理解电气开关：类型、功能与应用

开关是电气系统基础，深入理解其类型对后续章节——探讨早期技术基于机械开关的数字逻辑——至关重要。

学习开关驱动电路与固态逻辑门并行，简化两概念并奠定布尔代数基础——数字逻辑的数学骨架。

什么是电气开关？

电气开关是中断或接通电路电子流的器件。表现为二元元件——要么完全“闭合”（开），要么完全“断开”（关）。本章探讨现存各类开关。

学习不同类型开关

最简单开关由两导体经致动机构接合组成。更复杂开关含响应物理刺激（如光、磁场）的电子电路。

无论复杂度，开关最终呈两个连接端子，或被内部触点连接、或分离。

供人工操作开关称手动开关，有几常见变体：

拨动开关

拨动开关由杠杆致动，可定位于两个或更多离散位置。典型家用灯开关即经典例。

多数拨动开关在任选位置保持杠杆；其他含弹簧回复至默认“常态”位置，实现点动操作。

按钮开关

按钮开关为两位置器件，按下释放按钮致动。多数含弹簧复位按钮至“外”位置供点动操作。

某些按钮每按一下锁定开/关，其他保持按下直到手动释放。后者常采蘑菇头按钮利于人体工学推拉动作。

选择开关

选择开关用旋钮或杠杆选择多位置之一。像拨动开关，可保持所选位置或用弹簧回复实现点动。

操纵杆开关

操纵杆开关由可多轴移动杠杆致动。一个或多个内部触点随杠杆方向（有时含移动距离）开合。

符号中圆点标记指示所需杠杆运动。操纵杆手动开关广泛用于起重机和机器人控制。

某些开关专为机器运动而非人手致动设计。称限位开关，用于组件到达预设极限时停止机器。

限位开关

限位开关酷似坚固拨动或选择手动开关，但杠杆由机器部件驱动。杠杆尖端小滚珠轴承防重复接触磨损。

接近开关

接近开关经磁场或高频电磁场检测金属部件接近。

基础型用永磁体在金属件进约一英寸时致动密封开关。进阶型用高频电流激励线圈；金属存在改变电流幅度触发电路。

电子型用菱形框标记符号。非电子接近开关用同杠杆致动限位开关符号。

光学接近开关用光源和光电探测器。光束被机器部件遮断或反射，使开关感知位置。也用于安全联锁检测危险区人员。

过程开关的不同类型

工业现场，响应物理过程变量的开关不可或缺。参数漂移时触发报警或关停设备防损坏。

速度开关

速度开关用离心配重或非接触光学/磁性传感器测量轴转速。

压力开关

压力开关经活塞、膜片或波纹管将气液压力转机械力致动。

温度开关

常见温度传感器为双金属片——两种热膨胀率不同金属薄片。温度变化片弯曲致动开关。

其他设计用装液/气黄铜泡连接压力感应元件。加热泡内容物膨胀增压触发开关。

液位开关

液位开关可用浮子元件液位升至预设高度时接触开关。若液导电，一对探针可跨越间隙，微小电流触发继电器。

固体料位（如谷物、饲料）常用桨轮或音叉传感器，检测料仓达设定液位时运动停止。

液流开关

管道装流开关用桨叶随流体驱动监测流速。其他变体为差压开关，感测内置节流件压降。

核液位开关

核液位开关由弱放射源和跨容器直径的探测器组成。物料堆积覆盖源上方时辐射衰减降低探测器信号，触发继电器指示液位。

因源和探测器外置容器，无物理侵入，所用辐射对人员安全。

所有开关均有多种应用

很少有单一“完美”开关适配某工作；各类型在耐久性、响应时间、环境适用性上权衡。选对开关是可靠运行关键。

复习：

• 开关为控制两点间通断的电气器件，通常为机电式。
• 手动开关由人触摸致动。
• 限位开关由机器运动致动。
• 过程开关由物理过程变化（温度、液位、流量等）致动。

相关练习：

• 开关练习题