Реле давления — это тип промышленного датчика, который может обнаруживать определенное давление и размыкать или замыкать электрический контакт. Существует два основных типа реле давления; электрические реле давления и механические реле давления.
В этой статье давайте обсудим, что такое реле давления, их конструкцию и работу, области применения и другие характеристики.
Что такое реле давления?
Реле давления — это специальный тип реле, который может работать с жидкостями или газами. В своей самой элементарной форме реле давления способно обнаруживать изменение давления. В соответствии с заданным/установленным уровнем давления эти переключатели активируют свои электрические контакты, чтобы имитировать действие реального переключателя.
Реле давления изготавливаются в трех формах: электромеханические, полупроводниковые и электронные реле давления. В то время как электронные и полупроводниковые реле давления являются новейшими технологиями, реле давления электромеханического типа используются в отрасли с 1849 года.
Как упоминалось выше, реле давления доступны как для стаканов, так и для жидкостей. Тип реле давления, совместимый с жидкостями, называется «гидравлическим реле давления». «Пневматические реле давления» работают с системами, в которых используется сжатый воздух.
Как работают реле давления
Реле давления доступны во множестве конфигураций. Простейшей формой реле давления является тип SPDT. SPDT означает Однополюсный, двойной бросок тип. На рисунке ниже показано поперечное сечение механического реле давления.
Показанный здесь переключатель давления расположен в корпусе (F), где электрические контакты показаны на (A). Он имеет два положения: нормально открытый (NO) и нормально закрытый (NC). Отверстие в нижней части (H) является впускным отверстием, через которое пневматическая/гидравлическая подача подключается к переключателю. Имеется поршень (D), который подпружинен и может двигаться вверх при достаточном давлении. Весна имеет известный постоянная пружины что позволяет точно определить давление активации.
Когда давление жидкости/пневматического давления превышает пороговое значение, плунжер толкается вверх, что вынуждает рабочий штифт (B) воздействовать на изолированную кнопку отключения, показанную на E. Это, в свою очередь, активирует переключатель и переключает контакт из положения NC из положения в положение NO, замыкая контакты NO.
Чтобы отрегулировать усилие срабатывания, можно отрегулировать регулировочную гайку (G) для увеличения или уменьшения порога срабатывания. Это позволяет установить уровень давления, при котором микропереключатель переключается между нормально закрытым и нормально открытым положениями.
При обсуждении порогов переключения следует также упомянуть еще один фактор, называемый «гистерезисом». Как и когда переключатель срабатывает из-за увеличения/уменьшения давления, он должен возвращаться в исходное положение, когда давление снова уменьшается. Если эта точка переключения/сброса является единственным значением, переключатель может иметь тенденцию к колебаниям, если давление является предельным.
Чтобы предотвратить это состояние, был введен механический/электрический гистерезис. Это гарантирует, что переключатель срабатывает при достижении определенного порога и сохраняет свое положение до тех пор, пока давление не упадет/поднимется ниже определенного значения. Это часто выражается в процентах от значения точки переключения. Для механических переключателей это не настраивается и часто составляет около 20%. Электронные реле давления обычно имеют настраиваемый гистерезис.
Типы реле давления
Существует два основных типа реле давления, механические реле давления и электронные реле давления. Механические реле давления также известны как электромеханические реле давления.
Механический переключатель давления
Механические реле давления часто состоят из электрического переключателя мгновенного действия (щелчкового типа), приводимого в действие механическим чувствительным элементом. Механический узел перемещается в ответ на изменения давления в системе; жидкостный или пневматический.
Механические реле давления используются для обнаружения наличия или отсутствия давления жидкости/воздуха в системе. Одним из таких приложений является датчик давления масла в автомобиле, к которому подключен индикатор, показывающий, есть ли какие-либо проблемы в двигателе.
При достижении порога переключения механические реле давления активируют свои электрические контакты и тем самым сигнализируют о наличии/отсутствии давления.
Существует также другой тип механических/электромеханических реле давления; датчики перепада давления.Эти датчики имеют два входных порта, в отличие от датчиков с одним входом. Когда давление с обеих сторон одинаковое, переключатель остается в нейтральном положении. Когда давление на одной стороне увеличивается, поршень перемещается в сторону низкого давления и активирует переключатель.
