Un pressostat est un type de capteur industriel capable de détecter une certaine pression et d'ouvrir ou de fermer un contact électrique. Il existe deux principaux types de pressostats ; pressostats électriques ainsi que le pressostats mécaniques.
Dans cet article, discutons de ce que sont les pressostats, de leur construction et de leur fonctionnement, de leurs applications et d'autres caractéristiques.
Qu'est-ce qu'un pressostat ?
Un pressostat est un type spécial de commutateur qui peut fonctionner avec des fluides ou des gaz. Dans sa forme la plus élémentaire, un pressostat est capable de détecter un changement de pression. Selon un niveau de pression prédéterminé/préréglé, ces interrupteurs activent leurs contacts électriques pour imiter l'action d'un interrupteur réel.
Les pressostats sont fabriqués sous trois formes : pressostats électromécaniques, statiques et électroniques. Alors que les pressostats électroniques et à semi-conducteurs sont les dernières technologies, les pressostats de type électromécanique sont dans l'industrie depuis 1849.
Comme mentionné ci-dessus, les pressostats sont disponibles pour une utilisation avec des verres et des liquides. Le type de pressostat compatible avec les liquides est appelé 'pressostat hydraulique'. Les 'pressostats pneumatiques' fonctionnent avec des systèmes utilisant de l'air comprimé.
Comment fonctionnent les pressostats
Les pressostats sont disponibles dans une multitude de configurations. La forme la plus simple de pressostats est le type SPDT. SPDT signifie Double jet double type. La figure ci-dessous indique une coupe transversale d'un pressostat mécanique.
Le pressostat représenté ici est logé dans le boîtier (F), où les contacts électriques sont représentés en (A). Il a deux positions, normalement ouvert (NO) et normalement fermé (NC). L'ouverture en bas (H) est l'orifice d'entrée où l'alimentation pneumatique/hydraulique est connectée au commutateur. Il y a un piston (D) qui est chargé par ressort, qui peut se déplacer vers le haut lorsqu'il y a une pression suffisante. Le ressort a un connu constante de ressort ce qui permet une détermination précise de la pression d'activation.
Lorsque la pression fluide/pneumatique dépasse le seuil, le piston est poussé vers le haut, ce qui force la goupille de commande (B) à exercer une force sur le bouton de déclenchement isolé illustré en E. Ceci, à son tour, active l'interrupteur et fait passer le contact de NC la position NO en fermant les contacts NO.
Pour régler la force de déclenchement, l'écrou de réglage du déclenchement (G) peut être réglé pour augmenter ou diminuer le seuil. Cela permet de régler le niveau de pression auquel le micro-interrupteur bascule entre les positions normalement fermée et normalement ouverte.
Lors de l'examen des seuils de commutation, un autre facteur appelé "hystérésis" doit également être mentionné. De même que lorsque l'interrupteur s'active en raison d'une augmentation/diminution de la pression, il doit revenir à sa position de repos lorsque la pression est à nouveau diminuée. Si ce point de commutation/rappel est une valeur unique, l'interrupteur peut avoir tendance à osciller si la pression est marginale.
Pour éviter cette condition, une hystérésis mécanique/électrique a été introduite. Cela garantit que le commutateur s'active à un certain seuil et maintient sa position jusqu'à ce que la pression chute/augmente en dessous d'une certaine valeur. Ceci est souvent exprimé en pourcentage de la valeur du point de commutation. Pour les interrupteurs mécaniques, ce n'est pas configurable et est souvent d'environ 20 %. Les pressostats électroniques ont généralement une hystérésis personnalisable.
Types de pressostats
Il existe deux principaux types de pressostats, pressostats mécaniques ainsi que le pressostats électroniques. Les pressostats mécaniques sont également appelés pressostats électromécaniques.
Pressostat mécanique
Les pressostats mécaniques consistent souvent en un interrupteur électrique à action brusque (de type clic) actionné à l'aide d'un élément de détection mécanique. L'ensemble mécanique se déplace en réponse aux changements de pression du système ; fluide ou pneumatique.
Les pressostats mécaniques sont utilisés pour détecter la présence ou l'absence de pression de fluide/air dans un système. Une de ces applications est le capteur de pression d'huile du véhicule où un indicateur est connecté pour indiquer s'il y a un problème dans le moteur.
En atteignant le seuil de commutation, les pressostats mécaniques activent leurs contacts électriques et signalent ainsi la présence/absence de pression .
Il existe également un autre type de pressostats mécaniques/électromécaniques ; capteurs de pression différentielle.Ces capteurs ont deux orifices d'entrée contrairement aux capteurs à entrée unique. Lorsque les pressions disponibles des deux côtés sont égales, le pressostat reste en position neutre. Lorsque la pression d'un côté augmente, le piston se déplace vers le côté basse pression et active l'interrupteur.
