سوئیچ فشار (عملکرد، کاربردها و نکات مهم انتخاب مناسب)

فهرست مطالب

چرا سوئیچ فشار به جای سنسور فشار

سوئیچ الکترونیکی فشار چیست؟

سوئیچ‌های مکانیکی فشار در برابر الکترونیکی

معنای نرمالی اوپن (normally open) برای سوئیچ‌های فشار چیست؟

در سوئیچ‌های فشار، سوئیچینگ change-over به چه معناست؟

معنای کارکرد سوئیچینگ «پنجره» (window) در سوئیچ‌های الکترونیکی فشار چیست؟

معنای کارکرد سوئیچینگ هیسترزیس در سوئیچ‌های الکترونیکی فشار چیست؟

تفاوت بین کارکردهای سوئیچینگ هیسترزیس (hysteresis) و پنجره (window) در سوئیچ‌های فشار چیست؟

تا مدت‌های بسیار، سوئیچ فشار مخصوصا سوئیچ های مکانیکی فشار، پیشرفته‌ترین فناوری برای کنترل در فرآیندهای تولید بودند. به نظر می‌رسد سنسورهای مدرن فشار راه حل مناسب برای جمع‌آوری داده و کنترل هستند که با ارائه‌ی خروجی داده‌ی پیوسته در مورد فشار فرآیند این کار را محقق می‌سازند.

چرا سوئیچ فشار به جای سنسور فشار

از طرفی، چرا سوئیچ های الکترونیک فشار تا این حد محبوب شده‌اند؟ در حالتی که یک سیگنال خروجی آنالوگ از یک سنسور فشار نیز می‌تواند در تجهیز کنترل کننده، پردازش شده و خروجی سوئیچینگ (قطع و وصل) را ارائه کند؟ یک سنسور فشار ممکن است تمام اطلاعاتی را که کاربران نیاز دارند، ارائه کند. از طرفی، برای تامین یک PLC یا سیستم کنترل با سیگنال‌های آنالوگ از هر نقطه کنترل (control point) و پیاده‌سازی مشتق کردن کنترل از سیگنال ممکن است هزینه‌بر باشد. اما در اغلب موارد برای سیستم‌های کنترلی ساده، معمولا تنها به یک یا دو گام منطقی نیاز است.

چرا سوئیچ 

هزینه‌ی اتصال و پیاده‌سازی یک سیگنال فشار آنالوگ به واحد کنترل الکترونیکی (مثلا یک PLC) بسیار بالاتر از یک خروجی سوئیچ مستقیم است.

یک کاربر می‌تواند تعداد زیادی ورودی کنتاکت را وارد یک سیستم کند و هزینه‌ی آن کمتر از یک ورودی آنالوگ باشد، در نتیجه با هزینه‌ای یکسان، نقاط بسیار بیشتری را کنترل کرده و بر آن‌ها نظارت کند.

مزایای آن

حال چرا این تجهیز تا این حد محبوب است؟ انعطاف‌پذیری و قابل اطمینان بودن سوئیچ های الکترونیکی فشار بسیار بالاتر از سوئیچ های قدیمی، نوع مکانیکی است.

بسته به هر محصول، سوییچ‌های الکترونیکی معمولا بین یک یا دو سیگنال خروجی سوئیچ و یک خروجی آنالوگ ارائه می‌کنند – همه‌ی این‌ها به شکل همزمان و تنها با یک پورت فشار.

در نتیجه یک سوئیچ الکترونیکی فشار، یک سنسور فشار برای جمع‌آوری پیوسته‌ی داده را با یک یا دو سوئیچ مکانیکی برای کنترل مقادیر محدوده داخل فرآیند، ترکیب می‌کند. کاهش تعداد نقاط اندازه‌گیری و کاهش تعداد محصولات در استفاده، بسیار برای کاربر مقرون به صرفه است.

بیشتر بخوانید: تفاوت سوئیچ، گیج، ترانسدیوسر، ترانسمیتر و سنسور فشار

سوئیچ الکترونیکی فشار چیست؟

به محض اینکه به فشار تعیین شده برسیم، یک سوئیچ الکترونیکی فشار یک کنتاکت سوئیچ مرتبط را بسته یا باز می‌کند.

