Применение датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления

Основное применение датчики Холла и датчики магнито­сопротивления находят для измерения магнитных полей. Они при­меняются в очень широком диапазоне напряженности магнитного поля: от 1 до 10⁹ А/м. С их помощью можно определять кривые намагничивания магнитных материалов, распределение магнитных полей в электрических машинах и электромагнитных устройствах. При измерениях в сильных магнитных полях (H>10⁷ А/м) ЭДС Холла составляет десятые доли вольт и может быть измерена вольтметром с большим внутренним сопротивлением или с по­мощью компенсационной схемы. Регулировка чувствительности производится изменением напряжения, питающего датчик. Для уве­личения выходного сигнала используют последовательное соеди­нение нескольких датчиков Холла. При измерениях в средних маг­нитных полях (10⁵ А/м<H<10⁷ А/м) требуется усиление выход­ного напряжения датчика. При измерениях в слабых магнитных полях (H<10⁵ А/м) используют так называемые концентраторы магнитного поля. В качестве таких концентраторов используют круглые длинные стержни с узким зазором между ними, куда и по­мещается датчик. Стержни изготовляют из материалов с высокой магнитной проницаемостью, чаще всего из пермаллоя. При длине стержней в 1 метр, диаметре 5 мм и зазоре в 0,3 мм можно полу чить коэффициент усиления магнитного поля в 1500 раз. Датчики Холла с концентраторами магнитного поля способны чувствовать напряженность магнитного поля в 0,1 А/м. С их помощью можно исследовать даже очень слабое магнитное поле Земли. Однако на­до отметить, что измерения средних и слабых магнитных полей с помощью датчиков Холла пока целесообразны лишь в лаборатор­ных, а не промышленных условиях.

В средних и слабых магнитных • полях датчики Холла очень чувствительны к колебаниям температуры и нуждаются в стабиль-ном питании и сложных измери­тельных схемах. Например, тер-моЭДС между материалом дат­чика и его выводами соизмери­ма с выходным сигналом. Да и при измерениях в сильных маг­нитных полях используют схемы термокомпенсации погрешности с помощью терморезисторов, а по­рой даже и термостатироваиие, т. е. измерения проводят в каме­ре, где автоматически поддержи­вается постоянная температура.

По существу, датчик Холла является элементарным умножающим устройством, поскольку его выходной сигнал пропорциона­лен произведению напряженности на ток. На этом, в сущности, и основаны все возможные применения датчика Холла. При посто­янном токе через датчик выходной сигнал пропорционален напря­женности магнитного поля. А поместив датчик в постоянное маг­нитное поле, можно измерять ток, проходящий через него, по зна­чению ЭДС Холла. Это единственный способ определения распре­деления токов в электролитических ваннах.

Датчики магнитосопротивления также вначале использовались для измерения магнитных полей, но затем были вытеснены более совершенными датчиками Холла на новых полупроводниковых ма­териалах. Однако датчики магнитосопротивления по устройству проще датчиков Холла. Наилучшей формой для датчика магнито­сопротивления является диск с одним выводом в центре и дру­гим — на окружности. Зависимости относительного изменения со­противления датчиков магнитосопротивления разной формы от маг­нитной индукции показаны на рис. 14.3.

Основным достоинством датчика магнитосопротивления являет­ся возможность бесконтактного изменения активного сопротивле­ния.

Одним из возможных применений датчиков магнитосопротив­ления является создание бесконтактных клавишных выключателей. При нажатии на кнопку такого выключателя перемещается магнити изменяется магнитный поток, воздействующий на датчик магни-тосопротивления.

Известны также применения датчиков Холла и магнитосопро-тивления в системах автоматики в качестве измерителей тока в токоведущих шинах, бесконтактных потенциометров для преобра­зования механического перемещения (линейного или углового) в пропорциональный электрический сигнал. Удобно применять дат­чики Холла в автоматических устройствах, контролирующих состоя­ние стальных канатов.

Пока еще датчики Холла и датчики магнитосопротивления срав­нительно мало применяются в системах промышленной автомати­ки. Но бурное развитие полупроводниковой технологии ведет к расширению их применения.

