Un pressostato è un tipo di sensore industriale in grado di rilevare una certa quantità di pressione e di aprire o chiudere un contatto elettrico. Esistono due tipi principali di pressostati; pressostati elettrici ed pressostati meccanici.
In questo articolo, discutiamo di cosa sono i pressostati, la loro costruzione e funzionamento, le applicazioni e altre caratteristiche.
Cos'è un pressostato?
Un pressostato è un tipo speciale di interruttore che può funzionare con fluidi o gas. Nella sua forma più elementare, un pressostato è in grado di rilevare una variazione di pressione. Secondo un livello di pressione predeterminato/preimpostato, questi interruttori attivano i loro contatti elettrici per simulare l'azione di un interruttore reale.
I pressostati sono prodotti in tre forme: pressostati elettromeccanici, a stato solido ed elettronici. Mentre i pressostati elettronici e allo stato solido sono le ultime tecnologie, i pressostati di tipo elettromeccanico sono presenti nel settore dal 1849.
Come accennato in precedenza, i pressostati sono disponibili per l'uso sia con bicchieri che con liquidi. Il tipo di pressostato compatibile con i liquidi è chiamato 'pressostato idraulico'. I "pressostati pneumatici" funzionano con sistemi in cui viene utilizzata aria compressa.
Come funzionano i pressostati
I pressostati sono disponibili in una moltitudine di configurazioni. La forma più semplice di pressostati è il tipo SPDT. SPDT sta per Polo singolo, doppio tiro tipo. La figura mostrata sotto indica una sezione trasversale di un pressostato meccanico.
Il pressostato qui illustrato è alloggiato nella custodia (F), dove in (A) sono indicati i contatti elettrici. Ha due posizioni, normalmente aperto (NO) e normalmente chiuso (NC). L'apertura in basso (H) è la porta di ingresso dove l'alimentazione pneumatica/idraulica è collegata all'interruttore. C'è un pistone (D) che è caricato a molla, che può muoversi verso l'alto quando c'è una pressione sufficiente. La primavera ha un noto costante di primavera che consente una determinazione precisa della pressione di attivazione.
Quando la pressione fluido/pneumatica supera la soglia, lo stantuffo viene spinto verso l'alto, costringendo il perno di manovra (B) ad esercitare una forza sul pulsante di scatto isolato mostrato in E. Questo, a sua volta, aziona l'interruttore, e commuta il contatto da NC posizione in posizione NO, chiudendo i contatti NO.
Per regolare la forza di scatto, il dado di regolazione dello scatto (G) può essere regolato per aumentare o diminuire la soglia. Ciò consente di impostare il livello di pressione al quale il microinterruttore commuta tra le posizioni normalmente chiuso e normalmente aperto.
Quando si discute delle soglie di commutazione, va menzionato anche un altro fattore chiamato 'isteresi'. Oltre che quando l'interruttore si attiva a causa di un aumento/diminuzione della pressione, deve tornare in posizione di riposo quando la pressione viene nuovamente diminuita. Se questo punto di commutazione/ripristino è un valore singolo, l'interruttore può tendere ad oscillare se la pressione è marginale.
Per prevenire questa condizione è stata introdotta un'isteresi meccanico/elettrica. Ciò garantisce che l'interruttore si attivi ad una certa soglia e mantenga la sua posizione fino a quando la pressione non scende/aumenta al di sotto di un determinato valore. Questo è spesso espresso come percentuale del valore del punto di commutazione. Per gli interruttori meccanici, questo non è configurabile e spesso è di circa il 20%. I pressostati elettronici hanno solitamente un'isteresi personalizzabile.
Tipi di pressostati
Esistono due tipi principali di pressostati, pressostati meccanici ed pressostati elettronici. I pressostati meccanici sono anche noti come pressostati elettromeccanici.
Pressostato meccanico
I pressostati meccanici sono spesso costituiti da un interruttore elettrico a scatto (tipo a scatto) azionato mediante un elemento di rilevamento meccanico. L'assieme meccanico si muove in risposta alle variazioni della pressione del sistema; fluido o pneumatico.
I pressostati meccanici vengono utilizzati per rilevare la presenza o l'assenza di pressione fluido/aria in un sistema. Una di queste applicazioni è il sensore di pressione dell'olio del veicolo in cui è collegato un indicatore per mostrare se c'è qualche problema nel motore.
Al raggiungimento della soglia di intervento i pressostati meccanici attivano i loro contatti elettrici segnalando così la presenza/assenza di pressione.
Esiste anche un altro tipo di pressostati meccanici/elettromeccanici; sensori di pressione differenziale.Questi sensori hanno due porte di ingresso in contrasto con i sensori di ingresso singolo. A parità di pressione disponibile sui due lati, l'interruttore resta in posizione neutra. Quando la pressione su un lato aumenta, il pistone si sposta verso il lato di bassa pressione e aziona l'interruttore.
