限位开关(限制工作机械位置的主令电器)

徐元直 — Sun, 27 Nov 2022 15:28:39 +0000

限位开关，是限制工作机械位置的主令电器。一般于工作机械到达终点时发生作用。故又称终端开关。限位开关的原理和结构与行程开关基本相同，但两者的用途不同。行程开关要控制的是工作机械的行程，而限位开关要控制的则是工作机械的位置，且往往是终端位置或极限位置。

限位开关简介

限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。限位开关有接触式的和非接触式的。接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或改变了）控制电路，机械就停止运行或改变运行。由于机械的惯性运动，这种行程开关有一定的“超行程”以保护开关不受损坏。非接触式的形式比较多，常见的有干簧管、光电式、感应式等，这几种形式在电梯中都能够见到。当然还有更多的先进形式。

限位开关是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。

在电气控制系统中，限位开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构造：由操作头、触点系统和外壳组成。

在实际生产中，将限位开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，限位开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

限位开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

限位开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。

用途

日常生活

限位开关的应用方面很多，很多电器里面都有它的身影。那这么简单的开关能起什么作用呢？它主要是起连锁保护的作用。最常见的例子莫过于其在洗衣机和录音机（录像机）中的应用了。

在洗衣机的脱水（甩干）过程中转速很高，如果此时有人由于疏忽打开洗衣机的门或盖后，再把手伸进去，很容易对人造成伤害，为了避免这种事故的发生，在洗衣机的门或盖上装了个电接点，一旦有人开启洗衣机的门或盖时，就自动把电机断电，甚至还要靠机械办法联动，使门或盖一打开就立刻“刹车”，强迫转动着的部件停下来，免得伤害人身。

在录音机和录像机中，我们常常使用到快进或者倒带，磁带急速地转动，但是当到达磁带的端点时会自动停下来。在这里行程开关又一次发挥了作用，不过这一次不是靠碰撞而是靠磁带的张力的突然增大引起动作的。

工业

限位开关主要用于将机械位移转变成电信号，使电动机的运行状态得以改变，从而控制机械动作或用作程序控制。

限位开关真正的用武之地是在工业上，在那里它与其它设备配合，组成更复杂的自动化设备。

机床上有很多这样的限位开关，用它控制工件运动或自动进刀的行程，避免发生碰撞事故。有时利用限位开关使被控物体在规定的两个位置之间自动换向，从而得到不断的往复运动。比如自动运料的小车到达终点碰着限位开关，接通了翻车机构，就把车里的物料翻倒出来，并且退回到起点。到达起点之后又碰着起点的行程开关，把装料机构的电路接通，开始自动装车。总是这样下去，就成了一套自动生产线，用不着人管，日以继夜地工作，节省了人的体力劳动。

应用

限位开关可广泛应用于建筑、港口、矿山等行业的起重、传输机械的空间三坐标的控制和限位，限位开关由高精度的大传动比减速器和与其输出轴同步的机械记忆控制机构、传感器组成，因WTAU系列限位开关具有体积小、功能多、精度高、限位可调、通用性强及维护安装和使用调整方便等特点在工程机械中应用极其广泛。

结构

限位开关分工作限位开关和极限限位开关，工作限位开关是用来给出机构动作到位信号的。极限限位开关是防止机构动作超出设计范围而发生事故的。工作限位开关安装在机构需要改变工况的位置，开关动作后，给出信号，进行别的相关动作。极限限位开关安装在机构动作的最远端，用来保护机构动作过大出现机构损坏。

限位开关，指为保护内置微动开关免受外力、水、油、气体和尘埃等的损害，而组装在外壳内的开关，尤其适用于对机械强度和环境适应性有特殊要求的地方。形状大致分为横向型、竖向型和复合型。下图表示典型的竖向型限位开关的构造。限位开关大致上是由五个构成要素组成的。

