- Co to jest odbijanie kontaktów?
- Sposoby eliminacji i tłumienia odbić
- Metoda programu
- Wniosek
- Wideo w rozwoju tematu
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
W tym artykule rozważymy takie powszechne i szkodliwe zjawisko jak odbijanie się kontaktów. Zapoznajmy się z głównymi przyczynami odbicia. Badamy podstawowe metody sprzętu i oprogramowania, aby wyeliminować to zjawisko.
Co to jest odbijanie kontaktów?
Przy projektowaniu wszystkich urządzeń elektromechanicznych przeznaczonych do obwodów otwierających obwód istnieje jedna lub więcej par styków. Służą do przełączania odpowiednich komponentów elektrycznych. Istotną wadą styków elektromechanicznych są dowolne niekontrolowane wielokrotne powtórzenia przełączania, ze względu na elastyczność elementów układu stykowego. Zjawisko to otrzymało nazwę - odbijanie kontaktów, a walka z nim odbywa się niemal od momentu pojawienia się pierwszych elementów zautomatyzowanych systemów.
Zrozummy, jakie czynniki fizyczne powodują grzechotanie i dlaczego są negatywne konsekwencje.
Przyczyny
Gdy ciała elastyczne wchodzą w interakcję, następuje deformacja. Siła elastyczności zwraca pierwotny kształt zdeformowanego obiektu, w wyniku czego otrzymuje on pewien impuls ruchu. Ilustracją może być metalowa kula spadająca na stalową płytę. Siła elastyczności przywraca ją do pozycji zbliżonej do pierwotnej, skąd piłka spada z powrotem na płytkę i proces się powtarza. Ruch oscylacyjny występuje przy tłumionej amplitudzie.
Podobne wibracje występują, gdy styki stałe wchodzą w kontakt, a jedyną różnicą jest to, że zamiast grawitacji wpływa na nie elastyczność sprężyny lub płyty. Naturalnie, amplituda drgań styków ruchomych jest bardzo nieznaczna, ale jest wystarczająca, aby wywołać szereg procesów otwierania zwarciowego. Wynik drgań to impulsy w szczelinie po naciśnięciu i natychmiast po zwolnieniu przycisku.
Różnicę między idealną a rzeczywistą formą impulsów można zobaczyć na ryc. 1
Jak widać na rysunku, sygnał z pojedynczym impulsem prostokątnym jest idealny. W praktyce wszystko wygląda inaczej. Odbicie zmienia kształt fali sygnału. Iskrzenie wprowadza pewne zmiany. Kształt impulsów na rysunku jest bardzo upiększony. W prawdziwym życiu przebieg wygląda bardziej poobijany.
Częstotliwość i liczba dotknięć kontaktów zależy od:
- na właściwości składników węzła przełączającego;
- poziom napięcia na cewkach przekaźnika;
- ze sprężystości i innych czynników.
Odbicie jest obserwowane podczas otwierania kontaktów. Zwykle przy mechanicznym otwieraniu styki mniej się mieszają.
Rysunek 2 pokazuje wyraźnie przebieg napięcia w wyniku przełączania prądu elektrycznego w wyniku naciśnięcia przycisku.
Oscylogram pokazuje serię impulsów charakteryzujących proces odbijania.
Szkodliwy efekt
Aby zrozumieć negatywne skutki odbicia, rozważ procesy zachodzące podczas przełączania słabych i silnych obwodów elektrycznych. Gdy tylko odległość między stykami jest wystarczająca do zapłonu łuku elektrycznego, następuje między nimi wyładowanie, które niszczy stykające się powierzchnie. Iskry powstające w wyniku kontaktu mechanicznego zazwyczaj mają małą siłę niszczącą. Ale łuk elektryczny dużej mocy powoduje zwiększone zużycie.