Следует отметить, что в последнее время к таким датчикам при­бавились еще и близкие по принципу действия магнитодиодные и гальваномагнитно-рекомбинационные преобразователи.

Раздел III

КОММУТАЦИОННЫЕ

И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ

ЭЛЕМЕНТЫ

Глава 15

КОММУТАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Назначение. Основные понятия

Коммутационные элементы предназначены для включе­ния, отключения и переключения электрических цепей. Под ком­мутацией обычно понимают выполнение этих трех операций. Раз­личают коммутационные элементы ручного и автоматического управления. Коммутационные элементы ручного управления сра­батывают при непосредственном механическом воздействии на их органы управления. Автоматические коммутационные элементы срабатывают под воздействием электромагнитных сил на их при­водные органы. Основной частью таких элементов обычно являет­ся электромагнит, входным сигналом для них служит электриче­ский ток или напряжение. Автоматические коммутационные эле­менты используются в системах автоматики и при дистанционном управлении различными механизмами и устройствами. Они рас­сматриваются в последующих главах данного раздела.

В этой главе рассмотрены коммутационные элементы с меха­ническим приводом. Используются они, как правило, для местного управления и для подачи сигналов о достижении каких-либо про­межуточных и конечных положений. По своему назначению комму­тационные элементы подразделяют на два вида: для коммутации силовых цепей (обмоток электродвигателей, мощных электромаг­нитов, трансформаторов, нагревателей и других потребителей) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактной аппаратуры, устройств контроля, регулирования и сигнализации). Такое разделение обусловлено различными значениями токов и на­пряжений в коммутируемых цепях, что, в свою очередь, влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры. Изучение ком­мутационных элементов для силовых цепей не входит в нашу зада­чу. Отметим только, что наибольшее распространение для этих целей получили рубильники и переключатели рубящего типа, обес­печивающие быстрое размыкание и имеющие специальные устрой­ства для гашения электрической дуги.

Все коммутационные элементы, используемые в цепях управле­ния, обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме того, они могут иметь элементы фиксации, монтажа и настройки, дугогашения и т. п. Необходимые коммутационные элементы выбирают по до­пустимым значениям тока и напряжения. Но наиболее важной для практики характеристикой коммутационных элементов является их надежность, т. е. сохранение работоспособности при большом чис­ле срабатываний.

Коммутационные элементы различают по числу коммутируемых цепей (одноцепные и многоцепные) и по числу фиксированных положений, причем имеются коммутационные элементы с самовоз­вратом в исходное положение, т. е. без фиксации переключенного положения, что может быть необходимо для ряда схем управле­ния.

К коммутационным элементам с механическим приводом отно­сятся кнопки управления, микропереключатели, тумблеры, клавиш­ные, поворотные, рычажные и кулачковые переключатели, а так­же концевые и путевые выключатели.

Кнопки управления и тумблеры

Кнопки управления — это аппараты, подвижные контак­ты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толка­тель кнопки. Комплект кнопок, смонтированных на общей панели, представляет собой кнопочную станцию. Используемые в схемах автоматики кнопки управления различают по числу и типу кон­тактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герме­тичные, взрывобезопасные и т. д.).

Независимо от конструкции и габаритных размеров кнопок (рис. 15.1, а, б) все они имеют неподвижные контакты / и под­вижные контакты 6, перемещаемые с помощью толкателя 3. Внеш­няя цепь подсоединяется к кнопке с помощью винтовых зажимов 7. Корпус 2 кнопки фиксируется на панели управления гайками 4 и 5.

Электрические параметры наиболее распространенных кнопок приведены в табл. 15.1. Кнопки управления общепромышленного применения серий КУ и КЕ имеют различные исполнения и формы толкателей.

Для коммутации цепей электроники выпускаются специальные кнопки (например, типа ВК14-21). Малогабаритные кнопки управ­ления выполняют на основе микровыключателя типа МП, который используют в качестве исполнительного контактного элемента в тумблерах типа MTI и МТН. Долговечность и надежность кнопок управления оценивают коммутационной износостойкостью, которую выражают в гарантированном числе циклов включений-отключений под нагрузкой. Этот параметр различен для разных кнопок и ус­ловий эксплуатации. Например, для кнопок типа ВК14-21 с медными контактами он составляет 0,25*10⁶ циклов, с биметалличе­скими контактами — 2,5*10⁸, с серебряными контактами — 4*10⁶ циклов. Механическая износостойкость всегда превышает коммутационную. В последнее время все большее распространение получили кнопки управления с прямоугольной формой толкателя — их называют клавишами.

