شرح أنواع المفاتيح الصغيرة وتطبيقاتها الرئيسية

يُعرف مفتاح الحركة المفاجئة عادةً باسم المفتاح الصغير، وهو مكوّن إلكتروني مهم جداً في الأنظمة الكهروميكانيكية الحديثة والتطبيقات الذكية المختلفة. وعلى الرغم من صغر حجمها، إلا أنها توفر وظائف مهمة للغاية لأنها تعمل ككاشفات للتشويش، وتسد الفجوة بين الحركة الميكانيكية والتحكم الإلكتروني. مفاتيح التبديل الصغيرة ثنائية ويمكنها تبديل الأحمال الكهربائية الكبيرة بينما تحتاج إلى قوة تشغيل قليلة جداً.

تضمن هذه الأجهزة السلامة التشغيلية ويمكن العثور عليها في أقفال السلامة في المعدات الصناعية الثقيلة، ومفاتيح التحكم في الآلات، وأجهزة استشعار الكشف عن الموضع في معدات التشغيل الآلي. نظرًا لأنها موثوقة ومتعددة الاستخدامات، فقد أصبحت جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية، وتظهر في كل شيء بدءًا من الأجهزة المنزلية وحتى الآلات الثقيلة.

ما هو المفتاح الصغير وكيف يعمل؟

للمفتاح الصغير تصميم فريد ومبدأ عمل متميز. ويتميز المفتاح الصغير بانتقال سريع للتلامس بسبب آلية العمل المفاجئ الداخلية الخاصة به، وغالباً ما يستخدم زنبركاً ورقياً. تعمل الحركة السريعة على قفل ملامسات المفتاح الصغير في مواضع منفصلة، مما يجعل الكهرباء تتدفق على جانب واحد فقط. حركة أقل تعني شرارة أقل وتوفر الكهرباء والطاقة لإشارة مميزة. هذه الكفاءة هي السبب في أنها مكون أساسي لضمان عمر طويل في التطبيقات الإلكترونية. إن التجميع المدمج المدمج المدمج والمتين والحفاظ على مسافة كافية وتوازن بين الحركة والتلامس الكهربائي، فهو مفتاح رائع للتعب الميكانيكي العالي والطاقة الكهربائية. للحصول على تحليل تقني أعمق لهذه الميكانيكا, يُرجى الرجوع إلى دليلنا الكامل: ما هو المفتاح الصغير؟

• إن المشغل: هذه هي الواجهة الميكانيكية للقوة الخارجية. وهي تنقل الصدمة إلى الآلية الداخلية للمفتاح الصغير، إما تشغيلية أو من جزء من الماكينة. هذا هو الجزء الذي تم تصميمه لأخذ القوة الخارجية وإملاء القوة المطلوبة ومسافة الحركة.
• آلية العمل المفاجئ: عادة ما يكون هذا الجزء مصنوعًا من زنبرك نحاس البريليوم. يخزن هذا التصميم الكثير من الطاقة الكامنة حتى يصل إلى حركة الطقطقة. فهو يخزّن الطاقة الكامنة لالتقاط الملامسات ووضعها عند الملامسات الكهربائية حتى يتم تحرير طاقة كامنة كافية. حركة الحركة هذه هي بالضبط ما يمنع لحام التلامس وحروق المكونات، مما يبقي الآلية مغلقة خارجيًا وكهربائيًا.
• جهات الاتصال وهي الأجزاء الموصلة التي تفتح أو تغلق الدائرة الكهربائية. يحدد الحمل المادة. تُستخدم سبيكة الفضة في أحمال الطاقة العالية (التيار المتردد) من أجل التقوس، على الرغم من أنه يجب توخي الحذر في البيئات التي تحتوي على غازات قابلة للاشتعال. يتطلب منطق الجهد المنخفض (التيار المستمر) طلاء الذهب لمنع حدوث الأكسدة والحفاظ على الاستمرارية الكهربائية.
• المحطات: هذه هي النقاط من الخارج حيث يمكنك توصيل الأسلاك من الخارج، حيث تعمل بشكل فعال كسن إدخال أو إخراج. الأمثلة النموذجية هي الطرف المشترك (COM)، والطرف المفتوح عادة (NO)، والطرف المغلق عادة (NC)، والتي تعطي نوع المفتاح القدرة على العمل في حالات منطقية مختلفة.

