■ 限位開關的概念

限位開關，指為保護內(nèi)置微動開關免受外力、水、油、氣體和塵埃等的損害，而組裝在外殼內(nèi)的開關，尤其適用于對機械強度和環(huán)境適應性有特殊要求的地方。
形狀大致分為橫向型、豎向型和復合型。下圖表示典型的豎向型限位開關的構造。限位開關大致上是由五個構成要素組成的。

■ 內(nèi)置微動開關驅動機構

對于限位開關來說，微動開關的驅動機構是與密封性能和動作特性直接相關的重要部分。其構造分為三類，如下表所示。

（1）活塞型
根據(jù)密封方法不同，有表中的A型和B型2個種類。A型是用O型環(huán)或薄膜密封的，由于密封橡膠沒有外露，在抵制工作機械的切割碎屑方面功能較強大，但其反面影響是，有可能會將砂子、切割粉末等壓入活塞的滑動面。B型雖然不會把砂子、切割粉末等壓入，且密封性能優(yōu)于A型，但由于熾熱的切割碎屑飛濺過來，有可能會損壞橡膠帽。因此，要根據(jù)使用場所的不同選用A型或B型。而柱塞型仍然通過柱塞的往復運動壓縮或吸進空氣。 為此，如果長時間將柱塞壓入，限位開關內(nèi)的壓縮空氣逸失，內(nèi)部壓力將與大氣壓相同，即使急于讓柱塞復位，柱塞卻有遲緩復位的傾向。為了避免發(fā)生這種故障，設計時，根據(jù)柱塞的壓入將空氣的壓縮量控制在限位開關內(nèi)部全部空氣量的20％以內(nèi)。另外，為了延長微動開關的壽命，在這一構造內(nèi)部設置了一個OT吸收機構，該OT吸收機構采用OT吸收彈簧，用以吸收殘余的柱塞的行程。該機構相對于柱塞的運動，在中途停止按壓微動開關輔助柱塞的行程。

（2）鉸鏈擺桿型
在擺桿端部（滾珠），柱塞的行程量根據(jù)擺桿的比例擴大，因此，一般不使用OT吸收機構。

（3）旋轉擺桿型
舉一個典型的示例，來示例DTH的構造，但除此之外，還有兩個類型：將復位柱塞的功能賦予柱塞的類型；通過線圈彈簧獲取復位力、用凸輪帶動輔助柱塞的類型。

