- Čo je kontaktný odraz?
- Spôsoby eliminácie a potlačenia odrazu
- Metóda programu
- záver
- Video vo vývoji témy
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
V tomto článku zvážime takýto spoločný a škodlivý jav ako kontaktný odraz. Pozrime sa na hlavné príčiny odrazu. Študujeme základné metódy hardvéru a softvéru na elimináciu tohto javu.
Čo je kontaktný odraz?
Pri konštrukcii všetkých elektromechanických zariadení určených pre obvody otvárania okruhov existuje jeden alebo viac párov kontaktov. Používajú sa na prepínanie príslušných elektrických komponentov. Významnou nevýhodou elektromechanických kontaktov je ľubovoľné nekontrolované viacnásobné opakovanie spínania v dôsledku elasticity prvkov kontaktného systému. Tento fenomén dostal meno - odrazenie kontaktov a boj s ním sa uskutočňuje takmer od okamihu, keď sa objavili prvé prvky automatizovaných systémov.
Pochopme, aké fyzikálne faktory spôsobujú chrastenie a prečo sú negatívne dôsledky.
príčiny
Pri vzájomnom pôsobení elastických telies dochádza k deformácii. Sila pružnosti vracia pôvodný tvar deformovaného predmetu, v dôsledku čoho dostáva určitý impulz pohybu. Ilustráciou môže byť kovová guľa padajúca na oceľový plech. Sila pružnosti ju vracia do polohy blízkej pôvodnej, odkiaľ lopta padá späť na platňu a proces sa opakuje. K kmitaniu dochádza s tlmenou amplitúdou.
Podobné vibrácie sa vyskytujú pri kontakte pevných kontaktov s jediným rozdielom, že namiesto gravitácie sú ovplyvnené pružnosťou pružiny alebo dosky. Prirodzene, amplitúda kmitania pohyblivých kontaktov je veľmi zanedbateľná, ale celkom postačuje na vyvolanie série skratových otváracích procesov. Výsledkom oscilácií sú impulzy v medzere po stlačení a bezprostredne po uvoľnení tlačidla.
Rozdiel medzi ideálnou a skutočnou formou impulzov možno vidieť na obr. 1.
Ako je zrejmé z obrázku, ideálny signál s jedným obdĺžnikovým impulzom. V praxi všetko vyzerá inak. Bounce mení priebeh signálu. Sparking robí určité úpravy. Tvar pulzov na obrázku je vysoko ozdobený. V reálnom živote vyzerá tvar vlny viac.
Frekvencia a počet kontaktov závisí od:
- o vlastnostiach komponentov spínacieho uzla;
- úroveň napätia na cievkach relé;
- pružnosti pružiny a niektorých ďalších faktorov.
Odraz je pozorovaný počas otvárania kontaktov. Zvyčajne pri mechanickom otváraní kontaktov menej.
Obrázok 2 jasne ukazuje priebeh napätia v dôsledku spínania elektrického prúdu v dôsledku stlačenia tlačidla.
Oscilogram zobrazuje sériu impulzov charakterizujúcich proces odrazu.
Škvrny škodlivé účinky
Ak chcete pochopiť negatívne účinky odrazu, zvážte procesy, ktoré sa vyskytujú pri prepínaní slabých a výkonných elektrických obvodov. Akonáhle je vzdialenosť medzi kontaktmi dostatočná na zapálenie elektrického oblúka, medzi nimi dochádza k vybitiu, ktoré ničí kontaktné povrchy. Iskry pochádzajúce z mechanického kontaktu majú zvyčajne malú deštruktívnu silu. Ale elektrický oblúk s vysokým výkonom spôsobuje zvýšené opotrebenie.
