Co to jest czujnik kontaktronowy i gdzie się go stosuje?

Żaden nowoczesny system bezpieczeństwa, kontroli, gaszenia pożarów czy alarmowania o zagrożeniach nie może funkcjonować bez wykorzystania czujników łączących go z otaczającym światem. Czujniki wykrywają dym, kurz w powietrzu, ruch obiektów i wiele innych zmian.

Czujnik kontaktronowy jest nadal stosowany w wielu takich systemach ze względu na swoją niezawodność.

Co to jest przełącznik kontaktronowy?

Kontaktron to urządzenie elektromechaniczne, które otwiera lub zamyka styk elektryczny pod wpływem pola magnetycznego wytwarzanego przez elektromagnes lub magnes stały.

Termin kontaktron oznacza hermetycznie zamknięty styk. Wynika to z jego konstrukcji. Składa się on z dwóch płytek ferromagnetycznych, które są zamknięte w szklanej obudowie z dwoma stykami wyjściowymi i wypełnione gazem obojętnym. Taka hermetyzacja minimalizuje narażenie na działanie środowiska i zapewnia niezawodne działanie urządzenia.

Kolba może zawierać azot, suche powietrze lub inny gaz obojętny. Z kolby można również odprowadzić cały gaz, doprowadzając ją do stanu próżni. Powoduje to zwiększenie napięcia przełączania.

Cel i zastosowanie

Chociaż kontaktrony zostały wyparte przez wyłączniki z efektem Halla, nadal znajdują zastosowanie w wielu aplikacjach:

1. Syntezatory klawiszowe i urządzenia przemysłowe. Zostały one zaprojektowane tak, aby nie powodować iskrzenia. Z tego względu są one stosowane przede wszystkim w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, w których występują palne pary lub pyły.
2. Liczniki gospodarstwa domowego.
3. Automatyczne systemy bezpieczeństwa i monitorowania położenia.
4. Sprzęt pracujący pod wodą lub w środowisku o wysokiej wilgotności.
5. Systemy telekomunikacyjne.
6. Sprzęt medyczny.

Urządzenia składające się z kontaktronu i magnesu są stosowane w systemach bezpieczeństwa. Sygnalizują one otwarcie lub zamknięcie drzwi.

Stosowane są również przekaźniki kontaktronowe składające się z czujnika kontaktowego i uzwojenia z drutu. System ten ma kilka zalet: prostota, zwartość, odporność na wilgoć, brak ruchomych części.

Kontaktrony są również wykorzystywane w zastosowaniach specjalnych, takich jak ochrona przed przeciążeniem i zwarciem w urządzeniach wysokiego napięcia i radiowych. Są to również radary dużej mocy, lasery, nadajniki radiowe i inne urządzenia pracujące pod napięciem do 100 kV.

Odmiany

W zależności od normalnego stanu styków, urządzenia dzielą się na:

• zamknięty - obwód zostaje otwarty pod wpływem pola magnetycznego;
• przełączanie - pod wpływem pola zamyka się jeden styk, a w przypadku braku pola - drugi;
• otwarte - kontaktrony są aktywowane przez obecność pola magnetycznego.

W zależności od konstrukcji czujniki są następujące:

• Gaz - tuleja szklana jest wypełniona suchym powietrzem lub gazem obojętnym;
• rtęć - rtęć jest dodatkowo nanoszona na styki, aby poprawić przełączanie, zminimalizować opór i wyeliminować drgania zamykanych płytek.

Kontaktrony są podzielone według ich specyfikacji technicznych:

1. Przełączniki kontaktronowe.
2. Kontaktron to urządzenie z funkcją pamięci. Oznacza to, że po wyłączeniu pola magnetycznego położenie styków zostaje zachowane.
3. Kontaktrony to przekaźniki z izolacją wysokonapięciową. Przeznaczony jest do pracy w urządzeniach o napięciu od 10 do 100 kV.
4. Hersikon jest przekaźnikiem przeznaczonym do sterowania urządzeniami i automatyką o mocy do 3 kW. Konstrukcja ta charakteryzuje się zwiększonym prądem przełączania i obecnością styków gaszących łuk elektryczny.

Dzięki różnorodności konstrukcji kontaktronów są one nadal wykorzystywane w wielu zastosowaniach.

Zasada działania

Zasada działania kontaktronu jest podobna do zasady działania wyłącznika. Przekaźnik składa się z pary przewodzących rdzeni z przerwą między nimi. Są one hermetycznie zamknięte w szklanej bańce z obojętnym czynnikiem, który zapobiega utlenianiu.

Wokół żarówki umieszczone jest uzwojenie zasilające prądem stałym. Gdy cewka jest pod napięciem, wytwarza pole magnetyczne, które oddziałuje na rdzenie i powoduje wzajemne zwarcie styków.

Gdy cewka jest odłączona od napięcia, strumień magnetyczny zanika, a styki otwierają się dzięki sprężynom. Niezawodność jest zapewniona przez brak tarcia między stykami, które z kolei działają jak przewodnik, sprężyna i drut magnetyczny.

