Basınç anahtarı, belirli bir miktarda basıncı algılayabilen ve bir elektrik kontağını açıp kapatabilen bir tür endüstriyel sensördür. İki ana tip basınç anahtarı vardır; elektrik basınç şalterleri ve mekanik basınç şalterleri.
Bu yazıda basınç şalterlerinin ne olduğunu, yapımını ve çalışmasını, uygulamalarını ve diğer özelliklerini tartışalım.
Basınç anahtarı nedir?
Basınç anahtarı, sıvılar veya gazlarla çalışabilen özel bir anahtar türüdür. En basit haliyle, bir basınç anahtarı, basınçtaki bir değişikliği algılama yeteneğine sahiptir. Önceden belirlenmiş/önceden ayarlanmış bir basınç seviyesine göre, bu anahtarlar, gerçek bir anahtarın hareketini taklit etmek için elektrik kontaklarını etkinleştirir.
Basınç şalterleri üç şekilde üretilir: elektromekanik, katı hal ve elektronik basınç şalterleri. Elektronik ve katı hal basınç şalterleri en son teknolojiler iken, elektromekanik tip basınç şalterleri 1849 yılından beri endüstride yer almaktadır.
Yukarıda bahsedildiği gibi, hem cam hem de sıvılarla kullanım için basınç şalterleri mevcuttur. Sıvılarla uyumlu basınç şalteri tipine 'hidrolik basınç şalteri' denir. 'Pnömatik basınç şalterleri' basınçlı havanın kullanıldığı sistemlerle çalışır.
Basınç Anahtarları Nasıl Çalışır?
Basınç anahtarları çok sayıda konfigürasyonda mevcuttur. Basınç şalterlerinin en basit şekli SPDT tipidir. SPDT'nin açılımı Tek kutuplu çift atış yazın. Aşağıda gösterilen şekil, mekanik bir basınç anahtarının bir kesitini göstermektedir.
Burada gösterilen basınç anahtarı, elektrik kontaklarının (A)'da gösterildiği mahfaza (F) içinde yer alır. Normalde Açık (NO) ve Normalde Kapalı (NC) olmak üzere iki konumu vardır. Alttaki açıklık (H), pnömatik/hidrolik beslemenin anahtara bağlandığı giriş portudur. Yeterli basınç olduğunda yukarı doğru hareket edebilen yay yüklü bir piston (D) vardır. Baharın bir bildiği var yay sabiti Bu, aktivasyon basıncının doğru bir şekilde belirlenmesini sağlar.
Akışkan/pnömatik basınç eşiği aştığında, piston yukarı doğru itilir, bu da çalıştırma pimini (B) E'de gösterilen yalıtımlı açma düğmesine kuvvet uygulamaya zorlar. Bu, sırayla anahtarı etkinleştirir ve kontağı NC'den değiştirir. NO kontaklarını kapatarak NO konumuna getirin.
Açma kuvvetini ayarlamak için, tetik ayar somunu (G) eşiği artıracak veya azaltacak şekilde ayarlanabilir. Bu, mikro anahtarın normalde kapalı ve normalde açık konumlar arasında geçiş yaptığı basınç seviyesinin ayarlanmasına izin verir.
Anahtarlama eşikleri tartışılırken, 'histerezis' adı verilen başka bir faktörden de bahsedilmelidir. Basınçtaki bir artış/düşüş nedeniyle anahtar devreye girdiğinde olduğu gibi, basınç tekrar düşürüldüğünde de durma konumuna geri dönmelidir. Bu anahtarlama/sıfırlama noktası tek bir değer ise, basınç marjinal ise anahtar salınım eğilimi gösterebilir.
Bu durumu önlemek için mekanik/elektriksel bir histerezis uygulanmıştır. Bu, anahtarın belirli bir eşikte devreye girmesini ve basınç belirli bir değerin altına düşene/artana kadar konumunu korumasını sağlar. Bu genellikle anahtarlama noktası değerinin yüzdesi olarak ifade edilir. Mekanik anahtarlar için bu yapılandırılamaz ve genellikle yaklaşık %20'dir. Elektronik basınç anahtarları genellikle özelleştirilebilir bir histerezise sahiptir.
Basınç Şalteri Çeşitleri
İki ana tip basınç anahtarı vardır, mekanik basınç şalterleri ve elektronik basınç şalterleri. Mekanik basınç anahtarları, elektromekanik basınç anahtarları olarak da bilinir.
