Введение
Механический колокол, работающий посредством электромагнита.
Электрический колокол – это механический или электронный колокол, работающий посредством электромагнита. При подаче электрического тока он производит повторяющийся жужжащий, звенящий или звонкий звук. Электромеханические колокола широко использовались на железнодорожных переездах, в телефонах, пожарных и охранных сигнализациях, в качестве школьных звонков, дверных звонков и сигнализации в промышленных зонах с конца 1800-х годов, но в настоящее время они все чаще заменяются электронными звуковыми устройствами. Электрический колокол состоит из одного или нескольких электромагнитов, изготовленных из катушки изолированной проволоки, намотанной на железный сердечник, которые притягивают железный язычок с бойком.
Как они работают
Наиболее распространенной формой является прерывистый колокол, представляющий собой механический колокол, издающий непрерывный звук при подаче тока. См. анимацию выше. Колокол или гонг (B), часто имеющий форму чаши или полусферы, ударяется пружинной рукояткой (A) с металлическим шариком на конце, называемым язычком, приводимым в действие электромагнитом (E). В состоянии покоя язычок удерживается на небольшом расстоянии от колокола своей пружинной рукояткой. Когда выключатель (K) замыкается, электрический ток проходит от батареи (U) через обмотку электромагнита. Он создает магнитное поле, которое притягивает железную рукоятку язычка, притягивая его и заставляя ударить по колоколу. Это размыкает пару электрических контактов (T), прикрепленных к рукоятке язычка, прерывая ток, подаваемый на электромагнит. Магнитное поле электромагнита коллапсирует, и язычок отскакивает от колокола. Это снова замыкает контакты, позволяя току снова поступать в электромагнит, и магнит снова притягивает язычок, чтобы ударить по колоколу. Этот цикл быстро повторяется много раз в секунду, создавая непрерывный звон. Тембр издаваемого звука зависит от формы и размера колокола или гонга-резонатора. Если установлено несколько колоколов, им можно придать различные сигналы, используя гонги разных размеров или форм, даже если ударные механизмы идентичны. Другой тип – однократный колокол – не имеет прерывающих контактов. Молот ударяет по гонгу один раз при каждом замыкании цепи. Они используются для подачи кратких уведомлений, например, об открытии двери магазина для покупателя, а не для непрерывных предупреждений.
Звуковой сигнал
Электрический зуммер использует аналогичный механизм с перерывистым звонком, но без резонирующего колокола. Они тише колоколов, но достаточны для предупреждающего сигнала на небольшом расстоянии, например, через рабочий стол. Зуммер или бипер – это устройство звуковой сигнализации, которое может быть механическим, электромеханическим или пьезоэлектрическим. Типичные области применения зуммеров и биперов включают сигнализирующие устройства, таймеры и подтверждение действий пользователя, таких как щелчок мышью или нажатие клавиши. С развитием недорогой электроники, начиная с 1970-х годов, большинство зуммеров были заменены электронными "звукоизлучателями". Они заменяют электромеханический ударник колокола электронным генератором и громкоговорителем, часто пьезоэлектрическим преобразователем.
Колокола однотактные
Первые коммерческие электрические колокола использовались для железнодорожной сигнализации между постами управления. Сложные кодовые сигналы колоколами использовались для обозначения типов проходящих между постами поездов и пунктов их назначения. Это были одноударные колокола: подача тока на электромагнит притягивала язычок к колоколу или гонгу, производя один звон. Колокол не звенел непрерывно, а только один раз, пока ток не был подан снова. Для поддержания звучания эти колокола обычно были значительно больше, чем современные прерывистые колокола. Могли использоваться колокола, гонги и спиральные звонки, каждый из которых имел свой уникальный тон. Усовершенствованной версией одноударного колокола был колокол с пружиной. Ранее он использовался в механических вызывных системах для слуг в больших домах. Вместо приведения в действие язычка, электромагнит раскачивал весь колокол, установленный на гибкой спиральной пружине. Инерция тяжелого колокола на легкой пружине заставляла его звенеть еще несколько секунд после удара. Хотя звук быстро затихал, видимая дрожь колокола позволяла определить, какой именно колокол был использован, среди нескольких.
Телефоны
Звонки стационарных телефонов питались от переменного тока напряжением от 60 до 500 вольт RMS с частотой от 16 до 25 Герц. Для них использовалась иная конструкция – поляризованный звонок. Он содержит якорь с постоянным магнитом, который попеременно притягивается и отталкивается каждой полуволной переменного тока с разной полярностью. На практике якорь симметрично расположен с двумя полюсами противоположной полярности, обращенными к концам катушки, чтобы каждый из них мог притягиваться поочередно. Контактный размыкатель не требуется, поэтому такие звонки отличаются высокой надежностью и долговечностью. В некоторых странах, особенно в Великобритании, звонок ударял поочередно по двум колоколам разного размера, создавая очень узнаваемый звук.
Пожарные сигнализации
Пожарные извещатели с колоколами делятся на две категории: вибрирующие и однократного удара. Вибрирующий колокол будет звонить непрерывно, пока не будет отключено питание. При подаче питания на колокол однократного удара, он прозвонит один раз и затем остановится. Он не будет звонить снова, пока питание не будет выключено и включено повторно. Они часто использовались вместе с кодированными ручными извещателями.
Источники питания
Электрические колокола обычно рассчитаны на работу от низкого напряжения от 5 до 24 В переменного или постоянного тока. До широкого распространения электроэнергии колокола питались исключительно от батарей – гальванических элементов или сухих элементов. Колокола, использовавшиеся в ранних телефонных системах, получали питание от магнитогенератора, приводимого в действие абонентом с помощью рукоятки. В жилых помещениях для питания цепи дверного звонка обычно используется небольшой звонковый трансформатор. Для обеспечения возможности монтажа колокольных цепей недорогими способами, напряжение и мощность сигнальных цепей колоколов ограничены. Колокола для промышленных целей могут работать от других, более высоких напряжений переменного или постоянного тока, соответствующих напряжению предприятия или доступным системам резервного питания от аккумуляторов.
История
Колокол-прерыватель произошел от различных колеблющихся электромеханических механизмов, созданных после изобретения электромагнита Уильямом Стердженом в 1823 году. Одним из первых был осциллирующий электрический провод, изобретенный Джеймсом Маршем в 1824 году. Он состоял из проволочного маятника, опускающегося в ртутную ванночку, подвешенного между полюсами электромагнита. Когда через провод проходил ток, сила магнита заставляла провод отклоняться в сторону, выходя из ртути, что разрывало цепь магнита, и провод возвращался в исходное положение. Механизм современного электрического колокола берет начало в вибрирующих "размыкателях контактов" или прерывателях, разработанных для разрыва первичного тока в индукционных катушках. Вибрирующие прерыватели с "молотком" были изобретены Иоганном Филиппом Вагнером (1839) и Кристианом Эрнстом Неффом (1847), а Фромент (1847) усовершенствовал их, превратив в жужжалки. Около 1850 года Джон Миранд добавил язычок и гонг, чтобы создать стандартный электрический колокол для использования в качестве телеграфного сигнализатора. В то же время другие типы были изобретены Сименсом и Халске, а также Липпенсом. Поляризованный (с постоянным магнитом) колокол, используемый в телефонах, появившийся около 1860 года, берет свое начало в поляризованном реле и телеграфе, разработанном Вернером Сименсом около 1850 года.