Drukschakelaar Uitgelegd

Een drukschakelaar bestuurt een elektrisch circuit op basis van de vloeistofdruk binnen een systeem door het circuit te activeren of deactiveren wanneer een vooraf ingestelde drukniveau is bereikt. Drukschakelaars werken in verschillende industriële en residentiële toepassingen zoals HVAC-systemen, waterpompen en ketels. Er zijn mechanische en elektrische drukschakelaars, elk geschikt voor verschillende toepassingen en met unieke voordelen. Dit artikel onderzoekt de werkingsmechanismen van drukschakelaar types, hun typische selectiecriteria en hun toepassingen.

Inhoudsopgave

• Mechanische drukschakelaar
• Elektronische drukschakelaar
• Hoe een drukschakelaar aan te passen
• Hoe een drukschakelaar te selecteren
• Veelvoorkomende toepassingen
• Problemen oplossen met drukschakelaars
• Veelgestelde vragen

Mechanische drukschakelaar

Een mechanische drukschakelaar (Figuur 2) werkt op basis van de fysieke beweging van zijn interne componenten, voornamelijk een veer en een membraan of zuiger, om een elektrische microschakelaar te activeren bij vooraf bepaalde drukniveaus. Deze drukschakelaars hebben meestal drie verschillende soorten contacten: normaal open (NO), normaal gesloten (NC) en wisselcontacten (SPDT).

Hoe een mechanische drukschakelaar werkt

De structuur van een mechanische drukschakelaar is ontworpen om de drukniveaus in verschillende systemen te bewaken en erop te reageren.

• Microschakelaar (A): De microschakelaar opent en sluit het elektrische circuit. Hij activeert wanneer de drukschakelaar detecteert dat de vloeistofdruk het vooraf bepaalde niveau heeft bereikt.
• Bedieningspen (B): De bedieningspen verbindt de mechanische beweging van de interne componenten van de drukschakelaar (zoals de bedieningszuiger) met de microschakelaar. Wanneer de druk de zuiger beweegt, vertaalt de bedieningspen deze beweging in de actie van de microschakelaar.
• Bereikveer (C): De bereikveer is verstelbaar en bepaalt het drukbereik waarin de schakelaar werkt.
• Bedieningszuiger (D): De zuiger is een beweegbaar onderdeel dat reageert op drukveranderingen. Wanneer de druk binnen het systeem een bepaald niveau bereikt, duwt het de zuiger. Deze beweging wordt vervolgens door de microschakelaar omgezet in een elektrisch signaal.
• Geïsoleerde tripknop (E): Deze functie maakt handmatige tests of het resetten van de drukschakelaar mogelijk. Het is geïsoleerd om veiligheid tijdens de werking te garanderen.
• Schakelbehuizing (F): De schakelbehuizing herbergt alle interne componenten, beschermt ze tegen externe elementen en zorgt voor de duurzaamheid van de schakelaar.
• Tripinstelmoer (G): De tripinstelmoer wordt gebruikt om de bereikveer aan te passen, zodat gebruikers het gewenste drukniveau kunnen instellen waarop de schakelaar zal activeren.
• Inlaatdruk (H): De vloeistofdruk komt via de inlaat de drukschakelaar binnen. De schakelaar bewaakt het drukniveau op dit punt.

Kortom, de inlaatdruk oefent druk uit op de bedieningszuiger, waardoor een kracht ontstaat die de bereikveer tegenwerkt. Zodra de kracht van de inlaatzuiger hoger is dan de tegenwerkende veerkracht, duwt hij de bedieningspen in de geïsoleerde tripknop. Deze knop verplaatst vervolgens de microschakelaar van gesloten naar open. Als de druk onder de veerkracht daalt, bewegen de knop, pen en zuiger weg van de microschakelaar, waardoor de verbinding wordt verbroken. De verbinding gaat dan van open naar gesloten. Lees ons artikel over installatie van drukschakelaars voor meer informatie over hoe u een drukschakelaar in een systeem installeert.

Elektronische drukschakelaar

Een elektronische drukschakelaar (Figuur 4) bewaakt de druk van een vloeistof en activeert een elektrisch signaal of uitgang wanneer de druk een gespecificeerd niveau bereikt. Het combineert de functies van drukdetectie en elektrische schakeling in één enkele eenheid, wat een meer geavanceerde en veelzijdige benadering van drukregeling biedt in vergelijking met mechanische drukschakelaars. Elektronische drukschakelaars bieden voordelen ten opzichte van mechanische drukschakelaars:

• Grotere nauwkeurigheid
• Het vermogen om een breed scala aan drukken aan te kunnen
• Programmeerbaarheid
• Digitale uitgangen voor integratie met moderne industriële besturingssystemen

Elektronische drukschakelaars zijn geschikt voor geautomatiseerde en gecontroleerde apparatuur systemen die programmeerbare functies, digitale weergave, flexibiliteit, nauwkeurigheid, toegangsbeveiliging en stabiliteit vereisen.

