开关基础知识：类型、触点和材料

开关是每个电气和电子系统的基本部件，在两种状态下工作：ON（关闭）或 OFF（打开）。它们控制电源、信号和安全，从小型按钮到大型工业断路器。本文包含多种类型、触点和额定值，提供了有关其类别、作、材料和正确安装的清晰、详细的信息。C1.开关概述C2.开关的主要类别C3.开关触点类型：NO 与 NCC4.开关配置C5.开关触点材料和密封类型C6.开关额定值和电气性能C7.开关中的触点反弹C8.开关安装技巧C9. 结论 C 1. 开关概述开关是电子和电气系统中最基本的组件之一。它作为二进制设备工作，这意味着它只有两种主要状态： 闭合 （ON）：电路完整，允许电流流动。打开 （OFF）：电路中断，电流停止流动。这一基本动作使得开关对于控制低压电子设备和高功率配电系统中的电源、信号和安全至关重要。无论是电路板上的微型按钮还是工业面板中的大型断路器，原理都是相同的。2. 开关的主要类别• 手动开关 - 由人直接作。如电灯开关、拨动开关、按钮。• 自动开关 - 由运动、压力或温度等外部条件激活。例如浮球开关、限位开关和恒温器。• 电子（固态）开关 - 使用半导体在没有移动部件的情况下控制电流。如MOSFET、继电器和光耦合器。2.1 手动开关类型 • 拨动开关拨动开关是杠杆作的设备，可以保持在打开或关闭位置直至更改，也可以瞬时保持，即杠杆在释放后弹回。它们用于照明系统、汽车仪表板和机械控制面板。它们最大的优势在于其耐用性和提供的清晰的开/关反馈，使其成为最知名和最可靠的开关类型之一。• 按钮开关按钮开关通过按下激活，有瞬时和维护两种版本。门铃是瞬时按钮的一个简单示例，而一些电子设备使用保持按钮，一次按下即可打开设备，另一次按下即可关闭设备。在安全应用中，蘑菇头按钮用作紧急停止开关。它们体积小巧、作直观且适合频繁使用，使其在电梯、电子设备和控制站中很常见。• 选择开关选择开关可以是旋转的，也可以是杠杆作的，并具有多个固定位置，允许用户在不同的模式或作之间进行选择。它们经常出现在工业控制面板、暖通空调系统和需要多种作设置的机器中。选择开关的主要优点是能够在一个控制单元内提供多种选择，同时为每个位置提供清晰的视觉和触觉反馈。•纵杆开关纵杆开关是多轴控制设备，其中不同方向的移动会激活单独的触点。它们需要起重机、机器人和工业机械等需要精确多向控制的应用。纵杆也用于游戏，为复杂的动作提供直观的控制。它们的主要优点是能够通过单个开关控制多种功能，使其既高效又多功能。2.2 运动作开关类型 • 限位开关限位开关是通过与移动的机器部件直接接触而触发的机械装置，例如到达其端点的输送机。它们坚固耐用、可靠，广泛用于数控机床、电梯和安全系统。• 接近开关接近开关无需接触即可感应物体。电感式检测金属，电容式检测塑料或液体，光学传感器使用光束。这些是机器人和自动化生产线的基础，非接触式传感提高了速度和耐用性。2.3 过程开关类型 • 速度开关速度开关监控机械的旋转或运动。离心或基于转速计的开关可以检测超速并触发停机，以保护电机、涡轮机或输送机免受损坏。• 压力开关压力开关使用隔膜、活塞或波纹管来检测空气、液体或气体压力的变化。一个常见的例子是空气压缩机，当达到最大压力时关闭。它们在液压和气动系统中也至关重要。• 温度开关温度开关依靠双金属条、灯泡和毛细管机构或电子传感器在特定温度下打开或关闭电路。HVAC 恒温器是最熟悉的例子，但它们也用于工业加热器和制冷系统。• 液位开关液位开关检测储罐和筒仓中是否存在液体或固体。技术包括浮子、导电探头、桨叶，甚至用于极端条件下的核传感器。它们用于水处理、化学加工和散装材料储存。• 流量开关流量开关测量管道中液体或气体的运动。桨式或叶片开关对流量中断做出响应，而差压传感器则监测限制范围内的变化。这些开关有助于保护泵、锅炉和工艺管道免受损坏。3. 开关触点类型：常开与常闭3.1 常开 （NO） 常开触点在未启动状态下保持打开状态，这意味着在开关被激活之前没有电流流动。启动后，触点闭合并允许电流通过。一个简单的例子是门铃按钮，按下按钮即可完成电路并触发提示音。NO 触点用于启动按钮、瞬时控制和信号设备。3.2 常闭 （NC） 常闭触点则相反。它在未启动状态下保持关闭状态，允许电流在正常条件动。