سوئیچ های فشار و کاربرد آنها

سوئیچ فشار مکانیکی یک ابزار کنترلی است که در فشاری از پیش تعیین شده تغییر وضعیت می دهد. در حالی که حسگرهای فشار (ترانسمیترها و ترانسدیوسرها) یک سیگنال خروجی متغیر تولید می کنند، خروجی سوئیچ های فشار یک سیگنال منقطع باینری است. اصل بنیادی عملکرد این ابزارها، یک تعادل نیرو بین یک دیافراگم حس کننده فشار و نیروی فنر مخالف آن است (این نیروی فنر اغلب قابل تنظیم است). با اعمال فشار به دیافراگم، این عضو به سمت فشار فنر مخالف حرکت کرده باعث بسته شدن دو تماس الکتریکی می شود. این تعادل نیرو به صورت یک عبارت ریاضی قابل بیان است که می تواند اصل فیزیکی زیربنای ساخت این سوئیچ‌ها را توضیح دهد:

فشار موجود * مساحت دیافراگم = ثابت فنر * میزان فشردگی فنر

بنابراین سه پارامتر میزان فشردگی فنر، مساحت دیافراگم و ثابت فنر هر سه در تعیین فشار تنظیم شده برای عمل کردن سوئیچ موثر هستند.

شکل زیر برخی انواع سوئیچ های فشار تجاری را نشان می دهد.

برای مثال سوئیچ های فشاری که برای کاربرد فشارهای بالا منظور شده اند معمولا با دیافرام های کوچک یا پیستونهای با قطر کوچک و فنرهایی با ثابت فنر بزرگ ساخته می شوند (شکل زیر). بطور عکس، ابزارهای فشار پایین دارای دیافراگم های بزرگ و ثابت فنر کوچک هستند.

Source: https://blog.wika.com/files/2016/09/construction_mechanical_pressure_switch.jpg

انواع مختلف سوئیچ های فشار و ماهیت ذاتی آنها

بحث فوق بیشتر بر سوئیچ های فشار مکانیکی تمرکز داشت اما انواع دیگری از این ابزار موجودند که ماهیتی متفاوت دارند. سوئیچ های فشار الکتریکی از انواع مختلفی حسگرهای الکترونیکی برای سنجش فشار در محفظه اعمال فشار استفاده کرده و مقدار آن را با یک سیگنال ولتاژی منعکس می کنند. نقاط سوئیچ کردن با مقایسه ولتاژ سیگنال و یک ولتاژ مرجع (که قابل تنظیم توسط کاربر است) تعیین می شود. در فناوری های پیشرفته تر سوئیچینگ از الگوریتم های ریاضی برای این مقایسه استفاده می شود.

بطور کلی ویژگی های مسترک همه سوئیچ های فشار عبارت از یک نقطه تنظیم برای عمل کردن و نرخ بیشینه فشار است. همچنین همگی آنها داری یک اتصال محفظه فشار هستند که به خط لوله یا مخزن مورد اندازه گیری اعمال می شود. بدین ترتیب اشکال بسیار متنوعی از سوئیچ های فشار می توان یافت که از موادی مانند برنج، فولاد، فولاد زنگ نزن و پلاستیک بسته به دامنه فشار و هزینه نسبی ابزار ساخته می شوند. شکل اتصال نیز NPT یا G ¼ است. ماده سازنده دیافراگم معمولا الاستومر یا در مورد سوئیچ‌های الکتریی، فولاد یا سرامیک است.

از نقطه نظر الکتریکی سه نوع سوئیچ فشار وجود دارد:

سوئیچ های دوراهه در حالت عادی باز (NO) – در حالت عادی مدار تماس الکتریکی باز است و با رسیدن فشار به نقطه تنظیم، مدار بسته شده و سیگنال الکتریکی صادر می شود.

سوئیچ های دوراهه در حالت عادی بسته (NC) – در حالت عادی مدار تماس الکتریکی بسته است و با رسیدن فشار به نقطه تنظیم، مدار بسته باز و سیگنال الکتریکی قطع می شود.

سوئیچ های سه راهه که قابل تنظیم به دو حالت NO و NC بسته به کاربرد هستند.

برای مثالی از کاربرد یک سوئیچ فشار در حالت عادی باز، می توان به ماشینی اشاره کرد که در آن، با رسیدن نیرو به یک مقدار آستانه باید مکانیزم اعمال نیرو عمل کند. با قرار دادن این سوئیچ بطور سری با مدار ماشین می توان ترتیبی داد که با رسیدن مقدار نیرو به یک مقدار معین، سوئیچ بسته شده و نیرو در استای مورد نظر اعمال شود.