Il existe peu de types de pressostats mécaniques, classés selon la technologie utilisée :
- Commutateurs à membrane
- Ces interrupteurs utilisent un diaphragme en métal soudé (scellé) qui agit directement sur l'interrupteur lui-même. Ceux-ci peuvent fonctionner avec des pressions allant jusqu'à 10.43 bar et sous vide, mais il est recommandé d'utiliser des cycles à faible débit plafonnés à environ 25 cycles par minute.
- Commutateurs à tube de Bourdon
- Semblables aux interrupteurs à membrane, ils utilisent un tube de Bourdon soudé pour actionner l'interrupteur. Ce sont également des commutateurs à faible taux de cycle, mais ils peuvent supporter jusqu'à environ 1240 bars (124 MPa) de pression.
- Commutateurs à piston à membrane
- Ces commutateurs utilisent un diaphragme en élastomère qui est relié à un piston. Le piston a actionné l'interrupteur. Les interrupteurs à piston à membrane fonctionnent avec des pressions allant du vide à 110 psi (750 kPa).
- Ceux-ci ont une durée de vie plus longue de 2.5 millions de cycles moyens.
- Commutateurs à piston
- Les pressostats à piston ont des pistons scellés par joint torique qui agissent directement sur les interrupteurs à action brusque.
- Ceux-ci ont une durée de vie plus longue de 2.5 millions de cycles moyens.
Pressostat électronique
Les pressostats électroniques ont été introduits en 1980 par Barksdale. Ceux-ci sont également connus sous le nom de «pressostats à semi-conducteurs» ou «pressostats numériques» qui n'ont que peu ou pas de pièces mécaniques. Ils sont généralement constitués de matériaux collés Jauge de contrainte capteurs couplés à des triacs pour imiter les contacts mécaniques.
Les pressostats numériques modernes ont des points de commutation programmables, une hystérésis réglable et des sorties analogiques/numériques pour s'intégrer facilement aux contrôleurs logiques programmables (PLC). Les pressostats électroniques peuvent émettre des signaux analogiques (4-20mA) et des signaux numériques. Cela permet aux contrôleurs de surveiller non seulement les seuils de pression, mais également de surveiller les valeurs de pression dans un système.
Par rapport aux pressostats mécaniques, les pressostats à semi-conducteurs présentent un certain nombre d'avantages, notamment :
- Cycle de vie plus long (~10 millions de cycles)
- Précision améliorée (0.5 %)
- Haute résistance aux chocs/vibrations
- Stabilité à long terme
Critères de sélection des pressostats
Pour sélectionner un pressostat qui convient le mieux à une application spécifique, vous devez tenir compte de plusieurs facteurs :
- Type de média
Tous les capteurs ne sont pas compatibles avec tous les types de liquides/gaz. Par exemple, le caoutchouc nitrile butadiène (NBR) est le meilleur pour l'air et l'huile hydraulique/machine tandis que le caoutchouc monomère éthylène propylène diène (EPDM) convient lorsque l'eau est le milieu.
- Pression
La pression à laquelle le capteur est soumis doit être l'une des principales préoccupations lors de la sélection d'un capteur. Les capteurs à membrane conviennent aux applications sous vide et à basse pression où les conceptions à piston sont plus adaptées aux applications à haute pression.
- Stabilité de la température
- Répétabilité (précision)
Un capteur est aussi fiable que sa répétabilité. Pouvoir commuter au même seuil de manière répétée est crucial pour qu'un pressostat sécurise sa place dans une application spécifique.
- Hystérèse
Expliqué simplement comme la différence entre le point de consigne et le point de réinitialisation, l'hystérésis joue un rôle majeur en termes de réponse de commutation du commutateur. Trop d'hystérésis fera que l'interrupteur restera verrouillé plus longtemps tandis qu'une hystérésis nettement inférieure fera basculer fréquemment l'interrupteur entre les états marche/arrêt.
- Construction physique
Les interrupteurs mécaniques peuvent être utiles lorsqu'une détection/activation moins fréquente est requise. Les pressostats électroniques sont les mieux adaptés aux applications où un contrôle précis tel que la programmabilité, les sorties analogiques et le réglage des points de consigne de pression est requis.
Schéma du pressostat
La plupart des pressostats mécaniques sont capables de gérer des tensions élevées telles que 110V/220V AC. Par conséquent, un pressostat mécanique peut être directement connecté à une charge comme indiqué dans la figure ci-dessous.
Lorsque le pressostat n'est pas activé, la sortie normalement fermée est reliée au voyant rouge. Cela allume la lampe rouge. Lorsqu'une pression est détectée, le pressostat déconnecte sa sortie normalement fermée et connecte la sortie normalement ouverte à la borne commune. Cela éteint la lampe rouge et allume la lampe verte.
Pour les pressostats numériques tels que le DP-M2A par Panasonic Automation Controls, le câblage peut être effectué comme indiqué dans la figure ci-dessous.
Ce capteur fournit également une sortie analogique, par conséquent, en connectant le fil blanc avec une charge allant de 0 à 250 Ohms, la lecture de la pression peut également être obtenue par un automate ou un microcontrôleur.