■内置微动开关驱动机构

对于限位开关来说，微动开关的驱动机构是与密封性能和动作特性直接相关的重要部分。其构造分为三类，如下表所示。

⑴活塞型

根据密封方法不同，有表中的A型和B型2个种类。A型是用O型环或薄膜密封的，由于密封橡胶没有外露，在抵制工作机械的切割碎屑方面功能较强大，但其反面影响是，有可能会将砂子、切割粉末等压入活塞的滑动面。B型虽然不会把砂子、切割粉末等压入，且密封性能优于A型，但由于炽热的切割碎屑飞溅过来，有可能会损坏橡胶帽。因此，要根据使用场所的不同选用A型或B型。而柱塞型仍然通过柱塞的往复运动压缩或吸进空气。

为此，如果长时间将柱塞压入，限位开关内的压缩空气逸失，内部压力将与大气压相同，即使急于让柱塞复位，柱塞却有迟缓复位的倾向。为了避免发生这种故障，设计时，根据柱塞的压入将空气的压缩量控制在限位开关内部全部空气量的20%以内。另外，为了延长微动开关的寿命，在这一构造内部设置了一个OT吸收机构，该OT吸收机构采用OT吸收弹簧，用以吸收残余的柱塞的行程。该机构相对于柱塞的运动，在中途停止按压微动开关辅助柱塞的行程。

⑵铰链摆杆型

在摆杆端部（滚珠），柱塞的行程量根据摆杆的比例扩大，因此，一般不使用OT吸收机构。

⑶旋转摆杆型

举一个典型的示例，来示例WL的构造，但除此之外，还有两个类型：将复位柱塞的功能赋予柱塞的类型；通过线圈弹簧获取复位力、用凸轮带动辅助柱塞的类型。

■开关的构成材料

开关的主要部分是由下列材料构成的

零件、材料、材料记号、特征

接点金Au抗腐蚀性非常优越，用于微小负载。因为其质地较柔软（维氏硬度HV25～65），因此较易黏着（接点黏着），并且在接点接触力较大的情况下接点容易凹陷。

金、银合金AuAg90%金、10%银的合金抗腐蚀性非常优越，硬度为HV30～90，比金高，因此广泛用于微小负载用开关。

白金、金、银合金PGS69%金、25%银、6%白金的合金抗腐蚀性非常优越，硬度也与金银合金相同，广泛用于微小负载用开关。称为作“1号合金”。

银、钯合金AgPd抗腐蚀性较好，但较易吸附有机气体生成聚合物。50%银、50%钯的情况下，硬度为HV100～200。

银Ag导电率、热传导率在金属中是最大的。虽然表现出较低的接触电阻，但其缺点是，在硫化气体的环境中较易生成硫化膜，在微小负载区域较易产生接触不良。硬度为HV25～45。多用于一般负载用开关。

银、镍合金AgNi90%银、10%镍的银、镍合金导电率与银接近，在抗电弧、抗熔化方面表现优良。硬度为HV65～115。

银、铟、锡合金AgInSn硬度、熔点较高，抗电弧性优越，不易熔化或转移。

可动弹簧、可动片弹簧用磷青铜C5210压延性、抗疲劳性及抗腐蚀性优良。已进行退火处理。如果弹簧临界值（Kb0.075）C5210-H为40kgf/mm2以上、C5210-EH为47kgf/mm2以上，较低，广泛用于小型微动开关的可动片。

用于弹簧用铍铜

时效硬化处理型）C1700C1720压延加工后进行时效硬化处理。导电率较高，并且进行硬化处理后，如果弹簧临界值（Kb0.075）C1700-H在90kgf/mm2以上、C1720-H在47kgf/mm2以上，非常高，用于弹簧临界值必须为较高的微动开关。

弹簧用铍铜（mill-hardend材料）C1700-□MC1720-M出厂时，材料厂商已进行过时效硬化处理（称为密尔哈敦材料），零件加工后（压延）无需进行时效硬化处理。如果弹簧临界值（Kb0.075）在65kgf/mm2以上（参考值），就会比弹簧用磷青铜高，广泛用于小型微动开关的可动弹簧。

弹簧用不锈钢（奥氏体系列）SUS301-CSPSUS304-CSP抗腐蚀性优良。临界值（Kb0.075）SUS301-CSP-H在50kgf/mm2以上、SUS304-CSP-H在40kgf/mm2以上。

外壳、保护帽苯酚树脂PF热硬化性树脂。广泛用于微动开关的外壳材料。UL温度指数为150℃，UL阻燃级别在94V-1以上，吸水率为0.1～0.3%。微动开关多使用无氨材料。