На основе кнопок управления изготовляют кнопочные станции, содержащие до 12 кнопок различного исполнения, собранных на общей панели или в одном корпусе. Такие коммутационные устрой­ства называют кнопочными или клавишными переключателями (рис. 15.2).

Переключатель представляет собой наборную панель из кно­пок / (или клавиш), смонтированных на общем каркасе 2 и снаб­женных механизмом фиксации, который может быть независимым для каждой кнопки (клавиши) или взаимно сблокированным. Кнопки могут также иметь самовозврат в исходное положение или чередование включенного и отключенного фиксированных положе

ний. Каждая кнопка или клавиша осуществляет коммутацию одной или нескольких цепей. Некоторые типы переключателей снабжают специальной кнопкой возврата (сброса) включенных кнопок в ис­ходное положение. В этом случае возможно включенное положс-

ченных положений соответствующих кнопок (клавиш). При этом положение кнопок или клавиш (поднятое или утопленное) играет роль указателя. Для этой цели используют также световые сигнализаторы 3 (лампы или светодиоды), вмонтированные в корпус бло­ка переключателя (рис. 15.2). За­крытое исполнение и использование высококачественных материалов (биметаллов, сплавов серебра и т. п.) для контактов обеспечива­ют малые переходные сопротивле­ния, что весьма важно при установ­ке этих переключателей в низко­вольтных и слаботочных цепях ав­томатики и электроники.

Для более мощных цепей авто­матики применяют тумблеры, ис­пользуемые в качестве выключателей, а также двух- и трехпозиционных переключателей. На рис. 15.3 показано устройство двухпозиционного тумблера. Мостико-вый контакт, выполненный в виде токопроводящего ролика /, замыкает одну из двух пар неподвижных контактов 2. Переклю­чение контактов тумблера осуществляется воздействием на ры­чаг 3, а ускорение срабатывания (мгновенное действие) обеспе­чивается пружиной 4. Номинальный ток тумблера 1 и 2 А при напряжении 220 В, масса их не превышает 30 г.

Пакетные переключатели

Для коммутации нескольких цепей при нескольки-х фик­сированных положениях для выбора различных режимов работы используются пакетные переключатели.* Такой переключатель (рис. 15.4, а) состоит из ряда слоев — пакетов 3 (показан отдель­но на рис. 15.4, б), внутри которых находятся подвижный 5 и не­подвижный 4 контакты. Подвижный контакт 5 закреплен на оси 2, вращающейся с помощью рукоятки / и имеющей ряд фиксирован­ных положений, в которых замыкаются неподвижные контакты одного из пакетов. Выводы 6 неподвижных контактов закреплены в корпусе переключателя. Недостаток таких пакетных переключа­телей — низкая надежность скользящих контактов.

Пакетные переключатели кулачкового типа, в которых электри­ческая цепь замыкается неподвижными контактами, более надеж­ны. Подвижными у них являются диэлектрические кулачки, кото­рые и замыкают контакты в зависимости от профиля кулачка и положения оси.

Конструкции пакетных переключателей, предназначенных для цепей управления, позволяют получить десятки и сотни вариантов разнообразных схем соединений при числе коммутируемых цепей до 24 (12 пакетов) и количестве фиксированных положений до 8 (через 45, 60 или 90°).

Имеются переключатели и без фиксации переключаемого поло­жения — с самовозвратом в исходное положение. Особенность этих переключателей — наличие запирающего (на ключ) устройства, что исключает бесконтроль­ное переключение.

Наиболее распростра­ненными переключателя­ми цепей управления яв­ляются аппараты серий ПКУ2 и ПКУЗ. Номи­нальный (длительно до­пустимый) ток переклю­чателей серии ПК.У2 — 6 А при напряжении 380 В переменного тока и 220 В постоянного то­ка, а для переключате­лей серии ПКУЗ — 10 А при 500 В переменного тока. Как видно по тех­ническим параметрам, такие переключатели пригодны и для непо­средственного включения и отключения довольно мощных потребителей электроэнергии, на­пример электродвигателей мощностью в несколько киловатт.