Prix du pressostat
Les pressostats sont disponibles en deux catégories comme mentionné ci-dessus. Entre les pressostats électroniques et mécaniques, les pressostats mécaniques ont tendance à être moins chers que les pressostats électroniques. Cela est dû à la moindre complexité de la construction et au processus de fabrication lui-même.
Un pressostat mécanique à usage général peut coûter de 10 à 20 $ à quelques centaines de dollars.
Les pressostats électroniques, en revanche, sont généralement coûteux en raison de leurs caractéristiques, de leur robustesse et de leur grande fiabilité. À partir d'environ 100 $ pour les versions de base avec moins de fonctionnalités, des pressostats très complexes et sophistiqués tels que Pressostat Ashcroft DDS peut coûter jusqu'à quelques milliers de dollars.
Qu'est-ce qu'un pressostat basse pression ?
Les pressostats basse pression sont connectés au côté basse pression d'un système pour détecter la pression d'aspiration. Ces capteurs détectent la pression négative et déclenchent l'interrupteur.
Les pressostats basse pression se trouvent principalement dans les systèmes CVC (chauffage, ventilation, climatisation) pour détecter les défauts. Dans le cas où le réfrigérant d'un système de climatisation s'échappe, cela crée une dépression à l'intérieur du tube. Cela peut être détecté par les capteurs de basse pression pour couper efficacement l'embrayage du compresseur pour le désengager.
Ces capteurs sont également utilisés comme contrôleur de fonctionnement dans les systèmes de refroidissement pour réguler la température à l'aide d'un réglage de pression correspondant. Les interrupteurs à basse pression sont généralement disponibles dans des variantes électromécaniques, bien que les interrupteurs électroniques puissent également être programmés pour fonctionner comme des détecteurs de basse pression.
Applications de pressostat
Les pressostats trouvent leurs applications dans les environnements automobiles, manufacturiers et industriels. Ils sont largement utilisés dans les systèmes HVAC pour détecter les défauts et réguler la température.
Dans les systèmes pneumatiques et hydrauliques, les pressostats sont utilisés pour réguler les niveaux de pression dans une plage sûre et optimale. Par exemple, un compresseur d'air a un pressostat réarmable qui garantit que le compresseur s'arrête une fois que la pression d'air atteint la valeur définie.
Dans l'industrie automobile, les pressostats hydrauliques sont utilisés pour détecter la pression d'huile et engager les sécurités dans les moteurs.
Dans les fours industriels, les pressostats sont utilisés pour allumer/éteindre le four en toute sécurité en surveillant la pression d'air à l'intérieur.
Les systèmes de gestion des bâtiments utilisent des pressostats de pompe de puits et des transducteurs de pression pour garantir que l'alimentation en eau a une pression suffisante. Pour la régulation automatique de la pression de l'eau, des régulateurs de pression sont utilisés en conjonction avec des pompes à eau électriques. Ils activent la pompe lors de la détection d'une chute de pression d'eau due à une utilisation intensive.
Le vide (capteurs de pression négative) est utilisé dans les chaudières, les compresseurs d'air et les radiateurs électriques pour mesurer les événements de vide ou de basse pression d'air dans les systèmes mentionnés.
Quelle est la différence entre le pressostat et le transmetteur de pression ?
Les termes « pressostat » et « transducteur de pression/transmetteur de pression/capteur de pression » sont souvent mal interprétés dans les systèmes d'automatisation.
Un transducteur de pression (également connu sous le nom de Transmetteur de pression ou capteur de pression) est également un appareil capable de mesurer la pression. Cependant, les transmetteurs de pression n'ont pas d'interrupteur intégré pour s'activer lorsqu'un seuil de pression est atteint. Ils peuvent uniquement convertir la mesure de pression en signaux électriques pour représenter la valeur de pression actuelle. Il peut s'agir d'une sortie analogique 4-20mA ou 0-10V, ou d'un flux de données numériques.
Les termes « transducteur », « transmetteur » et « capteur » sont souvent utilisés de manière interchangeable dans l'industrie. Certains appellent la sortie numérique (où la sortie du capteur est un flux de données) de type « transmetteurs de pression » tandis que les analogiques sont appelés « transducteurs ».
Les pressostats, en particulier les pressostats électroniques, ont les mêmes fonctionnalités que les transducteurs de pression, mais avec une fonctionnalité supplémentaire d'un interrupteur/contact électromécanique pour contrôler une charge par le capteur lui-même.
Conclusion
Les pressostats sont souvent utilisés comme interrupteurs marche/arrêt pour contrôler les éléments électriques d'un système en surveillant activement la pression du fluide/de l'air dans un système. Dans cet article, nous avons discuté des pressostats, de leurs principes de fonctionnement, des applications et de la différence entre les pressostats et les transmetteurs. Bien que souvent négligés, les pressostats jouent un rôle majeur pour assurer la sécurité de fonctionnement et la régulation des processus dans certaines applications critiques.