Cechą charakterystyczną kontaktronu jest to, że na sprężyny przekaźnika w stanie spoczynku nie działa żadna siła. Umożliwia to zamknięcie kontaktu w ułamku sekundy.

Można również stosować magnesy stałe. Są to tzw. urządzenia spolaryzowane.

Urządzenia normalnie zamknięte mają inną zasadę działania. Pod wpływem siły elektromagnetycznej układ magnesów ładuje rdzenie o tym samym potencjale, powodując ich wzajemne odpychanie się, co otwiera obwód.

Łączniki kontaktronowe składają się z trzech styków. Jeden z nich jest zamontowany na stałe i nie jest magnetyczny, a dwa pozostałe są wykonane ze stopu ferromagnetycznego. Po przyłożeniu pola magnetycznego para otwartych styków zamyka się, otwierając parę ze stykiem niemagnetycznym.

Podłączanie kontaktronu

W dokumentacji dołączonej do czujników znajdują się szczegółowe informacje na temat sposobu podłączania kontaktronu.

Część przekaźnika, która wytwarza pole magnetyczne, jest zamontowana do ruchomej części konstrukcji w celu zapewnienia działania i bezpieczeństwa czujnika. Sam kontaktron jest przymocowany do części konstrukcji lub budynku zainstalowanej na stałe.

Część ruchoma jest ciasno zamocowana, oddziałując polem magnetycznym cewki na sieć styków kontaktronowych i zamykając obwód elektryczny. Czujnik systemu informuje użytkownika o prawidłowym działaniu systemu. Gdy tylko cewka umieszczona na ruchomej części przestanie oddziaływać na czujnik, sieć zostanie otwarta, a automatyka zgłosi awarię systemu.

W zależności od sposobu instalacji, czujniki mogą być:

• montowane podtynkowo;
• montowane zewnętrznie.

W zależności od właściwości fizycznych powierzchni, na której wykonany jest stroik przyłączeniowy, można wyróżnić:

• czujniki do montażu na konstrukcjach stalowych;
• czujniki zamontowane na strukturach pasywnych magnetycznie.

Podczas montażu kontaktronu należy pamiętać o pewnych kwestiach związanych z instalacją:

1. Zaleca się unikanie miejsc w pobliżu źródeł ultradźwięków. Może to mieć negatywny wpływ na parametry czujnika.
2. Unikać umieszczania obcego pola magnetycznego w pobliżu źródła.
3. Chronić żarówkę czujnika przed wstrząsami i uszkodzeniami. W przeciwnym razie gaz wyparuje, kontakt się urwie, a rdzenie szybko staną się bezużyteczne.

Kontaktrony nie mogą przełączać dużych prądów ze względu na małą pojemność rdzeni. Dlatego nie można ich używać do włączania i wyłączania urządzeń elektrycznych o dużej mocy.

Są one włączane do obwodów przełączających małej mocy w celu sterowania przekaźnikami sterującymi urządzeniami.

Zalety

Kontaktrony mają następujące zalety

1. Pełne uszczelnienie pozwala na stosowanie ich w obszarach zagrożonych pożarem i w środowiskach agresywnych.
2. Natychmiastowe uruchamianie sprawia, że nadają się one do zastosowań o wysokich częstotliwościach przełączania.
3. Brak odbicia kontaktowego w przypadku czujników rtęciowych. Są one stosowane w aplikacjach o wysokich wymaganiach co do czystości sygnału.
4. Mały rozmiar od 4 mm, prosta konstrukcja, niski koszt produkcji.
5. Wysoka funkcjonalność i uniwersalność przekaźnika.
6. Możliwość przełączania sygnałów o niskim poborze mocy.
7. Szeroki zakres temperatur pracy - od -55 ºC do + 110 ºC.
8. Duża wytrzymałość rdzenia.
9. Brak powierzchni ciernych.

Duża uniwersalność, niezawodność i cena nadal pozwalają kontaktronom konkurować z bezpośrednimi konkurentami.

Wady

Jak wszystkie urządzenia, kontaktrony mają wady:

1. Niska czułość magnesów.
2. Wysoka podatność na działanie zewnętrznych strumieni magnetycznych. W związku z tym może być konieczne zastosowanie dodatkowej osłony.
3. Czasami styki mogą pozostawać w pozycji zamkniętej, z której nie można ich zwolnić po usunięciu pola magnetycznego.
4. Kapsuła jest wykonana z cienkiego szkła i łatwo ulega zniszczeniu na skutek upadków i wstrząsów.
5. Po przyłożeniu napięcia o niskiej częstotliwości styki samoczynnie otwierają się i zamykają obwód.
6. Przy dużych prądach styki rdzenia mogą się samoistnie otworzyć.

Z tego powodu podczas korzystania z przekaźnika należy przestrzegać szeregu środków ograniczających, które zostały określone w dołączonej dokumentacji.

Powiązane artykuły: