+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

АО «НИИ Гириконд»

 

 

СКАЧАТЬ

КАТАЛОГ

ПРОДУКЦИИ

 

 

 

 

 

 

 

«АО «НИИ «Гириконд» принял участие в выставке «РАДЭЛ-2019»

 


АО «НИИ «Гириконд» — одно из ведущих предприятий в России и СНГ по разработке и производству конденсаторов, нелинейных полупроводниковых резисторов, и материалов для них, основан в 1939 году.


       Научно-исследовательский институт «Гириконд», основанный в 1939 году, стал родоначальником новой подотрасли — конденсаторостроения. 
       Сегодня АО «НИИ» Гириконд» — одно из ведущих предприятий в России и СНГ по разработке и производству электронных компонентов: конденсаторов, керамических фильтров, нелинейных полупроводниковых резисторов, фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения, полупроводниковых излучателей, датчиков и приборов на их основе, а также материалов для электронной техники. Его научно-исследовательская, экспериментальная и производственная база, коллектив высококвалифицированных специалистов позволяют разрабатывать и производить изделия, отвечающие современным требованиям технического прогресса, традиционно отличающиеся высокой надежностью и качеством.
       На протяжении более чем 60-летней научно-технической деятельности институт продолжал заниматься разработкой традиционных видов своей продукции – конденсаторов и нелинейных полупроводниковых резисторов.
       Более 90 процентов отечественной номенклатуры этих изделий, выпускаемых предприятиями России и СНГ в настоящее время, разработаны в НИИ «Гириконд».
       Кроме того, в течение последних 50 лет в институте проводятся разработки в области ИК-техники, в результате которых создана не имеющая мировых аналогов технология изготовления полупроводниковых ИК-приемников излучения. На базе этой технологии разработан и освоен в серийном производстве модельный ряд инфракрасных многодиапазонных помехозащищенных пожарных извещателей пламени «НАБАТ» (ИП332-1/1…5) для применения в обычной и взрывоопасной среде. 
       Сегодня основная задача нашего института – разработка конкурентоспособных изделий, соответствующих мировому уровню. Интеллектуальная собственность института составляет 41 патент РФ и 480 авторских свидетельств СССР на изобретения. Наши изделия отмечены более чем 500 медалями различных выставок и ярмарок, из них 31 золотой. Только за последние 5 лет разработки в области пожарных извещателей «НАБАТ» удостоены 6 золотых и одной серебряной медалей специализированных выставок «За лучшее техническое решение». 
       АО «НИИ» Гириконд» входит в состав холдинга «Российская электроника и является базовым предприятием радиоэлектронного комплекса РФ в области конденсаторов и нелинейных полупроводниковых резисторов».
       Институт в настоящее время разрабатывает и производит электронные компоненты, датчики и приборы, как универсального применения, так и уникальные изделия для специфических и экстремальных условий эксплуатации (для СВЧ-диапазона частот, для работы при повышенных температурах и механических нагрузках и др.) и материалы для них.


 

Противодействие коррупции

www.giricond.ru

что это такое, технические характеристики, принцип работы

Ни одна современная система охраны, контроля, пожаротушения, экстренного оповещения не может функционировать без применения датчиков, связывающих ее с окружающим миром. Датчики определяют наличие задымления, пыли в воздухе, движение объектов и еще множество других изменений.

Герконовый датчик по-прежнему используется во многих подобных системах благодаря своей надежности.

Что такое геркон

Геркон – электромеханическое устройство, замыкающее либо размыкающее электрические контакты под влиянием магнитного поля, генерируемого электромагнитом, либо постоянным магнитом.

Термин «геркон» означает герметичный контакт. Обусловлено это его конструкцией. Состоит он из двух ферромагнитных пластин, запаянных в стеклянную капсулу с двумя выходными контактами и заполненную инертным газом. Такая оболочка минимизирует воздействие окружающей среды и обеспечивает надежное функционирование устройства.

Колба может содержать азот, иссушенный воздух, иной инертный газ. Также из колбы может быть откачан весь газ до состояния вакуума. Этим добиваются повышения уровня коммутируемого напряжения.

Назначение и область применения

Герконовые датчики, несмотря на вытеснение их датчиками Холла, по-прежнему находят применение во многих устройствах и системах:

  1. Клавиатуры синтезаторов и промышленного оборудования. Конструкция датчиков исключает возможность возникновения искры. Поэтому в первую очередь их применяют на взрывоопасном производстве, где присутствуют горючие испарения или пыль.
  2. Бытовые счетчики.
  3. Автоматические системы охраны и контроля положения.
  4. Оборудование, работающее под водой или в условиях высокой влажности.
  5. Телекоммуникационные системы.
  6. Медицинское оборудование.

В системах безопасности применяются устройства, состоящие из геркона и магнита. Они сообщают об открытии или закрытии дверей.

Также применяются герконовые реле, состоящие из контактного датчика и проволочной обмотки. Такая система обладает некоторыми преимуществами: простота, компактность, влагостойкость, отсутствие движущихся деталей.

Используются герконы и в особых областях – это механизмы защиты от перегрузок и короткого замыкания высоковольтных и радиотехнических электроустановок. Также это высокомощные радары, лазеры, радиопередатчики и прочее оборудование, работающее под напряжением до 100 кВ.

Разновидности

В зависимости от нормального состояния контактов устройства разделяют на:

  • замкнутые – цепь размыкается под воздействием магнитного поля;
  • переключаемые – под воздействием поля замыкается один контакт, а при отсутствии поля – другой;
  • разомкнутые – срабатывание геркона происходит при появлении магнитного поля.

В зависимости от конструкции датчики бывают:

  • газовые – стеклянная гильза заполнена сухим воздухом или инертным газом;
  • ртутные – на контакты, дополнительно наносится ртуть, которая способствует улучшению коммутации, минимизирует сопротивление и убирает вибрацию замыкаемых пластин.

Герконы по техническим характеристикам подразделяются на:

  1. Герконы.
  2. Газакон – устройство, обладающее функцией памяти. То есть положение контактов сохраняется после отключения магнитного поля.
  3. Геркотроны – реле с высоковольтной изоляцией. Предназначено для работы в устройствах с напряжением от 10 до 100 кВ.
  4. Герсикон – реле, предназначенное для управления оборудованием и автоматикой с мощностью до 3 кВт. Конструкция характеризуется увеличенным коммутационным током и наличием дугогасительных контактов.

Благодаря разнообразию конструкций герконы продолжают использовать во многих областях.

Принцип действия

Геркон по принципу работы схож с выключателем. Реле состоит из пары токопроводящих сердечников с зазором между ними. Они герметично запаяны в стеклянной колбе с инертной средой, исключающей процесс окисления.

Вокруг колбы размещается управляющая обмотка, питаемая постоянным током. При подаче питания обмотка генерирует магнитное поле, воздействующее на сердечники, и приводит к замыканию контактов между собой.

При отключении катушки от питания магнитный поток исчезает и контакты размыкаются пружинами. Надежность обеспечивается отсутствием трения между контактами, которые, в свою очередь, выполняют роль проводника, пружины и магнитопровода.

Особенностью герконового датчика является то, что на пружины реле в состоянии покоя не действуют никакие силы. Это позволяет им замыкать контакт за доли секунды.

Применяться могут и постоянные магниты. Такие устройства называют поляризованными.

Нормально замкнутые устройства имеют другой принцип функционирования. Под воздействием электромагнитной силы система магнитов заряжает сердечники одним потенциалом, заставляя их отталкиваться друг от друга, размыкая цепь.

Переключаемые герконы состоят из трех контактов. Один из них установлен стационарно и не магнитится, 2 других сделаны из ферромагнитного сплава. При наведении магнитного поля пара разомкнутых контактов замыкается, размыкая пару с немагнитным контактом.

Подключение герконового датчика

Документация, поставляемая в комплекте с датчиками, дает исчерпывающую информацию о том, как подключить геркон.

Для функционирования и безопасности датчика часть реле, генерирующая магнитное поле, монтируется на подвижную часть конструкции. Сам геркон крепится на стационарно установленный элемент конструкции или здания.

Подвижная часть плотно примыкает, воздействуя магнитным полем катушки на контактную сеть геркона и замыкая этим электрическую цепь. Датчик системы информирует о правильном функционировании системы. Как только катушка, расположенная на подвижной части, перестает воздействовать на датчик, сеть размыкается и автоматика сообщает о нарушении целостности системы.

По способу монтажа датчики бывают:

  • скрытого крепления;
  • наружного крепления.

В зависимости от физических свойств поверхности, на которой происходит подключение геркона, бывают:

  • датчики для монтажа на стальных конструкциях;
  • датчики, монтируемые на магнитопассивных конструкциях.

При монтаже герконового реле необходимо помнить о некоторых особенностях установки:

  1. Рекомендуется избегать расположения вблизи источников ультразвука. Он в состоянии оказать негативное воздействие на параметры датчика.
  2. Не допускать расположения рядом с источником постороннего магнитного поля.
  3. Обезопасить колбу датчика от ударов и повреждений. В противном случае газ испарится, нарушится контакт, и сердечники быстро придут в негодность.