■ 開關的構成材料

開關的主要部分是由下列材料構成的

限位開關 用語說明

為保護小型開關不受外力、水、油、塵 埃等的侵害而將其裝入金屬外殼或者塑料外殼中的開關。（以下稱開關）

一般指作為開關特性和性能的保證標準的量， 如額定電流， 額定電壓等， 以特定的條件為前提。

指利用接點的機械開合來實現(xiàn)開關的功能。

根據(jù)各種用途構成接點的電氣輸入輸出電路的方式。

用導線對端子部分完好配線， 通過充填樹脂使該部分固定， 消除暴露在外的帶電部分， 提高密封性的一種方法。

將過行程(OT)設為規(guī)格值，在未通電狀態(tài)下的開關壽命。

將過行程(OT) 設為規(guī)格值，在額定負載（阻性負載）下的開關壽命。

沒有施加外力時驅動桿的位置。

向驅動桿施加外力，使可動接點剛從自由位置的狀態(tài)開始反轉時的位置。

驅動桿到達驅動桿停止檔時的位置。

減少對驅動桿的外力，使可動接點剛從動作位置反轉到自由位置狀態(tài)時驅動桿的位置。

為了從自由位置移動到工作位置所必須給驅動桿施加的力。

為了從總行程位置移動到回復位置，必須對驅動桿施加的力。

驅動桿從自由位置到動作位置的移動距離或移動角度。

驅動桿從動作位置到總行程位置的移動距離或移動角度。

驅動桿從動作位置到返回位置的移動距離或移動角度。

驅動桿從自由位置到總行程位置的移動距離或移動角度。

對目錄中使用的上述規(guī)格用語說明如下。

「電氣機械控制電路設備」的EN規(guī)格。和IEC60947-5-1的內(nèi)容相同。

使用范圍

開關按用途來分類。請參考下面的例子。

使開關動作的額定電流值

使開關動作的額定電流值

使開關動作的額定電壓值。不能超過額定絕緣電壓(Ui)。

開關保持絕緣性的最大額定電壓值。是耐壓值和爬電距離的參數(shù)。

在開關帶電部位為密封型的開關中， 持續(xù)通電時也不會超過規(guī)格規(guī)定的臨界溫升值的電流值。

材質為黃銅的端子部位的規(guī)格規(guī)定的臨界溫升值為65℃。

開關在絕緣不被損壞的情況下可承受的脈沖電壓的峰值。

開關在短路保護裝置動作前可承受的電流值。

在短路時通過切斷保護開關的裝置。（斷路器， 保險絲等）

開關的使用環(huán)境

有以下4個等級， 限位開關屬于污染度3。

防觸電保護等級：

防觸電等級

限位開關 使用注意事項

· 實際使用開關時，可能會發(fā)生意想不到的問題。因此，應在可能實施的范圍內(nèi)進行測試。
· 在進行實際設備確認時， 不僅是負載條件， 使用環(huán)境也必須在和實際使用狀態(tài)相同的條件下進行測試。
· 目錄中記載的各額定性能值， 如果沒有特別指明， 均為下列條件下的數(shù)值。
  感性負載： 功率因數(shù)0.4以上（交流）
                       時間常數(shù)7ms以下（直流）
  燈負載： 具有恒定電流的10倍浪涌電流的負載。
  電動機負載： 具有恒定電流的6倍浪涌電流的負載。
  (1)環(huán)境溫度 ： +5～35℃
  (2)環(huán)境濕度 ： 40～70%RH
注. 感性負載在直流電路中特別成問題，因此必須充分了解負載的時間常數(shù)（L/R）的值。

關于動作力、行程、接觸特性

· 圖中所示為動作力→行程→接點接觸力的關系。為保證高度的可靠性，必須在合適的接觸力范圍內(nèi)使用。使用常時閉路(NC) 時操作體的設置必須保證驅動桿能返回自由位置。此外，使用常時開路(NO)時，必須按下到過行程(OT)的規(guī)定值的70～100% （總行程(TT)的60～80%），以吸收微小的擺振和誤差。
· 行程設定在動作位置(OP)和回復位置(RP)附近時， 可能導致接觸不穩(wěn)定。此外， 如果是在總行程位置(TTP)，還可能由于操作體的慣性導致驅動桿和開關本體的損壞， 因此請利用安裝板和操作體調(diào)整行程。
· 圖中顯示了行程的增減帶來的動作力（接觸力） 的變化。設定 在OP、RP附近時接觸力會不穩(wěn)定， 無法確保高度可靠性。此外， 抗振動和沖擊能力也會減弱。

· 若驅動桿經(jīng)常處于按下狀態(tài)，會造成初期故障、復位不良，請定期維護及更換。

關于選擇時的機械條件

· 必須根據(jù)操作方式來選擇驅動桿。

· 請確認操作速度和操作頻率。
  1. 操作速度極慢時，接點的切換會不穩(wěn)定，可能導致接觸不良或熔接等問題。
   2. 操作速度極快，動作的沖擊力可能破壞開關，頻率過高則接點可能來不及切換，因此請不要超過規(guī)定的使用頻率使用。
· 請不要向驅動桿施加過大的力?？赡軐е?lián)p壞或活動不良。
· 行程的設定請在各機種的合適范圍內(nèi)使用。超過范圍使用， 可能會破壞開關。

· 交流和直流的開關能力相差很大， 因此請在額定范圍內(nèi)使用。直流的場合、控制容量極低。這主要是由于它不像交流那樣有零點（電流零交點）， 一旦產(chǎn)生電弧就很難消失，電弧時間較長。而且電流方向是固定的， 因此會出現(xiàn)接點的遷移現(xiàn)象， 從而因凹凸不平而導致接點無法斷開。
· 在包括感應在內(nèi)的情況下產(chǎn)生反向感應電壓， 電壓越高能量就越大， 接點的損耗和遷移也越大，因此請在額定條件內(nèi)使用。 ·微小電壓、電流的情況下請使用微小負載用產(chǎn)品。使用一般的銀系接點可能會降低接觸可靠性。

為了延長接點壽命、防止噪聲、及減少因電弧而產(chǎn)生的碳化物或硝酸， 請使用接點保護電路。但是如果使用不正確， 可能會適得其反。
下面介紹接點保護電路的代表性例子。在濕度高的環(huán)境中， 在容 易產(chǎn)生電弧的負載（如開關感性負載時） 的條件下， 由電弧所生成的NOX和水分化合會產(chǎn)生硝酸(NHO3)， 腐蝕內(nèi)部金屬， 影響動作。如果在高頻率且會產(chǎn)生電弧的電路中使用， 請按照下表使用 接點保護電路。

