактный переключатель, выполненный в виде стеклянной колбы с двумя (иногда тремя) ферромагнитными лепестками, которые под действием внешнего магнитного поля притягиваются и замыкаются (или размыкаются). По умолчанию чаще всего используется исполнение «нормально разомкнутый» (Form A), но существуют и «нормально замкнутые» (Form B) и переключающие (Form C) варианты. Конструкция геркóна обеспечивает высокую изоляцию, низкое собственное сопротивление и длительный ресурс при малых токах.

Принцип работы 🧲

Внутри геркона расположены упругие ферромагнитные лепестки, запаянные в стеклянную колбу, заполненную инертным газом или вакуумом. Когда неподалёку появляется магнит или создаётся магнитное поле катушкой, лепестки намагничиваются, приобретают противоположные полюса и притягиваются, образуя электрический контакт. При уменьшении поля ниже порога отпускания контакты расходятся. Для описания чувствительности используют параметры срабатывания и отпускания в ампер-витках (AT), измеряемые в стандартизованной катушке.

Геркон — пассивный элемент: для его активации требуется только внешнее магнитное поле, собственного питания он не потребляет.

Основные параметры и разновидности

Параметр	Типичные значения	Описание	Примечание
Форма контактов	Form A / B / C	NO, NC, или переключающий (SPDT)	Выбор по схеме
Чувствительность (AT)	5–60 AT	Порог срабатывания в ампер-витках	Низкое AT = высокая чувствительность 🧲
Макс. коммутируемое напряжение	60–250 В (AC/DC)	Зависит от размеров и материала контактов	См. паспорт
Макс. коммутируемый ток	50–500 мА	Ток в момент замыкания/размыкания	Не путать с током проводимости
Макс. ток проводимости	0,5–2 А	Допустим при уже замкнутом контакте	Дерейтинг обязателен
Сопротивление контактов	50–200 мОм	В замкнутом состоянии	Важен для малосигнальных цепей
Время срабатывания	0,2–2 мс	От появления поля до замыкания	Механика + магнитный отклик ⚡
Время отпускания	0,1–1 мс	После исчезновения поля	Есть гистерезис
Дребезг контактов	0,1–0,5 мс	Кратковременные колебания при замыкании	Фильтровать в логике
Ресурс	10^7–10^9 циклов	При малых нагрузках	Снижется на индуктивной нагрузке
Материал контактов	Рутений, родий, иридий; ртуть (wet)	Влияет на износ и контактное сопротивление	Mercury-wetted — спец. применение
Герметичность	Стеклянная колба	Защита от коррозии и пыли	Повышенная надёжность
Температурный диапазон	-40…+125 °C	Варьирует по серии	Проверять спецификацию
Размер колбы	4–30 мм	Чем больше — тем выше мощность	Влияет на AT

Разновидности и особенности ⚙️

• NO (Form A) — нормально разомкнутый; замыкается в поле.
• NC (Form B) — нормально замкнутый; размыкается в поле.
• Переключающий (Form C) — общий контакт и два направления.
• Самоблокирующийся (bistable) — состояние удерживается направлением поля, а не его наличием.
• Mercury-wetted — увлажнённые ртутью контакты для сверхмалых сопротивлений и минимального дребезга; применяются с осторожностью из-за токсичности.
• Рид-реле — геркон с катушкой на корпусе, превращающий магнитоуправляемый контакт в электрически управляемое реле.

Как создаётся магнитное поле

Геркон можно активировать постоянным магнитом (подносят к месту установки) или электромагнитом (катушка вокруг геркона — классическое рид-реле). В проектировании важно учитывать направление силовых линий: максимальная эффективность достигается при намагничивании вдоль оси лепестков. Боковое поднесение магнита может потребовать меньшего расстояния.

Простая схема включения

// Датчик открытия двери 🚪
// Формирует логический "0" при наличии магнита (дверь закрыта)

Vdd ---[10k]---+---- MCU_input
               |
               +----/ <-- Геркон (NO) к GND
GND -----------------+

В MCU включается подтяжка к питанию, и вход читается как «1». При замыкании геркона вход притягивается к земле. Для борьбы с дребезгом добавьте RC-фильтр 1–10 мс или программную задержку.

Контактная физика и коммутационная способность

Геркон чувствителен к типу нагрузки. Коммутация индуктивных нагрузок (реле, соленоиды, двигатели) вызывает ЭДС самоиндукции, ведущую к эрозии и привариванию контактов. Поэтому используют демпфирующие цепи: диод (для DC катушек), RC-снуббер (для AC), транзилы или варисторы.

Максимальный коммутируемый ток всегда меньше максимально допустимого тока проводимости — контакт изнашивается именно в момент разрыва/замыкания. Для переменного тока допуска ниже, чем для постоянного, из-за повторяющихся переходов через ноль и иной дуговой динамики.

