- Co je to kontaktní odraz?
- Způsoby, jak eliminovat a potlačit odraz
- Metoda programu
- Závěr
- Video ve vývoji tématu
Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
V tomto článku se budeme zabývat takovým společným a škodlivým jevem jako kontaktním odrazem. Pojďme se seznámit s hlavními příčinami odrazení. Studujeme základní metody hardwaru a softwaru k odstranění tohoto jevu.
Co je to kontaktní odraz?
Při konstrukci všech elektromechanických zařízení určených pro obvody pro otevírání okruhů existuje jeden nebo více kontaktních párů. Slouží k přepínání příslušných elektrických komponent. Významnou nevýhodou elektromechanických kontaktů je libovolné nekontrolované vícenásobné opakování spínání v důsledku pružnosti prvků kontaktního systému. Tento fenomén obdržel jméno - odraz kontaktů a boj s ním se odehrává téměř od okamžiku, kdy se objevily první prvky automatizovaných systémů.
Pojďme pochopit, jaké fyzikální faktory způsobují chrastění a proč jsou negativní důsledky.
Příčiny
Při vzájemném působení pružných těles dochází k deformaci. Síla pružnosti vrací původní tvar deformovaného předmětu, v důsledku čehož dostává určitý impuls pohybu. Ilustrace může být kovová koule padající na ocelový plech. Síla pružnosti jej vrací do polohy, která je blízká původní, odkud se míček vrátí zpět na desku a proces se opakuje. K oscilačnímu pohybu dochází s tlumenou amplitudou.
Podobné vibrace vznikají, když přicházejí do styku pevné kontakty, přičemž jediným rozdílem je, že místo gravitace jsou ovlivněny pružností pružiny nebo desky. Přirozeně, amplituda kmitání pohyblivých kontaktů je velmi zanedbatelná, ale je dostačující provokovat řadu procesů zkratového otevření. Výsledkem oscilace jsou impulsy v mezeře po stisknutí a ihned po uvolnění tlačítka.
Rozdíl mezi ideální a skutečnou formou pulzů lze vidět na Obr. 1.
Jak je vidět z obrázku, ideální je signál s jedním obdélníkovým pulsem. V praxi všechno vypadá jinak. Bounce mění průběh signálu. Jiskření provádí určité úpravy. Tvar pulsů na obrázku je velmi ozdobený. V reálném životě se průběh vlny jeví jako zbitý.
Frekvence a počet kontaktů závisí na:
- o vlastnostech komponent spínacího uzlu;
- úroveň napětí na cívkách relé;
- pružnost pružiny a některé další faktory.
Odraz je pozorován při otevírání kontaktů. Obvykle při mechanickém otevírání kontaktů cinkání méně.
Obrázek 2 jasně ukazuje průběh napětí v důsledku spínání elektrického proudu v důsledku stisknutí tlačítka.
Oscilogram ukazuje řadu pulzů charakterizujících proces odrazu.
Šokující škodlivý účinek
Chcete-li pochopit negativní účinky odrazu, zvažte procesy, které se vyskytují při přepínání slabých a výkonných elektrických obvodů. Jakmile je vzdálenost mezi kontakty dostatečná pro zapálení elektrického oblouku, dojde mezi nimi k vybití, které ničí kontaktní povrchy. Jiskry vznikající při mechanickém kontaktu mají obvykle malou destruktivní sílu. Elektrický oblouk s vysokým výkonem však způsobuje zvýšené opotřebení.
Nízké jiskření také vede k opotřebení kontaktu, ačkoli to není jak destruktivní jak když silný oblouk je zapálen. V některých případech může být opotřebení zanedbáno. Například u spínačů pro osvětlení domácností se nikdo nezabývá problémem odrazu, protože nemá téměř žádný vliv na provoz světelných zařízení. V každém případě si spotřebitelé nevšimnou důsledků tohoto jevu.
Zvýšené opotřebení kontaktů však není jediným (av mnoha případech ani nejdůležitějším) problémem, kterému čelí elektrotechničtí pracovníci. Častým přepínáním způsobeným tlumícím efektem je nepřítel číslicových vstupů. Obvody různých elektronických zařízení jsou velmi citlivé na krátkodobé časté spínání proudů.
Digitální elektronika je vnímá pro střídavé signály složené z nul a jedniček. Zařízení čte falešné kódy způsobené odrazem, když stisknete tlačítko, což vede k poruchám. Odstranění odrazu je proto nejdůležitějším úkolem, který musí řešit mnoho návrhářů a inženýrů.
Způsoby, jak eliminovat a potlačit odraz
Bez konstruktivní změny v kontaktním systému je v zásadě nemožné vyloučit nebo potlačit chvění. Příklad takových konstrukčních změn lze pozorovat v uzlech knoflíkových přepínačů nebo v tlačítkách typu P2K. Ve výše zmíněných strukturách není prakticky žádné hučení. Nemá mechanický přepínač.
Hardwarová metoda
Pro potlačení chvění v systémech nízkonapěťových elektromechanických klíčů jsou na kontakty, které jsou umístěny v izolačních baňkách, aplikovány rtuťové kontakty. Kapalný stav rtuti částečně zhasne pružné síly, které způsobují odraz, a také vytváří vodivé můstky, které neumožňují přerušit elektrický obvod, když jsou kontakty v kontaktu.