Меньшими габаритами обладают переключатели серий ПУ и ПЭ, имеющие поворотные механизмы привода на два или три по­ложения. Среди них имеется исполнение с выемным ключом-руко­яткой. Такими переключателями, как правило, блокируют подачу напряжения в схему управления, изменяют режимы и способы управления. При этом предусмотрена возможность запирания пе­реключателя как в отключенном, так и в других его положениях. Номинальный ток переключателей серий ПУ и ПЕ — 5 А при на­пряжении 220 В переменного тока и 1 А при ПО В постоянного тока.

Системы автоматического и программного управления требуют весьма сложных переключений, для которых необходимы много­позиционные и многоцепные переключатели (при числе цепей и положений порой в несколько десятков). Конструктивно такие коммутационные элементы выполнены в виде двух, четырех (и бо­лее) неподвижных секций, смонтированных на платах, и подвиж­ных контактов, закрепленных на общем валу и фиксируемых спе­циальным пружинно-шариковым фиксатором в заданных позициях.

На рис. 15.5 показаны наиболее распространенные ползунко-вые переключатели серии ПП однопаяельного исполнения на 35 це-

пей. Переключатели в открытом исполнении предназначены для встроенного монтажа за панелью управления. Аналогичные щеточ­ные переключатели, но закрытого исполнения, имеют от 1 до 4 сек­ций при числе контактов в каждой секции от 4 до 24. Они обеспе-

чивают надежную коммутацию при токе нагрузки до 1 А цепей пе­ременного (напряжением 380 В) и постоянного (напряжением 220 В) тока.

В радиоэлектронной аппаратуре используются аналогичные па­кетным переключатели — так называемые галетные. Они имеют от 2 до 11 положений при числе секций (галет) от 1 до 4. На рис. 15.6 показан переключатель серии ПГС на 10 положений.

В последнее время в автоматике все шире используются дости­жения микроэлектроники, например большие интегральные схемы. Для коммутации в цепях, содержащих подобные элементы, необ­ходимы переключатели, контакты которых обеспечивали бы на­дежное прохождение очень слабых токов (милли- или микроампе­ры) при пониженных значениях напряжений (до 5 В). Рассмот­ренные в данном параграфе переключатели, как правило, такими свойствами не обладают, так как их контакты имеют значительные (порой в несколько ом) переходные сопротивления. В этом случае предпочтительнее применение клавишных переключателей с биме­таллическими или серебряными контактами.

Путевые и конечные выключатели

Путевые и 'конечные выключатели представляют собой коммутационные элементы, кинематически связанные с рабочей машиной и срабатывающие в зависимости от перемещения по­движной части рабочей машины. Путевые выключатели срабаты­вают в определенных промежуточных точках на пути перемеще­ния, конечные выключатели срабатывают в крайних точках: в на­чале и конце пути. Особенно широко путевые и конечные выключатели используются в схемах автоматизированного элект­ропривода различных производственных механизмов. С их по­мощью происходят автоматическое управление приводом на отдель­ных участках пути и автоматическое отключение в крайних поло­жениях механизма.

В зависимости от устройства, осуществляющего замыкание или размыкание контактов, путевые и конечные выключатели можно подразделить на кнопочные (нажимные), рычажные, шпиндельные и вращающиеся. Переключение контактов в этих выключателях осуществляется следующим образом. В кнопочных — нажатием ра­бочего органа механизма на шток, с которым связаны контакты выключателя. В рычажных — воздействием рабочего органа меха­низма на рычаг, с которым связаны контакты. В шпиндельных — перемещением гайки по винту, связанному через передачи с валом механизма. Во вращающихся — переключающими кулачковыми шайбами, связанными с валом механизма.