Mekanik Basınç Şalteri
Mekanik basınç anahtarları genellikle mekanik bir algılama elemanı kullanılarak çalıştırılan bir elektrikli ani hareket anahtarından (tıklama tipi) oluşur. Mekanik montaj, sistem basıncındaki değişikliklere yanıt olarak hareket eder; sıvı veya pnömatik.
Bir sistemdeki akışkan/hava basıncının varlığını veya yokluğunu tespit etmek için mekanik basınç anahtarları kullanılır. Böyle bir uygulama, motorda herhangi bir sorun olup olmadığını göstermek için bir göstergenin bağlı olduğu araç yağ basınç sensörüdür.
Anahtarlama eşiğine ulaşıldığında, mekanik basınç anahtarları elektrik kontaklarını etkinleştirir ve böylece basınç varlığını/yokluğunu bildirir.
Ayrıca başka bir mekanik/elektromekanik basınç şalteri türü daha vardır; fark basınç sensörleri.Bu sensörler, tek giriş sensörlerinin aksine iki giriş portuna sahiptir. İki taraftaki mevcut basınç eşit olduğunda, anahtar nötr konumda kalır. Bir taraftaki basınç arttığında, piston alçak basınç tarafına doğru hareket eder ve anahtarı çalıştırır.
Kullanılan teknolojiye göre sınıflandırılan birkaç tip mekanik basınç anahtarı vardır:
- Diyafram anahtarları
- Bu anahtarlar, doğrudan anahtarın kendisine etki eden kaynaklı bir metal diyafram (sızdırmaz) kullanır. Bunlar 10.43 bar'a kadar basınçlarda ve vakumda çalışabilir, ancak dakikada yaklaşık 25 devir ile sınırlandırılmış düşük hız devirlerinde kullanılması tavsiye edilir.
- Bourdon Tüpü anahtarları
- Diyafram anahtarlarına benzer şekilde, bunlar anahtarı çalıştırmak için kaynakla kapatılmış bir Bourdon tüpü kullanır. Bunlar aynı zamanda düşük devir hızı anahtarlarıdır, ancak yaklaşık 1240 bar (124MPa) basınca kadar çalışabilir.
- Diyaframlı piston anahtarları
- Bu anahtarlar, bir pistona bağlı elastomerik bir diyafram kullanır. Piston anahtarı çalıştırdı. Diyaframlı piston anahtarları, vakumdan 110 psi'ye (750kPa) kadar olan basınçlarla çalışır.
- Bunlar, 2.5 milyon ortalama döngüden daha uzun bir ömre sahiptir.
- Piston anahtarları
- Piston basınç anahtarları, doğrudan ani hareket anahtarlarına etki eden O-ring sızdırmaz pistonlara sahiptir.
- Bunlar, 2.5 milyon ortalama döngüden daha uzun bir ömre sahiptir.
Elektronik Basınç Şalteri
Elektronik basınç anahtarları 1980 yılında Barksdale tarafından tanıtıldı. Bunlar aynı zamanda çok az veya hiç mekanik parçası olmayan 'katı hal basınç anahtarları' veya 'dijital basınç anahtarları' olarak da bilinir. Genellikle yapıştırılmış olarak yapılırlar gerinim ölçer mekanik temasları taklit etmek için triyaklarla birleştirilmiş sensörler.
Günümüzün dijital basınç anahtarları, programlanabilir mantık kontrolörleri (PLC'ler) ile kolayca entegre olmak için programlanabilir anahtarlama noktalarına, ayarlanabilir histerezise ve analog/dijital çıkışlara sahiptir. Elektronik basınç şalterleri analog sinyaller (4-20mA) ve dijital sinyaller verebilir. Bu, kontrolörlerin sadece basınç eşiklerini değil, aynı zamanda bir sistemdeki basınç değerlerini de izlemesini sağlar.
Mekanik basınç anahtarları ile karşılaştırıldığında, katı hal basınç anahtarları aşağıdakileri içeren bir dizi avantaja sahiptir:
- Daha uzun çevrim ömrü (~10 milyon çevrim)
- İyileştirilmiş doğruluk (%0.5)
- Yüksek şok/titreşim direnci
- Uzun vadeli istikrar
Basınç Şalteri Seçim Kriterleri
Belirli bir uygulamaya en uygun basınç şalterini seçmek için birden fazla faktörü göz önünde bulundurmanız gerekir:
- Medya türü
Tüm sensörler her tür sıvı/gaz ile uyumlu değildir. Örneğin, Nitril Bütadien Kauçuk (NBR) hava ve hidrolik/makine yağı için en iyisidir, suyun ortam olduğu yerlerde Etilen Propilen Dien Monomer Kauçuk (EPDM) uygundur.
- Basınç
Sensörün maruz kaldığı basınç, bir sensör seçerken birincil endişelerden biri olmalıdır. Diyafram tabanlı sensörler, piston tabanlı tasarımların yüksek basınçlı uygulamalar için daha uygun olduğu vakum ve düşük basınç uygulamaları için uygundur.
- Sıcaklık Kararlılığı
- Tekrarlanabilirlik (Doğruluk)
Bir sensör, tekrarlanabilirliği kadar güvenilirdir. Bir basınç anahtarının belirli bir uygulamada yerini sağlamlaştırması için aynı eşikte tekrar tekrar geçiş yapabilmek çok önemlidir.
- gecikme
Basitçe ayar noktası ve sıfırlama noktası arasındaki fark olarak açıklanan histerezis, anahtarın anahtarlama yanıtı açısından önemli bir rol oynar. Çok fazla gecikme, anahtarın daha uzun süre kilitli kalmasına neden olurken, önemli ölçüde daha düşük bir gecikme, anahtarın açık/kapalı durumları arasında sık sık geçiş yapmasına neden olur.
- Fiziksel yapı
Mekanik anahtarlar, daha az sıklıkta algılama/harekete geçirmenin gerekli olduğu durumlarda faydalı olabilir. Elektronik basınç anahtarları, programlanabilirlik, analog çıkışlar ve basınç ayar noktalarının ayarlanabilirliği gibi hassas kontrolün gerekli olduğu uygulamalar için en uygunudur.
Basınç Anahtarı Şeması
Çoğu mekanik basınç anahtarı, 110V/220V AC gibi yüksek voltajları işleme kapasitesine sahiptir. Bu nedenle, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi mekanik bir basınç anahtarı bir yüke doğrudan bağlanabilir.
Basınç anahtarı etkinleştirilmediğinde, normalde kapalı olan çıkış kırmızı lambaya bağlanır. Bu kırmızı lambayı yakar. Bir basınç algılandığında, anahtar normalde kapalı olan çıkışını keser ve normalde açık olan çıkışı ortak terminale bağlar. Bu, kırmızı lambayı kapatır ve yeşil lambayı açar.
gibi dijital basınç şalterleri için DP-M2A Panasonic Otomasyon Kontrolleri tarafından kablolama aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi yapılabilir.
Bu sensör aynı zamanda bir analog çıkış da sağlar, bu nedenle 0-250 Ohm arasında bir yük ile beyaz kabloyu bağlayarak, bir PLC veya bir mikrodenetleyici tarafından basınç okuması da elde edilebilir.
Basınç Anahtarı Fiyatı
Basınç şalterleri yukarıda belirtildiği gibi iki kategoride mevcuttur. Elektronik ve mekanik basınç anahtarları arasında mekanik olanlar elektronik basınç anahtarlarından daha ucuz olma eğilimindedir. Bu, inşaattaki daha az karmaşıklıktan ve üretim sürecinin kendisinden kaynaklanmaktadır.
Genel amaçlı bir mekanik basınç anahtarı 10-20 dolardan birkaç yüz dolara kadar çıkabilir.
Elektronik basınç şalterleri ise özellikleri, sağlamlıkları ve yüksek güvenilirlikleri nedeniyle genellikle pahalıdır. Daha az özellikli, aşağıdakiler gibi son derece karmaşık ve sofistike basınç anahtarlarına sahip temel sürümler için yaklaşık 100 ABD dolarından başlayan fiyatlarla Ashcroft DDS Basınç Şalteri birkaç bin dolara kadar mal olabilir.
Alçak Basınç Şalteri nedir?
Alçak basınç anahtarları, emme basıncını algılamak için sistemin alt basınç tarafına bağlanır. Bu sensörler negatif basıncı algılar ve anahtarı tetikler.
