Công tắc áp suất là một loại cảm biến công nghiệp có thể phát hiện một lượng áp suất nhất định và đóng hoặc mở một tiếp điểm điện. Có hai loại công tắc áp suất chính; công tắc áp suất điện và công tắc áp suất cơ học.
Trong bài viết này, chúng ta hãy thảo luận về công tắc áp suất là gì, cấu tạo và hoạt động của chúng, ứng dụng và các đặc điểm khác.
Công tắc áp suất là gì?
Công tắc áp suất là một loại công tắc đặc biệt có thể làm việc với chất lỏng hoặc khí. Ở dạng cơ bản nhất, công tắc áp suất có khả năng phát hiện sự thay đổi áp suất. Theo mức áp suất định trước / cài đặt trước, các công tắc này kích hoạt các tiếp điểm điện của chúng để bắt chước hoạt động của một công tắc thực tế.
Công tắc áp suất được sản xuất dưới 1849 dạng: công tắc áp suất cơ điện, thể rắn và công tắc áp suất điện tử. Trong khi công tắc áp suất trạng thái rắn và điện tử là công nghệ mới nhất, thì công tắc áp suất kiểu cơ điện đã có mặt trong ngành từ năm XNUMX.
Như đã đề cập ở trên, công tắc áp suất có sẵn để sử dụng cho cả ly và chất lỏng. Loại công tắc áp suất tương thích với chất lỏng được gọi là 'công tắc áp suất thủy lực'. 'Công tắc áp suất khí nén' hoạt động với các hệ thống sử dụng khí nén.
Cách thức hoạt động của công tắc áp suất
Công tắc áp suất có sẵn trong vô số cấu hình. Dạng đơn giản nhất của công tắc áp suất là loại SPDT. SPDT là viết tắt của Cực đơn, Ném đôi kiểu. Hình bên dưới cho thấy mặt cắt của công tắc áp suất cơ học.
Công tắc áp suất được hiển thị ở đây được đặt trong vỏ (F), nơi các tiếp điểm điện được hiển thị trong (A). Nó có hai vị trí, Thường Mở (NO) và Thường Đóng (NC). Phần mở ở phía dưới (H) là cổng vào nơi kết nối nguồn cung cấp khí nén / thủy lực với công tắc. Có một pittông (D) được gia nhiệt bằng lò xo, có thể chuyển động lên trên khi có đủ áp suất. Mùa xuân đã biết mùa xuân không đổi cho phép xác định chính xác áp suất hoạt hóa.
Khi áp suất chất lỏng / khí nén vượt quá ngưỡng, pít tông được đẩy lên trên, điều này buộc chốt vận hành (B) tác động lực lên nút điều khiển cách điện được hiển thị trong E. Điều này sẽ kích hoạt công tắc và chuyển tiếp điểm từ NC vị trí đến vị trí NO, đóng các tiếp điểm NO.
Để điều chỉnh lực vấp, có thể điều chỉnh đai ốc cài đặt hành trình (G) để tăng hoặc giảm ngưỡng. Điều này cho phép thiết lập mức áp suất tại đó công tắc vi mô chuyển đổi giữa các vị trí thường đóng và thường mở.
Khi thảo luận về các ngưỡng chuyển mạch, một yếu tố khác được gọi là 'độ trễ' cũng nên được đề cập. Cũng như khi công tắc kích hoạt do tăng / giảm áp suất, nó phải trở lại vị trí nghỉ khi áp suất giảm trở lại. Nếu điểm chuyển đổi / đặt lại này là một giá trị duy nhất, công tắc có thể có xu hướng dao động nếu áp suất là biên.
Để ngăn chặn tình trạng này, một độ trễ cơ học / điện đã được đưa ra. Điều này đảm bảo rằng công tắc sẽ kích hoạt ở một ngưỡng nhất định và duy trì vị trí của nó cho đến khi áp suất giảm / tăng dưới một giá trị nhất định. Điều này thường được biểu thị bằng phần trăm của giá trị điểm chuyển đổi. Đối với công tắc cơ, điều này không thể cấu hình được và thường là khoảng 20%. Công tắc áp suất điện tử thường có độ trễ tùy chỉnh.
Các loại công tắc áp suất
Có hai loại công tắc áp suất chính, công tắc áp suất cơ học và công tắc áp suất điện tử. Công tắc áp suất cơ hay còn được gọi là công tắc áp suất cơ điện.