لفهم الأنواع المختلفة من المفاتيح الصغيرة، أول ما يمكنك فعله هو تقسيم حلول التبديل وفقًا لخصائصها الفيزيائية والكهربائية، وهو ما تمثله الصورة التالية:

التصنيف حسب أنواع المشغلات

المشغل هو المتغير الأكثر تأثراً بالقيود المادية للتطبيق. فهو يحول الطاقة الحركية للنظام إلى الطاقة الميكانيكية اللازمة لتشغيل النابض الداخلي. وهذا يساعد في تحديد أنواع المفاتيح الصغيرة الصحيحة للاحتياجات المحددة.

مفاتيح التبديل الصغيرة ذات الغطاس الدبوس

الغطاسات الدبوسية هي التصميم الأساسي في وظائف المفاتيح الصغيرة. وهي تحتوي على مشغل قصير على شكل زر، وهذا يتطلب تطبيق قوة التشغيل في اتجاه مستقيم على طول المحور y للمفتاح الصغير. لا توجد أطراف ذراع لخلق ميزة ميكانيكية للمفتاح، مما يؤدي إلى الحاجة إلى قوة تشغيل عالية، على الرغم من وجود مسافة صغيرة جدًا في ما قبل السفر.

بالنسبة للتصميمات عالية الدقة، فإن هذا التكوين هو أفضل خيار متاح. كما أنها تُستخدم على أفضل وجه عندما تكون حركة الجسم المستهدف محدودة للغاية، وفي خط مستقيم متعامد مع الزر الذي يحتوي عليه المفتاح. في ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي، على سبيل المثال، تعمل كسدادات ثابتة أو مفتاح نهاية لحدود المحور. مثال آخر هو مفتاح تعشيق الأمان في فرن الميكروويف أو التحقق من إغلاق الأبواب في حاوية صناعية.

مفاتيح التبديل بالرافعة المفصلية والرافعة الورقية

إذا كانت حالة استخدام المفتاح تحتاج إلى قوة تشغيل أقل، أو إذا كان مسار الجسم المستهدف ليس عموديًا تمامًا على مسار المفتاح، عندئذٍ يتم استخدام نظام الرافعة. يتم تثبيت رافعة معدنية صلبة أو رافعة ورقية على أحد طرفي غطاء مفتاح تثبيت اللوحة، مما يعني أنه يتم إنشاء ميزة ميكانيكية (تسمى الرافعة)، وبالتالي يتم خفض القوة المطلوبة لتشغيل الكباسات الداخلية لتكون أقل بكثير.

هذه الأنواع من مفاتيح التبديل الصغيرة مفيدة في البيئات التي يكون فيها الحد الأدنى من عزم الدوران. ومن الأمثلة على ذلك الأجهزة الطبية أو آلات البيع، والتي يمكن أن تشمل أيضاً الأجهزة الذكية التي تستخدم مثل هذه المستشعرات. في ماكينات البيع، يجب أن يكون هناك مستشعر غير قادر على إعاقة مسار المنتج، ومع ذلك يجب أن يكون قادرًا على تشغيل المستشعر عند مرور منتج خفيف. مثال آخر في الآليات التي تسمح للطابعات بتغذية الورق. يتم تنشيط مفتاح ذراع مفصلي قادر على استشعار وجود الورق دون التسبب في حدوث انحشار بمقاومة ورقة واحدة.

مفاتيح التبديل الصغيرة ذات الرافعة الدوارة

تم تصميم المفتاح الصغير ذو الرافعة الأسطوانية ببكرة في نهاية الرافعة مصنوعة إما من الفولاذ المقاوم للصدأ أو نوع من البلاستيك القوي، مما يوفر شوطًا أكبر. يعمل هذا التصميم على تحويل الاحتكاك المنزلق إلى احتكاك متدحرج وهو عملي بحت.