Существует несколько типов механических реле давления, классифицируемых в зависимости от используемой технологии:
- Мембранные переключатели
- В этих переключателях используется сварная металлическая диафрагма (герметичная), которая воздействует непосредственно на сам переключатель. Они могут работать при давлении до 10.43 бар и вакууме, но рекомендуется использовать циклы с низкой производительностью, ограниченные примерно 25 циклами в минуту.
- Переключатели с трубкой Бурдона
- Подобно диафрагменным переключателям, в них для приведения в действие переключателя используется сварная трубка Бурдона. Это также переключатели с низкой скоростью цикла, но они могут выдерживать давление до 1240 бар (124 МПа).
- Мембранные поршневые переключатели
- В этих переключателях используется эластомерная диафрагма, соединенная с поршнем. Поршень приводил в действие переключатель. Мембранные поршневые переключатели работают при давлении от вакуума до 110 фунтов на кв. дюйм (750 кПа).
- Они имеют более длительный срок службы, составляющий в среднем 2.5 миллиона циклов.
- Поршневые переключатели
- Поршневые реле давления имеют поршни с уплотнительным кольцом, которые непосредственно воздействуют на переключатели мгновенного действия.
- Они имеют более длительный срок службы, составляющий в среднем 2.5 миллиона циклов.
Электронное реле давления
Электронные реле давления были представлены в 1980 году компанией Barksdale. Они также известны как «полупроводниковые реле давления» или «цифровые реле давления», которые практически не имеют механических частей. Как правило, они изготавливаются из клееного Тензодатчик датчики в сочетании с симисторами для имитации механических контактов.
Современные цифровые реле давления имеют программируемые точки переключения, регулируемый гистерезис и аналоговые/цифровые выходы, что позволяет легко интегрировать их с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). Электронные реле давления могут выводить аналоговые сигналы (4-20 мА) и цифровые сигналы. Это позволяет контроллерам отслеживать не только пороговые значения давления, но и значения давления в системе.
По сравнению с механическими реле давления твердотельные реле давления имеют ряд преимуществ, в том числе:
- Более длительный срок службы (~10 миллионов циклов)
- Повышенная точность (0.5%)
- Высокая устойчивость к ударам/вибрациям
- Долгосрочная стабильность
Критерии выбора реле давления
Чтобы выбрать реле давления, которое лучше всего подходит для конкретного применения, необходимо учитывать несколько факторов:
- Тип носителя
Не все датчики совместимы со всеми типами жидкостей/газов. Например, нитрил-бутадиен-каучук (NBR) лучше всего подходит для воздуха и гидравлического/машинного масла, а этилен-пропилен-диен-мономерный каучук (EPDM) подходит для воды.
- Давление
Давление, которому подвергается датчик, должно быть одним из основных соображений при выборе датчика. Датчики на основе диафрагмы подходят для приложений с вакуумом и низким давлением, тогда как конструкции на основе поршня больше подходят для приложений с высоким давлением.
- Температурная стабильность
- Повторяемость (точность)
Датчик так же надежен, как и его воспроизводимость. Возможность многократного переключения при одном и том же пороге имеет решающее значение для реле давления, чтобы обеспечить свое место в конкретном приложении.
- Гистерезис
Проще говоря, как разница между уставкой и точкой сброса, гистерезис играет важную роль с точки зрения реакции переключателя на переключение. Слишком большой гистерезис приведет к тому, что переключатель будет оставаться зафиксированным дольше, в то время как значительно более низкий гистерезис приведет к тому, что переключатель будет часто переключаться между состояниями включения и выключения.
- Физическая конструкция
Механические переключатели могут быть полезны там, где требуется менее частое обнаружение/приведение в действие. Электронные реле давления лучше всего подходят для применений, где требуется точное управление, например программируемость, аналоговые выходы и возможность регулировки заданных значений давления.
Схема реле давления
Большинство механических реле давления способны выдерживать высокое напряжение, такое как 110/220 В переменного тока. Следовательно, механическое реле давления может быть напрямую подключено к нагрузке, как показано на рисунке ниже.
Когда реле давления не активировано, нормально закрытый выход подключается к красной лампочке. При этом загорается красная лампа. При обнаружении давления переключатель отключает свой нормально закрытый выход и соединяет нормально открытый выход с общей клеммой. Это выключает красную лампочку и включает зеленую лампочку.