Công tắc áp suất cơ học
Công tắc áp suất cơ học thường bao gồm một công tắc hành động nhanh bằng điện (kiểu nhấp nháy) được kích hoạt bằng cách sử dụng một phần tử cảm biến cơ học. Cụm cơ khí chuyển động để đáp ứng với những thay đổi của áp suất hệ thống; chất lỏng hoặc khí nén.
Công tắc áp suất cơ học được sử dụng để phát hiện sự có hay không của áp suất chất lỏng / không khí trong hệ thống. Một trong những ứng dụng đó là cảm biến áp suất dầu xe, nơi một chỉ báo được kết nối để hiển thị nếu có bất kỳ vấn đề nào trong động cơ.
Khi đạt đến ngưỡng đóng cắt, công tắc áp suất cơ học sẽ kích hoạt các tiếp điểm điện của chúng và do đó, báo hiệu sự có / không có áp suất.
Ngoài ra còn có một loại công tắc áp suất cơ / điện khác; cảm biến chênh lệch áp suất.Các cảm biến này có hai cổng đầu vào trái ngược với các cảm biến đầu vào đơn. Khi áp suất ở hai bên bằng nhau, công tắc sẽ ở vị trí trung tính. Khi áp suất ở một phía tăng lên, piston sẽ di chuyển về phía có áp suất thấp và kích hoạt công tắc.
Có rất ít loại công tắc áp suất cơ học, được phân loại theo công nghệ đang được sử dụng:
- Công tắc cơ hoành
- Các công tắc này sử dụng một màng ngăn kim loại hàn (kín) tác động trực tiếp lên chính công tắc. Chúng có thể hoạt động với áp suất lên đến 10.43 bar và chân không, nhưng được khuyến nghị sử dụng ở các chu kỳ tốc độ thấp, giới hạn khoảng 25 chu kỳ mỗi phút.
- Công tắc ống Bourdon
- Tương tự như công tắc màng, chúng sử dụng một ống Bourdon được hàn kín để kích hoạt công tắc. Đây cũng là các công tắc tốc độ chu kỳ thấp, nhưng có thể xử lý áp suất lên đến khoảng 1240 bar (124MPa).
- Công tắc piston màng
- Các công tắc này sử dụng màng chắn đàn hồi được kết nối với một pít-tông. Piston đã kích hoạt công tắc. Công tắc piston màng hoạt động với áp suất từ chân không đến 110 psi (750kPa).
- Chúng có thời gian tồn tại lâu hơn với 2.5 triệu chu kỳ trung bình.
- Công tắc piston
- Công tắc áp suất piston có các piston kín O-ring tác động trực tiếp lên các công tắc tác động nhanh.
- Chúng có thời gian tồn tại lâu hơn với 2.5 triệu chu kỳ trung bình.
Công tắc áp suất điện tử
Công tắc áp suất điện tử được giới thiệu vào năm 1980 bởi Barksdale. Chúng còn được gọi là 'công tắc áp suất trạng thái rắn' hoặc 'công tắc áp suất kỹ thuật số' có ít hoặc không có bộ phận cơ khí. Chúng thường được làm bằng ngoại quan máy đo sức căng cảm biến kết hợp với triac để bắt chước các tiếp điểm cơ học.
Công tắc áp suất kỹ thuật số ngày nay có các điểm chuyển mạch có thể lập trình, độ trễ có thể điều chỉnh và đầu ra tương tự / kỹ thuật số để dễ dàng tích hợp với bộ điều khiển logic lập trình (PLC). Công tắc áp suất điện tử có thể xuất tín hiệu analog (4-20mA) và tín hiệu kỹ thuật số. Điều này cho phép bộ điều khiển giám sát không chỉ ngưỡng áp suất mà còn giám sát các giá trị áp suất trong hệ thống.
Khi so sánh với công tắc áp suất cơ học, công tắc áp suất trạng thái rắn có một số ưu điểm, bao gồm:
- Vòng đời dài hơn (~ 10 triệu chu kỳ)
- Cải thiện độ chính xác (0.5%)
- Chống sốc / rung cao
- Sự ổn định lâu dài
Tiêu chí lựa chọn công tắc áp suất
Để chọn một công tắc áp suất phù hợp nhất với một ứng dụng cụ thể, bạn cần xem xét nhiều yếu tố:
- Loại phương tiện
Không phải tất cả các cảm biến đều tương thích với tất cả các loại chất lỏng / khí. Ví dụ: Cao su Nitrile Butadien (NBR) là tốt nhất cho không khí và dầu thủy lực / máy móc trong khi Cao su Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) thích hợp khi nước là môi trường.
