机械开关工作原理及用途种类划分

2017-03-15 21:03分类：电子元器件阅读：

机械开关通常简称开关，它几乎是任何电路、设备、仪器都离不了的一种机电控制器件，其主要功用是接通、断开或转换电路。

许多书刊对机械开关的介绍都很简单，往往使初学者认为它是一个很简单且无足轻重的普通元器件。但其实不然，机械开关在各种电路中的工作状况如何，将直接关系和影响到整个电路能否正常工作。由于机械开关在实际应用中的故障率很高，所以必须对其有足够的重视和了解。下面将着重介绍一般常用的小型机械开关。

结构及原理

尽管我们经常用到的机械开关形形色色、各种各样，但它们的基本构成和工作原理都是大同小异，其典型结构原理如图30-1所示。可见，每一个机械开关都是由动触点（简称“刀”或“极”）、静触点（简称“位”或“掷”）、引脚（接线端）、传动定位机构以及人手操作部件等组成。当人手（或其他外力）拨动机械开关的拨柄（或按动按钮）时，动触点就会与静触点接通或断开，从而起到接通或断开电路的作用。

通常一个机械开关最少由一动、一静两个触点构成，其中与动触点相连的接线端被称为动触点引脚，与静触点相连的接线端被称为静触点引脚。若一个机械开关只有一个动触点，且该动触点仅能与一个静触点接通，则这个开关就是单刀单位开关，它只有两个引脚。若一个机械开关有3个引脚，且其中的一个引脚与动触点相连（通常为中间引脚），另外的两个引脚与静触点相连，而且动触点可以轮流在两个静触点之间进行切换，则这个开关就称为单刀双位开关。将两个相同的单刀双位开关组合在一起，就构成了双刀双位开关。以此类推，可根据需要生产出多刀多位开关来。

单刀单位开关只能接通或断开一条电路，单刀双位开关可选择接通（或断开）两条电路中的一条，双刀双位开关可同时接通或断开两条独立的电路，其他多刀多位开关的作用可依此类推。

对机械开关的主要性能要求是：触点接触良好、动作干脆无阻滞、转换力矩适当、定位准确可靠、绝缘良好、使用寿命长。在某些应用场合还要求具备特殊的环境适应能力。

外形和种类

机械开关种类很多，其外形特征更可用“五花八门”来形容。如果按用途来区分，有电源开关、波段开关、录放开关、限位开关、控制开关、转换开关、行程开关等。如果按操作方式来区分，有直拨开关、按键开关、推拉开关、旋转开关、拨盘开关、推推开关、杠杆开关等，如果按结构来区分，有钮子开关、波动开关、按钮开关、滑动开关、薄膜开关等。

常用机械开关的外形实物如图30-2所示，下面分别对其性能特点作以简单介绍。

(1)钮子开关

钮子开关的外形如图30-2( a)所示，它一般为单刀单位、单刀双位、双刀双位类型的开关，其主要用作通、断电路电源和转换电路状态等。钮子开关根据安装方式不同，可分为垂直安装型、水平安装型、螺纹套管安装型、卡口安装型；根据体积大小不同，可分为超小型、小型、中型、大型；根据引脚形状不同，可分为弯脚型、直脚型、焊片型、快速连接型；根据钮柄形状不同，可分为短锥型、标准型、锥型等。

(2)波动开关

波动开关也叫按动开关，它实际上是钮子开关的一种，其外形如图30-2( b)所示。这种开关常用作家用电器及仪器仪表的电源通断、状态切换控制，其特点是通过按压开关上的“跷板”来完成触点状态的转换。由于跷板多呈元宝形，操控方式为揿按式，跷板动作起来似波浪，所以得名“波动开关”。波动开关有的地方又称为船形开关，这是因为其跷板的形状看起来很像船形。

(3)按钮开关

按钮开关的外形如图30-2( c)所示，它分为自复位式和自锁式（也叫推推开关）两大类。所谓自复位式（也称非锁定式、往复式）开关，就是指开关只有在人手按压下按钮时才能接通（常开触点）或断开（常闭触点），手指一旦松开就会马上恢复到原始状态。常用门铃按钮开关就属于典型的自复位式常开触点开关。而自锁式（也称锁定式、交替式）开关则是指按一下按钮开关即接通并能保持状态，再按一下就会断开。因为会自己维持动作状态，所以称为自锁式开关。常见微动开关、轻触开关都属于自复位式开关，而钮子开关、波动开关、波段开关等都属于自锁式开关。