Esistono pochi tipi di pressostati meccanici, classificati in base alla tecnologia utilizzata:
- Interruttori a membrana
- Questi interruttori utilizzano un diaframma metallico saldato (a tenuta) che agisce direttamente sull'interruttore stesso. Questi possono funzionare con pressioni fino a 10.43 bar e vuoto, ma si consiglia di utilizzare cicli a bassa velocità con un limite di circa 25 cicli al minuto.
- Interruttori Bourdon Tube
- Simili agli interruttori a membrana, questi utilizzano un tubo Bourdon saldato per azionare l'interruttore. Questi sono anche interruttori a bassa frequenza di ciclo, ma possono gestire fino a circa 1240 bar (124 MPa) di pressione.
- Interruttori a pistone a membrana
- Questi interruttori utilizzano un diaframma elastomerico collegato a un pistone. Il pistone ha azionato l'interruttore. Gli interruttori a pistone a membrana funzionano con pressioni dal vuoto a 110 kPa (750 psi).
- Questi hanno una vita più lunga di 2.5 milioni di cicli medi.
- Interruttori a pistone
- I pressostati a pistone hanno pistoni sigillati con O-ring che agiscono direttamente sugli interruttori a scatto.
- Questi hanno una vita più lunga di 2.5 milioni di cicli medi.
Pressostato elettronico
I pressostati elettronici sono stati introdotti nel 1980 da Barksdale. Questi sono anche conosciuti come "pressostati a stato solido" o "pressostati digitali" che hanno poche o nessuna parte meccanica. Sono in genere realizzati in incollato estensimetro sensori accoppiati con triac per simulare i contatti meccanici.
I moderni pressostati digitali hanno punti di commutazione programmabili, isteresi regolabile e uscite analogiche/digitali per integrarsi facilmente con i controllori logici programmabili (PLC). I pressostati elettronici possono emettere segnali analogici (4-20 mA) e segnali digitali. Ciò consente ai controller di monitorare non solo le soglie di pressione, ma anche i valori di pressione in un sistema.
Rispetto ai pressostati meccanici, i pressostati allo stato solido presentano una serie di vantaggi che includono:
- Ciclo di vita più lungo (~10 milioni di cicli)
- Precisione migliorata (0.5%)
- Elevata resistenza agli urti/vibrazioni
- Stabilità a lungo termine
Criteri di selezione del pressostato
Per selezionare un pressostato che meglio si adatta ad una specifica applicazione, è necessario considerare molteplici fattori:
- Tipo di supporto
Non tutti i sensori sono compatibili con tutti i tipi di liquidi/gas. Ad esempio, la gomma nitrile-butadiene (NBR) è la migliore per aria e olio idraulico/per macchine, mentre la gomma etilene propilene diene monomero (EPDM) è adatta dove l'acqua è il mezzo.
- Pressione
La pressione a cui è soggetto il sensore dovrebbe essere una delle preoccupazioni principali nella scelta di un sensore. I sensori a diaframma sono adatti per applicazioni a vuoto ea bassa pressione dove i design a pistone sono più adatti per applicazioni ad alta pressione.
- Stabilità della temperatura
- Ripetibilità (precisione)
Un sensore è affidabile quanto la sua ripetibilità. Essere in grado di commutare ripetutamente alla stessa soglia è fondamentale affinché un pressostato si assicuri il suo posto in un'applicazione specifica.
- Isteresi
Spiegata semplicemente come differenza tra set point e reset point, l'isteresi gioca un ruolo importante in termini di risposta di commutazione dell'interruttore. Troppa isteresi farà sì che l'interruttore rimanga bloccato più a lungo, mentre un'isteresi significativamente più bassa fa sì che l'interruttore si muova frequentemente tra gli stati on/off.
- Costruzione fisica
Gli interruttori meccanici possono essere utili laddove è richiesto un rilevamento/attivazione meno frequente. I pressostati elettronici sono più adatti per applicazioni in cui è richiesto un controllo preciso come la programmabilità, le uscite analogiche e la regolazione dei setpoint di pressione.
Diagramma del pressostato
La maggior parte dei pressostati meccanici è in grado di gestire tensioni elevate come 110 V/220 V CA. Pertanto, un pressostato meccanico può essere collegato direttamente con un carico come mostrato nella figura seguente.
Quando il pressostato non è attivato, l'uscita normalmente chiusa è collegata alla lampada rossa. Questo accende la lampada rossa. Quando viene rilevata una pressione, l'interruttore disconnette la sua uscita normalmente chiusa e collega l'uscita normalmente aperta con il terminale comune. Questo spegne la spia rossa e accende la spia verde.
Per pressostati digitali come il DP-M2A da Panasonic Automation Controls, il cablaggio può essere eseguito come mostrato nella figura seguente.
Questo sensore prevede anche un'uscita analogica, quindi, collegando il filo bianco con un carico che va da 0-250 Ohm, la lettura della pressione può essere ottenuta anche da un PLC o da un microcontrollore.