Aby se snížila úroveň spínání v různých relé a jističích, používají se jiskrové řetězy:
- zkratový obvod RC;
- varistory, které zabraňují náhlé změně napětí;
- reverzní diody, které potlačují vlastní indukční napětí;
- stabilizitrony;
- kombinované obvody (varistor + RC okruh).
Tyto řetězy pomáhají eliminovat chvění tím, že vyrovnávají proudové charakteristiky skoku. Jsou zapojeny paralelně k zátěži nebo ke kontaktům relé. Existují také obvody, ve kterých jsou jiskrově odolné obvody připojeny současně k zátěži i relé.
Schémata obvodů jsou znázorněna na Obr. 3
Každá metoda má své výhody a nevýhody. V závislosti na tom, jaký výsledek musíte dosáhnout, použijte jeden nebo jiný režim.
Řízení zařízení citlivých na odraz je prováděno prostřednictvím nízkoprůchodového filtru (například prostřednictvím RC-řetězce). Kondenzátor s elektrickou kapacitou odebírá část energie v okamžiku dotyku kontaktů. Po rozbití řetězu v důsledku odrazu se nahromaděná energie vrací. Amplituda oscilace je tedy vyhlazena.
Nastavení spouštění
Dalším způsobem, jak se vypořádat s odrazem, je použití speciálních elektronických obvodů, včetně spouštěčů rs-trigger.
Úlohou spouštěčů je převést vstupní analogový signál na digitální a inverzní (inverzní) logické úrovně. Inverze je jasně vysvětlena diagramem na obrázku 4.
Zařízení bere v úvahu pouze ty části signálů, které překračují stanovené prahové hodnoty, přičemž na výstupu vytvářejí logické nuly a nuly. Pokaždé, když signál nahoru nebo dolů přepne spoušť, když projde horní nebo dolní prahovou hodnotou. Jednoduše řečeno, poklesy napětí jsou kompenzovány invertovanými spouštěcími impulsy.
Jednoduchý obvod se spouští je znázorněn na obr. 5. Obr.
Mezery mezi prahovými hodnotami se nazývají hystereze. Forma těchto pulzů se používá pro redukci šumu během spínání logických signálů. Signál z kontaktu vstupuje do obvodu se statickou přenosovou charakteristikou ve formě hysterezní smyčky (Schmidtova spoušť). Teprve poté je signál ze spoušťových výstupů přiváděn na vstup digitálního zařízení pro taktování.
Použijte jazýčkové spínače
Nahoře bylo zmíněno, že přítomnost rtuti na kontaktech potlačuje odraz. Je však dobře známo, že páry tohoto tekutého kovu jsou velmi jedovaté. Není bezpečné používat je v otevřených konstrukcích, například v tlačítkách hodin. Kontakty však mohou být umístěny v hermetické baňce, která umožňuje použití rtuti. Takové struktury se nazývají reed switche.
Kontakty jazýčkových spínačů jsou řízeny vnějším magnetickým polem. K tomu můžete použít permanentní magnety nebo elektromagnetickou indukci. Zařízení lze použít v nízkonapěťových obvodech. Mají dlouhou životnost, protože kontakty se nenosí.
Metoda programu
Odstraňování chvění v různých počítačích pomocí zpracování softwarového signálu. Současně je přijímán signál pro taktování ne přímo z kontaktu, ale s ním spojenou jednobitovou logickou proměnnou, tvořenou speciálním programem:
- časovým zpožděním signálu po dobu pravděpodobného odskoku kontaktu;
- metoda vícenásobného čtení stavu kontaktů v daném časovém intervalu. Program se domnívá, že okruh je uzavřen, pokud v tomto časovém období dojde ke stabilnímu kontaktu;
- s použitím algoritmu počítání, který bere v úvahu počet shodných hodnot signálů uzavřených v určitém časovém období (v rozmezí od 10 do 100 μs). Pokud program vidí zadaný počet shodných stavů uzavřeného stavu, vypočítá kontakt, který má být stabilně uzavřen, a vynechá signál.
Signál přijatý programem je poměrně spolehlivý a stabilní. Nevýhody takového schématu potlačení chvění mohou být připisovány snad malému zpoždění signálu, které nepřesahuje 0, 1 s. Tato doba je tak malá, že ji lze v mnoha případech zanedbávat. Obvykle je prstem osoby přidržován na tlačítku, dokud není tlačítko uvolněno více než 0, 2 s.
Naprogramovaná zařízení přijímají řídicí signály z tlačítek a přenášejí ideální impulsy do spotřebních zařízení běžících na digitálních obvodech. V důsledku odrazu odskoku signálu programu přicházejí na vstupy čipu pouze vysoce kvalitní impulsy. To zajišťuje stabilní provoz digitálních zařízení, odolává falešnému spuštění logických dekodérů bez ohledu na úroveň a kvalitu signálu.
Závěr
Shrneme-li výše uvedené, dospějeme k závěru: navzdory nedokonalosti moderních přepínačů můžeme efektivně potlačit kontaktní odraz. V závislosti na úkolech, které jsou řešeny, existuje dostatek způsobů, jak eliminovat odraz. Nejjednodušší z nich jsou hardware, využívající nízkofrekvenční filtry. Ukázalo se, že systémy potlačení odrazů pomocí spouštěčů jsou velmi běžné a praktické.
Pro ovládání vysoce přesných digitálních zařízení je lepší použít softwarovou metodu. Je dražší a složitější, ale v některých případech nemá jinou možnost.