Nízke iskrenie tiež vedie k opotrebeniu kontaktov, aj keď nie je také deštruktívne, ako keď je zapálený silný oblúk. V niektorých prípadoch sa takéto opotrebenie môže zanedbať. Napríklad v prípade spínačov osvetlenia pre domácnosť sa nikto nezaoberá problémom s odrazom, pretože nemá takmer žiadny vplyv na prevádzku osvetľovacích zariadení. V každom prípade si spotrebitelia nevšimnú dôsledky tohto javu.
Zvýšené opotrebovanie kontaktov však nie je jediným (av mnohých prípadoch ani najdôležitejším) problémom, ktorému čelia elektrotechnici. Častým prepínaním spôsobeným efektom chatovania je nepriateľ digitálnych vstupov. Obvody rôznych elektronických zariadení sú veľmi citlivé na krátkodobé časté spínanie prúdov.
Digitálna elektronika ich vníma ako striedavé signály pozostávajúce z núl a jedničiek. Zariadenia čítajú falošné kódy spôsobené odrazom, keď stlačíte tlačidlo, čo vedie k poruchám. Preto je eliminácia odrazu najdôležitejšou úlohou, ktorú musia riešiť mnohí dizajnéri a inžinieri obvodov.
Spôsoby eliminácie a potlačenia odrazu
Bez konštruktívnej zmeny v kontaktnom systéme je v podstate nemožné vylúčiť alebo potlačiť chatovanie. Príklad takýchto štruktúrnych zmien možno pozorovať v uzloch prepínačov gombíkov alebo v tlačidlách typu P2K. Vo vyššie spomenutých štruktúrach prakticky neexistujú žiadne spory. Nemá mechanický prepínač.
Hardvérová metóda
Na potlačenie chvění v systémoch nízkoprúdových elektromechanických kľúčov sú na kontakty, ktoré sú umiestnené v izolačných bankách, aplikované ortuťové kontakty. Kvapalný stav ortuti čiastočne zhasne elastické sily, ktoré spôsobujú odraz, a tiež vytvára vodivé mosty, ktoré neumožňujú prerušiť elektrický obvod, keď sú kontakty v kontakte.
Na zníženie úrovne spínania v rôznych relé a ističoch používajú reťaze odolné proti iskrám:
- skratový obvod RC;
- varistory, ktoré zabraňujú náhlej zmene napätia;
- reverzné diódy, ktoré potláčajú samovoľné indukcie;
- Zenerove diódy;
- kombinované obvody (varistor + RC okruh).
Tieto reťaze pomáhajú eliminovať otrasy vyrovnaním prúdových charakteristík. Sú pripojené paralelne k záťaži alebo kontaktom relé. Existujú tiež obvody, v ktorých sú iskru odolné obvody pripojené súčasne k záťaži aj k relé.
Schémy zapojenia sú znázornené na obr. 3.
Každá metóda má svoje výhody a nevýhody. V závislosti od toho, aký výsledok musíte dosiahnuť, použite jeden alebo iný systém.
Riadenie zariadení citlivých na odrazenie sa uskutočňuje cez dolnopriepustný filter (napríklad cez RC-reťazec). Kondenzátor má s elektrickou kapacitou časť energie v okamihu dotyku kontaktov. Po zlomení reťaze v dôsledku odrazu sa nahromadená energia vráti. Amplitúda oscilácie je teda vyhladená.
Nastavenia spúšťania
Ďalší spôsob, ako sa vysporiadať s odrazom, je použitie špeciálnych elektronických obvodov, vrátane spúšťačov rs.
Úlohou spúšťačov je previesť vstupný analógový signál na digitálny a inverzný (logický). Inverzia je jasne vysvetlená diagramom na obr.
Zariadenie berie do úvahy iba tie časti signálov, ktoré presahujú špecifikované prahové hodnoty, pričom na výstupe vytvárajú logické nuly a nuly. Zakaždým, keď signál smerom nahor alebo nadol prepne spúšť, keď prechádza hornou alebo dolnou prahovou hodnotou. Jednoducho povedané, poklesy napätia sú kompenzované invertovanými spúšťacími impulzmi.