Hoe een elektronische drukschakelaar werkt

Het werkingsprincipe van een elektronische drukschakelaar omvat verschillende belangrijke componenten en stappen:

1. Druksensor: De druksensor is het kerncomponent dat drukveranderingen detecteert en de fysieke druk omzet in een elektrisch signaal. Veelvoorkomende soorten sensoren zijn piëzo-elektrische, rekstrook- en capacitieve sensoren.
2. Signaalverwerkingscircuit: Dit omvat versterkers en analoog-naar-digitaal omzetters die het sensorsignaal conditioneren, waardoor het geschikt is voor analyse door de besturingseenheid.
3. Besturingseenheid: Vaak een microcontroller of digitaal circuit dat het sensorsignaal interpreteert op basis van geprogrammeerde drempels (instelpunten). Het beslist wanneer de uitgangsschakelaar moet worden geactiveerd of gedeactiveerd.
4. Uitgangsschakelaar: Dit kan een relais of een solid-state component zijn dat een elektrisch circuit opent of sluit in reactie op de commando's van de besturingseenheid, waardoor externe apparaten zoals pompen, kleppen of alarmen worden aangestuurd.
5. Gebruikersinterface: Veel elektronische drukschakelaars hebben een gebruikersinterface, die kan variëren van eenvoudige wijzerplaten voor het instellen van drukdrempels tot digitale displays en toetsenborden voor programmeren en bewaken.

Lees ons artikel over digitale schakelaars voor meer informatie over de verschillende detectiemechanismen die in een elektronische drukschakelaar worden gebruikt.

Hoe een drukschakelaar aan te passen

Het aanpassen van een drukschakelaar houdt in dat de gewenste drukniveaus worden ingesteld waarop de schakelaar zal activeren en deactiveren. Voor een mechanische drukschakelaar kan de druk worden aangepast met een inbussleutel of draaiknop. De elektronische drukschakelaars hebben een digitaal display om de schakelingsfunctie in te stellen. De volgende parameters kunnen doorgaans door de gebruiker worden aangepast volgens de vereisten:

• Schakelpunt
• Uitgangssignalen
• Hysterese (later besproken)
• Vertragingstijd

Hoe een drukschakelaar te selecteren

Het kiezen van de juiste drukschakelaar voor een toepassing houdt in dat rekening wordt gehouden met de volgende parameters:

1. Mechanische vs elektrische drukschakelaar: Bij het kiezen tussen mechanische en elektrische drukschakelaars, overweeg de specifieke behoeften van de toepassing, zoals nauwkeurigheid, reactietijd en integratiemogelijkheden (Tabel 1). Een elektronische drukschakelaar is bijvoorbeeld duurder, maar biedt meer controle over de instellingen, zoals het instelpunt van de drukschakelaar en hysterese, vergeleken met een mechanische drukschakelaar.
2. Type medium: Het type medium moet compatibel zijn met het behuizings- en afdichtingsmateriaal. Nitrilbutadieenrubber (NBR) is geschikt voor gebruik met lucht en hydraulische/machineolie. Ethyleenpropyleendieenmonomeerrubber (EPDM) heeft de voorkeur voor drinkwatersystemen omdat het de smaak van het water niet beïnvloedt. Veelvoorkomende media die worden gebruikt met drukschakelaars zijn:
   1. Hydraulische olie
   2. Verwarmingsolie
   3. Terpentijn
   4. Benzine
   5. Lucht
   6. Water

3. Druk: De drukschakelaar moet bestand zijn tegen de maximale werkdruk. Lage drukschakelaars gebruiken meestal een membraan als detectie-element, terwijl hogedrukschakelaars een zuigerontwerp gebruiken.
4. Temperatuur: Het temperatuurbereik van de drukschakelaar moet de minimale en maximale temperaturen van de toepassing omvatten. Hogetemperatuurdrukschakelaars moeten materialen gebruiken die verhoogde temperaturen kunnen weerstaan zonder te degraderen.
5. Nauwkeurigheid en herhaalbaarheid: Nauwkeurigheid verwijst naar hoe dicht het activeringspunt van de schakelaar bij de werkelijke drukwaarde ligt, terwijl herhaalbaarheid de mogelijkheid van de schakelaar is om consistent te activeren op hetzelfde drukpunt over meerdere cycli. Het vereiste nauwkeurigheidsbereik bepaalt de selectie van de drukschakelaar voor de toepassing. Membraanontwerpen bieden over het algemeen meer nauwkeurigheid dan het zuigerontwerp.
6. Hysterese: Hysterese is het verschil tussen het schakelpunt en het resetpunt. De schakelaar blijft lange tijd actief als het resetpunt te groot is. Als het resetpunt te kort is, zal de schakelaar vaak tussen aan/uit-toestanden schakelen. Hysterese is configureerbaar in een elektrische drukschakelaar, maar vooraf ingesteld door de fabrikant in een mechanische drukschakelaar.
7. Procesaansluiting: De grootte en het type procesaansluiting moeten overeenkomen met de leidingen of apparatuur van het systeem. Veelvoorkomende typen zijn NPT, BSP en flensverbindingen.
8. Goedkeuringen: Kies drukschakelaars met ATEX-certificeringen voor gebruik in een potentieel explosieve atmosfeer.