Niskie iskrzenie prowadzi również do zużycia styków, chociaż nie jest tak niszczące, jak w przypadku zapalenia silnego łuku. W niektórych przypadkach takie zużycie można pominąć. Na przykład, dla przełączników oświetlenia domowego, nikt nie jest zaangażowany w problem odbicia, ponieważ prawie nie ma wpływu na działanie urządzeń oświetleniowych. W każdym razie konsumenci nie zauważają konsekwencji tego zjawiska.
Jednak zwiększone zużycie styków nie jest jedynym (aw wielu przypadkach nawet najważniejszym) problemem, z którym stykają się inżynierowie elektrycy. Częste przełączanie spowodowane efektem rozmów jest wrogiem numer jeden dla wejść cyfrowych. Obwody różnych urządzeń elektronicznych są bardzo wrażliwe na krótkotrwałe częste przełączanie prądów.
Cyfrowa elektronika postrzega je jako naprzemienne sygnały składające się z zer i jedynek. Urządzenia odczytują fałszywe kody spowodowane odbiciem po naciśnięciu przycisku, co prowadzi do awarii. Dlatego eliminacja odbicia jest najważniejszym zadaniem, które wielu projektantów i inżynierów obwodów musi rozwiązać.
Sposoby eliminacji i tłumienia odbić
Bez konstruktywnej zmiany w systemie kontaktowym zasadniczo niemożliwe jest wyeliminowanie lub stłumienie gadania. Przykład takich zmian strukturalnych można zaobserwować w węzłach przełączników pokręteł lub w przyciskach typu P2K. W wyżej wymienionych strukturach praktycznie nie ma gadania. Nie ma mechanicznego przełącznika typu suwaka.
Metoda sprzętowa
W celu tłumienia drgań w systemach niskoprądowych kluczy elektromechanicznych, styki rtęciowe są przykładane do styków, które są umieszczane w izolowanych kolbach. Płynny stan rtęci częściowo gasi siły sprężyste, które powodują odbicie, a także tworzy mostki przewodzące, które nie pozwalają na przerwanie obwodu elektrycznego, gdy styki są w kontakcie.
Aby zmniejszyć poziom zużycia przełączania w różnych przekaźnikach i wyłącznikach, używają łańcuchów nieiskrzących:
- obwód bocznika RC;
- warystory, które zapobiegają nagłej zmianie napięcia;
- diody cofania, które tłumią napięcia indukcji własnej;
- stabilitrony;
- układy scalone (warystor + obwód RC).
Łańcuchy te pomagają wyeliminować drgania, wyrównując charakterystykę skoku prądu. Są one połączone równolegle do obciążenia lub styków przekaźnika. Istnieją również obwody, w których obwody nieiskrzące są połączone jednocześnie z obciążeniem i przekaźnikiem.
Schematy obwodów pokazano na rys. 3
Każda metoda ma swoje zalety i wady. W zależności od rodzaju wyniku, który musisz osiągnąć, zastosuj jeden lub inny schemat.
Sterowanie urządzeniami wrażliwymi na odbijanie odbywa się przez filtr dolnoprzepustowy (na przykład przez łańcuch RC). Mając pojemność elektryczną, kondensator pobiera część energii w momencie dotknięcia styków. Po zerwaniu łańcucha z powodu odbicia, skumulowana energia powraca. W ten sposób amplituda drgań jest wygładzana.
Ustawienia wyzwalacza
Innym sposobem radzenia sobie z odbiciem jest użycie specjalnych obwodów elektronicznych, w tym wyzwalaczy RS.
Rolą wyzwalaczy jest konwersja wejściowego sygnału analogowego na cyfrowy i odwrócenie (odwrócenie) poziomów logicznych. Inwersję wyraźnie wyjaśnia diagram na rysunku 4.
Urządzenie uwzględnia tylko te części sygnałów, które przekraczają określone wartości progowe, tworząc logiczne zera i jedności na wyjściu. Za każdym razem sygnał w górę lub w dół przełącza wyzwalacz, gdy przekroczy górną lub dolną wartość progową. Mówiąc najprościej, spadki napięcia są kompensowane przez odwrócone impulsy wyzwalające.