В штоковых выключателях скорость переключения контактов определяется скоростью перемещения производственного механиз­ма. При малой скорости взаимное перемещение подвижных и не­подвижных контактов происходит медленно, что приводит к дли­тельному горению дуги, возникающей между размыкающимися контактами, и их быстрому разрушению из-за оплавления и усиленного окисления. Для нормальной работы такого выключателя скорость перемещения механизма должна быть не менее 0,5 м/мин. А для обеспечения мгновенного переключения контактов использу­ются специальные пружинные механизмы, освобождающиеся с по­мощью спусковых механизмов (собачек). Пружины также исполь­зуются для обеспечения необходимой силы контактного нажатия. На рис. 15.7 показано устройство простого конечного выключа­теля. Закрепляется он таким образом, чтобы упор на подвижной части производственного механизма находился напротив штока 4. При нажатии упора на шток 4 последний давит на пружину 3. При достижении определенной силы нажатии пружина 3 перебрасы­вается влево, размыкая контакт 2 и замыкая контакт 1. При этом ток пойдет по другой цепи управления. Внешние соединения вы­ключателя выполняются с помощью пайки к выводам: 5—непо­движный контакт (общий);. 6 — размыкающийся контакт 2; 7— замыкающийся контакт /. Плоская пружина 3 выполнена из трех частей. Средняя часть длиннее крайних, поэтому она всегда нахо­дится в изогнутом состоянии и стремится прижимать контакты в их крайних положениях (/ или 2). Переключатель способен ра­ботать в цепях с напряжением до 380 В при токе до 3 А. Пере­мещение штока составляет 0,5—0,7 мм, необходимое усилие для срабатывания не более 5—7 Н. Время срабатывания 0,01—0,02 с при частоте включений до двух раз в минуту.

На рис. 15.8 показан конечный выключатель типа ВК-111 с мо-стиковыми контактами. Переключение контактов производится на­жатием на шток 1, а возврат контактов в исходное положение осуществляется пружиной 2. Использование мостикового контакта 3 уменьшает вероятность возникновения дуги, поскольку цепь раз­рывается в двух точках. Такие выключатели могут работать при токе включения до 20 А и длительном токе 6 А. Износоустойчи­вость выключателей—10⁶ срабатываний. Допустимая частота —

600 включений в час.

На рис. 15.9 показан выключатель с малым временем срабатывания (моментпо-го действия). Контакты подобных выклю­чателей переключаются с постоянной ско­ростью при определенном положении про­изводственного механизма независимо от скорости движения. Поэтому их применя­ют при малых скоростях (до 0,5 м/мии) или при необходимости повышенной точно­сти срабатывания (до 0,05 мм).

При нажатии упора па ролик 1 рычаг 2 поворачивается и давит на набор спи­ральных пружин 3, мгновенно действую­щих на поводок 4. Поводок поворачивает­ся, и ролик 10, сжимая пружину 11, дви­жется по планке 9, занимая положение правее от оси поворота планки 9. При этом собачка 6 отводится и контактный мостик под действием пружины 11 и ролика 10 переорасывастся в другое положение, размыкая контакт 7 и за­мыкая контакт 8. После отхода упора от ролика 1 поводок 4 и контактный мостик возвращаются в исходное положение под дей­ствием пружины 5.

В некоторых случаях используются многопозиционные трех- и пятиконктактные датчики, последовательно управляющие несколь­кими управляющими цепями. Конструкции таких датчиков сложнее, и они значительно дороже двухконтактных.

Рассмотренные путевые и конечные выключатели имеют сравни­тельно низкую надежность, связанную с повышенным износом кон­тактной пары. Более высокая надежность обеспечивается при использовании бесконтактных датчиков (например, индуктивного или фотоэлектрического типов), мгновенность срабатывания кото­рых обеспечивается с помощью электронных схем.

Глава 16

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ

Режим работы контактов

В коммутационных иэлектромеханических элементах, предназначенных для переключений электрических цепей при руч­ном и автоматическом управлении, основным является контактный узел. Именно надежность контактного узла определяет работоспо­собность любой коммутационной аппаратуры.