Инженерные рекомендации

1. Выбор чувствительности: оцените требуемую дистанцию и магнит. Чем ниже AT, тем больше радиус срабатывания, но выше риск ложных срабатываний от внешних полей.
2. Ориентация: располагайте ось геркона вдоль линии магнитного поля для максимальной эффективности. При необходимости используйте магнитопроводящие шунты или экраны.
3. Дребезг: закладывайте аппаратный (RC) или программный фильтр минимум 0,5–5 мс.
4. Снубберы: для индуктивных нагрузок обязательно ставьте диод или RC-цепь. Это резко повышает ресурс и снижает радиопомехи.
5. Дерейтинг: снижайте напряжение/ток при повышенной температуре, частых срабатываниях и индуктивных нагрузках.
6. Механика: защищайте колбу от ударов и вибраций, используйте держатели или заливку компаундом при необходимости.

Преимущества и ограничения

• Плюсы: полная гальваническая развязка, мизерное утечное сопротивление, низкое сопротивление контакта, нулевое энергопотребление, высокая долговечность на малых сигналax, устойчивость к агрессивным средам благодаря герметизации.
• Минусы: ограниченная коммутируемая мощность, чувствительность к вибрации/удару, наличие дребезга, необходимость магнита/катушки, сравнительно невысокая скорость по сравнению с твердотельными датчиками.

Практические примеры применения

— Сигнализация открытия дверей/окон 🚪; концевики в крышках технических шкафов.
— Датчики скорости/кадэнса на велосипеде 🚲 (магнит на спице, геркон на вилке).
— Счётчики жидкости и газа: считывание положения поплавка с магнитом.
— Контроль положения в мехатронике, 3D-принтерах, CNC.
— Рид-реле в измерительных приборах: коммутация малосигнальных цепей без утечек.

Монтаж и калибровка

К запаянным выводам геркона пайка выполняется быстро и при температуре в пределах паспорта, желательно с тепловым отводом, чтобы не перегреть колбу. При настройке дистанции срабатывания варьируйте расстояние магнита и его ориентацию: длинный цилиндрический магнит, направленный вдоль оси геркона, обеспечивает более «дальнее» срабатывание, но и больший разброс по температуре и дрейфу магнита. Для стабильности полезно использовать магнитные экраны или мягкие стальные шунты, ограничивающие «зону чувствительности».

Частые ошибки

• Путаница: «не держит 1 А» — в паспорте 1 А может относиться к току проводимости, а не к коммутируемому.
• Отсутствие диода на катушке реле, управляемой через геркон — приводит к привариванию и деградации.
• Установка «боком» без проверки — чувствительность падает в разы.
• Применение «wet reed» без учёта требований безопасности к ртути и ориентации (меркурий должен «смачивать» контакт в нужном положении).

Термины и измерения

— Operate (Pull-in) AT: ток в тестовой катушке, при котором геркон срабатывает.
— Release (Drop-out) AT: ток, ниже которого контакт размыкается.
— Hysteresis: разница между порогами срабатывания/отпускания.
— Contact rating: допустимая мощность/ток/напряжение при коммутации.
— Insulation resistance: сопротивление изоляции между контактами и внешней средой.

Мини-снип документов и источников

— Coto Technology, “Reed Switches and Reed Relays Catalog”, App Notes по AT, дерейтингу и RC-снубберам, 2022.
— Standex-Meder, “Reed Switch Magnetic Sensitivity and Handling Guide”, техописание AT и ориентации магнита, 2021.
— Pickering Electronics, “Reed Relay Drive and Lifetime Considerations”, заметки по дребезгу и индуктивным нагрузкам, 2020.
— IEC 61810-3: Electromechanical elementary relays — Part 3: Reed relays, базовые требования.
— MIL-STD-202: методы испытаний на вибрацию/удар (применимо для оценки надёжности).

FAQ по смежным темам

1) Чем геркон отличается от датчика Холла?
Геркон — механический контакт, управляемый магнитом, имеет практически нулевые утечки и не требует питания, но испытывает дребезг и ограничен по мощности. Датчик Холла — полупроводник, требует питания, выдаёт электрический сигнал без механики, обладает высокой скоростью и нет дребезга, но имеет утечки и чувствителен к шуму питания.

2) Можно ли коммутировать сеть 220 В через геркон?
Возможно только специализированными высоковольтными моделями с соблюдением дерейтинга и категорий перенапряжений. Для бытовых сетей чаще используют рид-реле, управляемое низким напряжением, а силовую часть коммутируют твердотельным или электромеханическим реле.

3) Как подобрать магнит для датчика двери?
Берите неодимовый магнит подходящего форм-фактора (цилиндр или брусок), ориентируйте вдоль оси геркона и подбирайте расстояние опытным путём. Учитывайте температурный коэффициент (у неодима ~ -0,1%/°C) и возможные допуски монтажа.

4) Нужна ли полярность у геркона?
Для обычного геркона полярность контактов значения не имеет, так как контакты симметричны. Имеет значение только вектор магнитного поля относительно оси лепестков.

5) Как бороться с дребезгом при подключении к микроконтроллеру?
Простейший способ — программная задержка 1–5 мс или усреднение по времени. Аппаратно — RC-цепочка (например, 10 кОм + 10–100 нФ) или Шмитт-триггер на входе.

6) Почему геркон «залипает» после коммутации катушки?
Скорее всего, нет демпфирующей цепи, и ЭДС самоиндукции привела к эрозии/микропривариванию. Добавьте диод обратной полярности параллельно катушке (для DC) или RC-снуббер (для AC), уменьшите ток коммутации, увеличьте зазор.