هذا النوع من المفاتيح الصغيرة هو المعيار للتطبيقات الصناعية الديناميكية حيث يتحرك الجسم المستهدف بشكل جانبي عبر المفتاح، مثل محركات الأسطوانات أو عنصر الحزام الناقل. قد يكون استخدام المكبس القياسي في هذه التطبيقات إشكالية لأن قوى القص الجانبية يمكن أن تسبب تدميرًا سريعًا للآلية. مفاتيح التبديل ذات الرافعة الأسطوانية شائعة في معدات الأتمتة، خاصةً في التعبئة والتغليف، حيث تعمل كمكونات مختلفة لاستشعار موضع العناصر المنقولة.

التصنيف حسب تكوين الدائرة

تكوين الدائرة هو ما يحدد كيفية تحكم المفتاح في تدفق الكهرباء. وهذا أمر بالغ الأهمية لدوائر التحكم في الأجهزة المختلفة.

SPDT (أحادي القطب مزدوج الرمي)

يعد تكوين القطب الواحد ذو القطب المزدوج أو SPDT أكثر المواصفات مرونة وتكرارًا. وهو يحتوي على 3 أطراف، وهي: شائع أو COM، ومفتوح عادةً أو NO، ومغلق عادةً أو NC. في حالة السكون، هناك استمرارية في الاتصال بين COM و NC. عندما يتم تشغيل الدائرة، هناك حركة مفاجئة تقوم بفصل NC وإجراء اتصال مع COM وNO.

مع هذا التكوين، يكون لمكون إلكتروني واحد القدرة على أداء وظيفتين في آن واحد، أي قطع دائرة كهربائية واحدة وإنشاء أخرى. في مثال نظام التحكم في المحرك، عندما يتم الضغط على المفتاح، يمكنه فصل الطاقة عن محرك الدفع (NC) وفي الوقت نفسه تمكين مؤشر ضوئي باللون الأخضر يشير إلى أن المكابح مشغولة (NO).

SPST-NO وSPST-NC (أحادية القطب أحادية الرمية)

تكون مفاتيح التبديل أحادية القطب أحادية الرمية (SPST) أقل تعقيدًا وتتميز بنهايات كهربائية مختلفة مقارنةً بمفاتيح التبديل أحادية القطب (SPDT).

• SPST-NO (مفتوح عادةً): تكون الدائرة مفتوحة ومغلقة حتى يتم الضغط على المشغل. هذا هو التكوين القياسي لأزرار بدء التشغيل أو للإشارة إلى مشغل.
• SPST-NC (مغلق عادةً): تظل الدائرة مكتملة (قيد التشغيل) حتى يتم الضغط على المشغل. يلعب هذا التكوين دورًا حاسمًا في أجهزة السلامة. مع أزرار الإيقاف في حالات الطوارئ أو تطبيقات مفاتيح الحد، يجب أن تكون الدائرة مغلقة لكي تعمل العملية. إذا انقطع السلك، أو انفتح المفتاح بسبب عطل، تنفتح الدائرة وتتوقف الماكينة. هذا هو الحد الأدنى من المتطلبات القياسية في الصناعة للسلامة في الأتمتة.

التصنيف حسب مستوى الحماية (تصنيف IP)

في عالم الصناعة، نادرًا ما يكون سبب تعطل المكونات في العالم الصناعي هو الإرهاق الكهربائي وحده، وعادةً ما يكون بسبب البيئات القاسية. يوفر نظام تصنيف حماية الدخول (IP) مقياسًا لهذه المقاومة.

مفاتيح قياسية/مقاومة للغبار (IP40)

مفاتيح التبديل الصغيرة القياسية، الشائعة إلى حد ما، مع تصنيف IP40 تقريبًا، مصنوعة للبيئات “النظيفة”. فهي قادرة على الحماية من دخول الأجسام الصلبة التي يزيد حجمها عن 1 مم (مثل الأسلاك أو الأصابع)، ولا توفر أي حماية ضد السوائل أو الغبار الناعم في بيئة محكمة الإغلاق. يتميز المفتاح الصغير بمسمار مشترك مصمم لتبسيط تشغيله.

