Ein Druckschalter ist eine Art industrieller Sensor, der einen bestimmten Druck erkennen und einen elektrischen Kontakt öffnen oder schließen kann. Es gibt zwei Haupttypen von Druckschaltern; elektrische Druckschalter machen mechanische Druckschalter.
Lassen Sie uns in diesem Artikel besprechen, was Druckschalter sind, ihre Konstruktion und Funktionsweise, Anwendungen und andere Eigenschaften.
Was ist ein Druckschalter?
Ein Druckschalter ist ein spezieller Schaltertyp, der mit Flüssigkeiten oder Gasen arbeiten kann. In seiner elementarsten Form ist ein Druckschalter in der Lage, eine Druckänderung zu erkennen. Gemäß einem vorbestimmten/voreingestellten Druckniveau aktivieren diese Schalter ihre elektrischen Kontakte, um die Wirkungsweise eines tatsächlichen Schalters nachzuahmen.
Druckschalter werden in drei Formen hergestellt: elektromechanische, Halbleiter- und elektronische Druckschalter. Während elektronische und elektronische Druckschalter die neuesten Technologien sind, sind elektromechanische Druckschalter seit 1849 in der Industrie.
Wie oben erwähnt, sind Druckschalter sowohl für Gläser als auch für Flüssigkeiten erhältlich. Der mit Flüssigkeiten kompatible Druckschaltertyp wird als „hydraulischer Druckschalter“ bezeichnet. „Pneumatische Druckschalter“ arbeiten mit Systemen, in denen Druckluft verwendet wird.
Funktionsweise von Druckschaltern
Druckschalter sind in einer Vielzahl von Konfigurationen erhältlich. Die einfachste Form von Druckschaltern ist der SPDT-Typ. SPDT steht für Einpolig, doppelter Wurf Art. Die unten gezeigte Abbildung zeigt einen Querschnitt eines mechanischen Druckschalters.
Der hier gezeigte Druckschalter ist im Gehäuse (F) untergebracht, wo die elektrischen Kontakte in (A) dargestellt sind. Es hat zwei Positionen, normalerweise offen (NO) und normalerweise geschlossen (NC). Die untere Öffnung (H) ist der Einlassanschluss, an dem die pneumatische/hydraulische Versorgung mit dem Schalter verbunden wird. Es gibt einen federbelasteten Kolben (D), der sich bei ausreichendem Druck nach oben bewegen kann. Der Frühling hat einen bekannten Federkonstante was eine genaue Bestimmung des Aktivierungsdrucks ermöglicht.
Wenn der Flüssigkeits-/Pneumatikdruck den Schwellenwert überschreitet, wird der Kolben nach oben gedrückt, wodurch der Betätigungsstift (B) gezwungen wird, eine Kraft auf den in E gezeigten isolierten Auslöseknopf auszuüben. Dies wiederum aktiviert den Schalter und schaltet den Kontakt von NC Position auf NO-Position, Schließung der NO-Kontakte.
Um die Auslösekraft einzustellen, kann die Auslöseeinstellmutter (G) eingestellt werden, um die Schwelle zu erhöhen oder zu verringern. Damit lässt sich das Druckniveau einstellen, bei dem der Mikroschalter zwischen Öffner- und Schließerstellung umschaltet.
Bei der Erörterung der Schaltschwellen ist noch ein weiterer Faktor namens „Hysterese“ zu erwähnen. Ebenso wie beim Ansprechen des Schalters durch Druckanstieg/-abfall muss er bei erneutem Druckabbau in seine Ruhestellung zurückkehren. Wenn dieser Schalt-/Rückstellpunkt ein einzelner Wert ist, kann der Schalter bei geringem Druck zum Schwingen neigen.
Um diesen Zustand zu verhindern, wurde eine mechanisch/elektrische Hysterese eingeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schalter bei einem bestimmten Schwellenwert aktiviert wird und seine Position beibehält, bis der Druck unter einen bestimmten Wert fällt/steigt. Dieser wird oft in Prozent des Schaltpunktwertes angegeben. Bei mechanischen Schaltern ist dies nicht konfigurierbar und liegt oft bei etwa 20 %. Elektronische Druckschalter haben in der Regel eine anpassbare Hysterese.
Druckschaltertypen
Es gibt zwei Haupttypen von Druckschaltern, mechanische Druckschalter machen elektronische Druckschalter. Mechanische Druckschalter werden auch als elektromechanische Druckschalter bezeichnet.
Mechanischer Druckschalter
Mechanische Druckschalter bestehen häufig aus einem elektrischen Schnappschalter (Klicktyp), der mit einem mechanischen Sensorelement betätigt wird. Die mechanische Baugruppe bewegt sich als Reaktion auf Änderungen des Systemdrucks; flüssig oder pneumatisch.
Mechanische Druckschalter werden verwendet, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Flüssigkeits-/Luftdruck in einem System zu erkennen. Eine solche Anwendung ist der Fahrzeugöldrucksensor, an den eine Anzeige angeschlossen ist, um anzuzeigen, ob ein Problem im Motor vorliegt.
Bei Erreichen der Schaltschwelle aktivieren mechanische Druckschalter ihre elektrischen Kontakte und signalisieren damit die An-/Abwesenheit des Drucks .
Es gibt auch eine andere Art von mechanischen/elektromechanischen Druckschaltern; Differenzdrucksensoren.Diese Sensoren haben im Gegensatz zu Sensoren mit einem Einlass zwei Einlassöffnungen. Wenn der auf beiden Seiten verfügbare Druck gleich ist, bleibt der Schalter in einer neutralen Position. Wenn der Druck auf einer Seite ansteigt, bewegt sich der Kolben zur Niederdruckseite und aktiviert den Schalter.
Es gibt nur wenige Arten von mechanischen Druckschaltern, die nach der verwendeten Technologie klassifiziert sind:
- Membranschalter
- Diese Schalter verwenden eine geschweißte Metallmembran (abgedichtet), die direkt auf den Schalter selbst wirkt. Diese können mit Drücken bis zu 10.43 bar und Vakuum betrieben werden, es wird jedoch empfohlen, sie bei niedrigen Zyklen mit einer Obergrenze von etwa 25 Zyklen pro Minute zu verwenden.
- Rohrfederschalter
- Ähnlich wie Membranschalter verwenden diese eine verschweißte Bourdon-Röhre, um den Schalter zu betätigen. Dies sind ebenfalls Schalter mit niedriger Taktrate, können jedoch bis zu einem Druck von etwa 1240 bar (124 MPa) standhalten.
- Membrankolbenschalter
- Diese Schalter verwenden eine Elastomermembran, die mit einem Kolben verbunden ist. Der Kolben betätigte den Schalter. Membrankolbenschalter arbeiten mit Drücken von Vakuum bis 110 psi (750 kPa).
- Diese haben eine längere Lebensdauer von durchschnittlich 2.5 Millionen Zyklen.
- Kolbenschalter
- Kolbendruckschalter haben O-Ring abgedichtete Kolben, die direkt auf die Schnappschalter wirken.
- Diese haben eine längere Lebensdauer von durchschnittlich 2.5 Millionen Zyklen.
Elektronischer Druckschalter
Elektronische Druckschalter wurden 1980 von Barksdale eingeführt. Diese werden auch als „Festkörper-Druckschalter“ oder „digitale Druckschalter“ bezeichnet, die wenig bis gar keine mechanischen Teile haben. Sie bestehen typischerweise aus gebundenem Material Dehnungsmessstreifen Sensoren, die mit Triacs gekoppelt sind, um mechanische Kontakte nachzuahmen.
Moderne digitale Druckschalter verfügen über programmierbare Schaltpunkte, einstellbare Hysterese und analoge/digitale Ausgänge zur einfachen Integration mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Elektronische Druckschalter können analoge Signale (4-20mA) und digitale Signale ausgeben. Dadurch können die Regler nicht nur Druckschwellen, sondern auch die Druckwerte in einem System überwachen.
Im Vergleich zu mechanischen Druckschaltern haben Festkörper-Druckschalter eine Reihe von Vorteilen, darunter:
- Längere Lebensdauer (~10 Millionen Zyklen)
- Verbesserte Genauigkeit (0.5 %)
- Hohe Stoß-/Vibrationsfestigkeit
- Langzeitstabilität
Auswahlkriterien für Druckschalter
Um einen Druckschalter auszuwählen, der sich am besten für eine bestimmte Anwendung eignet, müssen Sie mehrere Faktoren berücksichtigen:
- Art der Medien
Nicht alle Sensoren sind mit allen Arten von Flüssigkeiten/Gasen kompatibel. Beispielsweise eignet sich Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) am besten für Luft und Hydraulik-/Maschinenöl, während Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) für Wasser als Medium geeignet ist.
- Druckscheiben
Der Druck, dem der Sensor ausgesetzt ist, sollte eines der Hauptanliegen bei der Auswahl eines Sensors sein. Sensoren auf Membranbasis eignen sich für Vakuum- und Niederdruckanwendungen, während kolbenbasierte Konstruktionen besser für Hochdruckanwendungen geeignet sind.
- Temperaturstabilität
- Wiederholbarkeit (Genauigkeit)
Ein Sensor ist so zuverlässig wie seine Wiederholbarkeit. Wiederholt am gleichen Schwellwert schalten zu können, ist für einen Druckschalter entscheidend, um seinen Platz in einer bestimmten Anwendung zu sichern.
- Hysterese
Einfach als Differenz zwischen Schaltpunkt und Rückschaltpunkt erklärt, spielt die Hysterese eine große Rolle für das Schaltverhalten des Schalters. Eine zu große Hysterese führt dazu, dass der Schalter länger verriegelt bleibt, während eine deutlich niedrigere Hysterese dazu führt, dass der Schalter häufig zwischen Ein- und Aus-Zuständen umschaltet.
- Physikalischer Aufbau
Mechanische Schalter können nützlich sein, wenn eine weniger häufige Erfassung/Betätigung erforderlich ist. Elektronische Druckschalter eignen sich am besten für Anwendungen, bei denen eine Feinsteuerung wie Programmierbarkeit, Analogausgänge und Einstellbarkeit von Drucksollwerten erforderlich ist.
Diagramm des Druckschalters
Die meisten mechanischen Druckschalter sind in der Lage, hohe Spannungen wie 110 V/220 V AC zu handhaben. Daher kann ein mechanischer Druckschalter direkt mit einer Last verbunden werden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.
Wenn der Druckschalter nicht aktiviert ist, ist der Öffnerausgang mit der roten Lampe verbunden. Dadurch leuchtet die rote Lampe auf. Wenn ein Druck erkannt wird, trennt der Schalter seinen normalerweise geschlossenen Ausgang und verbindet den normalerweise offenen Ausgang mit dem gemeinsamen Anschluss. Dadurch wird die rote Lampe ausgeschaltet und die grüne Lampe eingeschaltet.
Für digitale Druckschalter wie z DP-M2A von Panasonic Automation Controls, kann die Verdrahtung wie in der Abbildung unten gezeigt vorgenommen werden.
Dieser Sensor bietet auch einen analogen Ausgang, daher kann durch Verbinden des weißen Kabels mit einer Last im Bereich von 0-250 Ohm der Druckwert auch von einer SPS oder einem Mikrocontroller abgerufen werden.
Druckschalter Preis
Druckschalter sind, wie oben erwähnt, in zwei Kategorien erhältlich. Zwischen elektronischen und mechanischen Druckschaltern sind mechanische tendenziell billiger als elektronische Druckschalter. Dies liegt an der geringeren Komplexität in der Konstruktion und dem Herstellungsprozess selbst.
Ein mechanischer Allzweck-Druckschalter kann zwischen 10 und 20 Dollar bis hin zu einigen Hundert Dollar kosten.
Elektronische Druckschalter hingegen sind aufgrund ihrer Ausstattung, Robustheit und hohen Zuverlässigkeit in der Regel teuer. Ab rund 100 US-Dollar für Basisversionen mit weniger Funktionen, hochkomplexen und anspruchsvollen Druckschaltern wie z Ashcroft DDS-Druckschalter kann bis zu ein paar tausend Dollar kosten.
Was ist ein Niederdruckschalter?
Niederdruckschalter werden an die Niederdruckseite eines Systems angeschlossen, um den Saugdruck zu erfassen. Diese Sensoren erkennen Unterdruck und lösen den Schalter aus.