Герконовые переключатели не могут коммутировать большие токи в силу маломощности сердечников. Поэтому их нельзя использовать для включения и выключения мощных электрических устройств.

Их включают в маломощную коммутационную схему для контроля реле, которое осуществляет управление оборудованием.

Преимущества

Герконовые датчики обладают следующими преимуществами:

  1. Полная герметичность позволяет использовать их в пожароопасных помещениях и агрессивных средах.
  2. Моментальное срабатывание позволяет использовать их в устройствах с высокой коммутационной частотой.
  3. Исключение дребезга контактов у ртутных датчиков. Они применяются в оборудовании с повышенными требованиями к чистоте сигнала.
  4. Малые габариты от 4 мм, простота конструкции, низкая стоимость изготовления.
  5. Высокая функциональность и универсальность реле.
  6. Возможность коммутировать маломощные сигналы.
  7. Большой температурный диапазон работы – от -55 до + 110 ºC.
  8. Высокая прочность сердечников.
  9. Отсутствие поверхностей трения.

Высокая универсальность, надежность и цена по-прежнему позволяют герконам соперничать с прямыми конкурентами.

Недостатки

Как и все устройства, герконы обладают и недостатками:

  1. Низкая чувствительность магнитов.
  2. Высокая восприимчивость к внешним магнитным потокам. Как следствие, может потребоваться использование дополнительных экранов.
  3. Иногда контакты после снятия магнитного поля могут остаться в замкнутом положении, из которого их не вывести.
  4. Капсула выполнена из тонкого стекла и легко разрушается при падениях и ударах.
  5. При подаче напряжения с низкой частотой контакты самопроизвольно размыкают и замыкают цепь.
  6. При подаче больших токов контакты сердечников могут самопроизвольно размыкаться.

По этим причинам при использовании реле необходимо соблюдать ряд ограничительных мер, указанных в сопроводительной документации.

odinelectric.ru

Геркон, что это такое, как он устроен и работает?

Коммутационные устройства или просто контакты очень широко применяются в различной электрической и радиотехнической аппаратуре. С целью улучшения эксплуатационных свойств, прежде всего срока службы и надежности соединения и были разработаны магнитоуправляемые герметизированные контакты получившие название геркон.

Первые образцы таких контактов появились еще в 30 – е годы прошлого столетия, а первый магнитоуправляемый контакт был изобретен еще в 1922 году в Петербурге профессором В. Коваленковым, за что ему было выдано авторское свидетельство СССР №466. Конструкция такого контакта показано на рис. 1.

Устроен такой контакт следующим образом. К сердечнику 3 из магнитомягкого материала через изолирующие прокладки 5 прикреплены контакты 1 и 2, выполненные также из магнитомягкого материала. При пропускании тока через катушку 4 в сердечнике 3 возникает магнитное поле и намагничивает контакты 1 и 2, которые замыкаются. Размыкание контактов происходит при прекращении тока через катушку.

   Рис. 1 Магнитоуправляемый контакт профессора В. Коваленкова

По сути это был самый первый магнитоуправляемый контакт, только без герметизирующей оболочки. В герметизирующую оболочку подобный контакт был впервые помещен американским инженером W.B. Ellwood лишь в 1936 году. В семидесятых годах прошлого столетия герконы достигли своего максимального развития, и нашли широкое применение в различных устройствах электронной техники.

В настоящее время герконы используются менее интенсивно, поскольку их «вытеснили» датчики Холла. Но в некоторых случаях герконы остались вне конкуренции, что обусловлено простотой применения, гальванической развязкой от источника питания, свойствами «сухого контакта», поэтому герконы до сих пор применяются в различных схемах и устройствах.

В тех случаях, когда требуется высокая надежность и долговечность коммутирующего элемента герконы просто незаменимы. Как составная часть герконы входят в конструкции различных датчиков, электромагнитных реле, особенно слаботочных, а также позиционных переключателей и некоторых других устройств.

Разновидности герконов

Так же, как и обычные контакты, герконы могут быть замыкающие (1 нормально — разомкнутый контакт), переключающие (1 переключающий контакт) и работающие на размыкание (1 нормально — замкнутый контакт). Это деление по функциональным признакам.

По признакам конструктивно — технологическим герконы делятся на две большие группы: с сухими контактами и с контактами ртутными. Первая разновидность так и называется сухими герконами, а вторая ртутными герконами. Собственно, в работе сухих герконов, по сравнению с обычными контактами, ничего особенного нет.

В ртутных герконах внутри герметичного стеклянного корпуса кроме контактов находится еще капелька ртути. Назначение этой ртутной капельки – смачивание контактов во время срабатывания для улучшения качества контакта за счет уменьшения переходного сопротивления, а кроме того для избавления от дребезга контактов. 

Дребезгом называется вибрация контактов при замыкании и размыкании, что при однократном срабатывании приводит к многократной коммутации передаваемого сигнала, а кроме того к значительному увеличению времени срабатывания. Представьте себе, что такой дребезг будет присутствовать в усилителе звуковых частот во время переключения входного сигнала! В случае, когда такой дребезжащий контакт работает совместно с цифровыми микросхемами, приходится принимать меры по подавлению дребезга в виде RC — цепочек или RS – триггеров.

Различные контакты, в том числе и герконовые, применяются и в современных микроконтроллерных схемах, но в них дребезг контактов подавляется программным способом. Это также снижает быстродействие системы в целом.

Конструкция герконов

Конструкция различных типов герконов представлена на рис. 2.

   Рис. 2 Конструкция герконов

Все герконы представляют собой герметичный стеклянный баллон, внутри которого находится контактная группа. Контакты представляют собой магнитные сердечники, вваренные в торцы баллона. Наружные концы сердечников предназначены для подключения к внешней электрической цепи.

Наибольшее распространение получил геркон с контактной группой, работающей на замыкание или, как показано на рисунке «разомкнутый». Каждый контакт – сердечник выполнен из ферромагнитной упругой проволоки, которая расплющена до прямоугольной формы. Для изготовления сердечников применяется пермаллоевая проволока диаметром 0,5 — 1,3 мм в зависимости от мощности геркона и, соответственно, его габаритов.

Непосредственно контактирующие поверхности покрыты благородным металлом, золотом, палладием, родием, серебром и сплавами на их основе. Такое покрытие не только уменьшает переходное сопротивление, но и способствует повышению коррозионной стойкости контактной поверхности.

Внутренне пространство баллона заполнено инертным газом (водородом, аргоном, азотом или их смесью) или просто вакуумировано, также способствует уменьшению коррозии контактов и повышению их надежности. При изготовлении сердечники располагают таким образом, чтобы между ними оставался зазор, кстати, определенного размера.

   Рис. 3. Геркон

Принцип работы геркона

Для того, чтобы вызвать срабатывание контактной группы, необходимо вокруг геркона создать магнитное поле достаточной напряженности. При этом абсолютно не важно, как это поле будет создано, либо просто постоянным магнитом, либо электромагнитом. Силовые линии внешнего магнитного поля намагничивают внутренние контакты – сердечники геркона, в результате чего они преодолевают силы упругости, притягиваются и замыкают электрическую цепь.

В таком состоянии контакты будут находиться до тех пор, пока вокруг них есть магнитное поле достаточной напряженности: достаточно выключить электромагнит или убрать подальше обычный постоянный магнит, как контакты сразу разомкнутся. Следующее срабатывание контактов произойдет, когда магнитное поле появится вновь. Из всего сказанного можно сделать вывод, что контакты выполняют сразу три функции: упругих элементов (пружин), магнитопровода, и собственно проводящих контактов.

Несколько по-иному действует геркон, работающий на размыкание. Его магнитная система устроена так, что при воздействии магнитного поля контакты – сердечники намагничиваются одноименно, поэтому отталкиваются друг от друга, размыкая электрическую цепь.

У переключающего геркона один из трех контактов, как правило, нормально — замкнутый выполняется из металла немагнитного, а оба нормально – разомкнутых контакта из ферромагнитного, как было сказано чуть выше. Поэтому при воздействии на геркон магнитного поля нормально разомкнутые контакты просто замыкаются, а немагнитный нормально – замкнутый, оставаясь на своем первоначальном месте, размыкается.

Примечание. Нормально – разомкнутый контакт, это который разомкнут при отсутствии управляющего воздействия, в данном случае магнитного поля. Соответственно нормально — замкнутый контакт замкнут при отсутствии магнитного поля.

Конечно, магнитное поле присутствует всегда, например магнитное поле Земли. И нельзя, вроде бы, сказать про отсутствие магнитного поля совсем. Но магнитное поле Земли для срабатывания геркона недостаточно, поэтому им можно пренебречь и сказать об отсутствии магнитного поля, в данном случае внешнего.

Герконы имеют ряд механических и электрических параметров, которые характеризуют их свойства. Эти параметры можно разделить на две большие группы: механические и электрические.

Механические параметры герконов

К механическим параметрам относится магнитодвижущая сила срабатывания. Этот параметр показывает, при каком значении напряженности магнитного поля происходит срабатывание и отпускание контакта. В технической документации это называется как магнитодвижущая сила срабатывания (обозначается Vср) и магнитодвижущая сила отпускания (обозначается Vотп).