وهي أكثر من فعالة اقتصاديًا بالنسبة للإلكترونيات الاستهلاكية المغلقة أو الأجهزة الطرفية المكتبية أو الأجهزة المنزلية، حيث يتم وضع المفتاح في حاوية ذات درع واقي. ومع ذلك، فإن استخدام مفتاح IP40 في بيئة أرضية المصنع يؤدي إلى فشل سريع، حيث يمكن أن يدخل الغبار الموصل إلى الآلية ويسبب دوائر قصيرة، أو يمكن أن يغطي الغبار العازل نقاط التلامس ويمنع التوصيل.

مفاتيح التبديل المختومة/المقاومة للماء (IP67)

بالنسبة للأتمتة الصناعية، تعتبر مفاتيح التبديل IP67 هي المعيار المطلوب. وتخضع هذه المكونات للتغليف بالإيبوكسي حول الأطراف، والحشوات المطاطية التي تربط الغلاف، والأغشية الداخلية التي تحمي المكبس.

يعني تصنيف IP67 أن المفتاح محكم ضد الغبار ويمكنه تحمل الغمر المؤقت في الماء. وهذا أمر بالغ الأهمية لتطبيقات مختلفة مثل مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، حيث يتعرض المفتاح لرذاذ سائل التبريد، ومصانع معالجة الأغذية التي تخضع لعمليات غسيل عالية الضغط، والمعدات الخارجية مثل محطات شحن المركبات الكهربائية وأنظمة إشارات السكك الحديدية. يتم تصنيع هذه المفاتيح من قبل شركات مثل OMCH وتتميز بمقاومة عالية للعزل (≥100MΩ) حتى في الظروف الرطبة.

كيفية الاختيار: الدرجة الصناعية مقابل درجة الأجهزة

إن الفرق بين مفتاح تبديل “درجة الأجهزة” ومفتاح تبديل “الدرجة الصناعية” كبير، وينطوي على اختلافات في المواد، والتفاوتات في التحمل، والقدرة على التحمل المعتمدة. ويؤدي سوء استخدام مفتاح تبديل الأجهزة في بيئة صناعية إلى عطل سابق لأوانه ووقت تعطل مكلف.

يلخص الجدول التالي معايير الاختيار الرئيسية:

1. دورة الحياة والمتانة

الاعتبار الاقتصادي الأكثر أهمية هو ”التكلفة لكل دورة”. على سبيل المثال، تم تصميم سلسلة مفاتيح التبديل الحدية الصناعية TZ-8168 لعمر ميكانيكي يزيد عن 10,000,000 عملية. في الأتمتة عالية التردد، كما هو الحال في ماكينات التعبئة والتغليف التي تعمل 30 دورة في الدقيقة، فإن المفتاح القياسي الذي تم تقييمه لـ 50000 دورة “يحترق” في أقل من 30 ساعة من وقت التشغيل. يتم تصميم مفاتيح التبديل من الدرجة الصناعية وتصنيعها، باعتبارها المعايير الجديدة للصناعة، باستخدام سبيكة فائقة لمكونات الزنبرك ومبيت أكثر متانة لتحمل الدورات العالية للقضاء على التعب.

2. حماية البيئة (الختم)

يتطلب الاستخدام في الهواء الطلق، ورذاذ الزيت، والغبار (غبار الخشب الناعم وغبار النسيج) مفتاح تبديل محكم الإغلاق. تستخدم مفاتيح التبديل الصناعية مجموعة متنوعة من تقنيات اختيار العزل لتجنب تأثير “التنفس”، حيث يؤدي تدوير درجة حرارة المفتاح إلى استنشاق الهواء الرطب. يمكن أن تؤدي هذه الأعطال إلى فشل العزل أو تآكل المكونات الداخلية.

