Типы микропереключателей и их основные области применения

Переключатель с защелкивающимся механизмом обычно известен как микропереключатель, который является очень важным электронным компонентом в современных электромеханических системах и различных интеллектуальных приложениях. Несмотря на малые размеры, они обеспечивают очень важную функциональность, поскольку действуют как детекторы заклинивания, преодолевая разрыв между механическим движением и электронным управлением. Микропереключатели являются бинарными и способны переключать большие электрические нагрузки, при этом им требуется очень малое усилие.

Эти устройства обеспечивают целостность работы и могут использоваться в предохранительных блокировках тяжелого промышленного оборудования, управляющих переключателях для машин и датчиках положения для средств автоматизации. Благодаря своей надежности и универсальности они стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, встречаясь во всем - от бытовых приборов до тяжелой техники.

Что такое микропереключатель и как он работает?

Микропереключатель имеет уникальную конструкцию и особый принцип работы. Микропереключатель имеет быстрый переход контактов благодаря внутреннему механизму защелкивания, часто использующему пластинчатую пружину. Быстрое движение фиксирует контакты микропереключателя в разных положениях, заставляя электричество течь только с одной стороны. Меньшее движение означает меньшую искру и экономит электричество и мощность для получения четкого сигнала. Благодаря такой эффективности они являются важнейшим компонентом, обеспечивающим длительный срок службы электронных устройств. Встроенный компактный и прочный узел и соблюдение достаточного расстояния и баланса между движением и электрическим контактом - это отличный переключатель для высокой механической усталости и электрической мощности. Для более глубокого технического анализа этой механики, пожалуйста, ознакомьтесь с нашим полным руководством: Что такое микропереключатель?

• Сайт Привод: Это механический интерфейс внешней силы. Он передает воздействие на внутренний механизм микропереключателя, либо на сам механизм, либо на часть механизма. Именно эта часть разработана для восприятия внешней силы и диктует необходимое усилие и расстояние перемещения.
• Механизм защелкивания: Эта деталь обычно изготавливается из пружины из бериллиевой меди. Эта конструкция накапливает много потенциальной энергии до момента защелкивания. Она накапливает потенциал для защелкивания контактов и их позиционирования на электрических контактах до тех пор, пока не высвободится достаточное количество потенциальной энергии. Именно это действие перемещения предотвращает контактную сварку и ожоги компонентов, сохраняя механизм внешне и электрически закрытым.
• Контакты: Это проводящие участки, которые размыкают или замыкают электрическую цепь. Нагрузка диктует материал. Серебряный сплав используется в нагрузках большой мощности (переменный ток) для защиты от дуги, однако следует соблюдать осторожность в средах с воспламеняющимися газами. Низковольтная логика (DC) требует золотого покрытия для предотвращения окисления и поддержания непрерывности электрической цепи.
• Терминалы: Это точки снаружи, куда можно подсоединить провода, фактически выполняющие роль входного или выходного контакта. Типичными примерами являются общая клемма (COM), нормально открытая клемма (NO) и нормально закрытая клемма (NC), которые дают возможность переключателям работать в различных логических состояниях.

Чтобы разобраться в различных типах микропереключателей, первое, что вы можете сделать, - это разделить коммутационные решения по их физическим и электрическим характеристикам, что и представлено на следующем изображении:

Классификация по типам приводов

Привод - это переменная, на которую в наибольшей степени влияют физические ограничения приложения. Он преобразует кинетическую энергию системы в механическую энергию, необходимую для приведения в действие внутренней пружины. Это помогает определить правильные типы микропереключателей для конкретных нужд.

Плунжерные микропереключатели

Штыревые плунжеры - это самый простой вариант функциональности микропереключателей. Они имеют короткий исполнительный механизм в форме кнопки, что требует приложения силы срабатывания в прямом направлении вдоль оси y микропереключателя. Здесь нет рычажных зажимов для создания механического преимущества переключателя, поэтому требуется большое рабочее усилие, хотя расстояние предварительного хода очень мало.

Для высокоточных конструкций такая конфигурация является наилучшим вариантом. Их также лучше всего использовать, когда движение целевого объекта очень ограничено и происходит по прямой линии, ортогональной кнопке, на которой находится переключатель. Например, в станках с ЧПУ они служат в качестве последовательных стопоров или концевых выключателей для ограничения оси. Другой пример - предохранительная блокировка в микроволновой печи или проверка закрытия дверей в промышленном шкафу.

Рычажные и рычажные выключатели с петлями

Если при использовании выключателя требуется меньшее усилие, или траектория движения объекта не идеально перпендикулярна траектории движения выключателя, то используется рычажная система. Жесткий металлический рычаг или пластинчатый рычаг шарнирно закрепляется на одном конце крышки выключателя, что позволяет создать механическое преимущество (так называемый рычаг) и тем самым значительно снизить усилие, необходимое для приведения в действие внутренних плунжеров.