Для цифровых реле давления, таких как ДП-М2А с помощью Panasonic Automation Controls проводку можно выполнить, как показано на рисунке ниже.
Этот датчик также обеспечивает аналоговый выход, поэтому, подключив белый провод к нагрузке в диапазоне от 0 до 250 Ом, показания давления также могут быть получены с помощью ПЛК или микроконтроллера.
Датчик давления Цена
Реле давления доступны в двух категориях, как указано выше. Между электронными и механическими реле давления механические, как правило, дешевле, чем электронные реле давления. Это связано с меньшей сложностью конструкции и самого процесса изготовления.
Механический переключатель давления общего назначения может стоить от 10-20 долларов до нескольких сотен долларов.
С другой стороны, электронные реле давления, как правило, дороги из-за их характеристик, прочности и высокой надежности. Начиная примерно со 100 долларов США за базовые версии с меньшим количеством функций, очень сложные и изощренные реле давления, такие как Реле давления Ashcroft DDS может стоить до нескольких тысяч долларов.
Что такое реле низкого давления?
Реле низкого давления подключаются к стороне низкого давления системы для определения давления всасывания. Эти датчики обнаруживают отрицательное давление и запускают переключатель.
Реле низкого давления в основном используются в системах HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха) для обнаружения неисправностей. В случае утечки хладагента в системе кондиционирования воздуха внутри трубопровода создается низкое давление. Это может быть обнаружено датчиками низкого давления, чтобы эффективно отключить муфту компрессора, чтобы отключить ее.
Эти датчики также используются в качестве контроллера работы в системах охлаждения для регулирования температуры с помощью соответствующей настройки давления. Реле низкого давления обычно доступны в электромеханических вариантах, хотя электронные также могут быть запрограммированы для работы в качестве детекторов низкого давления.
Применение реле давления
Реле давления находят свое применение в автомобильной, производственной и промышленной среде. Они широко используются в системах HVAC для обнаружения неисправностей и регулирования температуры.
В пневматических и гидравлических системах реле давления используются для регулирования уровня давления в безопасном и оптимальном диапазоне. Например, воздушный компрессор имеет сбрасываемое реле давления, которое гарантирует, что компрессор остановится, как только давление воздуха достигнет заданного значения.
В автомобильной промышленности реле гидравлического давления используются для определения давления масла и обеспечения безопасности двигателей.
В промышленных печах реле давления используются для безопасного включения/выключения печи путем контроля давления воздуха внутри.
В системах управления зданием используются реле давления скважинных насосов и датчики давления, чтобы обеспечить достаточное давление в подаче воды. Для автоматического регулирования давления воды используются регуляторы давления в сочетании с водяными электрическими насосами. Они активируют насос при обнаружении падения давления воды из-за интенсивного использования.
Вакуум (датчики отрицательного давления) используются в котлах, воздушных компрессорах и электронагревателях для измерения вакуума или низкого давления воздуха в указанных системах.
В чем разница между реле давления и датчиком давления?
Термины «реле давления» и «преобразователь давления/датчик давления/датчик давления» часто неверно истолковываются в системах автоматизации.
Датчик давления (также известный как бесшкальный манометр или датчик давления) также является устройством, способным измерять давление. Однако датчики давления не имеют встроенного переключателя, который активируется при достижении порогового значения давления. Они могут только преобразовывать измерение давления в электрические сигналы для представления текущего значения давления. Это может быть аналоговый выход 4–20 мА или 0–10 В или поток цифровых данных.
Термины «преобразователь», «преобразователь» и «датчик» часто используются в промышленности взаимозаменяемо. Некоторые называют цифровой выход (где выход датчика представляет собой поток данных) «датчиками давления», а аналоговые — «преобразователями».
Реле давления, особенно электронные, имеют те же функции, что и датчики давления, но с дополнительной функцией электромеханического переключателя/контакта для управления нагрузкой самим датчиком.
Заключение
Реле давления часто используются в качестве переключателей включения / выключения для управления электрическими элементами в системе путем активного контроля давления жидкости / воздуха в системе. В этой статье мы обсудили реле давления, принципы их работы, области применения и разницу между реле давления и датчиками. Несмотря на то, что реле давления часто упускают из виду, они играют важную роль в обеспечении эксплуатационной безопасности и регулировании технологических процессов в некоторых критических приложениях.