電路例		適用		優(yōu)點、其他	元件的選擇方法
		AC	DC
CR方式		＊ △	○	＊在AC電壓下使用時。 負載的阻抗應小于C、R的阻抗。	所謂C、R的標準 C ：接點電流1A為1～0.5 (μF) R ：接點電壓1V為0.5～1 (Ω) 根據(jù)負載的性質有時會不一致。 C有接點斷開時抑制放電的效果，沒有下次接通時限制電流的作用，請考慮上述情況通過試驗來確認。 C的耐壓一般請使用電壓較低的。AC電路請使用AC用電容器（無極性）。
		○	○	負載為繼電器、螺線管等時動作時間變慢。 電源電壓為24、48V時，并聯(lián)在負載間有效，為100～200V時并聯(lián)在接點間有效。
二極管方式		×	○	線圈中儲存的能量通過并聯(lián)二極管以電流的形式流向線圈， 在感性負載的電阻部分做為熱量消耗掉。該方式比CR方式的復位時間更慢。	二極管的反向耐壓應為電路電壓的10倍以上，正向電流必須大于負載電流。
二極管+齊納二 極管方式		×	○	在二極管方式下復位時間太慢時使用有效。	齊納二極管的齊納電壓使用較低的電壓。在不同環(huán)境下，負載也可能不動作，這時請使用相當于電源電壓1.2倍的電源。
可變電阻方式		○	○	利用可變電阻的定壓特性，不向接點間施加過高的電壓的一種方式。該方法的復位時間也較慢。 電源電壓為24～48V時連接在負載間比較有效，為100～200V時連接在接點間比較有效。	可變電阻的截電壓請按下列條件選擇。交流需要√2倍。Vc＞(電流電壓×1.5) 但是過高的設置Vc的話，對高電壓的阻截效果將會減弱。

請如下使用接點保護電路(浪涌吸收器)。

如果在開關微小負載電路時使用一般負載用開關， 可能會引起接觸不良。請參考右圖在使用區(qū)域范圍內(nèi)使用開關。即使在右圖的使用區(qū)域范圍內(nèi)使用微小負載型， 如果是開關時引發(fā)浪涌電流的負載， 接點消耗將加劇， 造成壽命縮短， 因此請根據(jù)需要插入接點保護電路。最小適用負載作為N水準參考值。這表示在可靠度 為60%(λ60)下的故障率水平。（JIS C5003） λ60=0.5 ×10-6/ 次表示可靠度為60% 的條件下可推定故障率為1/2,000,000以下。

	對消除切斷時的電弧非常有效，但接點開路時 C儲存了能量，因此接點接通時C放出短路電流，接點容易熔接。		對消除切斷時的電弧非常有效，但接點接通時 有充電電流流向C，因此接點容易熔接。
● 關于在微小負載下的使用 如果在開關微小負載電路時使用一般負載用開關， 可能會引起接觸不良。請參考右圖在使用區(qū)域范圍內(nèi)使用開關。即使在右圖的使用區(qū)域范圍內(nèi)使用微小負載型， 如果是開關時引發(fā)浪涌電流的負載， 接點消耗將加劇， 造成壽命縮短， 因此請根據(jù)需要插入接點保護電路。最小適用負載作為N水準參考值。這表示在可靠度 為60%(λ60)下的故障率水平。（JIS C5003） λ60=0.5 ×10-6/ 次表示可靠度為60% 的條件下可推定故障率為1/2,000,000以下。

· 請不要在1個開關的接點上連接異極、異種的電源。

· 在電路設計時請不要在接點間加電壓。（可能導致混觸熔化）

· 即使在發(fā)生異常情況時， 也不要出現(xiàn)短路的電路。（可能導致導電部位的熔斷）

· 開關用于電子電路（低電壓· 低電流）

  1. 接點的振動、震顫會帶來問題時，請采取下面的措施。
  (a)插入積分電路。
  (b) 將振動、震顫引發(fā)的脈沖控制在負載的干擾容限以下。
  2. 對接觸可靠性要求特別高的領域中，原有的銀系接點不合適。金系接點的微小電壓、電流用產(chǎn)品的性能較好。
  3. 考慮到安全性，緊急停止用開關請使用b。
· 為了防止電路短路造成的開關損壞，請在開關中串聯(lián)具有相當于額定電流的1.5～2倍的斷路電流值的瞬斷型保險絲。使用EN認證額定值時，請使用適合IEC60269的10A保險絲gI即gG。

· 請不要在有引火性氣體、爆炸性氣體等環(huán)境中單獨使用開關。隨著開關引起的電弧發(fā)熱，會造成失火或爆炸等原因。
· 開關不是防水密封結構， 因此在油或水噴濺、飛散或者有塵埃附著的地方，請用保護蓋來防止直接飛沫。