Контактный узел состоит из подвижного и неподвижного кон­тактов. Эти контакты могут находиться в замкнутом и разомкнутом состоянии. В замкнутом состоянии сопротивление между контакта-

ми должно быть минимальным. Это сопротивление называют сопро­тивлением контактного перехода. Казалось бы, для того чтобы обес­печить малое сопротивление контактного перехода, надо увеличить площадь соприкосновения контактов. Однако даже при самой тща­тельной шлифовке поверхности контактов остается много микровы­ступов и микровпадин (рис. 16.1). Поэтому площадь реально кон­тактируйте поверхности меньше площади контактов. Для того чтобы увеличить реальную контактирующую поверхность, надо при­ложить силу, прижимающую контакты друг к другу. В первый момент при сближении контактов они соприкасаются лишь в одной точке (рис. 16.1, а), площадь которой очень мала, а сопротивление контактного перехода велико. Усилие прижима F создает на малой площади большое удельное давление, что приводит к смятию мате­риала контактов, увеличению площади соприкосновения и появле­нию новых точек соприкосновения (рис. 16.1, б). Удельное давление уменьшается, и процесс сближения контактов и смятия их материа­ла завершится тогда, когда это удельное давление сравняется с пре­делом прочности материала на смятие. Характер зависимости сопротивления контактного перехода R_K от удельного контактного давления .F_yд (рис. 16.1, в) показывает, что увеличение F_yдцелесообразно только до некоторого предела, при котором сопротивление R_k уже достаточно близко к минимально возможному, определяе­мому электропроводностью материала контактов. Через замкнутые контакты проходит ток /, и они нагреваются под действием выде­ляющейся теплоты, соответствующей мощности потерь в контакт­ном переходе: P_k=I²R_k. Поэтому допустимое значение тока, прохо­дящего через контакты, зависит от термической прочности контак­тов и от условий теплоотвода, т. е. от конструкции и размеров кон­тактов.

В разомкнутом состоянии сопротивление контактов должно стремиться к бесконечности (практически миллионы ом), что обеспечивается изолирующими свойствами среды п контактном промежутке и расстоянием между контактами. В разомкнутом сос­тоянии контакты подвергаются химическому воздействию окружа­ющей среды, происходит их коррозия. Эта коррозия заключается в образовании оксидных (под действием кислорода воздуха) и сульфидных (под действием серы воздуха) пленок. У некоторых материалов (например, у меди) эти пленки обладают большим сопротивлением, что приводит к увеличению сопротивления кон­тактного перехода при замыкании контактов.

Наиболее тяжелый режим работы контактов связан с размыка­нием электрической цепи, поскольку при размыкании контактов между ними возникает электрическая дуга. При этом происходит расплавление контактов и их износ, который называется электри­ческой эрозией.

Таким образом, в процессе работы контакты подвергаются меха­ническому истиранию, химической коррозии и электрической эро­зии. Уменьшить отрицательное влияние этих факторов можно при правильном выборе конструкции контактов и их материала.

Конструктивные типы контактов

По форме контактирующих поверхностей все конструкции контактов могут быть подразделены на три основных типа: точеч­ные, линейные и поверхностные. Точечные контакты (рис. 16.2, а) имеют вид конусов или полусфер, соприкасающихся с плоскостью или полусферой в одной точке. Такие контакты предназначены для переключения малых токов. Линейные контакты (рис. 16.2, б) имеют вид двух цилиндрических поверхностей, или призмы и плос­кости, соприкасающихся по линии. Они предназначены для средних и больших токов. Плоскостные контакты (рис. 16.2, в) имеют со­прикосновение по плоскости и предназначены для больших токов.

Контактные узлы включают в себя кроме контактов витые или плоские пружины, обеспечивающие силу прижима между контак­тами.

На рис. 16.3 показан рычажный контактный узел, состоящий из двух плоских пружин с неподвижным 1 и подвижным 2 контактами.

Пружины жестко закреплены одним концом в изоляционном осно­вании 3. Перемещение подвижного контакта 2 происходит под дей­ствием упора 4. После того как подвижный контакт 2 переместится на величину раствора контактов х₀, произойдет замыкание контак­тов. Обе пружины получат дополнительный прогиб на величину провала контактов х_п, поскольку движение упора 4 немного про­должится. За счет этого произойдет проскальзывание контактов (его еще называют притиранием), которое необходимо для удале­ния пыли и оксидной пленки с поверхности контактов.