Немаловажными параметрами геркона, в ряде случаев основными, является скорость его срабатывания и отпускания. Эти параметры измеряются обычно в миллисекундах и обозначаются соответственно как tср и tотп, которые в целом характеризуют быстродействие геркона. Герконы, имеющие меньшие геометрические размеры обладают более высоким быстродействием.

Максимальное число срабатываний, или попросту ресурс, также относится к группе механических параметров. Этот параметр оговаривает, при каком числе срабатываний все свойства геркона, как механические, так и электрические сохраняются в пределах допустимых значений. В технической документации обозначается как Nmax.

Электрические параметры герконов

Эти параметры такие же, как у обычных механических контактов. Сопротивление, измеренное между замкнутыми контактами называется сопротивлением контактного перехода и обозначается как Rк, а сопротивление, измеренное между разомкнутыми контактами есть не что иное, как сопротивление изоляции Rиз.

Электрическая прочность геркона. Этот параметр характеризует пробивное напряжение Uпр. Это напряжение в основном определяет качество изоляции между контактами, которое в свою очередь обусловлено качеством вакуума или заполнения колбы инертными газами. Кроме этого пробивное напряжение зависит от величины зазора между контактами и качества их покрытия.

Мощность, коммутируемая герконом определяется в основном его конструкцией: материалом и размерами контактов, а также типом покрытия контактных площадок. В технической документации этот параметр обозначается как Pmax.

Емкость, измеренная между разомкнутыми контактами обозначается как Cк. Она зависит лишь от геометрических размеров геркона и расстояния между разомкнутыми контактами.

Способы управления герконами

Их можно разделить на две большие группы: управление постоянным магнитом и управление при помощи катушки с током. Эти способы показаны на рис. 4.

   Рис. 4 Различные способы управления герконами

Управление герконом при помощи постоянного магнита

Наиболее прост и распространен способ управления с линейным перемещением магнита. Здесь вполне уместно вспомнить охранную сигнализацию, где магнит укреплен на двери и заставляет срабатывать геркон, когда дверь закрыта.

Способ с угловым перемещением магнита используется намного реже, как правило, в тех случаях, когда другие способы применить по какой-либо причине невозможно.

Перекрытие магнитного поля шторкой использовалось в клавиатурах различных вычислительных устройств, вплоть до девяностых годов прошлого столетия, а может быть можно встретить где-нибудь и до сих пор.

Управление герконом при помощи катушки с постоянным током

Этот способ получил наибольшее распространение при создании герконовых реле. Конструкция этих реле достаточно проста: внутрь катушки с током просто помещается геркон, и при этом не требуется никаких дополнительных пружинок и рычагов, как у обычного реле. Единственный в этом случае недостаток это небольшое количество контактных групп.

Если катушку выполнить достаточно толстым проводом, способным пропустить большой ток, то можно получить герконовое токовое реле. Такие реле широко применялись в мощных источниках постоянного тока в качестве датчика системы защиты от перегрузок. Точная настройка уровня срабатывания такого датчика осуществляется резьбовым механизмом, позволяющем плавно перемещать геркон вдоль оси катушки.

Преимущества и недостатки герконов

Как и любая вещь герконы имеют свои недостатки и преимущества. Сначала поговорим, естественно, о преимуществах. По сравнению с обычными коммутирующими контактами герконы имеют чуть ли не в 100 раз большую надежность по сравнению с обычными открытыми контактами. Эта надежность обусловлена более высоким сопротивлением изоляции (достигает десятков Мега Ом), и большей электрической прочностью: пробивное напряжение у некоторых типов герконов достигает нескольких десятков киловольт.

Неоспоримым преимуществом герконов является их быстродействие: у некоторых моделей герконов частота коммутации достигает 1000 Гц, а скорость срабатывания и отпускания находится в пределах (0,5 — 2,0 мс) И (0,2 — 1,0 мс) соответственно.

Срок службы некоторых герконов доходит до 4 — 5 млрд. срабатываний, что намного выше аналогичного показателя для обычных не защищенных контактов. Также к достоинствам герконов следует отнести легкий способ согласования с нагрузкой а также работа герконов без применения источников электрической энергии.

На фоне достоинств недостатки, наверно, не так уж и велики. Во-первых, это небольшая коммутируемая мощность. Кроме того малое количество контактных групп в одном баллоне а для «сухих» герконов дребезг контактов. К недостаткам же можно отнести также хрупкость стеклянного баллона и в некоторых случаях высокую чувствительность к внешним магнитным полям.

 

Смотрите также по этой теме:

   Слаботочные сети. Правила монтажа слаботочных сетей.

   Герконовый датчик, принцип работы и схема подключения.

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

powercoup.by

Герконы. Виды и устройство. Особенности и работа. Применение

Устройства коммутации, или контакты применяют в радиотехнике и электронных устройствах. В электромагнитном реле контакты – это ненадежная конструкция, имеются трущиеся детали из металла. Они изнашиваются, работоспособность реле снижается. Герконы – это магнитоуправляемые герметические контакты. Выключатели на герконах были придуманы для качественной эксплуатации, повышения срока службы. Первые устройства на основе герконов возникли в прошлом веке в 30-е годы, а изобретен геркон был в 1922 году.

В современное время герметические контакты применяются не слишком широко, их постепенно вытесняют датчики Холла. Но есть места, где геркон не имеет конкурентов, он простой в использовании, имеет сухой контакт, гальваническую развязку. До сих пор магнитоуправляемый контакт используется в электронике. Герконы устанавливают там, где нужна долговечность коммутации, надежность работы. Они входят в разные датчики, реле, позиционные выключатели.

Виды
Как и все контактные группы, герметические контакты разделяются на виды по функциям:
  • Замыкающие.
  • Переключающие.
  • Размыкающие.
По технологии изготовления и конструкции, герконы разделяются на группы:
  • Сухие.
  • Ртутные.

Сухие магнитные контакты работают как обычные. В ртутных образцах внутри корпуса из стекла расположены контакты с капелькой ртути. Капля ртути нужна для смачивания контактов в работе, улучшения контакта, уменьшить сопротивление перехода, устранить дребезг контактов.

Дребезг – это вибрация контактной группы при срабатывании на замыкание или размыкание. При одной сработке возникает ложная коммутация сигнала передачи, повышается время срабатывания. Если дребезг окажется в усилителе звука при включении сигнала, то произойдет искажение звука, работа усилителя нарушится. При использовании геркона в цифровых микросхемах необходимо подавлять дребезг фильтрами RS триггеров или RC цепочек. Герконовые контакты используют в схемах микроконтроллеров, в которых дребезг герконов устраняют с помощью программ, что уменьшает скорость работы системы.

Устройство

Конструкция магнитоуправляемого контакта выполнена из стеклянного баллона. В баллоне расположены контакты, изготовленные из магнитных сердечников, которые приварены с торцов колбы. Наружные элементы магнитных сердечников подключены к сети питания. Это видно на схеме.

  1. Колба стеклянная.
  2. Контакт переключения.
  3. Стационарный контакт.

Наиболее распространены замыкающие герметические контакты. У них контакты из проволоки прямоугольного сечения, с ферромагнитными свойствами. Также сердечники могут быть выполнены из пермаллоевой проволоки. Это зависит от размера и мощности герконового датчика. Покрытие контактов выполняют также из родия, золота и т.д.

В колбу закачивают инертный газ, либо создают вакуум. Это не позволяет развиваться коррозии и ржавчине в датчике геркона. При производстве герконов необходимо учитывать, что имеется промежуток между сердечниками.

Работа геркона

Простое реле с контактами замыкания имеет в составе два сердечника с контактами, имеющие повышенную магнитную проницаемость. Они находятся в герметичном баллоне из стекла, с инертным газом, либо смесь газов. Создается давление в баллоне 50 кПа. Среда инертности не дает окисляться контактам.

Баллон геркона ставится внутри управляющей обмотки, подключенной к постоянному току. При включении питания на реле образуется магнитное поле, проходящее по сердечникам контактов, по зазору и замыкается по управляющей катушке. Магнитный поток создает тяговую силу, соединяющую контакты друг с другом.

Чтобы сопротивление контактов сделать наименьшим, касающиеся поверхности покрыты серебром, радием, палладием и т.д. При выключении питания в катушке электромагнита геркона усилие исчезает, пружины размыкают контакты. В герконовых реле нет поверхностей трения деталей, контакты имеют много функций, выполняют работу магнитопровода, проводника и пружины.

Чтобы уменьшить габариты катушки магнита, повышают плотность тока. Применяют провод в эмали для намотки катушки. Детали геркона штампованные, соединения производятся пайкой или сваркой. В герконах используются магнитные экраны для снижения зоны состояния включения.

Пружины в герконовых реле установлены без дополнительного натяга, они включаются сразу, не тратя время на старт. Вместо электромагнита могут применяться также постоянные магниты. Такие герконы называются поляризованными. Усилие нажатия контактов герконового реле обуславливается магнитной силой катушки, в отличие от обычных электромагнитных реле, у которых усилие зависит от пружин.