- Sức ép
Áp suất mà cảm biến phải chịu phải là một trong những mối quan tâm hàng đầu khi lựa chọn cảm biến. Cảm biến dựa trên màng ngăn phù hợp cho các ứng dụng chân không và áp suất thấp trong đó thiết kế dựa trên piston phù hợp hơn cho các ứng dụng áp suất cao.
- Nhiệt độ ổn định
- Độ lặp lại (Độ chính xác)
Một cảm biến cũng đáng tin cậy như khả năng lặp lại của nó. Có thể chuyển đổi liên tục ở cùng một ngưỡng là điều quan trọng để công tắc áp suất đảm bảo vị trí của nó trong một ứng dụng cụ thể.
- trễ
Được giải thích một cách đơn giản là sự khác biệt giữa điểm đặt và điểm đặt lại, độ trễ đóng một vai trò quan trọng trong phản ứng chuyển mạch của công tắc. Độ trễ quá nhiều sẽ làm cho công tắc ở vị trí chốt lâu hơn trong khi độ trễ thấp hơn đáng kể khiến công tắc thường xuyên chuyển đổi giữa các trạng thái bật / tắt.
- Xây dựng vật chất
Công tắc cơ học có thể hữu ích ở những nơi ít yêu cầu phát hiện / kích hoạt thường xuyên hơn. Công tắc áp suất điện tử phù hợp nhất cho các ứng dụng yêu cầu khả năng kiểm soát tốt như khả năng lập trình, đầu ra tương tự và khả năng điều chỉnh điểm đặt áp suất.
Sơ đồ công tắc áp suất
Hầu hết các công tắc áp suất cơ đều có khả năng xử lý điện áp cao như 110V / 220V AC. Do đó, một công tắc áp suất cơ có thể được kết nối trực tiếp với một tải như trong hình dưới đây.
Khi công tắc áp suất không được kích hoạt, đầu ra thường đóng được kết nối với đèn đỏ. Điều này làm sáng ngọn đèn đỏ. Khi phát hiện áp suất, công tắc ngắt đầu ra thường đóng của nó và kết nối đầu ra thường mở với đầu nối chung. Thao tác này sẽ tắt đèn đỏ và bật đèn xanh.
Đối với công tắc áp suất kỹ thuật số như DP-M2A của Panasonic Automation Controls, việc đấu dây có thể được thực hiện như trong hình bên dưới.
Cảm biến này cũng cung cấp một đầu ra tương tự, do đó, bằng cách kết nối dây màu trắng với tải khác nhau, từ 0-250 Ohms, số đọc áp suất cũng có thể được thu được bằng PLC hoặc vi điều khiển.
Giá công tắc áp suất
Công tắc áp suất có hai loại như đã đề cập ở trên. Giữa công tắc áp suất cơ và điện tử, loại cơ có xu hướng rẻ hơn công tắc áp suất điện tử. Điều này là do ít phức tạp hơn trong xây dựng và bản thân quá trình sản xuất.
Một công tắc áp suất cơ học đa năng có thể có giá từ 10-20 đô la cho đến vài trăm đô la.
Mặt khác, công tắc áp suất điện tử thường đắt tiền do tính năng, độ bền và độ tin cậy cao. Bắt đầu từ khoảng $ 100 cho các phiên bản cơ bản với ít tính năng hơn, các công tắc áp suất phức tạp và phức tạp như Công tắc áp suất Ashcroft DDS có thể lên đến vài nghìn đô la.
Công tắc áp suất thấp là gì?
Công tắc áp suất thấp được kết nối với phía áp suất thấp hơn của hệ thống để phát hiện áp suất hút. Các cảm biến này phát hiện áp suất âm và kích hoạt công tắc.