Jednoduchý obvod so spúšťou je znázornený na obr.
Medzery medzi prahovými hodnotami sa nazývajú hysterézia. Forma takýchto impulzov sa používa na redukciu šumu počas spínania logických signálov. Signál z kontaktu vstupuje do obvodu so statickou prenosovou charakteristikou vo forme hysteréznej slučky (Schmidtov spúšť). Až potom sa signál zo spúšťacích výstupov privedie na vstup digitálneho zariadenia na stopovanie.
Použite jazýčkové spínače
Vyššie bolo uvedené, že prítomnosť ortuti na kontaktoch potláča odraz. Je však dobre známe, že výpary tohto tekutého kovu sú veľmi jedovaté. Nie je bezpečné ich používať v otvorených konštrukciách, napríklad v tlačidlách hodín. Kontakty však môžu byť umiestnené v hermetickej banke, ktorá umožňuje použitie ortuti. Takéto štruktúry sa nazývajú jazýčkové spínače.
Kontakty jazýčkových spínačov sú riadené vonkajším magnetickým poľom. Na tento účel môžete použiť permanentné magnety alebo elektromagnetickú indukciu. Zariadenia môžu byť použité v nízkonapäťových obvodoch. Majú dlhú životnosť, pretože kontakty sa nenosia.
Metóda programu
Odstránenie chvenia v rôznych počítačoch pomocou spracovania softvérového signálu. Súčasne sa prijíma signál na klonovanie nie priamo z kontaktu, ale s ním spojená jednobitová booleovská premenná, vytvorená špeciálnym programom:
- časovým oneskorením signálu za obdobie pravdepodobného kontaktného odrazu;
- metóda viacnásobného čítania stavu kontaktov v danom časovom intervale. Program považuje uzavretý obvod, ak v tomto časovom období existuje obdobie stabilného uzavretia kontaktu;
- pomocou algoritmu počítania, ktorý berie do úvahy počet zhodných hodnôt signálov uzavretých v určitom časovom období (v rozsahu od 10 do 100 μs). Ak program vidí zadaný počet zhodných stavov uzavretého stavu, vypočíta kontakt, ktorý má byť stabilne uzavretý, a vynechá signál.
Signál prijatý programom je pomerne spoľahlivý a stabilný. Nevýhody takejto schémy potlačenia chvenia môžu byť pripísané pravdepodobne malému oneskoreniu signálu, ktoré nepresahuje 0, 1 s. Táto doba je taká malá, že ju možno v mnohých prípadoch zanedbať. Zvyčajne je prst osoby podržaný na kľúči, až kým sa tlačidlo neuvoľní viac ako 0, 2 s.
Naprogramované zariadenia prijímajú riadiace signály z tlačidiel a prenášajú ideálne impulzy na spotrebné zariadenia bežiace na digitálnych obvodoch. V dôsledku odrazu programu odskoku signálu prichádzajú na vstupy čipu iba vysokokvalitné impulzy. To zaisťuje stabilnú prevádzku digitálnych zariadení, odoláva falošnému spúšťaniu logických dekodérov bez ohľadu na úroveň a kvalitu signálu.
záver
Ak zhrnieme vyššie uvedené, dospejeme k záveru: napriek nedokonalosti moderných prepínačov môžeme účinne potlačiť kontaktný odraz. V závislosti od úloh, ktoré sa majú vyriešiť, existuje dostatok spôsobov, ako odstrániť odraz. Najjednoduchšie z nich sú hardvér s použitím nízkofrekvenčných filtrov. Schémy potlačenia odrazov pomocou spúšťačov sa ukázali ako veľmi bežné a praktické.
Na ovládanie vysoko presných digitálnych zariadení je lepšie používať softvérovú metódu. Je drahšia a zložitejšia, ale v niektorých prípadoch nemá inú možnosť.