· 限位開關也會由于在室外或特殊的切削油的關系導致開關材質變質及劣化，因此選擇機種時請垂詢。
· 請將開關安裝在不會直接接觸到切屑或塵埃的位置。必須保證驅動桿和開關本體上不會堆積切削屑和泥狀物質。

· 請不要在有熱水（+60℃以上） 的地方和水蒸氣中使用。
· 請不要在規(guī)定外的溫度、戶外空氣條件下使用開關。各機種允許的環(huán)境溫度不同。（請確認本文中的規(guī)格）。
  如果有急劇的溫度變化， 熱沖擊會導致開關松動， 造成故障。

· 操作人員不小心將開關安裝在易發(fā)生誤動作或事故的地方時，請加裝外罩。

· 開關受到連續(xù)的振動和沖擊時，產(chǎn)生的磨損粉末可能導致接點接觸不良和動作失常、耐久性下降等問題。此外，如有過大的振動和沖擊，可能會發(fā)生接點的誤動作和破損等，因此請將其安裝在不會受到振動和沖擊的位置和不會發(fā)生共振的方向上。
· 使用銀系接點時如果長期處于低頻率使用或者微小負載使用狀態(tài)，接點表面生成的硫化膜不會被破壞，導致接點接觸不良，因此請使用鍍金的接點和微小負載用的開關。
· 請不要在硫化氣體(H2S、SO2)，氨氣(NH3)，硝酸氣體(HNO3)，氯氣(Cl2)等惡性氣體和高溫多濕環(huán)境中使用開關，以免發(fā)生接點接觸不良和腐蝕引起的破損等功能障礙。
· 環(huán)境中如果存在硅氣體， 則電弧能量會使得氧化硅堆積在接點上， 導致接觸不良。開關周圍有硅油、硅填充劑、硅電線等硅制品時， 請通過接點保護電路來抑制電弧并消除產(chǎn)生硅氣體的源頭。

· 在一直按下的狀態(tài)下， 如果開關頻率較低（1次以下/日）， 則可能會由于零件的劣化導致復位不良。請事先確認并定期進行檢查。
· 開關的壽命除了性能欄中記載的機械壽命和電氣壽命以外，還與使用環(huán)境導致的各部位的劣化（尤其是橡膠類、樹脂類的劣化和金屬部位的腐蝕等）有關。因此，請定期進行檢查和更換，防止事故的發(fā)生。
· 當長期不設置ON/OFF時，接點會由于氧化等原因而發(fā)生接觸可靠性降低的情況。接通不良會造成事故隱患。
· 開關請牢固安裝，并安裝在易于檢查且可以更換的干凈的場所。在難以進行檢查和維護的地方以及黑暗的地方，請裝上動作顯示燈。

· 請避免在惡性氣體（H2S、SO2、NHO3、Cl2等） 和有塵埃、高溫多濕的環(huán)境中存放開關。
· 存放期超過3個月時， 請重新檢查后再使用。

為了提高耐氣候、耐寒、耐熱性能， 使用了硅橡膠， 硅橡膠部分情況下可能產(chǎn)生硅氣體（常溫下可能發(fā)生， 高溫下產(chǎn)生量會進一步增加） 。 這種氣體通過電弧能量反應， 會生成二氧化硅（SiO2） 。二氧化硅（SiO2） 不斷堆積在接點上， 會發(fā)生接觸障礙， 可能影響設備的正常運行。使用前請務必按照實際使用條件（包括環(huán)境、動作次數(shù)） 進行評價， 在確認性能上沒有問題后， 在進行使用。

· 在有泥水、粉塵的地方， 請使用機械部位密封的橡皮帽限位開關。
· 可能會由于臭氧劣化等原因導致橡膠材質的劣化。請選擇采用具有耐候性的橡膠材料（氯丁二烯， 硅， 氟） 的橡膠產(chǎn)品。
· 關于導線和電纜的終端處理， 導線金屬絲部位和屏蔽層部位由于毛細現(xiàn)象可能發(fā)生雨水浸入，因此端子盒內(nèi)配線等請選擇在不會淋水的地方。
· 在室外使用限位開關時， 限位開關的鐵零件（螺釘類、柱塞等） 可能會被腐蝕。有些特定的機種中， 耐候性產(chǎn)品已經(jīng)系列化（DTH-□P1、DZ-3□P1）不銹鋼零件（滾輪、驅動桿、螺釘類、柱塞等）， 敬請選用。
· 所謂室外就是指立體停車場等可能受到雨淋和日光照射的環(huán)境， 不包括會受到腐蝕性氣體和鹽害影響的環(huán)境。此外結冰的情況下， 也可能發(fā)生復位不良或無法滿足規(guī)格。