Эти типы микропереключателей полезны в условиях, где крутящий момент минимален. В качестве примера можно привести медицинские приборы или торговые автоматы, которые также могут включать в себя интеллектуальные устройства, использующие такие датчики. В торговых автоматах необходим датчик, который не может преградить путь продукту, но при этом должен срабатывать, когда через него проходит светлый продукт. Другой пример - механизмы, обеспечивающие подачу бумаги в принтерах. Шарнирно-рычажный переключатель, способный определять наличие бумаги, не вызывая замятия, срабатывает под действием сопротивления одного листа бумаги.

Роликовые рычажные микропереключатели

Роликовый рычажный микропереключатель имеет ролик на конце рычага, изготовленный из нержавеющей стали или прочного пластика, что обеспечивает больший ход. Такая конструкция преобразует трение скольжения в трение качения и является чисто функциональной.

Этот тип микропереключателей является стандартом для динамичных промышленных приложений, в которых целевой объект перемещается в боковом направлении, например, приводы цилиндров или конвейерные ленты. Использование стандартного плунжера в таких приложениях было бы проблематичным, поскольку боковые сдвиговые усилия могут привести к быстрому разрушению механизма. Роликовые рычажные переключатели широко распространены в автоматизированном оборудовании, особенно в упаковке, где они выступают в качестве различных компонентов, определяющих положение транспортируемых предметов.

Классификация по конфигурации цепи

Конфигурация схемы определяет, как переключатель управляет потоком электричества. Это очень важно для схем управления различными устройствами.

SPDT (Single Pole Double Throw)

Конфигурация Single Pole Double Throw или SPDT является наиболее гибкой и часто встречающейся. Она имеет 3 клеммы: общую или COM, нормально разомкнутую или NO и нормально замкнутую или NC. В состоянии покоя между COM и NC имеется непрерывное соединение. При срабатывании цепи происходит защелкивание, которое отсоединяет НЗ и устанавливает соединение с СОМ и НО.

При такой конфигурации один электронный компонент способен выполнять сразу две функции - разрывать одну цепь и создавать другую. В примере с системой управления двигателем при нажатии выключателя он может отключить питание приводного двигателя (NC) и в то же время включить световой индикатор зеленого цвета, означающий, что тормоз включен (NO).

SPST-NO и SPST-NC (однополюсные однозаходные)

Однополюсные переключатели (SPST) менее сложны и имеют другие электрические выводы по сравнению с SPDT.

• SPST-NO (нормально разомкнутый): Цепь разомкнута и выключена до тех пор, пока не будет нажат исполнительный механизм. Это стандартная конфигурация для кнопок запуска или для подачи сигнала на срабатывание.
• SPST-NC (нормально закрытый): Цепь остается полной (включенной) до тех пор, пока не будет нажата кнопка привода. Такая конфигурация играет важную роль в устройствах безопасности. В кнопках аварийной остановки или концевых выключателях цепь должна быть замкнута, чтобы операция была функциональной. Если провод перерезается или выключатель размыкается из-за неисправности, цепь размыкается и машина останавливается. Это минимальное требование промышленного стандарта для обеспечения безопасности в автоматизации.

Классификация по степени защиты (рейтинг IP)

В промышленном мире выход из строя компонентов редко обусловлен только электрической усталостью, а обычно связан с неблагоприятными условиями окружающей среды. Система защиты от проникновения (IP) определяет степень этой устойчивости.

Стандартные / пылезащищенные выключатели (IP40)

Стандартные микропереключатели, довольно распространенные, со степенью защиты около IP40, предназначены для “чистых” сред. Они способны защитить от проникновения твердых предметов размером более 1 мм (например, проводов или пальцев), но не обеспечивают защиту от жидкостей или мелкой пыли в герметичной среде. Микропереключатель имеет общий штырь, предназначенный для упрощения его работы.

Они более чем экономически эффективны для закрытой бытовой электроники, офисной периферии или бытовой техники, где выключатель помещается в корпус с защитным экраном. Однако использование выключателя с классом защиты IP40 в заводских условиях приводит к быстрому выходу из строя, поскольку токопроводящая пыль может попасть в механизм и вызвать короткое замыкание, а изоляционная пыль может покрыть контакты и препятствовать проведению тока.

Герметичные / водонепроницаемые выключатели (IP67)

Для промышленной автоматизации переключатели со степенью защиты IP67 являются обязательным стандартом. Эти компоненты подвергаются эпоксидной заливке вокруг клемм, резиновые прокладки соединяют корпус, а внутренние мембраны защищают плунжер.