انواع مختلفی از طراحی‌های سوئیچ‌های الکترونیکی فشار وجود دارد که در گستره‌ی وسیعی از فرآیندهای فنی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به خصوص در حوزه‌ی تولید ماشین، استفاده از سوئیچ‌های الکترونیکی فشار بسیار رایج است.

مزایای نسخه‌ی الکترونیکی یک سوئیچ فشار عبارتند از: نمایشگر دیجیتال، نقطه‌های سوئیچ قابل تنظیم و اینکه بسیار قابل اطمینان‌تر هستند.

ساختار یک سوئیچ الکترونیکی فشار

طراحی کلی یک سوئیچ الکترونیکی فشار بر اساس سنسور الکترونیکی فشار است (که معمولا به آن ترانسمیتر فشار هم گفته می‌شود) و در نتیجه کارکردی مشابه آن دارد.

از آنجایی که سوئیچ‌های الکترونیکی داخلی، برای باز کردن و بستن مدارات الکتریکی استفاده می‌شوند، می‌توان گفت وظایف ساده‌ی کنترلی را محقق می‌کنند. نقطه سوئیچ (سوئیچ پوینت) و نقطه ریست (ریست پوینت) را می‌توان به راحتی و به شکل جداگانه روی دستگاه تنظیم کرد.

انواع مختلف سوئیچ‌های الکترونیکی فشار

در حالت پیش‌فرض، یک سوئیچ فشار تنها سیگنالی باینری (دودویی) ارائه می‌کند، همچون نقطه سوئیچ یا نقطه ریست «رسیده است» (reached) یا «نرسیده است» (not reached).

از طرفی مشخص نیست که فشار اندازه‌گیری‌شده چه مقداری تا نقطه سوئیچ یا نقطه ریست فاصله دارد. به همین دلیل است که بسیاری از سوئیچ‌های فشار یک نمایشگر دارند و همچنین سیگنال خروجی آنالوگ هم ارائه می‌دهند.

روی نمایشگر، می‌توان فشار واردشده را خواند یا پارامترهای تنظیم‌شده را بررسی کرد. البته که مقدار فشار همچنین می‌تواند از طریق یک سیگنال خروجی آنالوگ به واحد کنترل مخابره شود.

این نوع سوئیچ الکترونیکی فشار را می‌تواند (اصطلاحا) یک ابزار سه‌کاره (۳-in-1) دانست: یک سوئیچ الکترونیکی، یک سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) و یک نشانگر دیجیتال که همه در یک تجهیز منفرد کنار هم جمع شده‌اند.

چرا سوئیچ فشار الکترونیک می تواند جایگزین سوئیچ مکانیکی شود:

• جایگزین کردن سوئیچ های مکانیکی فشار نصب شده در خط فشار برای ارائه کنترل بیشتر در عملیات این سوئیچ ها، امکان برنامه‌ریزی محلی و وجود یک نمایشگر LED فشار واقعی برای کمک به اپراتور برای دستیابی به اطلاعات یا عیب‌یابی.

• در کاربردهایی با چرخه‌های سوئیچینگ بسیار و/یا لرزش – این تجهیز نقطه سوئیچینگ را با اطمینان بالاتری نسبت به سوئیچ های مکانیکی حفظ می‌کنند، بدون اینکه همان مقدار فرسودگی و استهلاک مکانیکی را تحمل کنند.

• موقعیت‌هایی که نیازمند برنامه‌ریزی منفرد عملیات سوئیچینگ هستند؛ همچون برنامه‌ریزی نقطه ریست سوئیچ که سیگنال سوئیچ را غیرفعال می‌کند وقتی که فشار از یک مقدار تنظیم شده برای زمان مشخصی از زمان بگذرد.

• زمانی که نمایش محلی مورد نیاز باشد، می‌توان ایم تجهیز را جایگزین گیج مکانیکی کرد، و نمایشگر آن اجازه می‌دهد که کاربر، روند فشار را به شکل محلی در ماشین ببیند.

• جلوگیری از نوسان سیستم – هیسترزیس قابل تنظیم نقطه سوئیچ، به کاربران این امکان را می‌دهد که کنترل بیشتری داشته باشند، مثلا خاموش و روشن کردن چرخه (cycling) در توالی‌های سریع، چون سوئیچ و نقطه ریست برای تعدیل (damping) برنامه‌ریزی نشده‌اند.