Công tắc áp suất thấp hầu hết được tìm thấy trong các hệ thống HVAC (Hệ thống sưởi, Thông gió, Điều hòa không khí) để phát hiện lỗi. Trong trường hợp chất làm lạnh trong hệ thống điều hòa không khí thoát ra ngoài, nó sẽ tạo ra một áp suất thấp bên trong đường ống. Điều này có thể được phát hiện bởi cảm biến áp suất thấp để ngắt hiệu quả ly hợp máy nén để ngắt nó.
Các cảm biến này cũng được sử dụng như một bộ điều khiển hoạt động trong hệ thống làm mát để điều chỉnh nhiệt độ bằng cách sử dụng cài đặt áp suất tương ứng. Công tắc áp suất thấp thường có sẵn trong các biến thể cơ điện, mặc dù các công tắc điện tử cũng có thể được lập trình để hoạt động như đầu báo áp suất thấp.
Ứng dụng công tắc áp suất
Công tắc áp suất tìm thấy các ứng dụng của chúng trong môi trường ô tô, sản xuất và công nghiệp. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống HVAC để phát hiện lỗi và điều chỉnh nhiệt độ.
Trong hệ thống khí nén và thủy lực, công tắc áp suất được sử dụng để điều chỉnh mức áp suất trong phạm vi an toàn và tối ưu. Ví dụ, một máy nén khí có một công tắc áp suất có thể đặt lại để đảm bảo rằng máy nén sẽ dừng khi áp suất không khí đạt đến giá trị cài đặt.
Trong ngành công nghiệp ô tô, công tắc áp suất thủy lực được sử dụng để phát hiện áp suất dầu và đảm bảo an toàn cho động cơ.
Trong các lò công nghiệp, công tắc áp suất được sử dụng để bật / tắt lò một cách an toàn bằng cách theo dõi áp suất không khí bên trong.
Hệ thống quản lý tòa nhà sử dụng công tắc áp suất bơm giếng và bộ chuyển đổi áp suất để đảm bảo rằng nguồn nước cung cấp có đủ áp lực. Để điều chỉnh áp suất nước tự động, van điều áp được sử dụng chung với máy bơm nước chạy điện. Họ kích hoạt máy bơm khi phát hiện áp suất nước giảm do sử dụng nhiều.
Chân không (cảm biến áp suất âm) được sử dụng trong nồi hơi, máy nén khí và lò sưởi điện để đo các sự kiện chân không hoặc áp suất không khí thấp trong các hệ thống đã đề cập.
Sự khác biệt giữa Công tắc áp suất và Máy phát áp suất là gì?
Thuật ngữ 'công tắc áp suất' và 'đầu dò áp suất / máy phát áp suất / cảm biến áp suất' thường bị hiểu sai trong các hệ thống tự động hóa.
Một bộ chuyển đổi áp suất (còn được gọi là máy phát áp suất hoặc một cảm biến áp suất) cũng là một thiết bị có khả năng đo áp suất. Tuy nhiên, bộ truyền áp suất không có công tắc tích hợp để kích hoạt khi đạt đến ngưỡng áp suất. Chúng chỉ có thể chuyển phép đo áp suất thành tín hiệu điện để biểu diễn giá trị áp suất hiện tại. Đây có thể là đầu ra tương tự 4-20mA hoặc 0-10V hoặc luồng dữ liệu kỹ thuật số.
Các thuật ngữ 'đầu dò', 'máy phát' và 'cảm biến' thường được sử dụng thay thế cho nhau trong ngành công nghiệp. Một số người gọi đầu ra kỹ thuật số (trong đó đầu ra cảm biến là dòng dữ liệu) là loại "bộ truyền áp suất" trong khi loại tương tự được gọi là "bộ chuyển đổi".
Công tắc áp suất, đặc biệt là công tắc điện tử có chức năng tương tự như bộ chuyển đổi áp suất, nhưng được bổ sung thêm tính năng là công tắc / tiếp điểm điện cơ để điều khiển tải bằng chính cảm biến.
Kết luận
Công tắc áp suất thường được sử dụng như công tắc bật / tắt để điều khiển các phần tử điện trong hệ thống bằng cách chủ động theo dõi áp suất chất lỏng / không khí trong hệ thống. Trong bài viết này, chúng tôi đã thảo luận về công tắc áp suất, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của chúng và sự khác biệt giữa công tắc áp suất và bộ chuyển đổi. Mặc dù thường bị bỏ qua, công tắc áp suất đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn vận hành và điều chỉnh quy trình trong một số ứng dụng quan trọng.