Класс защиты IP67 означает, что переключатель является пыленепроницаемым и может выдерживать временное погружение в воду. Это очень важно для различных применений, таких как обрабатывающие центры с ЧПУ, где на выключатель попадают брызги охлаждающей жидкости, предприятия пищевой промышленности, где происходит промывка под высоким давлением, и оборудование, устанавливаемое вне помещений, например зарядные станции для автомобилей и железнодорожные сигнальные системы. Эти переключатели производятся такими компаниями, как OMCH, и обладают высоким сопротивлением изоляции (≥100 МΩ) даже в условиях повышенной влажности.

Как выбрать: Промышленный и бытовой класс

Разница между выключателем “бытового класса” и выключателем “промышленного класса” весьма существенна и заключается в различиях в материалах, допусках и сертифицированной стойкости. Неправильное применение бытового выключателя в промышленных условиях приводит к преждевременному выходу из строя и дорогостоящим простоям.

В следующей таблице приведены основные критерии отбора:

1. Срок службы и долговечность

Наиболее важным экономическим показателем является ”стоимость одного цикла”. Например, серия промышленных концевых выключателей TZ-8168 рассчитана на механический ресурс более 10 000 000 операций. При высокочастотной автоматизации, например, в упаковочной машине, выполняющей 30 циклов в минуту, стандартный выключатель, рассчитанный на 50 000 циклов, “сгорает” менее чем за 30 часов работы. Переключатели промышленного класса разработаны и изготовлены в соответствии с новыми стандартами отрасли, с использованием лучшего сплава для пружинных компонентов и более прочного корпуса для выдерживания высоких циклов, чтобы исключить усталость.

2. Защита окружающей среды (герметизация)

Использование на открытом воздухе, масляный туман и пыль (мелкая древесная и текстильная пыль) требуют герметичных выключателей. Промышленные выключатели используют различные технологии выбора уплотнений, чтобы избежать эффекта “дыхания”, когда при циклическом изменении температуры выключатель вдыхает влажный воздух. Такие сбои могут привести к разрушению изоляции или коррозии внутренних компонентов.

3. Контактное перемещение материалов и грузов

Металлургия контактов определяется электрической нагрузкой. Для силовых цепей (например, управления прямым двигателем до 5 А) необходимы контакты из сплава серебра, чтобы выдержать тепло дуги. Напротив, в схемах логического уровня (PLC -> 24VDC/5mA) такие контакты не рекомендуются, поскольку дуговой разряд образует окислы. В этих низковольтных случаях промышленным стандартом является использование позолоченных контактов или контактов с раздвоенной перемычкой, которые соответствуют спецификациям целостности сигнала.

4. Точность и воспроизводимость

В автоматизации переключатель - это чувствительный элемент. Повторяемость является одной из метрик - насколько стабильна точка переключения во времени. Если речь идет о промышленном переключателе, то разница во времени перемещения называется дифференциальным допуском перемещения, и он должен быть более жестким. Если переключатель предназначен для подачи сигнала роботизированной руке на остановку, то отклонение точки переключения на 0,5 мм (или более) приведет к незапланированному механическому столкновению. Промышленные переключатели разрабатываются с гарантией того, что в течение всего срока службы компонента рабочее усилие (OF) и усилие отпускания (RF) будут находиться в одном и том же диапазоне.

Заключение

Выбор микропереключателей всегда сводится к взвешиванию стоимости электронного компонента и потенциального риска выхода конечного продукта из строя в полевых условиях. Хотя системы с защелкивающимся механизмом стали нормой, идиосинкразия типа привода, схемы, логики и уплотнений корпуса приводит к сложной матрице выбора. Для коммерческих целей вскоре становится невозможным игнорировать спецификации, регулирующие механические воздействия и влияние окружающей среды, особенно те, которые указывают на наибольший ход переключателей. Выбор компонентов промышленного класса с высоким сроком службы переключателей является основным способом снижения риска полного отказа системы.

С 1986 года, ОМЧ превратилась в ведущий поставщик электронных компонентов решений в секторе промышленной автоматизации, отдавая предпочтение стабильности и сертификации, а не простому товарному производству. Мы предлагаем широкий ассортимент продукции - от штифтовых плунжеров до шарнирно-роликовых рычагов, что позволяет найти универсальное решение для различных инженерных задач. Разработанные для суровых условий эксплуатации, наши переключатели обеспечивают стабильную электрическую долговечность с надежной степенью защиты IP65/IP67. Каждое устройство имеет сертификаты CE, CCC и RoHS и полностью соответствует стандартам IEC, обеспечивая бескомпромиссную надежность для глобальных приложений.

Если вам нужны подробные технические описания, конкретные параметры нагрузки или рекомендации по интеграции различных типов микропереключателей в ваше автоматизированное оборудование, мы приглашаем вас ознакомиться с Каталог OMCH или свяжитесь с нашей службой технической поддержки для получения точной консультации.