• یک سیگنال ترانسمیتر فشار آنالوگ اطلاعات اصلی را فراهم می‌کند، اما وقتی که تعداد زیادی مقادیر فشار نیازمند نظارت و کنترل باشند، رابط آن می‌تواند گران‌قیمت باشد. زمانی که اطلاعات هوشمند و مقرون به صرفه مورد نیاز است، سوئیچ های الکترونیکی این نیازمندی‌ها را تامین می‌کنند و دلیل محبوبیت رو به افزایش آن‌ها نیز همین مسئله است.

کارکرد سوئیچ‌های الکترونیکی فشار

سوئیچ الکترونیکی فشار، سیگنال‌های سوئیچینگ الکترونیکی تولید می‌کند و در اکثر موارد، یک سیگنال خروجی آنالوگ اضافه هم دارد که متناسب با فشار است. این سوئیچ‌ها یا در کارخانه به نقاط سوئیچ مورد نظر مطلوب تنظیم و برنامه‌ریزی می‌شوند یا دارای یک رابط کاربری برنامه‌نویسی با دکمه و نمایشگر داخلی برای تنظیم هستند.

سوئیچ‌های الکترونیکی فشار منطق داخلی و قابل برنامه‌ریزی دارند. به این شکل می‌توان نقاط سوئیچ و سیگنال خروجی را با نیازهای کاربردمحور منطبق کرد. زمان تاخیر، نقطه سوئیچ، نقطه سوئیچ ریست، هیسترزیس یا پنجره، نرمالی کلوز یا نرمالی اوپن و بسیاری کارکردهای دیگر را می‌توان در سوئیچ‌های الکترونیکی فشار مدرن برنامه‌ریزی کرد.

نمایش محلی یک سوئیچ الکترونیکی فشار، نشان دادن پیوسته‌ی فشار را ممکن می‌سازد و نشان می‌دهد که خروجی‌های سوئیچ فعال هستند یا خیر. و در آخر تکنولوژی‌های مدرن، همچون استفاده از IO-Link، امکان برنامه‌نویسی/برنامه‌ریزی از راه دور از طریق کابل‌های سیگنال را محقق می‌سازد.

نواحی کاربردی برای سوئیچ‌های الکترونیکی فشار

سوئیچ‌های الکترونیکی فشار زمانی استفاده می‌شوند که چندین نقطه سوئیچ وجود دارد و پایداری و انعطاف‌پذیری کنترل مهم است. این سوئیچ‌ها برای تجهیزات اتوماتیک (automated) و سیستم‌های کنترلی ایده‌آل هستند که سوئیچ‌های قابل برنامه‌ریزی در اولویت هستند، چون تنظیمات مطلوب برای نقطه سوئیچ شاید با گذر سال‌ها، تغییر کند. هر زمان که سیگنال‌های خروجی اضافه آنالوگ، نشانگر محلی با نمایشگر یا تنظیم انعطاف‌پذیر و برنامه‌ریزی مورد نیاز باشد، سوئیچ‌های الکترونیکی فشار انتخاب اول هستند.

بیشتر بخوانید: مورد عجیب پرشر سوئیچ های فشار ویکا با درجه حفاظت IP65 و IP67

دقت و درستی در سوئیچ های فشار الکترونیکی

کاربران بسیاری در انتخاب سوئیچ الکترونیکی فشار مناسب برای کاربرد خود مشکل دارند، چون بین دقت و درستی (accuracy) و دقت و درستی نقطه سوئیچ (switch point accuracy) در بسیاری از دیتا شیت‌های رسمی تفاوت وجود دارد.

در هر صورت، برای یک سوئیچ الکترونیکی فشار، تفاوت قابل توجهی میان دقت و درستی سوئیچ و دقت و درستی نقطه سوئیچ وجود دارد. وقتی که دقت و صحت کلی یک سوئیچ فشار را بررسی می‌کنید، باید این مساله را نیز در نظر داشته باشید.

دقت و درستی (accuracy) سوئیچ‌های الکترونیکی فشار

از دقت و درستی کلی یک سوئیچ الکترونیکی فشار می‌توان دقت و درستی فشار اندازه‌گیری‌شده را متوجه شد. این دقت و درستی تا حد قابل توجهی به سنسور فشار استفاده شده در سوئیچ الکترونیکی بستگی دارد.