Prosty obwód z wyzwalaczem pokazano na rysunku 5.
Luki między wartościami progowymi nazywane są histerezą. Forma takich impulsów jest wykorzystywana do redukcji szumów podczas przełączania sygnałów logicznych. Sygnał ze styku wchodzi do obwodu mającego statyczną charakterystykę przenoszenia w postaci pętli histerezy (wyzwalacz Schmidta). Dopiero po tym sygnał z wyjść wyzwalających jest podawany na wejście urządzenia cyfrowego do taktowania.
Użyj przełączników kontaktronowych
Powyżej wspomniano, że obecność rtęci na stykach tłumi odbijanie. Wiadomo jednak, że opary tego ciekłego metalu są bardzo trujące. Używanie ich w otwartych konstrukcjach, na przykład w przyciskach zegara, nie jest bezpieczne. Ale kontakty można umieścić w hermetycznej kolbie, która pozwala na użycie rtęci. Takie struktury nazywane są kontaktronami.
Styki kontaktronów są sterowane przez zewnętrzne pole magnetyczne. W tym celu można użyć magnesów trwałych lub indukcji elektromagnetycznej. Urządzenia mogą być stosowane w obwodach małej mocy. Mają długą żywotność, ponieważ styki się nie zużywają.
Metoda programu
Aby wyeliminować gadanie na różnych komputerach przy użyciu oprogramowania do przetwarzania sygnału. W tym samym czasie pobierany jest sygnał do taktowania nie bezpośrednio z kontaktu, lecz skojarzona z nim jednobitowa zmienna boolowska utworzona przez specjalny program:
- przez opóźnienie sygnału dla okresu prawdopodobnego odbicia kontaktu;
- metoda wielokrotnego odczytu stanu kontaktów, w danym przedziale czasu. Program uważa, że obwód jest zamknięty, jeżeli w tym okresie występuje okres stabilnego zamknięcia kontaktu;
- przy użyciu algorytmu zliczania, który uwzględnia liczbę zbieżnych wartości sygnałów zamkniętych w pewnym okresie czasu (w zakresie od 10 do 100 μs). Jeśli program zobaczy określoną liczbę koincydencji stanu zamkniętego, obliczy styk, który ma być stabilnie zamknięty i nie będzie miał sygnału.
Sygnał odbierany przez program jest dość niezawodny i stabilny. Wady takiego schematu tłumienia drgań można przypisać być może niewielkiemu opóźnieniu sygnału, które nie przekracza 0, 1 s. Ten okres jest tak mały, że w wielu przypadkach można go pominąć. Zwykle palec osoby jest przytrzymywany na klawiszu, dopóki przycisk nie zostanie zwolniony więcej niż 0, 2 sekundy.
Zaprogramowane urządzenia odbierają sygnały sterujące z przycisków i przesyłają idealne impulsy do urządzeń konsumenckich działających w układach cyfrowych. W wyniku odbicia sygnału odbicia programu do wejść chipowych docierają tylko wysokiej jakości impulsy. Zapewnia to stabilne działanie urządzeń cyfrowych, wytrzymuje fałszywe wyzwalanie dekoderów logicznych, niezależnie od poziomu sygnału i jakości.
Wniosek
Podsumowując powyższe, dochodzimy do wniosku: pomimo niedoskonałości nowoczesnych przełączników, możemy skutecznie tłumić odbijanie się kontaktów. W zależności od rozwiązywanych zadań istnieje wystarczająca ilość sposobów na wyeliminowanie odbicia. Najprostsze z nich to sprzęt wykorzystujący filtry niskiej częstotliwości. Systemy tłumienia odrzuceń z wykorzystaniem wyzwalaczy okazały się bardzo powszechne i praktyczne.
Aby kontrolować precyzyjne urządzenia cyfrowe, lepiej jest użyć metody oprogramowania. Jest droższy i bardziej złożony, ale w niektórych przypadkach nie ma alternatywy.