На размыкание геркон работает по-другому. Система магнитов реле при действии электромагнитной силы намагничивают сердечники одноименно, которые отталкиваются между собой и размыкают цепь.

У геркона с переключением один из 3-х контактов замкнутый, выполнен из немагнитного металла. Остальные два контакта сделаны из ферромагнитного состава. Под действием магнитного поля разомкнутые контакты замыкаются, а замкнутый немагнитный размыкается. Хотя магнитное поле есть всегда, как поле Земли, но такого поля не хватает для срабатывания геркона, поэтому им пренебрегают.

Применение герконов
Герконовые датчики и выключатели используют:
  • Медицинские приборы и аппараты коммуникации.
  • Аппараты для подводников.
  • Синтезаторы и клавиатуры.
  • Тестирующие приборы, измерители.
  • Приборы автоматики и безопасности.

В охранных системах датчики на герконах применяют в качестве реле. Охранный датчик включает магнит и геркон. Простейшее герконовое реле состоит из обмотки и геркона.

Достоинствами реле на герконах можно назвать:
  • Небольшие габариты, простое устройство.
  • Защита от влаги, подгорания контактной группы.
  • Нет трущихся частей.

Такие датчики на герконах широко применяются, но в них имеются и недостатки, такие как подверженность к механическим повреждениям. Это большой минус для применения во многих системах.

В системах сигнализации герконы незаменимы. Установить датчик не составляет большого труда. Когда дверь закрыта, то контакт геркона замкнут. При открывании двери магнит, закрепленный на косяке, отходит от геркона, магнитная сила снижается, цепь питания размыкается. Это служит сигналом для срабатывания схемы оповещения.

Похожая ситуация с применением геркона в лифтах. Чтобы определить расположение кабины лифта, используют герконы. С помощью магнитов и геркона просто управлять оборудованием освещения. В счетчиках учета электроэнергии также присутствуют герконы.

Советы по использованию
При использовании герконовых реле или датчиков можно дать несколько советов, которые учитывают нюансы применения таких устройств:
  • При монтаже герконов по возможности избегайте источников ультразвука, он может отрицательно влиять на электрические параметры датчика, изменять их.
  • Находящийся рядом источник магнитного поля также может менять характеристики и свойства магнитного выключателя.
  • Герконовые реле и датчики боятся ударов и механических повреждений. Инертный газ внутри датчика при ударе может выйти вследствие нарушения герметичности резервуара с газом. Это выведет геркон из строя.
  • При осуществлении пайки необходимо руководствоваться предписаниями инструкции производителя герконового датчика.
Герсиконы

Реле на герконах имеет широкий разброс коэффициента возврата по причине погрешности технологии изготовления. Чтобы повысить номинальную мощность и ток коммутации в герконовые реле встраивают вспомогательные контакты для погашения дуги.

Такие реле получили название герсиконов, или силовых герметичных контактов. Промышленное производство выпускает герсиконы на силу тока до 180 ампер. У них частота коммутации достигает до 1200 включений в час. Герсиконами запускают асинхронные электродвигатели с номинальной мощностью до 3000 Вт.

Ферритовые герконовые реле

Это особый класс реле на герконах с ферритовыми сердечниками. Они имеют функцию памяти. Чтобы сделать переключение в герконах такого типа, нужно подать токовый импульс обратной полярности для того, чтобы размагнитить сердечник из феррита. Их называют запоминающими герметичными контактами, или гезаконами.

Преимущества реле на герконах
  • Абсолютная герметичность контактов дает возможность применять их в агрессивных средах, при условиях запыленности, влажности и т.д.
  • Небольшие габариты, малый вес, простая конструкция датчика.
  • Повышенная скорость работы дает возможность применять герконы при высокой коммутационной частоте.
  • Безотказность эксплуатации в широком интервале температур (от -60 до +120 градусов).
  • Широкая сфера применения в сочетании с функциональностью реле.
  • Наличие гальванической развязки цепей коммутации и управляемости реле на герконах.
  • Повышенная прочность электрических контактов.
  • Продолжительный срок службы датчика.
Недостатки герконов
  • Малая чувствительность магнитов герконов.
  • Излишняя восприимчивость устройства датчика к магнитным полям. Это требует защитных мер от воздействия магнитных сил.
  • Баллон геркона из хрупкого материала, чувствительного к повреждениям и ударам.
  • Мощность коммутации небольшая, как у герсиконов, так и у герконов.
  • При больших токах контакты герконов самопроизвольно размыкаются.
  • При работе на низкочастотном напряжении контакты размыкаются и замыкаются без контроля.
Похожие темы:

electrosam.ru

конструкция, технические характеристики, принцип работы и маркировка

Для повышения надёжности работы различных устройств вместо реле применяют геркон. Это электромеханический прибор, который имеет два устойчивых состояния — открытое (для протекания электрического тока) и закрытое. Кроме того, такие устройства часто применяются при построении охранных систем, датчиков присутствия магнитного поля. Их используют в авиа- и автомобильном строении. При этом существует несколько типов приборов, отличающихся контактными группами.

История изобретения

Советский ученый Петербургского университета В. И. Коваленко, проводя эксперименты с магнитным полем в 1922 году, создал магнитоуправляемые контакты. Это изобретение было зарегистрировано в Советском Союзе и получило патент под номером 466.

Его изобретение представляло собой сердечник из магнитомягкого материала, к которому через изоляторы крепились контакты, сделанные из ферромагнетика, обладающего высокой магнитной проницаемостью. После подачи тока в катушке возникало магнитное поле, намагничивающее контакты и приводя к их замыканию. Если же подача тока прекращалась, поле исчезало, а контакты размагничивались и размыкались.

На то время изобретение не получило практического применения из-за неудобности его использования и низкой надёжности. В 1936 году конструкция геркона была доработана инженерами американской компании Bell Telephone Laboratories. Ими было предложено рабочие контакты устройства поместить в герметично замкнутую колбу. Занимался этой разработкой Уолтер Эллвуд, который в итоге и создал модель устройства. Но из-за сложностей в изготовлении прибор опять же не получил широкого применения.

Использовать прибор начали лишь только в 1941 году, когда американская компания Western Electric известная своими техническими инновациями вместо шумных электромеханических реле в своей телефонной станции не стала использовать геркон.

В середине 60-х годов XX века в СССР массово проводилась телефонизация страны. На основании выводов Министерства связи СССР было решено, что в качестве коммутирующих элементов будет использоваться геркон. Так, на заводе «Красная заря», расположенном в Ленинграде, началось серийное производство устройств. Через шесть лет магнитоуправляемые герконы стали изготавливать и в Рязани, на металлокерамическом заводе.

В начале 1990 года объём производства в СССР достиг 230 млн штук в год, что соответствовало примерно четверти мирового рынка. Сегодня ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» остался единственным заводом, выпускающим такую продукцию на территории бывшего Советского Союза. В настоящее время ведутся разработки, направленные на снижение размеров, повышение быстродействия, чувствительности и стабильности герконов.

Суть устройства

Принцип работы устройства основан на замыкании или размыкании электрической линии, в которой он установлен, при воздействии на него магнитным полем. Таким образом, в зависимости от напряжённости магнитного потока, контакты прибора имеют два положения — замкнутое и разомкнутое. При этом природа возникновения магнитного поля значения не имеет. Например, это может быть как постоянный магнит, так и электромагнит.

При попадании под действие силовых линий в устройстве происходит намагничивание внутренних контактов. В результате на них, оказывается, действие, преодолевающее силу упругости, приводящее к притягиванию контактов друг к другу. Цепь замыкается. В случае если линия подключена к источнику питания через прибор начинает протекать электрический ток.

Такое состояние продержится до тех пор, пока магнитное поле не будет убрано. Как только силовые линии перестанут воздействовать, контакты сразу же разомкнутся. Для следующего замыкания необходимо опять вокруг устройства создать поле. Таким образом, геркон, по сути, является переключателем, положение которого зависит от силы магнитного потока, оказывающего на него воздействие.

По принципу работы приборы классифицируют на три типа:

  1. Замыкающие — находятся в нормально разомкнутом состоянии. То есть в статичном положении их контакты между собой не соединены.
  2. Размыкающие — в таких приборах при отсутствии магнитного поля контакты соединены между собой, то есть этот тип считается нормально замкнутым.
  3. Бистабильные (трёхконтактные) — имеющие в своей конструкции три вывода. В нормальном состоянии (магнитное поле отсутствует) один контакт замкнут с другим. Как только появляется поле, нормально замкнутый контакт размыкается, а другой замыкается.

В зависимости от нормального положения контактов герконы применяются как для размыкания цепи, так и для замыкания или приключения линий. Поэтому они с успехом могут заменить собой механические реле.

Конструкция прибора

В термине «геркон» уже заложен принцип его конструкции. Это слово образовано из трёх начальных букв каждого из двух слов — «герметичность» и «контакт», что подчёркивает как его функциональность, так и назначение. Ведь работающий геркон на размыкание или замыкание — это, по сути, соединяющее устройство, представляющее собой контактную пару или группу, помещённую в герметичную колбу.

Бывает, что такой прибор называют герконовым шаром из-за похожести на него, хотя, конечно, это далеко не так. Конструктивно устройство представляет собой стеклянную оболочку вытянутой формы, герметично запаянную с двух сторон. В середине колбы создаются условия, приближённые к вакууму, при этом в некоторых устройствах внутренний объём заполняется инертным газом, например, чистый азот или его смесь с водородом. Использование газа помогает защитить контакты от обгорания.

Контакты же помещаются внутрь колбы. К ним припаиваются выводы, выходящие наружу прибора. В качестве материала для изготовления контактных групп используют ферромагнетик, например, сталь, никель с напылением стойкого металла — родия или рутения.

Следовательно, можно выделить три части конструкции:

  • запаянная колба;
  • контактные пластины;
  • выводы.

Кроме того, внутренность геркона может быть заполнена парами ртути. Такой вид называется ртутным. Контактная поверхность смачивается каплей ртути, что позволяет снизить электрическое сопротивление контактных площадок, а значит уменьшить дребезг.

Изучая конструкцию геркона можно сделать вывод, что критически важным показателем надёжности срабатывания прибора будет качество изготовления колбы, а именно её герметичность в месте её контакта с выводами.

Технические характеристики

Герконы, как и любые электротехнические приборы, обладают различными техническими характеристиками. Перед тем как выбрать устройство именно их следует тщательно изучить. Основным параметром, характеризующим геркон, является время срабатывания. Оно определяется временным интервалом, в течение которого происходит реакция прибора на воздействующее магнитное поле, изменяющее его нормальное состояние. Обычно скорость переключения контактов не превышает 2 мкс.

Кроме времени реакции, параметры приборов определяют следующие характеристики:

  1. Сила магнитного поля — обозначает чувствительность прибора, то есть минимальное значение силы, при которой положение контактов изменится. Зависит от размеров устройства и используемых ферромагнетиков.
  2. Мощность коммутации — это допустимое значение энергии, которое может передать через себя устройство без ухудшения своих остальных характеристик. Определяется типом материалов, использующихся при изготовлении контактов и их сечения.
  3. Наибольшее напряжений — определяет значение амплитуды сигнала, которое может выдержать устройство. При его превышении наступает пробой.
  4. Ток переключения — значение номинального тока, на который рассчитана работа устройства.
  5. Сопротивление контактов в замкнутом состоянии — чем это значение меньше, тем меньше теряет свою мощность сигнал, проходя через устройство.
  6. Рабочая температура — интервал температуры, при котором заявленные производителем характеристики соответствуют действительным.
  7. Частота переключения — определяет быстродействие срабатывания. Такая частота может достигать одного мегагерца.
  8. Число коммутационных циклов — характеризуется числом срабатываний. Существуют модели, которые могут выдержать до 4 млрд переключений.
  9. Ёмкость контактов — измеряется между разомкнутыми контактами и зависит как от размеров прибора, так и от расстояния между коммутируемыми площадками. Считается паразитным параметром.

Также немаловажной технической характеристикой геркона является его физический размер. Зависит он от габаритов баллона, а именно его длины и диаметра. По состоянию на 2017 год наименьшим герконом в мире считается изделие, производимое в США компанией Hermetic Switch Inc, длина его баллона составляет 4,01 мм.

Обозначение и маркировка

Герконы относятся к устройствам релейного типа. Поэтому правильное их обозначение указано в ГОСТ 2 .756−76 ЕСКД. На электрических схемах условно графическое изображение нормально разомкнутого геркона выглядит в виде окружности, в середине которой изображаются два последовательных отрезка. С левой стороны начиная с места разрыва, к отрезку чертится небольшой прямая линия, подходящая к нему под углом 1200. Окружность символизирует собой герметичность устройства, а отрезки — коммутационные контакты.

В нормально замкнутом же обозначении, выводы в окружности рисуются пересекающимися. Обозначение трёх контактного устройства выглядит по-другому. Всё так же рисуется окружность, но в ней, с одной стороны, изображаются два параллельных отрезка, а с другой — отрезок, расположенный по центру расстояния между ними. На нём же рисуется и переключающий контакт.

Согласно советским нормам на схемах и в литературе геркон подписывается буквой «К», после которой ставится порядковый номер изделия на схеме. В иностранном же обозначении используются две латинские буквы SF.

Стандарта же в маркировке изделий нет. Каждый производитель обычно на корпус геркона наносит своё заводское обозначение: например, КЭМ, TRA, АСМК, КА, КСК. Поэтому чтобы узнать к какому типу относится то или иное устройство, понадобится смотреть даташит производителя.

Достоинства и недостатки

Применение герконов, конечно же, не так широко распространено, как, например, электромеханических реле, но всё же, они не являются дефицитными деталями. Поэтому остро вопрос, где же взять геркон, среди радиолюбителей не стоит. К несомненным преимуществам размыкающих герконов, впрочем, как и замыкающих, относится:

  • высока надёжность — она превышает показатели обычных реле использующих открытые контакты почти в 100 раз;
  • быстродействие — скорость срабатывания по сравнению с электромеханическими реле может быть быстрее в два-три раза;
  • отсутствие шума;
  • гальваническая развязка — их последовательное подключение в линию позволяет создать электрическую развязку управляющих и коммутируемых цепей;
  • возможность коммутировать даже слабые по уровню сигналы;
  • небольшой размер;
  • долговечность — устройство способно совершить миллиарды включений, что обусловлено отсутствием трения;
  • способность их работать без источника электроэнергии.

Благодаря своим свойствам герконы нашли применение в разнообразных датчиках позиционирования, измерительных приборах (велосипедный спидометр), в автоматических подъёмниках, выключателях, ноутбуках (регистрируют открытие и закрытие крышки) и даже в компьютерных клавиатурах.

Но, несмотря на это, герконы также имеют недостатки. Главный из них — хрупкость, из-за неё приборы нельзя использовать в местах сильной вибрации. Кроме этого, в результате износа площадок контакты могут «залипать», а в случае больших токов (нагрева) самопроизвольно размыкаться.

Но, как видно, на фоне достоинств недостатки не так уж и велики. Очень часто, используя геркон, радиолюбители собирают собственную недорогую систему сигнализации или автоматический блок включения света.

rusenergetics.ru

АО «НИИ Гириконд»

 

 

СКАЧАТЬ

КАТАЛОГ

ПРОДУКЦИИ

 

 

 

 

 

 

 

«АО «НИИ «Гириконд» принял участие в выставке «РАДЭЛ-2019»

 


АО «НИИ «Гириконд» — одно из ведущих предприятий в России и СНГ по разработке и производству конденсаторов, нелинейных полупроводниковых резисторов, и материалов для них, основан в 1939 году.


       Научно-исследовательский институт «Гириконд», основанный в 1939 году, стал родоначальником новой подотрасли — конденсаторостроения. 
       Сегодня АО «НИИ» Гириконд» — одно из ведущих предприятий в России и СНГ по разработке и производству электронных компонентов: конденсаторов, керамических фильтров, нелинейных полупроводниковых резисторов, фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения, полупроводниковых излучателей, датчиков и приборов на их основе, а также материалов для электронной техники. Его научно-исследовательская, экспериментальная и производственная база, коллектив высококвалифицированных специалистов позволяют разрабатывать и производить изделия, отвечающие современным требованиям технического прогресса, традиционно отличающиеся высокой надежностью и качеством.
       На протяжении более чем 60-летней научно-технической деятельности институт продолжал заниматься разработкой традиционных видов своей продукции – конденсаторов и нелинейных полупроводниковых резисторов.
       Более 90 процентов отечественной номенклатуры этих изделий, выпускаемых предприятиями России и СНГ в настоящее время, разработаны в НИИ «Гириконд».
       Кроме того, в течение последних 50 лет в институте проводятся разработки в области ИК-техники, в результате которых создана не имеющая мировых аналогов технология изготовления полупроводниковых ИК-приемников излучения. На базе этой технологии разработан и освоен в серийном производстве модельный ряд инфракрасных многодиапазонных помехозащищенных пожарных извещателей пламени «НАБАТ» (ИП332-1/1…5) для применения в обычной и взрывоопасной среде. 
       Сегодня основная задача нашего института – разработка конкурентоспособных изделий, соответствующих мировому уровню. Интеллектуальная собственность института составляет 41 патент РФ и 480 авторских свидетельств СССР на изобретения. Наши изделия отмечены более чем 500 медалями различных выставок и ярмарок, из них 31 золотой. Только за последние 5 лет разработки в области пожарных извещателей «НАБАТ» удостоены 6 золотых и одной серебряной медалей специализированных выставок «За лучшее техническое решение». 
       АО «НИИ» Гириконд» входит в состав холдинга «Российская электроника и является базовым предприятием радиоэлектронного комплекса РФ в области конденсаторов и нелинейных полупроводниковых резисторов».
       Институт в настоящее время разрабатывает и производит электронные компоненты, датчики и приборы, как универсального применения, так и уникальные изделия для специфических и экстремальных условий эксплуатации (для СВЧ-диапазона частот, для работы при повышенных температурах и механических нагрузках и др.) и материалы для них.


 

Противодействие коррупции

www.giricond.ru

Конденсаторы и фильтры / Продукция / АО «НИИ Гириконд»

КОНДЕНСАТОРЫ

 

Конденсаторы являются одним из самых «древних» изделий электронной техники и электротехники. Первые конденсаторы, так называемые «лейденские банки», появились еще в середине 18 века, задолго до начала их практического применения.

Сегодня конденсаторы являются одними из самых массовых компонентов радиоэлектронной  аппаратуры, а мировое конденсаторостроение представляет собой мощную индустрию с ежегодным приростом объема продаж около 30%. Одновременно с количественными изменениями в производстве конденсаторов происходят серьезные качественные изменения в их номенклатуре, связанные с внедрением новых материалов и технологий, новых конструктивных решений, отражающих требования и тенденции развития сферы применения.

АО «НИИ «Гириконд» более 60 лет является ведущим научным предприятием России в области конденсаторостроения и осуществляет научно-техническую и производственную деятельность в этом направлении от материаловедческих и технологических НИР до разработки новых типов конденсаторов по требованиям заказчиков и постановки их на производство.

Ниже приводится краткие сведения о различных видах конденсаторов, их месте в общей номенклатуре конденсаторов, сведения о новых разработках и ожидаемых значениях параметров конденсаторов, определяющих их технический уровень.

Для начала напомним коротко сведения об основных параметрах конденсаторов и определяемых ими потребительских свойствах.

Как известно, основным параметром конденсатора является его электрическая емкость или просто емкость, обозначаемая обычно С. Вообще говоря, электрической емкостью обладают не только конденсаторы. Любое находящееся в определенном пространстве тело имеет собственную емкость, которая зависит от размеров и конфигурации тела и количественно определяет его заряд при единичном его потенциале в окружающем пространстве или, иными словами, является размерным коэффициентом пропорциональности между потенциалом тела и его зарядом. Если в определенном пространстве  находятся два тела на расстоянии, при котором их электрические поля могут значимо взаимодействовать, то это взаимодействие характеризуется взаимной емкостью тел, которая количественно определяется как соотношение  абсолютного значения заряда тел (предполагается, что тела имеют заряды противоположного знака при одинаковом абсолютном значении) и разности потенциалов или, иначе, напряжения между ними. Не требует дополнительных пояснений тот факт, что рассматриваемая нами емкость конденсатора и является, по существу, взаимной емкостью между его электродами или, как иногда принято говорить, обкладками.

Каким же образом формируется и какими факторами определяется емкость конденсатора? Представим себе два плоских электрода, один из которых имеет заряд +q, а другой –q.  При отсутствии взаимного влияния электродов их электрические поля будут соответствовать рис.1 (искажение поля на краю электродов для простоты восприятия не учитываем). При сближении электродов произойдет наложение их электрических полей, в результате чего суммарное электрическое поле сосредоточится между электродами (рис.2), при этом разность потенциалов или напряжение между ними будет соответствовать выражению

U = q/C

где C и является, по определению, емкостью образовавшегося простейшего конденсатора.

Рис. 1                                                                                                                                         Рис. 2

Е – вектор напряженности электрического поля

Если между электродами этого конденсатора поместить диэлектрик, то при приложении к конденсатору напряжения под воздействием электрического поля электродов произойдет поляризация диэлектрика, в результате чего в нем установится собственное электрическое поле, так называемых, связанных зарядов, вектор напряженности которого направлен против вектора напряженности поля электродов. Это, в свою очередь, при сохранении заряда на электродах приведет к снижению напряжения между электродами, что будет свидетельствовать о соответствующем увеличении емкости конденсатора. Относительное увеличение емкости конденсатора при помещении между его электродами диэлектрического материала называется относительной диэлектрической проницаемостью или просто диэлектрической проницаемостью диэлектрика и обычно обозначается ε. В общем случае емкость конденсатора описывается выражением:

С= εо ε S/d,

где:      εо – диэлектрическая постоянная,

S – площадь электродов,

d – расстояние между электродами.

Подавляющее большинство используемых в конденсаторостроении материалов обладают линейными свойствами, что означает практическое отсутствие  зависимости их диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля. Типичными представителями нелинейных материалов являются сегнетоэлектрики. У конденсаторов на их основе в определенном интервале температур наблюдается отсутствие пропорциональности между напряжением и зарядом, поэтому в общем случае справедливыми оказываются выражения:

С =Δq / ΔU,            или точнее:          С = dq / dU.

Важнейшим параметром конденсатора является его номинальное напряжение (Uном).

В нормативной документации на конденсаторы, предназначенные для комплектации радиоэлектронной аппаратуры, под номинальным напряжением понимается то предельное напряжение, при котором конденсатор может работать в заданных условиях с обеспечением определенных показателей надежности и долговечности и с сохранением нормируемых параметров в допускаемых пределах. В зависимости от назначения конденсатора номинальное напряжение может быть задано постоянным, переменным, импульсным и т.п.

Для правильного выбора конденсатора необходимыми и важными являются сведения о параметрах, описывающих ряд свойств конденсатора в отличие от идеального конденсатора, «поведение» которого в электрической схеме определяется лишь его емкостью.

В первом приближении свойства реального конденсатора могут быть представлены его схемой замещения, приведенной на рис. 3.

Рис. 3

 

Первое отличие реального конденсатора от идеального определяется объемной и поверхностной проводимостью диэлектрика, элементов конструкции и корпуса или оболочки конденсатора. Доля каждой составляющей общей проводимости существенным образом зависит от вида диэлектрика, конструктивного оформления конденсатора, его емкости и номинального напряжения. В зависимости от вида конденсатора его общая проводимость нормируется предельными значениями его общего сопротивления (сопротивление изоляции – R из на рис.3) либо тока утечки Iут при номинальном напряжении. Следует отметить, что с увеличением емкости конденсатора все большая доля проводимости конденсатора приходится на объемную проводимость диэлектрика, что, в свою очередь, определяет практически обратно пропорциональную зависимость сопротивления изоляции от емкости конденсатора. В связи с изложенным для конденсаторов относительно большой емкости в нормативной документации приводят не сопротивление изоляции, а постоянную времени, равную RизС. Поскольку сопротивление изоляции и ток утечки конденсаторов значимо зависят от температуры и влажности окружающей среды и, в общем случае, от напряжения и времени его приложения, методы и условия их измерения регламентируют в нормативной документации на конденсаторы.

Другим отличием реального конденсатора являются потери энергии в нем, связанные с поляризацией диэлектрика (диэлектрические потери) и прохождением тока по электродам и выводам конденсатора. Доля каждой составляющей общих потерь зависит от вида диэлектрика и конструкции конденсатора и, в общем случае, может изменяться в зависимости от частоты воздействующего на конденсатор напряжения. Суммарные потери энергии в конденсаторе при работе его на переменном напряжении  определяются, как известно, таким параметром, как tgδ, который  равен отношению активной мощности (мощности потерь) к реактивной мощности конденсатора на заданной частоте, а сам угол δ, является углом, дополняющим на векторной диаграмме угол сдвига фаз тока и напряжения на конденсаторе до 90о. Однако, параметр tgδ по определению имеет физический смысл только при гармонической форме воздействующего напряжения. Поэтому при более сложных формах напряжения на конденсаторе, а также  для характеристики добротности конденсатора  при частотах, близких к резонансной (зависит от собственной индуктивности конденсатора – L на рис.3), потери энергии в конденсаторе характеризуют величиной эквивалентного  последовательного сопротивления ( Rэпс на рис.3), потери в котором в данном конкретном режиме равны суммарным потерям в конденсаторе. Представляется очевидным, что и tgδ и Rэпс являются частотно-зависимыми параметрами, поэтому их значения нормируют и определяют на конкретной, заданной частоте. В отдельных случаях, например, при необходимости минимизации собственной индуктивности конденсатора, ее предельное значение устанавливают в нормативной документации.

Как накопитель электрического заряда и энергии конденсатор, как известно, отличается от других видов накопителей тем, что накопление энергии в нем происходит в электрическом поле между его электродами, при этом приращения заряда и напряжения описываются приведенными выше функциональными зависимостями. Представляется естественным то обстоятельство, что основные параметры и свойства конденсатора определяются параметрами и свойствами среды или, иначе, материалов, в которых формируется его электрическое поле.

Основная, наиболее массовая часть современной номенклатуры конденсаторов для радиоэлектронной аппаратуры формируется на основе трех видов конденсаторов:

—   керамические конденсаторы,

—   конденсаторы с оксидным диэлектриком,

—   конденсаторы с органическим диэлектриком.

В последние годы все большее применение в радиоэлектронной аппаратуре находят так называемые конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы), у которых электрическое поле сосредоточено не в поляризованном диэлектрике, как у названных выше конденсаторов, а в двойном электрическом слое, образующемся при определенных условиях на границе «электрод-электролит».

Остановимся коротко на основных особенностях указанных видов конденсаторов и их месте в общей номенклатуре этих изделий.