На рис. 16.4 показан мостнковый контактный узел, обеспечива­ющий разрыв электрической цепи в двух местах, что повышает надежность работы. При перемещении упора 1 мостик с двумя под­вижными контактами 3 перемещается в направлении двух непод­вижных контактов 4 до соприкосновения контактов. Витая пружина

2 обеспечивает усилие прижима и возможность самоустановки под­вижных контактов относительно неподвижных, что компенсирует износ контактов и некоторые неточности при их изготовлении. Пол­ный ход упора 1 состоит из раствора контактов х_о и провала х_п (аналогично контактному узлу по рис. 16.3)

На рис. 16.5 показан рычажный контактный узел с шарнирным закреплением подвижного контакта 2, соприкасающимся с непод­вижным контактом 3 по линии. Контактное нажатие осуществляет­ся с помощью пружины 4. Перемещение подвижного контакта про­исходит при повороте рычага 1 против часовой стрелки относитель­но оси 0. Сначала подвижный контакт 2 перемещается на величи­ну раствора контакта до соприкосновения с неподвижным контак­том 3 в точке А. После этого подвижный контакт совершает слож­ное движение, поворачиваясь одновременно относительно оси О₂

и вместе с рычагом 1 относительно оси О₁ В результате подвижный контакт 2 перекатывается по неподвижному 3. В замкнутом поло-

женив контактирование про­исходит в точке В. Перекаты­вание способствует очищению контактов от окисиых пленок, а главное — точка В не под­вергается электрической эро­зии в момент размыкания кон­тактов.

Материалы контактов

При выборе материала контактов необходимо обеспечить выполнение целого ряда требований: большая механическая проч­ность, высокая температура плавления, хорошие теплопроводность и электропроводность, устойчивость против коррозии и эрозии. Низ­кая стоимость, конечно, желательна, но она не относится к основ­ным требованиям. Основные требования — это те, которые обеспе­чивают высокую надежность.

Известны случаи, когда отказ одного-единственного контакта приводил к потерям, в миллионы раз пре­вышающим стоимость этого контакта.

Перечисленным выше требованиям в наибольшей степени удов­летворяют серебро, золото, платина и их сплавы, вольфрам, медь (табл. 16.1).

Сопротивление контактного перехода определяется по формуле

R_k=a/F^b (16.1)

где a —коэффициент, зависящий от материала и обработки поверх­ности контакта; F —контактное усилие; Ь — коэффициент формы контактов.

Для точечных контактов b =0,5; для линейных Ь = 0,55 0,7; для плоскостных b=1,0.

Коэффициент адля меди, например, находится в пределах от 0,07 до 0,28, т. е. может изменяться в четыре раза. Наименьшие значения а (и соответственно сопротивления R_K) обеспечиваются при покрытии меди слоем олова (лужение). Слой олова препятству­ет образованию оксида, поэтому для луженых медных контактов

коэффициент a<0,1. Большие значения а получаются для нелуже­ных плоскостных медных контактов, поскольку у них имеются уча­стки, покрытые слоем окиси. Для серебряных контактов а = б,06. Интересно отметить, что электропроводность оксида серебра и чис­того серебра примерно равны.

Для малых контактных усилии в высокочувствительных реле применяются благородные металлы (платина, золото, платиноирн-дии) при контактных усилиях F=0,01 0,05 Н. Эти материалы не окисляются и мало подвержены эрозии. При контактных усилиях F=0,05ч 1 Н и малой частоте срабатывания применяется серебро, которое имеет хорошую электропроводность, легко обрабатывается, но имеет невысокую твердость и подвержено эрозии. При контакт­ных усилиях F=0,3 1 Н и большой частоте срабатывания исполь­зуются металлокерамические контакты, получаемые путем спекания смеси порошков двух металлов: серебра с вольфрамом, молибде­ном или никелем, меди с вольфрамом или молибденом. При кон­тактных усилиях F>1 H и большой частоте срабатывания приме­няется вольфрам.

Наиболее дешевым материалом является медь, она применяется для мощных контактов, имеющих сравнительно большие размеры и требующих большого расхода материала. Контактные усилия для меди F>3 Н. Для защиты от коррозии кроме лужения применяется серебрение или кадмирование медных контактов.

Глава 17