Begrijpen van Drukschakelaars en Hun Functionaliteit

Drukschakelaar - Hoe Ze Werken

Drukschakelaars

Figuur 1: Drukschakelaars

Een drukschakelaar is een apparaat dat een elektrisch contact regelt wanneer een vooraf ingestelde vloeistofdruk wordt bereikt (drukstijging of -daling vanaf een bepaald vooraf ingesteld drukniveau). Drukschakelaars worden gebruikt in diverse industriële en residentiële toepassingen zoals HVAC-systemen, waterpompen en ovens. Ze komen in twee hoofdtypen - mechanisch en elektrisch, elk geschikt voor verschillende toepassingen en bieden unieke voordelen. Dit artikel verkent de werkingsmechanismen van drukschakelaartypes, hun typische selectiecriteria en toepassingen.

Typen drukschakelaars

Mechanische drukschakelaar

Mechanische drukschakelaar

Figuur 2: Mechanische drukschakelaar

Een mechanische drukschakelaar (Figuur 2) werkt op basis van de fysieke beweging van zijn interne componenten, voornamelijk een veer en ofwel een diafragma 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 wisselcontact (SPDT). Lees ons artikel over installatie van drukschakelaars voor een stap-voor-stap installatieproces.

Werkingsprincipe

De componenten van een drukschakelaar omvatten: microschakelaar (A), bedieningspen (B), bereikveer (C), bedieningszuiger (D), geïsoleerde tripknop (E), schakelkast (F), instelnoot voor trip (G), inlaatdruk (H)

Figuur 3: De componenten van een drukschakelaar omvatten: microschakelaar (A), bedieningspen (B), bereikveer (C), bedieningszuiger (D), geïsoleerde tripknop (E), schakelkast (F), instelnoot voor trip (G), inlaatdruk (H)

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

  1. Microschakelaar (A): De microschakelaar is verantwoordelijk voor het openen of sluiten van het elektrische circuit. Het activeert wanneer de drukschakelaar detecteert dat de vloeistofdruk het vooraf ingestelde niveau heeft bereikt.
  2. 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.
  3. Bereikveer (C): De bereikveer is verstelbaar en bepaalt het drukbereik waarbinnen de schakelaar werkt. Door de spanning van de veer aan te passen (met behulp van de instelnoot voor trip), kan men het drukniveau instellen waarbij de schakelaar de microschakelaar zal activeren.
  4. Bedieningszuiger (D): De zuiger is een beweegbaar onderdeel dat reageert op veranderingen in druk. Wanneer de druk binnen het systeem een bepaald niveau bereikt, duwt het tegen de zuiger. Deze beweging wordt vervolgens vertaald in een elektrisch signaal door de microschakelaar.
  5. Geïsoleerde tripknop (E): Deze functie maakt handmatige testen of resetten van de drukschakelaar mogelijk. Het is geïsoleerd om veiligheid tijdens bediening te garanderen.
  6. Schakelkast (F): De schakelkast huisvest alle interne componenten, beschermt ze tegen externe elementen en zorgt voor de duurzaamheid van de schakelaar.
  7. Instelnoot voor trip (G): De instelnoot voor trip wordt gebruikt om de bereikveer aan te passen, waardoor gebruikers het gewenste drukniveau kunnen instellen waarbij de schakelaar zal activeren.
  8. Inlaatdruk (H): Dit is waar de vloeistofdruk de drukschakelaar binnenkomt. Het drukniveau op dit punt is wat de schakelaar monitort en waarop het reageert.

Kortom, de inlaatdruk oefent druk uit op de bedieningszuiger, waardoor een kracht wordt gegenereerd die tegen de bereikveer ingaat. Zodra de kracht van de inlaatzuiger hoger is dan de tegenkracht van de veer, duwt het de bedieningspen in de geïsoleerde tripknop. Deze knop verplaatst vervolgens de microschakelaar van de NC-positie naar de NO-positie. 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 de NO-positie naar de NC-positie. Andere cruciale componenten in een mechanische drukschakelaar omvatten:

  • Afstelschroef: Dit onderdeel wordt gebruikt om de drukschakelaar te kalibreren. Door de afstelschroef te draaien, kunnen operators de druk instellen waarbij de schakelaar activeert of deactiveert. Deze aanpasbaarheid is cruciaal voor het regelen van de reactie van de schakelaar op de specifieke behoeften van het systeem.
  • Elektrische aansluiting: De elektrische aansluiting is waar de schakelaar interface maakt met de bedrading van het systeem. De schakelaar zendt zijn signalen uit door een elektrisch circuit te openen of te sluiten, op basis van de gedetecteerde druk.
  • O-ring: De o-ring is een klein maar essentieel onderdeel dat zorgt voor een strakke afdichting op de aansluitpunten van de schakelaar. Het voorkomt lekken en besmetting, die anders de nauwkeurigheid van de schakelaar en de integriteit van het systeem zouden kunnen compromitteren.
  • Aansluitpoort: Dit is het punt waarop de drukschakelaar aan het systeem wordt bevestigd. Het is doorgaans voorzien van schroefdraad voor een veilige bevestiging, en via deze poort voelt de schakelaar de druk van het systeem.

Elektronische drukschakelaar

Elektronische drukschakelaar

Figuur 4: Elektronische drukschakelaar

Een elektronische drukschakelaar (Figuur 3) monitort de druk van een vloeistof en activeert een elektrische uitgang wanneer de druk een gespecificeerd niveau bereikt. Het combineert de functies van drukdetectie en elektrische schakeling in één eenheid, en biedt een meer geavanceerde en veelzijdige benadering van drukcontrole in vergelijking met mechanische drukschakelaars. Elektronische drukschakelaars bieden voordelen ten opzichte van mechanische drukschakelaars:

  • Grotere nauwkeurigheid
  • De mogelijkheid om een breed scala aan drukken te hanteren
  • Programmeerbaarheid
  • Digitale uitgangen voor integratie met moderne industriële controlesystemen

De volgende parameters kunnen doorgaans door de gebruiker worden aangepast volgens de vereisten:

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

Elektronische drukschakelaars zijn geschikt voor geautomatiseerde en gecontroleerde uitrustingsystemen die programmeerbare functie, digitale weergave, flexibiliteit, nauwkeurigheid, bescherming tegen binnendringen, en stabiliteit vereisen.

Werkingsprincipe

Het werkingsprincipe van een elektronische drukschakelaar omvat verschillende sleutelcomponenten en stappen:

  1. Druksensor: Het kerncomponent dat drukveranderingen detecteert. Het zet de fysieke druk om in een elektrisch signaal. Veelvoorkomende soorten sensoren zijn piëzo-elektrische, rekstrook- en capacitieve sensoren.
  2. Signaalverwerkingscircuit: Dit omvat versterkers en analoog-naar-digitaal converters 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 te activeren of deactiveren.
  4. Uitgangsschakelaar: Dit kan een relais zijn of een solid-state component 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 bestuurd.
  5. Gebruikersinterface: Veel elektronische drukschakelaars hebben een gebruikersinterface, die kan variëren van eenvoudige draaiknoppen voor het instellen van drukdrempels tot digitale displays en toetsenborden voor programmering en monitoring.

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

Mechanische versus elektrische drukschakelaars

Bij het kiezen tussen mechanische en elektrische drukschakelaars, overweeg de specifieke behoeften van de toepassing, inclusief nauwkeurigheid, reactietijd en integratiemogelijkheden. Lees ons artikel over digitale drukschakelaars voor meer informatie.

Selectiecriteria

Overweeg de volgende parameters bij het selecteren van een drukschakelaar:

  1. Type medium: Het type medium moet compatibel zijn met het materiaal van de behuizing en de afdichting. Nitrilbutadieenrubber (NBR) is geschikt voor gebruik met lucht en hydraulische/machineolie. Ethyleen propyleen dien monomeer rubber (EPDM) is geschikt wanneer water het medium is. Veelvoorkomende media die met drukschakelaars worden gebruikt zijn:
    1. Hydraulische olie
    2. Verwarmingsolie
    3. Terpentijn
    4. Benzine
    5. Lucht
    6. Water

    Lees ons chemische compatibiliteitsdiagram voor meer informatie over de compatibiliteit van verschillende materialen met diverse media.