Наибольшая доля мирового выпуска конденсаторов приходится на керамические конденсаторы, в качестве диэлектрика которых используются поликристаллические структуры на основе оксидов металлов и их соединений, в основном, в виде твердых растворов. Современные физические представления о связи химического состава и структуры керамических конденсаторных материалов с их диэлектрическими и физико-механическими характеристиками позволяют, варьируя рецептурой и технологическими режимами, получать эти материалы с широкими, не свойственными другим диэлектрическим материалам, диапазоном диэлектрической проницаемости и диапазоном рабочих частот. Диэлектрическая проницаемость материалов для изготовления конденсаторов I типа (высокочастотных), лежит в пределах от единиц до сотен, в то время как у материалов для конденсаторов II типа (низкочастотных) этот параметр лежит в пределах от тысяч до десятков тысяч относительных единиц. Деление керамических материалов на низкочастотные и высокочастотные достаточно условно, поскольку все керамические конденсаторы могут применяться при любой частоте тока, в зависимости от предъявляемых к ним технических требований. Основой керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью являются соединения, относящиеся к классу сегнетоэлектриков, поэтому эти материалы в большей или меньшей степени, в зависимости от состава, характеризуются нелинейными свойствами и специфическими температурными зависимостями диэлектрической проницаемости.

В конденсаторах с оксидным диэлектриком в качестве основного диэлектрического материала, определяющего  потребительские свойства и основные характеристики этого вида конденсаторов, используются оксидные слои на вентильных металлах: алюминии, тантале, ниобии.  Ориентировочные значения относительной диэлектрической проницаемости оксидных слоев составляют: Al2О3 – 10,  Та2О5 – 25,  Nb2O5 – 40. В общем случае, в зависимости от требований к конденсаторам и технологических возможностей оксидные слои могут формироваться, как непосредственно на поверхности фольги из указанных металлов, так и на развитой поверхности объемно-пористого тела на основе порошков из тех же металлов. Эти конденсаторы, как правило, являются полярными, при этом одним из электродов конденсаторов (анодом) является сам вентильный металл, вторым электродом (катодом) является электролит, либо, что характерно для конденсаторов относительно малой емкости с объемно-пористым анодом, слой полупроводника, например, двуокиси марганца.

В современных конденсаторах с органическим диэлектриком в качестве основного диэлектрического материала широко используются  различные полимерные пленки толщиной порядка единиц – десятков мкм, основными из которых в настоящее время  являются  полипропиленовая с относительной диэлектрической проницаемостью около 2 и полиэтилентерефталатная с диэлектрической проницаемостью примерно 3,2.

Из вышеприведенных зависимостей следует, что диапазоны реализуемых емкостей на том или ином виде диэлектрика определяются не только его диэлектрической проницаемостью, но и технологическими возможностями реализации толщины диэлектрика и площади электродов конденсаторов. Диапазон реализации номинальных напряжений конденсаторов на том или ином виде диэлектрика определяется диапазоном реализуемых толщин диэлектрика и уровнем рабочей напряженности электрического поля в нем, которая, в свою очередь, зависит от электрической прочности используемых материалов и требований к электрическим режимам и долговечности конденсатора.

На рис.4 представлены наиболее характерные для рассматриваемых видов диэлектрика сочетания их диэлектрической проницаемости и практически реализуемых толщин.

Рис. 4

Рассматриваемые нами виды конденсаторных диэлектрических материалов существенно отличаются друг от друга не только значениями диэлектрической проницаемости и технологически реализуемыми диапазонами толщин в конденсаторах, но и значениями электрической прочности. В результате, значения рабочей напряженности электрического поля в керамических конденсаторах не превышают единиц кВ/мм, в конденсаторах с органическим диэлектриком – лежат, как правило, в пределах порядка десятков кВ/мм, а в конденсаторах с оксидным диэлектриком – порядка сотен кВ/мм.

Совокупность перечисленных выше характеристик различных видов диэлектрика и технологических особенностей  переработки соответствующих материалов определяют диапазоны реализации номинальных емкостей и напряжений конденсаторов на основе этих диэлектриков. Как указывалось выше, в ионисторах, роль поляризованного диэлектрика, если можно так выразится, «играет» двойной электрический слой, образующийся на границе электрода и электролита при напряжениях ниже потенциала начала химической реакции на электроде. В связи с этим номинальное напряжение отдельного ионистора, в зависимости от материала электролита лежит в пределах порядков десятых долей – единиц вольт. За счет последовательного соединения рабочие напряжения блоков ионисторов повышают до порядка десятков вольт. Высокая емкость ионисторов достигается за счет использования в электродах специальных углеродных материалов с высокой удельной поверхностью.

На рис.5 представлена совокупность наиболее характерных областей сочетаний номинальных емкостей и напряжений различных видов конденсаторов. Рис. 5 даёт лишь самые общие, приблизительные представления о возможностях реализации основных параметров конденсаторов на тех или иных диэлектрических материалах, однако и этих представлений вполне достаточно, чтобы выделить области типономиналов, реализация которых возможна только на определенных видах диэлектриков. Так, область относительно малых емкостей в широком интервале напряжений является прерогативой керамических конденсаторов, в области больших емкостей и относительно малых напряжений «господствуют» конденсаторы с оксидным диэлектриком и, далее, – с двойным электрическим слоем. Область сочетания относительно больших емкостей и напряжений, т.е. область относительно больших единичных зарядов и энергий конденсаторов, оптимально реализуется на органическом диэлектрике. Тем не менее, как видно на рис. 5, существует достаточно обширная область типономиналов, в которой возможен и целесообразен выбор вида конденсатора, наиболее соответствующего комплексу предъявляемых требований. Остановимся коротко на особенностях рассматриваемых видов конденсаторов, учет которых необходим для оптимального выбора конденсатора.

Рис. 5

Керамические конденсаторы, отличающиеся наиболее широким диапазоном номинальных напряжений, подразделяются на низковольтные (Uн до 1600 В), имеющие условное обозначение  К10-, и высоковольтные (Uн=1600 В и выше), обозначаемые К15- .

В свою очередь, как низковольтные, так и высоковольтные керамические конденсаторы, подразделяются на конденсаторы общего назначения и специального назначения. Конденсаторы общего назначения, как правило, аттестовываются и, соответственно, используются в широком диапазоне электрических режимов с преимущественным воздействием постоянной составляющей напряжения. Эти конденсаторы, как правило, представлены широкими унифицированными сериями, конструкция и технология которых ориентированы на крупносерийное и массовое  производство. Обычно эти серии имеют несколько групп, отличающихся температурной стабильностью емкости. Поскольку диэлектрические проницаемости керамических материалов различных групп стабильности существенно отличаются, конденсаторы с повышенной температурной стабильностью емкости имеют, при прочих равных условиях, заметно большие габариты и, соответственно, массу. Примерами керамических конденсаторов общего назначения являются разработанные и выпускаемые АО «НИИ «Гириконд» конденсаторы К10-69, К10-47, К15-20 и др.

Конструкция и технология конденсаторов специального назначения ориентированы на реализацию определенных специальных требований к параметрам или электрическим режимам работы конденсаторов. Примерами таких конденсаторов являются прецизионные конденсаторы К10-68, отличающиеся повышенными требованиями к допускам по емкости (1%; 2%; 5%)  и частым рядом её номинальных значений, а также конденсаторы К10-57, К10-65, К15-33, отличающиеся повышенными значениями допустимой переменной составляющей напряжения в УВЧ и СВЧ диапазоне частот. Поскольку в этих конденсаторах используются высокочастотные  материалы, диэлектрические потери в которых пренебрежимо малы в широком диапазоне частот, основным фактором, ограничивающим допустимые переменные высокочастотные составляющие напряжения, являются потери в электродах и контактных узлах конденсаторов. Поэтому указанные типы конденсаторов имеют специальную конструкцию, позволяющую заметно снизить их эквивалентное последовательное сопротивление и, соответственно, реализовать в них существенно повышенные допускаемые значения реактивной мощности и реактивных токов по сравнению с конденсаторами общего назначения. Еще одним примером специальных керамических конденсаторов являются помехоподавляющие конденсаторы, для которых нормируется вносимое затухание в определенном диапазоне частот (более подробная информация по этой группе конденсаторов приведена в специальном разделе). Основная часть современной номенклатуры, как низковольтных, так и высоковольтных керамических конденсаторов имеет многослойную конструкцию, пригодную, в том числе, для монтажа на поверхность.

Как следует из выше изложенного, применяемые в современной радиоэлектронной аппаратуре конденсаторы с оксидным диэлектриком подразделяются:

— по материалу основы оксидного слоя – на алюминиевые, танталовые, ниобиевые;

— по конструкции анода – на фольговые и объемно-пористые,

— по материалу катода – на оксидно-электролитические и оксидно-полупроводниковые.

Наиболее распространенными в современной аппаратуре являются:

—   алюминиевые фольговые оксидно-электролитические конденсаторы (К50- ),

—   танталовые объемно-пористые оксидно-электролитические конденсаторы (К52- ),

—   танталовые объемно-пористые оксидно-полупроводниковые конденсаторы (К53-. ),

—   ниобиевые объемно-пористые оксидно-полупроводниковые конденсаторы (К53-.).