3. مناولة مواد الاتصال والحمولة

يتم تحديد معدن التلامس حسب الحمل الكهربائي. بالنسبة لدوائر الطاقة (على سبيل المثال، التحكم في المحرك المباشر إلى 5 أمبير)، يلزم وجود ملامسات من السبائك الفضية لتحمل حرارة القوس الكهربائي. وعلى النقيض من ذلك، دارات المستوى المنطقي (PLC -> 24 فولت تيار مستمر/ 5 مللي أمبير)، لا يوصى بهذه الملامسات لأن تفريغ القوس الكهربائي سيشكل أكاسيد. في هذه الحالات ذات الجهد المنخفض، يتمثل معيار الصناعة في استخدام ملامسات مطلية بالذهب أو ملامسات متقاطعة متشعبة تفي بمواصفات سلامة الإشارة.

4. الدقة والتكرار

في الأتمتة، يكون المفتاح هو عنصر الاستشعار. التكرار هو أحد المقاييس - مدى اتساق نقطة التبديل مع مرور الوقت. عندما يكون مفتاح تبديل صناعي، يُطلق على هذا الفارق الزمني على الحركة اسم تفاوت الحركة التفاضلية، ويجب أن يكون أكثر إحكامًا. إذا كان الهدف من المفتاح هو إرسال إشارة إلى ذراع روبوتية للتوقف، فإن إيقاف تباين 0.5 مم (أو أكثر) في نقطة التبديل سيؤدي في الوقت المناسب إلى تصادم ميكانيكي غير مخطط له. يتم تنفيذ تصاميم المفاتيح الصناعية مع ضمان بقاء قوة التشغيل (OF) وقوة الإطلاق (RF) ضمن نفس النطاق على مدى عمر المكوّن.

الخاتمة

إن اختيار مفاتيح التبديل الصغيرة يعود دائمًا إلى موازنة تكاليف المكون الإلكتروني مقابل المخاطر المحتملة لفشل المنتج النهائي في الميدان. وفي حين أن أنظمة الحركة المفاجئة أصبحت هي القاعدة، فإن الخصائص المميزة لنوع المشغل والدائرة والمنطق وموانع التسرب في الضميمة تؤدي إلى مصفوفة اختيار معقدة. وللأغراض التجارية، سرعان ما لم يعد تجاهل المواصفات التي تحكم التأثيرات الميكانيكية والبيئية خيارًا متاحًا خاصة تلك التي تبرز مواصفات تجاوز أكبر قدر من الحركة الزائدة للمفاتيح. يعد اختيار مكونات من الدرجة الصناعية ذات دورة حياة عالية للمفاتيح طريقة أساسية لتقليل مخاطر فشل النظام بالكامل.

منذ عام 1986, أومتش تطورت إلى المورد الرئيسي للمكونات الإلكترونية حلول في قطاع الأتمتة الصناعية، مع إعطاء الأولوية للاستقرار والاعتماد على الإنتاج السلعي البسيط. نحن نقدم مجموعة شاملة تتراوح من الغطاسات ذات المسامير إلى الرافعة الدوارة المفصلية، مما يتيح توفير مصادر شاملة لتلبية الاحتياجات الهندسية المتنوعة. تم تصميم مفاتيحنا المصممة للبيئات القاسية، وتوفر مفاتيحنا طول العمر الكهربائي الثابت مع تصنيفات حماية IP65/IP67 القوية. تحمل كل وحدة شهادات CE وCCC وRoHS وتتوافق تمامًا مع معايير IEC، مما يضمن موثوقية لا تضاهى للتطبيقات العالمية.

إذا كنت بحاجة إلى أوراق بيانات مفصلة، أو معلمات تحميل محددة، أو إرشادات حول دمج أنواع مختلفة من المفاتيح الصغيرة في معدات التشغيل الآلي الخاصة بك، فإننا ندعوك لمراجعة كتالوج OMCH أو اتصل بفريق الدعم الهندسي للحصول على استشارة دقيقة.