حداکثر خطای اندازه‌گیری‌شده‌ی سیگنال فشار، از غیر خطی بودن، افست نقطه صفر، تحمل اسپن، هیسترزیس و تکرارناپذیری سنسور مشتق می‌شود. این مقادیر اعلام شده، از سنسور و قطعات الکترونیکی نتیجه می‌شوند که سیگنال سنسور را ارزیابی می‌کند. در نتیجه دقت و درستی کلی می‌تواند تنها تعیین‌کننده‌ی این باشد که فشار آنی فرآورده (لحظه‌ای) چقدر می‌تواند دقیق و صحیح باشد. از طرفی، اصلا نشان نمی‌دهد که دقت سیگنال سوئیچینگ در خروجی سوئیچ فشار چقدر است.

دقت و درستی نقطه سوئیچ (switch point accuracy) برای سوئیچ‌های الکترونیکی فشار

سیگنال سوئیچینگ، یک سیگنال خروجی است که توسط قطعات الکترونیکی سوئیچ فشار ایجاد می‌شود، که توسط خروجی‌های سوئیچینگ ترانزیستور NPN یا PNP محقق می‌شود.

قطعات الکترونیکی با اندازه‌گیری فشار سنسور فشار نظارت می‌کنند و هر بار که از یک محدوده‌ی خاصی عبور کند، یک سیگنال خروجی سوئیچینگ فعال می‌شود. از طرفی، این منطق سوئیچینگ به عنوان امکانی بیشتر در قطعات الکترونیکی یک سنسور فشار استاندارد داخل سوئیچ فشار تعبیه می‌شود و در نتیجه به خطایی بیشتر علاوه بر دقت استاندارد سنسور می‌انجامد. در نتیجه دقت نقطه سوئیچ، دقت تجمعی از دقت استاندارد و دقت منطق نقطه سوئیچ است.

بیشتر بخوانید: دقت و درستی در سنسور فشار

سوئیچ‌های مکانیکی فشار در برابر الکترونیکی

چطور تصمیم بگیرید که برای کاربرد مورد نظر خود، از سوئیچ مکانیکی فشار استفاده کنید یا الکترونیکی؟ هر نوع از این سنسورها مزایایی دارد، اما محدودیت‌هایی هم دارند. تفاوت اصلی در کارکرد سوئیچ‌های مکانیکی و الکترونیکی فشار، در روشی است که فشار اعمال شده برای فعال شدن سوئیچ و نوع تکنولوژی سوئیچ مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین شیوه‌ی تنظیم نقطه سوئیچ.

به دلیل استفاده بسیار گسترده‌تر و رو به افزایش از اتوماسیون، حتی در ماشین‌آلات ساده در چندین سال اخیر، استفاده از سوئیچ‌های مکانیکی نرمالی اوپن و نرمالی کلوزد به عنوان نظارت ایمنی مازاد برای نظارت پیوسته با سنسورها رواج بیشتری پیدا کرده است.

آخرین پیشرفت‌ها در سوئیچ‌های الکترونیکی مدرن، از طریق تدارک همزمان سوئیچینگ و سیگنال‌های خروجی آنالوگ، فرصت‌های بسیار بزرگ‌تری را در طراحی کنترل ایمنی فراهم آورده است.

در نتیجه کنترل با همراهی سوئیچ‌های الکترونیکی می‌تواند – از طریق سیگنال آنالوگ – به شکل پیوسته روی فشار سیستم، دما یا سطح نظارت کند و همزمان – از طریق ارزیابی کنتاکت‌های سوئیچ – کارکرد ایمنی مستقلی را از طریق نظارت بر حالات حیاتی ارائه کند، در نتیجه از رخ دادن خطرات احتمالی برای افراد و ماشین‌آلات جلوگیری کند.

به جز change-over، تولیدکنندگان سوئیچ‌ها مجموعه‌ای از ویژگی‌ها و امکانات مختلف سوئیچینگ را برای تمام کاربردها ارائه می‌کنند، همچون نرمالی کلوزد یا نرمالی اوپن. با کمک این امکانات سوئیچینگ، اپراتورها می‌توانند تقریبا ۱۰۰ درصد تمام وظایف ساده کنترل و ایمنی در تولید با ماشین را محقق کنند.