按钮开关的按钮可以是红、绿等各种颜色，外形可以是圆形、方形等，种类可以分为带电源指示灯和不带电源指示灯两大类。

(4)波段开关

波段开关又称为波段转换开关，它属于多刀多位开关，其外形如图30-2 (d)所示。波段开关按照操作方式不同可分为拨动式、旋转式、直键式和杠杆式等4种。拨动式开关是一种小型化的波段开关，多用于小型化电子设备中，它有双刀双位、四刀双位、六刀双位等之分。旋转式波段开关采用切入式咬合接触结构，或者是采用套入式滚动跳步结构，其开关板有胶质板和高频瓷两种。直键式波段开关较旋转式波段开关使用方便，其外形美观，品种较多，按开关方式不同可分为自锁、互锁、无锁及互锁复位4种，按开关组成形式不同可分为带电源接触组及无电源接触组两种。杠杆式波段开关常见于收录机磁带选择与收音功能的转换，它的操作手柄对开关触点的切换是通过杠杆运动来完成的，具有体积小、操作方便、省力等特点。

(5)微动开关

微动开关属于一种特殊的按钮开关，其外形如图30-2 (e)所示。微动开关的基本形式为单刀双位式，平时一个触点断开、一个触点接通，当给力传动杆（或按钮）时，原来接通的触点断开、不通的触点接通。当外力消失后，各触点又马上恢复到原来的状态。微动开关实际上是一种施压促动的快速开关，由于其具有微小触点间隔与快动结构等特点，故又被称作灵敏开关。微动开关在电子设备及电气装置中广泛用于需要频繁换接电路的自动控制及安全保护等方面，其经常充当着“限位开关”、“门控开关”的角色。微动开关按用途不同，可分为检测型和电源开关型两大类。

(6)轻触开关

轻触开关是一种小型化的按钮开关，其外形如图30-2 (f)所示。轻触开关具有体积小、重量轻、手感好的特点，它可直接焊固在印制电路板上，广泛应用在各种电子装置和仪器仪表中。

主要参数

机械开关的产品参数主要有控制参数和性能参数两大类，现将主要参数介绍如下。

①额定电压。也叫最大允许工作电压，这是指开关在正常工作时所允许控制的安全工作电压。若施加在开关两端的电压大于此值，便会造成切换触点之间的打火击穿，使其失去正常开、关特性。对于控制220V交流用电器的电源开关，其额定电压必须大于220V交流电压。

②额定电流。也叫最大允许工作电流，这是指开关触点接通时所允许通过的最大安全工作电流。当实际工作电流超过此值时，开关的使用寿命将会大打折扣，严重时触点很快就会因工作电流太大而被烧坏。

③接触电阻。这是指开关在接通状态下，每对接通触点之间所存在的电阻值。一般要求接触电阻值在0.5Ω(500mΩ)以下，此值越小越好。

④绝缘电阻。这是指开关在断开状态下，断开触点之间所存在的电阻值。一般绝缘电阻值应在100MΩ以上，此值越大越好。

⑤耐压。也叫抗电强度，这是指开关在指定的不相接触的导体部分（金属构件）之间所能承受的最大电压。

⑥寿命。这是指开关在正常工作条件下，所能操作的有效次数。普通开关的寿命多在5000 - 10000次。

实际选择和使用开关时，主要考虑的是额定电压、额定电流和接触电阻这3项参数。表30-1给出了一些常用国产机械开关的型号及性能参数，仅供参考。

表30-1 常用国产机械开关的性能参数
名称	型号	极限参数		性能参数				结构特点
		额定电压（V）	额定电流（V）	接触电阻（MΩ）	绝缘电阻（MΩ）	耐压（V）	寿命（万次）
钮子开关	KN3-A1W1D	DC 27 DC 300 AC 110 AC 220	6 0.5 5 3	≤0.01	≥10	1500	1	拔柄材料为铜
	KN3-A1W2D
	KN3-A2W1D
	KN3-A2W2D
	KN3-BIW1D							拔柄材料为塑料
	KN3-BIW2D
	KN3-B2W1D
	KN3-B2W2D
小型钮子开关	KNX-2W1D	DC 30 AC 220	1 2	≤0.01	≥1000	1500	1	拔柄为金属杆外套塑料手柄
	KNX-2W2D
超小型钮子开关	KNC-2W1D	DC 25 AC 220	0.5 3	≤0.01	≥1000	1000	1
	KNC-2W2D
波动开关	KND2-2W1D ( KSZ-1 )	DC 30 AC 220	1.5 3	≤0.01	≥1000	1500	1	由塑料船形按钮、塑料外壳及导电触头组成
	KND2-2W2D ( KS2-2 )
按钮开关	AN4	DC 50	0.1	≤0.02	≥500	200	0.5	自复位式
	KD2-21	DC 250 DC 250	3 6	≤0.04	≥1000	1000	1	双刀自锁式
	KD-22							双刀自复位式
	KD2-211							双刀自锁式带 LED指示灯
	KD-22F							双刀自复位式，带LED指示灯
拨动式波段开关	KB	DC 250	0.05	≤0.02	≥100	150	1	触点规格2W6D
	KB-1		0.1					触点规格2W6D
	KB-2		0.05					触点规格2W2D
	KBK							触点规格2W4D
	KBBK-2			≤0.015				触点规格2W6D
旋转式波段开关	KZX	DC 250	0.05	≤0.02	≥1000	500	1	小型胶纸板，用螺钉安装
	KZX-1							小型胶纸板，用轴套安装
微动开关轻触开关	KWX	DC 30 AC 250	0.5 1	≤0.01	≥1000	1000	DC 20 AC 3	胶木外壳，体积小，动作灵敏
	KWX-1	DC 48 AC 250	0.5 1				20
微动开关	KWX-2	DC 110 AC 220	2 2				20
轻触开关	KJ-123	DC 28	0.25					外形尺寸 12mm×12mm× 4mm．单组转换触点