Prezzo pressostato
I pressostati sono disponibili in due categorie come menzionato sopra. Tra i pressostati elettronici e meccanici, quelli meccanici tendono ad essere più economici dei pressostati elettronici. Ciò è dovuto alla minore complessità nella costruzione e nel processo di produzione stesso.
Un pressostato meccanico per uso generico può costare da $ 10-20 fino a poche centinaia di dollari.
I pressostati elettronici, invece, sono generalmente costosi per le loro caratteristiche, robustezza ed elevata affidabilità. A partire da circa $ 100 per versioni base con meno funzionalità, pressostati altamente complessi e sofisticati come Pressostato DDS Ashcroft può costare fino a poche migliaia di dollari.
Cos'è un pressostato di bassa pressione?
I pressostati di bassa pressione sono collegati al lato di pressione inferiore di un sistema per rilevare la pressione di aspirazione. Questi sensori rilevano la pressione negativa e attivano l'interruttore.
I pressostati di bassa pressione si trovano principalmente nei sistemi HVAC (riscaldamento, ventilazione, condizionamento dell'aria) per rilevare i guasti. Nel caso in cui il refrigerante in un sistema di condizionamento dell'aria fuoriesca, crea una bassa pressione all'interno del tubo. Questo può essere rilevato dai sensori di bassa pressione per spegnere efficacemente la frizione del compressore per disinserirla.
Questi sensori vengono utilizzati anche come controller di funzionamento nei sistemi di raffreddamento per regolare la temperatura utilizzando un'impostazione di pressione corrispondente. I pressostati di bassa pressione sono generalmente disponibili in varianti elettromeccaniche, sebbene quelli elettronici possano anche essere programmati per funzionare come rilevatori di bassa pressione.
Applicazioni del pressostato
I pressostati trovano le loro applicazioni negli ambienti automobilistici, manifatturieri e industriali. Sono ampiamente utilizzati nei sistemi HVAC per rilevare guasti e regolare la temperatura.
Nei sistemi pneumatici e idraulici, i pressostati vengono utilizzati per regolare i livelli di pressione in un intervallo sicuro e ottimale. Ad esempio, un compressore d'aria ha un pressostato ripristinabile che assicura che il compressore si arresti una volta che la pressione dell'aria raggiunge il valore impostato.
Nell'industria automobilistica, i pressostati idraulici vengono utilizzati per rilevare la pressione dell'olio e attivare le sicurezze nei motori.
Nei forni industriali, i pressostati vengono utilizzati per accendere/spegnere in sicurezza il forno monitorando la pressione dell'aria all'interno.
I sistemi di gestione degli edifici utilizzano pressostati e trasduttori di pressione per pompe di pozzo per garantire che l'approvvigionamento idrico abbia una pressione sufficiente. Per la regolazione automatica della pressione dell'acqua, i regolatori di pressione vengono utilizzati in combinazione con le pompe dell'acqua elettriche. Attivano la pompa al rilevamento di una caduta di pressione dell'acqua dovuta a un uso intenso.
Il vuoto (sensori di pressione negativa) sono utilizzati in caldaie, compressori d'aria e riscaldatori elettrici per misurare eventi di vuoto o bassa pressione dell'aria nei sistemi citati.
Qual è la differenza tra pressostato e trasmettitore di pressione?
I termini "pressostato" e "trasduttore di pressione/trasmettitore di pressione/sensore di pressione" sono spesso interpretati erroneamente nei sistemi di automazione.
Un trasduttore di pressione (noto anche come a trasmettitore di pressione o sensore di pressione) è anche un dispositivo in grado di misurare la pressione. Tuttavia, i trasmettitori di pressione non dispongono di un interruttore integrato da attivare quando viene raggiunta una soglia di pressione. Possono solo convertire la misurazione della pressione in segnali elettrici per rappresentare il valore di pressione attuale. Può essere un'uscita analogica 4-20 mA o 0-10 V o un flusso di dati digitali.
I termini "trasduttore", "trasmettitore" e "sensore" sono spesso usati in modo intercambiabile nel settore. Alcuni chiamano l'uscita digitale (dove l'uscita del sensore è un flusso di dati) tipo "trasmettitori di pressione" mentre quelli analogici sono chiamati "trasduttori".
I pressostati, in particolare quelli elettronici, hanno le stesse funzionalità dei trasduttori di pressione, ma con l'aggiunta della caratteristica di un interruttore/contatto elettromeccanico per controllare un carico dal sensore stesso.
Conclusione
I pressostati sono spesso utilizzati come interruttori di accensione/spegnimento per controllare gli elementi elettrici in un sistema monitorando attivamente la pressione del fluido/aria in un sistema. In questo articolo abbiamo discusso dei pressostati, dei loro principi di funzionamento, delle applicazioni e della differenza tra pressostati e trasmettitori. Sebbene spesso trascurati, i pressostati svolgono un ruolo importante nel garantire la sicurezza operativa e la regolazione del processo in alcune applicazioni critiche.