Source: http://www.comer-italia.com/flex/tmp/imgResized/T-16b9bf3689ac586eb17c3e98c460cc61-348x340.jpg

منابع:

https://blog.wika.com/knowhow/what-is-meant-by-the-normally-open-switching-function-with-pressure-switches/?doing_wp_cron=1669977120.9875268936157226562500

NOSHOK Pressure Switches White Paper

http://www.comer-italia.com/flex/cm/pages/ServeBLOB.php/L/EN/IDPagina/313

کلمپ متر چیست و چگونه کار می کند؟

برای اندازه گیری پارامترهایی مانند جریان و ولتاژ، نیاز به یک ابزار اختصاصی داریم. برای اندازه گیری جریان از ابزارهایی مانند مولتی مترهای آنالوگ یا دیجیتال استفاده می شود اما برای استفاده از این ابزارها باید مدار حامل جریان بریده شده و الکترودهای ابزار بطور سری در مدار قرار گیرد. در بسیاری حالات انجام چنین کاری عملی یا ممکن نیست. بریدن مدار می تواند خطراتی مانند شوک الکتریکی در بر داشته باشد.

انتخاب مناسب در چنین وضعیت هایی کلمپ متر است.

کلمپ متر چیست؟

کلمپ متر یک ابزار گیره مانند است که می تواند دور یک سیم حامل جریان قرار گرفته و جریان عبوری از آن را اندازه بگیرد. اصل علمی بکار رفته این است که کلمپ متر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان سیم را شناسایی کرده و به توسط آن مقدار جریان را اندازه می‌گیرد (این پدیده مطابق قانون فاراده است که می گوید نیروی محرکه القایی در یک سیم به تغییرات شار میدان مغناطیسی عبوری از این مدار بستگی دارد).

برخلاف ابزارهایی مانند مولتی مترها، کلمپ متر دارای این مزیت است که می تواند بدون نیاز به بریدن مدار، جریان عبوری از آن را اندازه بگیرد. بطور کلی دو نوع کلمپ متر وجود دارد:

-         مدلهایی که برای اندازه گیری جریان بار بکار می رود.

-         مدلهایی که برای اندازه گیری نشت جریان بکار می رود.

کلمپ مترها را طور دیگری نیز می توان دسته بندی کرد برای مثال آنهایی که برای اندازه گیری جریان مستقیم یا متناوب بکار می‎روند و یا اینکه از روش یکسوسازی مقدار میانگین یا جذر میانگین مربعات (RMS) استفاده می کنند.

روش ساده استفاده از یک کلمپ متر

بطور کلی هر دو نوع کلمپ متر گفته شده به روش مشابهی بکار می روند. ابتدا باید نوع جریان مستقیم یا متناوب را روی کلمپ متر انتخاب کرد. سپس گستره جریان تحت اندازه گیری را تعیین نمود. در صورت اندازه گیری جریان مستقیم حتما باید ابتدا تنظیم صفر انجام داد.

سپس گیره کلمپ متر را با فشردن تکمه کناری آن باز کرده و آن را دور سیم حامل جریان قرار داده و گیره را می بندیم. سیم باید در مرکز کلمپ قرار گیرد تا حداکثر درستی اندازه گیری حاصل شود.

استفاده از یک کلمپ متر جریان بار

این نوع کلمپ مترها تنها باید دور یکی از سیمهای حامل جریان قرار داده شوند. ابزار نباید دور سیمهای متعدد گیره شود زیرا خوانش درست را با اشکال مواجه می کند.

استفاده از کلمپ متر نشتی جریان

سیمهای زمین باید به تنهایی اندازه گیری شوند. اگر یک مدار AC اندازه گیری می شود، باید ابزار دور تمامی سیمها قرار داده شود (دو تا در مورد جریان دو فاز و سه تا در مورد جریان سه فاز).

وقتی نشتی جریان اندازه گیری می شود، باید هر دو سیم همزمان درون گیره قرار داده شوند.

جریان نشتی آن جریانی است که از طریق مقاومت عایق به زمین جریان پیدا می کند و می تواند چندین ده میکرو آمپر باشد.

توجه: بیشتر کلمپ مترها باید تنها برای سیم های روکش دار بکار روند.

رویه کالیبراسیون کلمپ متر

برای کالیبراسیون کلمپ متر از یک منبع جریان استاندارد (بطور معمول یک کالیبراتور چند کاره یا multifunction) و یک سیم پیچ جریان چند دور استفاده می شود. کالیبرالتور چندکاره تولید جریانی می کند که از N دور سیم پیچ می گذرد، بدین ترتیب نشان دهی کلمپ متر N برابر جریان تولید شده خواهد بود. شکل زیر نمونه ای از آرایش تجهیزات برای کالیبراسیون کلمپ متر را نشان می دهد.

منبع:

https://www.hioki.com/us-en/learning/how-to/u-clamp-meters.html