Alçak basınç anahtarları çoğunlukla HVAC (Isıtma, Havalandırma, Klima) sistemlerinde arızaları tespit etmek için bulunur. Bir klima sistemindeki soğutucu akışkanın kaçması durumunda, borunun içinde düşük bir basınç oluşturur. Bu, devreden çıkarmak için kompresör kavramasını etkin bir şekilde kapatmak için düşük basınç sensörleri tarafından algılanabilir.
Bu sensörler aynı zamanda ilgili basınç ayarını kullanarak sıcaklığı düzenlemek için soğutma sistemlerinde bir çalışma kontrolörü olarak da kullanılır. Alçak basınç anahtarları tipik olarak elektromekanik varyantlarda bulunur, ancak elektronik olanlar da düşük basınç dedektörleri olarak işlev görecek şekilde programlanabilir.
Basınç Şalteri Uygulamaları
Basınç anahtarları, uygulamalarını otomotiv, imalat ve endüstriyel ortamlarda bulur. Arızaları tespit etmek ve sıcaklığı düzenlemek için HVAC sistemlerinde yaygın olarak kullanılırlar.
Pnömatik ve hidrolik sistemlerde basınç seviyelerinin güvenli ve optimum aralıkta düzenlenmesi için basınç şalterleri kullanılmaktadır. Örneğin, bir hava kompresöründe, hava basıncı ayarlanan değere ulaştığında kompresörün durmasını sağlayan sıfırlanabilir bir basınç anahtarı bulunur.
Otomotiv endüstrisinde, yağ basıncını tespit etmek ve motorlarda güvenlik sağlamak için hidrolik basınç şalterleri kullanılır.
Endüstriyel fırınlarda, içerideki hava basıncını izleyerek fırını güvenli bir şekilde açıp kapamak için basınç şalterleri kullanılır.
Bina yönetim sistemleri, su kaynağının yeterli basınca sahip olmasını sağlamak için iyi pompalı basınç anahtarları ve basınç dönüştürücüler kullanır. Otomatik su basıncı regülasyonu için, elektrikli su pompaları ile birlikte basınç regülatörleri kullanılır. Yoğun kullanımdan dolayı su basıncının düştüğünü algılayarak pompayı çalıştırırlar.
Vakum (negatif basınç sensörleri) bahsi geçen sistemlerde vakum veya düşük hava basıncı olaylarını ölçmek için kazanlarda, hava kompresörlerinde ve elektrikli ısıtıcılarda kullanılmaktadır.
Basınç Anahtarı ve Basınç Transmitteri arasındaki fark nedir?
'Basınç anahtarı' ve 'basınç dönüştürücü/basınç aktarıcı/basınç sensörü' terimleri otomasyon sistemlerinde genellikle yanlış yorumlanır.
Bir basınç dönüştürücü (aynı zamanda basınç verici ya da basınç sensörü) aynı zamanda basıncı ölçebilen bir cihazdır. Ancak, basınç vericilerinde bir basınç eşiğine ulaşıldığında etkinleştirilecek yerleşik bir anahtar yoktur. Mevcut basınç değerini temsil etmek için sadece basınç ölçümünü elektrik sinyallerine dönüştürebilirler. Bu, 4-20mA veya 0-10V analog çıkış veya dijital veri akışı olabilir.
'Dönüştürücü', 'verici' ve 'sensör' terimleri endüstride sıklıkla birbirinin yerine kullanılır. Bazıları dijital çıkışa (sensör çıkışının bir veri akışı olduğu) tip 'basınç vericileri', analog olanlara ise 'dönüştürücüler' denir.
Basınç şalterleri, özellikle elektronik olanlar, basınç transdüserleriyle aynı işlevselliğe sahiptir, ancak bir yükü sensörün kendisi tarafından kontrol etmek için ek bir elektromekanik şalter/kontak özelliği vardır.
Sonuç
Basınç şalterleri genellikle bir sistemdeki sıvı/hava basıncını aktif olarak izleyerek bir sistemdeki elektrik elemanlarını kontrol etmek için açma/kapama anahtarları olarak kullanılır. Bu yazıda basınç anahtarlarını, çalışma prensiplerini, uygulamalarını ve basınç anahtarları ile vericiler arasındaki farkı tartıştık. Sıklıkla gözden kaçmasına rağmen, basınç anahtarları bazı kritik uygulamalarda operasyonel güvenlik ve proses düzenlemesinin sağlanmasında önemli bir rol oynar.