Niederdruckschalter werden hauptsächlich in HLK-Systemen (Heizung, Lüftung, Klimaanlage) verwendet, um Fehler zu erkennen. Für den Fall, dass das Kältemittel in einer Klimaanlage entweicht, erzeugt es einen Unterdruck im Inneren des Schlauchs. Dies kann von den Niederdrucksensoren erfasst werden, um die Kompressorkupplung wirksam abzuschalten, um sie auszurücken.
Diese Sensoren werden auch als Betriebsregler in Kühlsystemen verwendet, um die Temperatur über eine entsprechende Druckvorgabe zu regeln. Niederdruckschalter sind in der Regel in elektromechanischen Varianten erhältlich, obwohl elektronische Schalter auch so programmiert werden können, dass sie als Niederdruckdetektoren fungieren.
Anwendungen für Druckschalter
Druckschalter finden ihre Anwendungen in Automobil-, Fertigungs- und Industrieumgebungen. Sie werden häufig in HLK-Systemen verwendet, um Fehler zu erkennen und die Temperatur zu regulieren.
In pneumatischen und hydraulischen Systemen werden Druckschalter eingesetzt, um das Druckniveau im sicheren und optimalen Bereich zu regeln. Beispielsweise verfügt ein Luftkompressor über einen rückstellbaren Druckschalter, der dafür sorgt, dass der Kompressor stoppt, sobald der Luftdruck den eingestellten Wert erreicht.
In der Automobilindustrie werden hydraulische Druckschalter verwendet, um den Öldruck zu erkennen und Sicherheitsvorrichtungen in Motoren zu aktivieren.
In Industrieöfen werden Druckschalter verwendet, um den Ofen sicher ein- und auszuschalten, indem der Luftdruck im Inneren überwacht wird.
Gebäudemanagementsysteme verwenden Brunnenpumpen-Druckschalter und Druckwandler, um sicherzustellen, dass die Wasserversorgung über ausreichenden Druck verfügt. Zur automatischen Wasserdruckregulierung werden Druckminderer in Verbindung mit elektrischen Wasserpumpen eingesetzt. Sie aktivieren die Pumpe, wenn ein Abfall des Wasserdrucks aufgrund starker Nutzung festgestellt wird.
Vakuum (Unterdrucksensoren) werden in Boilern, Luftkompressoren und Elektroheizungen verwendet, um Vakuum- oder Niederdruckereignisse in den genannten Systemen zu messen.
Was ist der Unterschied zwischen Druckschalter und Drucktransmitter?
Die Begriffe „Druckschalter“ und „Druckmessumformer/Drucktransmitter/Drucksensor“ werden in Automatisierungssystemen oft falsch interpretiert.
Ein Druckaufnehmer (auch bekannt als a Drucktransmitter oder eine Drucksensor) ist auch ein Gerät, das den Druck messen kann. Drucktransmitter haben jedoch keinen eingebauten Schalter, der aktiviert wird, wenn ein Druckschwellenwert erreicht wird. Sie können lediglich die Druckmessung in elektrische Signale umwandeln, die den aktuellen Druckwert darstellen. Dies kann ein analoger 4-20-mA- oder 0-10-V-Ausgang oder ein digitaler Datenstrom sein.
Die Begriffe „Wandler“, „Sender“ und „Sensor“ werden in der Industrie häufig synonym verwendet. Einige nennen den digitalen Ausgang (bei dem der Sensorausgang ein Datenstrom ist) „Drucktransmitter“, während die analogen „Wandler“ genannt werden.
Druckschalter, insbesondere elektronische, haben die gleiche Funktionalität wie Druckwandler, jedoch mit einem zusätzlichen Merkmal eines elektromechanischen Schalters/Kontakts, um eine Last durch den Sensor selbst zu steuern.
Zusammenfassung
Druckschalter werden häufig als Ein-/Ausschalter verwendet, um elektrische Elemente in einem System zu steuern, indem sie den Flüssigkeits-/Luftdruck in einem System aktiv überwachen. In diesem Artikel haben wir Druckschalter, ihre Funktionsprinzipien, Anwendungen und den Unterschied zwischen Druckschaltern und Transmittern besprochen. Obwohl oft übersehen, spielen Druckschalter eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Betriebssicherheit und der Prozessregelung in einigen kritischen Anwendungen.