Каждый из указанных видов конденсаторов с оксидным диэлектриком имеет свои области реализации емкостей и напряжений и свои области применения. Так, в соответствии с физической природой оксидного слоя и спецификой технологии изготовления конденсаторов, номинальные напряжения алюминиевых конденсаторов, как правило, не превышают 600 В, танталовых оксидно-электролитических – 125 В, танталовых и ниобиевых оксидно-полупроводниковых – 50 В. При прочих равных условиях танталовые конденсаторы по сравнению с алюминиевыми имеют меньшие габариты и меньшее эквивалентное последовательное сопротивление, что особенно важно для обеспечения работоспособности конденсаторов в области низких температур. Следует отметить, что эквивалентное последовательное сопротивление или близкое по значению полное сопротивление конденсатора при частотах, близких к резонансной, являются для конденсаторов с оксидным диэлектриком важнейшими параметрами, определяющими выбор того или иного конденсатора в каждом конкретном случае. Именно эти параметры ограничивают рабочий диапазон частот и, соответственно, область применения танталовых оксидно-электролитических конденсаторов, несмотря на их лучшие массо-габаритные характеристики и возможность реализации больших номинальных емкостей и напряжений по сравнению с оксидно-полупроводниковыми танталовыми конденсаторами. Конструктивно-технологические особенности оксидно-полупроводниковых конденсаторов позволяют реализовать характерный для них диапазон емкостей и напряжений, в том числе, в безвыводном исполнении для монтажа на поверхность. Для ниобиевых оксидно-полупроводниковых конденсаторов характерными по сравнению с аналогичными танталовыми конденсаторами являются несколько меньшие предельные значения номинального напряжения и существенно больший ток утечки. Последнее обстоятельство не позволяет в целом ряде случаев осуществить эквивалентную замену танталовых конденсаторов ниобиевыми, несмотря на привлекательность последних в силу большей доступности и, соответственно, меньшей стоимости ниобиевого сырья по сравнению с танталовым.

АО «НИИ «Гириконд» в последние годы специализируется на разработках и производстве  наиболее перспективных из конденсаторов с оксидным диэлектриком – танталовых конденсаторов. Как и другие виды конденсаторов, эти изделия разделяются на конденсаторы общего назначения, предназначенные для работы в широком диапазоне электрических режимов, а также специальные конденсаторы, применение которых целесообразно при предъявлении особых требований к параметрам конденсаторов, режимам или условиям их эксплуатации. Примерами современных конденсаторов общего назначения являются разработанные и выпускаемые АО «НИИ «Гириконд» оксидно-электролитические конденсаторы К52-15, оксидно-полупроводниковые чип-конденсаторы для поверхностного монтажа К53-46, К53-56 и К53-56А. Примерами конденсаторов специального назначения являются разработанные в «НИИ «Гириконд» высокочастотные конденсаторы К53-25 и К53-28, оригинальная конструкция которых, и уникальная, не имеющая мировых аналогов, технология формирования объемно-пористого анода позволили качественно снизить эквивалентное последовательное сопротивление  конденсаторов и существенно расширить их рабочий частотный диапазон. Еще одним примером таких изделий являются высокотемпературные конденсаторы К52-13, максимальная рабочая температура которых повышена до 250оС.

В соответствии с принятой  классификацией упомянутые выше наиболее широко применяемые конденсаторы с органическим диэлектриком  по типу диэлектрика подразделяются  на:

—   полиэтилентерефталатные  (К73-…),

—   полипропиленовые  (К78-…),

—   комбинированные  (К75-…).

Первые два вида конденсаторов имеют чисто пленочный диэлектрик на основе одного из указанных полимеров, Диэлектрик последнего представляет собой или комбинацию указанных пленок, или их комбинацию в любом сочетании с конденсаторной бумагой, пропиточным составом и т.п. При прочих равных условиях конденсаторы на основе полиэтилентерефталатной пленки имеют лучшие массо-габаритные характеристики, что обусловлено большей диэлектрической проницаемостью этой полярной пленки, однако уступают конденсаторам на основе полипропиленовой (неполярной) пленки по величине допустимой переменной составляющей воздействующего напряжения из-за сравнительно повышенных диэлектрических потерь. Встречающееся на практике деление конденсаторов с органическим диэлектриком на низковольтные и высоковольтные весьма условно, поскольку граница этого деления не определена в действующей нормативной документации. Фактически, конденсаторы на напряжение в пределах порядков до сотен вольт принято считать низковольтными, а порядков единиц киловольт и выше – высоковольтными.

Конденсаторы с органическим диэлектриком общего назначения, предназначенные для работы в широком диапазоне электрических режимов, принято условно делить на низкочастотные (на основе полярной пленки) и высокочастотные (на основе неполярной пленки). Примерами первых являются низковольтные конденсаторы К73-11, К73-17, К73-50, высоковольтные К75-63; примерами вторых – К78-2, К78-10. Специальные конденсаторы с органическим диэлектриком включают в себя:

—   конденсаторы переменного напряжения (например, К73-62),

—   помехоподавляющие конденсаторы (например, сетевые К73-43, проходные К73-56, опорные К73-57),

—   импульсные (например, К75-40, К75-80).

Как уже отмечалось выше, конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы, К58-…) имеют свою, характерную только для этого вида конденсаторов, область реализации номинальных емкостей и их сочетаний с номинальными напряжениями. Номенклатура этих изделий для радиоэлектронной аппаратуры находится, по существу, в стадии формирования. Область их применения определяется тем важным обстоятельством, что по уровню удельной энергоемкости и величине внутреннего сопротивления эти изделия занимают промежуточное положение между конденсаторами и электрохимическими источниками. Это обстоятельство предполагает их применение, как в качестве самостоятельных накопителей заряда и энергии, так и в сочетании с другими конденсаторами и аккумуляторами, в том числе, и в качестве источников относительно большой мощности при их разряде. Кроме того, на применяемость ионисторов существенным образом влияют их большая по сравнению с аккумуляторами долговечность и отсутствие необходимости обслуживания, поскольку, в отличие от аккумуляторов, накопление заряда в двойном электрическом слое происходит до начала химической реакции на электроде.

Каждый из рассмотренных видов конденсаторов имеет свою область применения в современной аппаратуре и свои тенденции развития в соответствии с требованиями их сферы применения. Формирование этих тенденций и их реализация в исследованиях и разработках новых изделий с постановкой их на производство являются  основными задачами научно-технической деятельности АО «НИИ «Гириконд».

Традиционным требованием сферы применения, определяющим направления развития практически  всей номенклатуры  конденсаторов,  является требование дальнейшего улучшения массо-габаритных характеристик изделий при сохранении высоких показателей их надежности и долговечности. Реализация этих, по существу, противоречивых требований  возможна только на основе изыскания и исследования новых материалов, разработки и  реализации в производстве новых прогрессивных технологий. Так, для дальнейшего снижения габаритов низковольтных керамических конденсаторов необходим переход на толщину диэлектрика порядка единиц микрон, что, в свою очередь требует проведения материаловедческих работ по изысканию новых моно- и мелкодисперсных керамических материалов, получаемых по химической технологии. Кроме того, потребуется проведение технологических работ по созданию и реализации в производстве керамических конденсаторов новой базовой технологии обработки тонкой керамической пленки и формирования на её основе пакетов с числом слоев порядка сотен.

В области танталовых конденсаторов дальнейшее совершенствование связывается, прежде всего, с улучшением массо-габаритных характеристик, снижением диэлектрических потерь, увеличением рабочего напряжения и единичной номинальной емкости. Решение этих задач предполагает проведение комплекса поисковых материаловедческих и технологических работ, связанных с разработкой и внедрением танталовых порошков с максимально высоким удельным зарядом, поиском конструкторских и технологических решений по созданию высокочастотных конденсаторов с плоскостным анодом, исследованиями в области органических полупроводников, поиском путей повышения формовочных напряжений высокоемких анодов.

Для современного этапа развития конденсаторов с органическим диэлектриком характерно то обстоятельство, что полимерные материалы в них используются при плотности энергии и электрической прочности, близких к физическому пределу. Обеспечение высокой работоспособности конденсаторов при этом может быть достигнуто только путем локализации пробоев и восстановления электрической прочности диэлектрика за счет специальной структурированной металлизации пленки. В связи с изложенным, технология металлизации полимерных пленок становится сегодня критически важной и определяющей возможность реализации мирового уровня по этой группе конденсаторов. Разработка соответствующей базовой технологии позволит создать на ее основе серии нового поколения конденсаторов как общего, так и специального назначения

Обеспечение высоких значений удельной запасаемой энергии ионисторов требует изыскания и исследования новых микро- и нано-пористых углеродных материалов и супер-электролитов. Для создания специальных  ионисторов, отличающихся высокой мощностью при разряде, потребуется изыскание новых конструктивно-технологических решений, позволяющих существенно снизить их внутреннее сопротивление.

Решение приведенного выше, далеко не полного, перечня научно-технических проблем в области конденсаторостроения, позволит обеспечить конкурентоспособность научно-технической и производственной продукции АО «НИИ «Гириконд» на отечественном и мировом рынках.

www.giricond.ru

Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о