PBT树脂PBTP热可塑性树脂。玻璃纤维强化型多用于微动开关的外壳材料。UL温度指数为130℃，UL阻燃级别在94V-1以上，吸水率为0.07～0.1。

PBT树脂PETP热可塑性树脂。玻璃纤维强化型用于微动开关的外壳材料。UL温度指数为130℃，UL阻燃级别在94V-1以上，吸水率为0.07～0.1。

聚酰胺（尼龙）树脂PA热可塑性树脂。与PBT和PET相比，玻璃纤维强化型的耐热性较好。由于吸水率较高，因此请尽量选用吸水率较低的品种。UL温度指数为180℃，UL阻燃级别在94V-1以上，吸水率为0.2～1.2。

聚苯硫醚PPS热可塑性树脂。与PA相比，其耐热性更为优越。UL温度指数为200℃，UL阻燃级别在94V-1以上，吸水率为0.1。

开关盒铝（铸件）ADC多用于限位开关的开关（箱）盒的材料。JISH5302中有标准。

锌（铸件）ZDC与铝铸件相比，适用于较薄的部位，抗腐蚀性也比铝铸件优越。JIS H5301中有标准。

密封橡胶丁腈橡胶NBR耐油性优良，广泛应用于限位开关。根据结合腈的量将腈的等级分为5类，即极高（43%以上）、高（36～42%）、中高（31～35%）、低（24%以下），耐油性、耐热型、耐寒性稍有不同。使用温度范围为-40～130℃。

硅胶SIR耐热型、耐寒性优良，使用温度范围为-70～280℃，但耐油性较差。

氟化胶FRM与腈丁二烯、硅胶相比，耐热型、耐寒性、耐油性优良，但在耐油性方面根据油的成分不同有时会比腈丁二烯还差。

氯丁二烯橡胶CR耐臭氧性、耐气候性较好。广泛应用于对耐气候性有特殊要求的微动开关。

限位开关用语说明

■一般用语

限位开关：

为保护小型开关不受外力、水、油、尘埃等的侵害而将其装入金属外壳或者塑料外壳中的开关。（以下称开关）

额定值

一般指作为开关特性和性能的保证标准的量，如额定电流，额定电压等，以特定的条件为前提。

有接点

指利用接点的机械开合来实现开关的功能。

接触形式

根据各种用途构成接点的电气输入输出电路的方式。

树脂固定（塑封端子）

用导线对端子部分完好配线，通过充填树脂使该部分固定，消除暴露在外的带电部分，提高密封性的一种方法。

■与结构、构造相关的用语

■关于寿命的用语

机械寿命

将过行程（OT）设为规格值，在未通电状态下的开关寿命。

电气寿命

将过行程（OT)设为规格值，在额定负载（阻性负载）下的开关寿命。

FP（自由位置）

没有施加外力时驱动杆的位置。

OP（动作位置）

向驱动杆施加外力，使可动接点刚从自由位置的状态开始反转时的位置。

TTP（总行程位置）

驱动杆到达驱动杆停止档时的位置。

RP（返回位置）

减少对驱动杆的外力，使可动接点刚从动作位置反转到自由位置状态时驱动杆的位置。

OF（动作力）

为了从自由位置移动到工作位置所必须给驱动杆施加的力。

RF（回复力）

为了从总行程位置移动到回复位置，必须对驱动杆施加的力。

PT（预行程）

驱动杆从自由位置到动作位置的移动距离或移动角度。

OT（过行程）

驱动杆从动作位置到总行程位置的移动距离或移动角度。

MD（应差行程）

驱动杆从动作位置到返回位置的移动距离或移动角度。

TT(总行程）

驱动杆从自由位置到总行程位置的移动距离或移动角度。

■EN60947-5-1规格用语

对目录中使用的上述规格用语说明如下。

EN60947-5-1

「电气机械控制电路设备」的EN规格。和IEC60947-5-1的内容相同。

使用范围开关按用途来分类。请参考下面的例子。

电流类别种类典型用途

ACAC-15超过72VA（伏安）的电磁负载的控制

AC-1472VA（伏安）以下的电磁负载的控制

DCDC-12阻性负载和半导体负载的控制

额定动作电流（le)