  2. Druk: De drukschakelaar moet bestand zijn tegen de maximale werkdruk. Drukschakelaars voor lage druk gebruiken doorgaans een diafragma als detectie-element, terwijl drukschakelaars voor hoge druk een zuigerontwerp gebruiken.
  3. Temperatuur: De drukschakelaar moet goed functioneren binnen zijn maximale en minimale temperatuurbereik.
  4. Herhaalbaarheid: Nauwkeurigheid verwijst naar hoe dicht het activeringspunt van de schakelaar bij de werkelijke drukwaarde ligt, terwijl herhaalbaarheid het vermogen 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. Diafragma-ontwerpen bieden over het algemeen meer nauwkeurigheid dan het zuigerontwerp.
  5. Hysterese: Hysterese is het verschil tussen het schakelpunt en het resetpunt. De schakelaar blijft lang actief als het resetpunt te groot is. Als het resetpunt te kort is, zal de schakelaar frequent tussen aan/uit-toestanden wisselen. Hysterese is instelbaar in een elektronische drukschakelaar maar vooraf ingesteld door de fabrikant in een mechanische drukschakelaar.
  6. Procesaansluiting: De grootte en het type van de procesaansluiting moeten overeenkomen met de leidingen of apparatuur van het systeem. Veelvoorkomende typen zijn NPT, BSP en flensverbindingen.
  7. Goedkeuringen: Kies drukschakelaars met ATEX-certificeringen voor gebruik in potentieel explosieve atmosferen.
  8. Elektrische of mechanische drukschakelaar: Een elektronische drukschakelaar is duurder maar biedt meer controle over de instellingen, zoals drukinstelpunt en hysterese, in vergelijking met een mechanische drukschakelaar. Sommige toepassingen kunnen de mogelijkheid vereisen om het instelpunt, resetpunt of drukbereik van de schakelaar aan te passen. Bepaal of u een schakelaar nodig heeft met instelbare instellingen om aanpassingen aan de systeemvereisten te accommoderen.

Veelvoorkomende toepassingen

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

  • HVAC, gasflessen, luchtpompen, etc. gebruiken drukschakelaars voor luchtcompressoren om de luchtdruk van de systemen te monitoren en te regelen. Lees ons artikel over het afstellen van de drukschakelaar van de luchtcompressor om meer te leren over hoe ze af te stellen.
  • Oliedrukschakelaars worden door motoren gebruikt als actuator of sensor om te bepalen wanneer de oliedruk van de motor onder het vooraf ingestelde niveau is gedaald.
  • Drukschakelaars voor ovens fungeren als veiligheidsapparaten voor zowel industriële als residentiële doeleinden. Ze detecteren de negatieve druk tijdens het opstarten van de oven en schakelen de oven uit als er lage luchtdruk is.
  • Drukschakelaars voor waterpompen 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 overgedrukt te zijn.
  • Drukschakelaars voor waterpompen in residentiële, commerciële en agrarische toepassingen regelen automatisch de waterstroom.
  • Vacuümdrukschakelaars meten vacuüm of negatieve druk in het systeem. Ze bevinden zich in residentiële boilers, elektrische kachels, luchtcompressoren en transmissiesystemen.

Lees ons artikel over symbolen van drukschakelaars voor meer details over de symbolen en diagrammen van drukschakelaars.

Veelgestelde vragen

Wat doet een drukschakelaar?

Een drukschakelaar monitort de vloeistofdruk van het systeem en opent of sluit een elektrische verbinding op basis van een vooraf ingesteld drukniveau.

Hoe werkt een mechanische drukschakelaar?

Een mechanische drukschakelaar detecteert drukveranderingen en stuurt een elektrisch signaal om een systeem veilig en correct te laten functioneren.

Hoe stel je een drukschakelaar af?

Voor een mechanische drukschakelaar draait u de moer/knop met de klok mee om het schakelpunt te verhogen en tegen de klok in om het te verlagen. Een elektronische drukschakelaar heeft een toetsenbord voor aanpassingen.

Wat is het verschil tussen een drukschakelaar en een druksensor?

Drukschakelaars bedienen elektrische schakelaars op een vooraf ingesteld drukniveau, terwijl druksensoren de systeemdruk lezen en deze omzetten in een elektrisch signaal.