·為避免開關的驅動桿急速返回或受到?jīng)_擊， 請考慮操作體（凸輪、擋塊等） 進行操作。以相對快的動作操作開關時， 必須使用能對繼電器和閥門進行充分勵磁且保持行程較長的凸輪和擋塊。
·操作方式、凸輪和擋塊的形狀、頻率、過行程等都會極大地影響壽命、精度。因此請將凸輪和擋塊設計成平滑的形狀。

· 在旋轉運動、直線運動時也必須在開關的驅動桿上施加正常的載荷。如下圖所示， 擋塊觸到擺桿時， 動作位置將無法穩(wěn)定。

· 請不要在開關的驅動桿上施加偏載荷， 或者引起局部磨擦。

· 如果從斜面向開關的驅動桿（滾珠） 上施加載荷， 可能會造成驅動桿和旋轉軸的變形、折損，因此請保持擋塊垂直。

· 請設置驅動桿不超過過行程(OT)。過行程(OT)超過限制的話，可能引起故障。安裝時請充分考慮操作總行程后進行調(diào)整。

· 過行程過大時， 可能會誘發(fā)早期的故障。因此在安裝時必須進行調(diào)整，必須事先對操作體的工序進行充分的討論。

· 在針狀按鈕型中， 按鈕的行程和操作體的行程必須在一條垂直線上。

· 請配合驅動桿的特性使用開關。請不要如下圖所示箭頭方向那樣使用滾珠懸臂擺桿型。

· 請不要對驅動桿進行加工而導致動作位置的變化。
· 使用可調(diào)式擺桿等長擺桿時，可能會造成搖擺狀態(tài)，建議采取下面的措施。
  1. 擋塊的后端設為平滑的15 ～ 30°角，或者用2 次曲線連接使用。
  2. 請修改電路保證電路中不出現(xiàn)誤動作信號。
  3. 請使用可單側動作的開關。（或設置成單側動作來使用）
· 關于斜面柱塞型，請使用操作體寬度大于柱塞寬度的產(chǎn)品。

關于擋塊的速度及角度與驅動桿的關系
設計擋塊時， 必須充分考慮擋塊的速度和角度(φ)與驅動桿形狀等的關系。
一般的擋塊角度在30～45°的范圍內(nèi)， 擋塊的操作速度(V)應該在0.5m/s以下。

＜滾珠擺桿型驅動桿＞

(1)擋塊不會越過驅動桿的情況下

擋塊速度在0.5m/s以下的情況（普通）
	φ Vmax(m/s) y 30° 45° 60° 60～90° 0.4? 0.25? 0.1? 0.05（低速） 0.8(TT)? 取全行程的80%
擋塊速度0.5m/s≤V≤2m/s的情況下（快速）
θ φ Vmax(m/s) y 45° 45° 0.5 ? 50° 40° 0.6 0.5～0.8(TT) 60～55° 30～35° 1.3 0.5～0.7(TT) 75～65° 15～25° 2 0.5～0.7(TT)

注. y是相對于全行程(TT)的比率，表示擋塊的按下量應達到TT的50～80%（50～70%）。

(2)擋塊超過驅動桿的情況

擋塊的速度在0.5m/s以下
	φ Vmax(m/s) y 30° 45° 60° 60～90° 0.4 0.25 0.1 0.05（低速） 0.8(TT) 取全行程的80%
擋塊的速度在0.5m/s以上
擋塊以較快的速度越過驅動桿時，擋塊的后端應保持較平滑的角 度(15～30°), 或者用2次曲線連接減少擺桿的跳動。
θ φ 45° 45° 0.5 0.5～0.8(TT) 50° 40° 0.6 0.5～0.8(TT) 60～55° 30～35° 1.3 0.5～0.7(TT) 75～65° 15～25° 2 0.5～0.7V(TT)

注. y為相對于全行程(TT)的比例，表示擋塊正確的按下量應為TT的50～80%(50～70%)。

在擋塊越過驅動桿的情況下， 前進方向和后退方向的形狀可以相同，但必須避免驅動桿和擋塊快速分離的形狀。

滾珠柱塞型
	φ Vmax(m/s) y 30° 20° 0.25 0.5 0.6～0.8(TT) 0.5～0.7(TT)

球式柱塞型
φ	Vmax(m/s)	y
30° 20°	0.25 0.5	0.6～0.8(TT) 0.5～0.7(TT)

故障

故障的主要原因

對策