型号命名

国产小型机械开关型号的命名并没有严格统一的标准，不过各厂家的命名基本上都遵循和延用了早期行业所制定的标准，其型号大致上都由5部分组成，格式和含义如图30-3所示。第1部分用字母表示产品类型，如“KN”表示钮子开关，“KA”或“KD”表示按钮开关，“KS”或“KND”表示波动开关， “KB”或“KBB”表示拨动式波段开关， “KZ”表示旋转式胶纸板波段开关， “KC”表示旋转式瓷质波段开关， “KZJ”表示直键开关， “KQ”表示琴键开关， “KH”表示滑动开关。第2部分用字母表示产品大小（有些型号省略了该字母），其中“T”代表“大型”、“Z”代表“中型”、“×”代表“小型”、“C”代表“超小型”。第3部分用阿拉伯数字表示产品种类或序号，对于直键开关来讲。 “1”表示触点是圆形，“2”表示触点是片形。对于拨动开关来讲，“O”代表无自动复位， “1”代表单边自动复位， “2”代表双边自动复位。第4部分常用“数字+w”或“数字+Z”表示产品静触点（简称“位”或“掷”）数量，钮子开关等在数字前面还加有单个字母，用以表示开关拨柄的材料，其中“A”表示金属柄， “B”表示塑料柄。第5部分用“数字+D”表示产品动触点（简称“刀”或“极”）数量。

例如：某开关的型号是KN3-B2W2D，它表明该产品是钮子开关，拨柄材料是塑料，规格为双位双刀。型号是KBB34-2W6D的开关，它表明该产品是一个小型拨动式波段开关，触点规格为双位六刀。有时第4、5部分被简化为“数字×数字”的形式，分别对应位数和刀数，还有些省略了这两部分。例如，某开关的型号是KWX，它表明该产品是一个小型微动开关。

产品标识

小型机械开关由于外形与其他元器件有明显的差异，所以识别起来是比较容易的。从外部来看，普通机械开关都是由操作部件、安装部件和引脚（接线端）3大部分构成的，如图30-4 (a)所示。尽管前两个部件有时差别很大，但其特征表现都是十分明显的。一般不需要查看型号和检测，使用者一眼就可以确认出机械开关的身份。

机械开关的引脚数通常都是以2、3、4、6等数目出现的，并且只有两个引脚的产品为最常见的“单刀单位”开关，有3个引脚的产品为“单刀双位”开关，其两个静触点（双位）引脚一般都是对称排列在一个动触点（单刀）引脚两旁的，如图30-6( b)所示。多组触点的机械开关同样有类似的排列规律。

为了使用方便，有些产品将引脚示意图标示在外壳上，如图30-6 (c)所示，它直观反映出各引脚在常态下的状态，这给使用者区分引脚功能带来方便。

一般体积比较大的产品在外壳上均标出型号、主要参数、生产厂家标识等，但大多数产品只是标出机械开关的两个关键参数一额定电压和额定电流，如图30-6 (d)所示。如果需要了解更详细的参数和性能特点等，就只能查阅厂家提供的产品说明书了。

电路符号

常用机械开关在电路图中的表示符号见图30-5；注意：一个最简单的开关只有一组触点（一个动触点和一个静触点），而复

杂的开关就有好几组触点。一股根据图形符号所画开关的动触点（斜线）引脚数量，可确定出该开关的触点组数；根据所画静触点的状态（常开、常闭或转换）及数量，可确定出所用开关的触点组合形式和组数，多个动触点通过虚线连接起来，表示各组动触点间联动，即各组触点同步转换。

开关的文字符号用“S”表示，对于控制开关、波段开关可以用“SA”，对于自复位按钮开关可用“SB”。当同一个电路图中出现多个机械开关或同一个机械开关由多组触点构成时，可按习惯在文字符号后面加上数字编号，以示区别。

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