启动后，触点打开并中断电路。一个常见的例子是机器门上的安全联锁开关。当门打开时，NC 触点会断开电路以关闭机器，以确保操作员的安全。NC 触点经常用于紧急停止、警报和故障安全系统。4. 开关配置 | 术语 |含义 |示例和应用 | | ----------------- | ------------------------------------------------------ | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | 极 |开关可以控制的独立电路路径。 | SP（单极）：控制一个电路。DP（双极）：同时控制两个电路。 || 投掷 |每极可用的输出路径数。 | ST（单掷）：仅连接或断开一个输出。DT（双掷）：允许在两个输出之间切换。 | | SPST |单刀单掷。 | 简单的开/关控制，例如壁灯开关。 | | SPDT |单刀双掷。 | 用作转换开关，在两条路径之间引导电路。 | | DPDT |双刀双掷。 | 常用于直流电机中的极性反转。 || 先接后断 |在旧连接断开之前建立新连接。 | 在旋转选择开关中发现，确保连续连接。 | | 先断后断 |在建立新连接之前，旧连接会断开。 | 用于更安全的设计，以防止短路或重叠。 | 5. 开关触点材料和密封类型5.1 银和镉触点抗氧化性强，最适合电源电路。常见于继电器、断路器和重型开关。5.2 金触点耐腐蚀并确保低电流下信号干净。用于电子和电信，但不适合大功率。5.3 汞倾斜开关密封设计，使用液态汞在倾斜时闭合触点。可靠且维护成本低，但对方向敏感且受到限制。5.4 干簧开关磁铁作触点密封在玻璃中。在易振动的设置中经久耐用，通常用于警报器、传感器和继电器。6. 开关额定值和电气性能6.1 交流与直流额定值交流开关可以处理更高的电流，因为过零会自然熄灭电弧。直流电弧持续时间更长，因此直流额定开关需要更强、更大的触点。6.2 感性负载和电弧电机、继电器和电磁阀会产生电压尖峰，从而导致触点电弧。触点上的 RC 缓冲器（电阻器 + 电容器）可减少磨损并延长开关寿命。6.3 润湿电流开关需要最小电流才能通过微电弧清洁触点。对于非常低的信号，使用镀金触点来防止氧化和电阻积聚。7. 开关中的触点反弹 | 方面 |描述 | | ------------------ | ----------------------------------------------------------------------------- | | 它是什么 |在稳定之前快速打开和关闭触点几毫秒。 | | 无害外壳 |响应速度慢的电路，额外的脉冲无关紧要。| | 有问题的案例 |数字或逻辑电路将反弹误解为多个输入。 | | 硬件解决方案 |机械阻尼、RC 低通滤波器、施密特触发电路。 | | 软件解决方案 |微控制器和嵌入式系统中的软件去抖动。 | 8. 开关安装技巧• 将开关电压和电流额定值与电路完全匹配，以防止过热或过早失效。• 在潮湿、多尘或腐蚀性环境中使用密封或受保护的触点，以保持长期可靠性。• 在电机、继电器或螺线管等感性负载上应用 RC 缓冲器，以抑制电弧并延长触点寿命。• 为极低电流或逻辑电平信号选择镀金触点，以避免氧化并确保清洁开关。• 在数字电路中添加硬件滤波或软件去抖动，以消除触点反弹引起的错误触发。9. 结论开关可能看起来很简单，但它们的设计和性能是基本的。触点类型、配置、材料和额定值都会影响安全性和可靠性。了解如何防止电弧、处理感性负载和减少弹跳可确保更长的使用寿命和稳定的运行。通过正确的理解，开关仍然是保持电气和电子系统平稳运行的基本组件。10. 常见问题解答10.1 问题 1.环境如何影响开关？恶劣的条件会降低可靠性，因此使用密封或受保护的类型。10.2 问题 2.闭锁开关和瞬时开关有什么区别？闭锁保持在原位，瞬时仅在按下时起作用。10.3 问题 3.为什么要使用固态开关？它们开关更快，持续时间更长，并避免触点反弹。10.4 问题 4.交换机适用哪些安全标准？它们遵循 IEC、UL、CSA，有时还遵循 ATEX 或 IECEx。10.5 问题 5.开关可以同时处理电源和信号电路吗？是的，但信号电路需要低电流触点，例如镀金触点。