使开关动作的额定电流值

额定动作电流（le)

使开关动作的额定电流值

额定动作电压（Ue)

使开关动作的额定电压值。不能超过额定绝缘电压（Ui）。

额定绝缘电压（Ui)

开关保持绝缘性的最大额定电压值。是耐压值和爬电距离的参数。

额定密闭热电流（Ithe)

在开关带电部位为密封型的开关中，持续通电时也不会超过规格规定的临界温升值的电流值。

材质为黄铜的端子部位的规格规定的临界温升值为65℃。

额定脉冲耐压（Uimp)

DXZ系列限位开关

开关在绝缘不被损坏的情况下可承受的脉冲电压的峰值。

有条件的短路电流

开关在短路保护装置动作前可承受的电流值。

短路保护装置（SCPD)

在短路时通过切断保护开关的装置。（断路器，保险丝等）

污染度

开关的使用环境

有以下4个等级，限位开关属于污染度3。

等级内容

污染度1没有污染，或者只产生干燥的非导电性污染。

污染度2通常只产生非导电性污染，但由于结露可能导致一时的导电性。

污染度3产生导电性污染。或者非导电性污染由于结露而产生导电性污染。

污染度4由于尘埃或雨雪等原因产生持续的导电性的污染。

防触电保护等级：

等级内容

Class0仅用基本绝缘来防止触电。

ClassI除了基本绝缘，还用接地来防止触电。

ClassⅡ使用双重绝缘或加强绝缘来防止触电，不需要接地。

ClassⅢ使用了超低压电路防止触电，因此不需要采取防触电措施。

关系

角度限位开关）：

7551位置限位开关

鉴于7551型限位开关对材料，技术解决方案和大尺寸的选择，使得7511型限位开关尤其适用于腐蚀性的工作环境，适用于非常恶劣的操作条件，保证在任何时候整个生命周期的良好工作状态。

TANGO位置限位开关

Tango是为控制高架移动起重机，卷扬机和机床而设计的限位开关，通过电源接口（例如接触器或可编程控制器）操作电机的辅助控制器。Tango做为最新一代的限位开关：采用特殊设计和使用高性能的聚合体，保证了在重负荷工作状况下的高抵抗性和耐久性，它的设计和外形尺寸方便安装和维护操作。

XFSC-XFRZ位置限位开关

X-FCS系列位置限位开关具有“T”字型或“十”字型条杆，而X-FRZ系列的特点是仅有一个条杆或仅有一个带有弹簧回动滚轮的条杆。限位开关设计用于控制桥式起重机，升降机和机床的移动。限位开关的外壳和头部均由热塑材料（纤维玻璃增强尼龙）制作。这些材料和部件确保了设备的高防水防尘特性和持久性。

AZ8系列限位开关

AZ8系列限位开关（行程开关）是一种低成本的检测元件，适合于许多种狭小的安装环境。开关坚固耐用，并有多种操作头可选，适合多种应用。拆下外壳，内部的触点块的正面和侧面都完全暴露在外，这对安装接线非常有利，开关底部柔软的电缆护套使安装接线更方便。

防爆限位开关

防爆限位开关是为了恶劣环境用户特别设计的。BX的设计是针对腐蚀、水、尘土、和油类进行的密封，这些外环境在NEMA1，3，4，6，7，9，13和IP67以及IEC529中定义。这些外壳也符合欧洲的恶劣环境设计，双全部BX系列产品符合血European Directive的用于潜在爆炸性气体（94/9/EC）的设备和保护系统要求，这些要求对于与ATEX Directive。

标准尺寸

小型化设计，适用于狭小的空间

合金本体，塑料上盖

端子部全开放构造，便于布线

改进型支持10A电流

产品认证：UL、CSA、CE、CCC

额定工作电压：250VAC，额定工作电流：10A

防护等级：IP64

壳体尺寸：28×64×25mm，安装孔距离：21×56mm

SUNS美国三实产品型号：AZ8104AZ8107AZ8108AZ8111AZ8112AZ8122AZ8166AZ8169AZ8200

限位开关