Tabel 1: Mechanische vs elektronische drukschakelaar

Criteria	Mechanische drukschakelaar	Elektronische drukschakelaar
Kosten	Meer betaalbaar	Hogere kosten
Complexiteit van de toepassing	Beste voor eenvoudige, basiscontrole	Ideaal voor complexe, nauwkeurige controle
Nauwkeurigheid	Basisnauwkeurigheid	Hoge nauwkeurigheid
Duurzaamheid	Robuust in zware omstandigheden	Gevoelig voor extreme omgevingen
Stroomvereisten	Geen externe voeding nodig	Vereist stroombron
Milieugeschiktheid	Kan goed omgaan met zware omstandigheden	Heeft bescherming tegen elementen nodig
Onderhoud	Laag onderhoud	Kan meer onderhoud nodig hebben
Functies	Basis aan/uit-functionaliteit	Geavanceerde functies zoals displays en programmeerbaarheid
Reactietijd	Langzamere reactie	Snellere reactie
Voorbeeldtoepassingen	HVAC, waterpompen, luchtcompressoren	Industriële automatisering, procesbesturing, geavanceerde HVAC-systemen

Veelvoorkomende toepassingen

Een drukschakelaar wordt gebruikt in een breed scala aan huishoudelijke en commerciële toepassingen zoals hieronder vermeld:

• HVAC, gascilinders, luchtpompen, enz. gebruiken drukschakelaars van luchtcompressoren om de luchtdruk van de systemen te bewaken en te regelen. Lees ons artikel over het aanpassen van drukschakelaars van luchtcompressoren om meer te leren over hoe u ze kunt aanpassen.
• Olie-drukschakelaars worden door motoren gebruikt als een actuator of sensor om te bepalen wanneer de oliedruk van de motor onder het vooraf ingestelde niveau is gedaald.
• Keteldrukschakelaars fungeren als veiligheidsapparaten voor zowel industriële als residentiële doeleinden. Ze detecteren de negatieve druk tijdens het opstarten van de ketel en schak elen de ketel uit als er een lage luchtdruk is.
• Waterpompschakelaars worden gebruikt in residentiële en commerciële gebouwen om water uit de put te halen en ervoor te zorgen dat er voldoende waterdruk in het systeem is om water te leveren zonder overdruk.
• Waterpompschakelaars in residentiële, commerciële en agrarische toepassingen reguleren automatisch de waterstroom.
• Vacuümdrukschakelaars meten vacuüm of negatieve druk in het systeem. Ze bevinden zich in residentiële ketels, elektrische verwarmers, luchtcompressoren en transmissiesystemen.

Lees ons artikel over drukschakelaarsymbolen voor meer details over drukschakelaarsymbolen en diagrammen.

Problemen oplossen met drukschakelaars

Er zijn verschillende tekenen dat een drukschakelaar mogelijk defect is. Veelvoorkomende indicatoren zijn:

• De drukschakelaar activeert of deactiveert het aangesloten systeem niet zoals verwacht
• Onregelmatige of inconsistente werking
• Ongewone geluiden afkomstig van de schakelaar

Volg deze stappen om een defecte drukschakelaar op te lossen:

1. Zorg ervoor dat alle verbindingen veilig en vrij van corrosie zijn.
2. Gebruik een multimeter om de continuïteit van de schakelaar te testen.
3. Als de schakelaar geen continuïteit vertoont wanneer deze gesloten zou moeten zijn, kan deze defect zijn.
4. Controleer het membraan of de zuiger op tekenen van slijtage of schade.
5. Voor mechanische drukschakelaars, zorg ervoor dat de bereikveer en de stelschroef correct zijn ingesteld en niet versleten zijn.
6. Voor elektronische drukschakelaars inspecteer de sensor en het signaalverwerkingscircuit op eventuele fouten.
7. Zorg ervoor dat de instellingen correct zijn en niet zijn gewijzigd.

Als deze stappen het probleem niet oplossen, kan het nodig zijn om de drukschakelaar volledig te vervangen.

Veelgestelde vragen

Welke kenmerken moet een buitendrukschakelaar hebben om bestand te zijn tegen zware omgevingen?

Een buitendrukschakelaar moet een robuuste behuizing hebben met een hoge IP-classificatie, zoals IP65 of hoger, om te beschermen tegen stof en waterindringing.

Kan een drukschakelaar worden gerepareerd?

Ja, een drukschakelaar kan vaak worden gerepareerd als het probleem klein is, zoals het vervangen van een defect membraan of het reinigen van elektrische contacten, maar ernstige schade kan vervanging vereisen.

Welke drukschakelaar is geschikt voor een waterpomp?

Een mechanische drukschakelaar is geschikt voor een waterpomp, omdat deze betrouwbare aan/uit-regeling biedt voor het handhaven van de waterdruk.

Wat is een drukschakelaar op een ketel?

Een drukschakelaar in een ketel zorgt voor veilige ontsteking door de juiste ventilatie van verbrandingsgassen te verifiëren via de trekdruk (de luchtstroom die door de induktormotor wordt gecreëerd om gassen uit te stoten) van de induktormotor.