کارکرد سوئیچ‌های مکانیکی فشار

یک سوئیچ مکانیکی فشار، فشار یک سیال را به حرکتی مکانیکی تبدیل می‌کند که کنتاکت سوئیچ مکانیکی را در سوئیچ فشار به کار می‌اندازد. سوئیچ یک نقطه سوئیچ قابل تنظیم به شکل مکانیکی دارد که به تنهایی قابل تنظیم بوده یا از قبل تنظیم شده است (preset). هر بار که سوئیچ به کار انداخته می‌شود، یک سوئیچ مکانیکی فشار یک سیگنال سوئیچینگ الکتریکی ارسال می‌کند، اما نیازمند تغذیه ولتاژ نیست.

معمولا سوئیچ‌های مکانیکی فشار، دستگاه‌هایی ساده هستند که یا برای کاربردهای مقرون به صرفه طراحی شده‌اند یا برای استفاده درازمدت بهینه‌سازی شده‌اند، بسته به اینکه سیگنال سوئیچینگ هر چند وقت یکبار باید مخابره شود. در نتیجه سوئیچ‌ها یا برای نرخ کم‌کاربرد طراحی شده‌اند (سیکل سوئیچینگ خیلی کم مثل کاربردهای ایمنی) یا برای نرخ کاربرد بالا (تغییرات سوئیچینگ رایج مثل کنترل فرآیند). هیسترزیس معمولا قابل تنظیم نیست، در نتیجه نقطه ریست برای سوئیچینگ قابل پیکربندی نیست و در کارخانه پیش‌تنظیم می‌شود.

سوئیچ‌های مکانیکی فشار معمولا برای جریان‌های بالای سوئیچ مورد استفاده قرار می‌گیرد، همچون پمپ‌ها و درایوها. از طرفی، کنتاکت‌های مکانیکی معمولا در سوئیچینگ ولتاژهای خیلی پایین در PLC ها و قطعات الکترونیکی مدرن مشکل دارند، مگر آنکه از کنتاکت‌های سوئیچ با روکش طلا و گران‌قیمت استفاده شود.

نواحی کاربردی برای سوئیچ‌های مکانیکی فشار

سوئیچ‌های مکانیکی فشار معمولا زمانی استفاده می‌شوند که بودجه محدود است و تنها نقاط سوئیچ منفرد مورد نیاز است. این سوئیچ‌ها معمولا در کاربردهای ایمنی-حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که کارکرد ایمنی اضافه یا ریداندنت (redundant) دارند. با آنکه زمانی طولانی در حالت بدون عمل می‌مانند، اما وقتی که فشار از فشار نقطه سوئیچ حیاتی از پیش تعیین شده عبور کند، فوراً سیگنال سوئیچینگ را مخابره می‌کنند. برای کنترل فرآیند، سوئیچ‌های مکانیکی اولین انتخاب در سیستم‌های الکترونیکی نیستند، چون معمولا تحت تاثیر استهلاک مکانیکی هستند و دچار دریفتِ (کژرفت) سیگنال یا حتی دچار خرابی زودتر از موعد می‌شوند.

قطعات مختلف سوئیچ فشار مکانیکی و مواد مورد استفاده برای آن در کاربردهای مختلف

برای کاربردهای مختلف، انتخاب محتاطانه و کاربرد محور موادِ قطعات، عاملی کلیدی برای انتخاب مناسب سوئیچ‌های مکانیکی فشار برای ماشین‌های صنعتی است. سیال و دمای سیال، عواملی حیاتی برای یک کاربرد هستند. به کاربران توصیه می کنیم که کاربردهای مورد نظر خود را قبل از انتخاب سوئیچ مکانیکی فشار مناسب و کاربردی، ارزیابی کنند.

یک سوئیچ مکانیکی فشار با اتصال فرآیند، المان اندازه‌گیری، کنتاکت‌های سوئیچ، اتصال الکتریکی و پیچ تنظیم ست‌پوینت طراحی می‌شود.

• متریال و ماده استفاده شده رایج برای پوشش و بخش‌های خیس‌شونده (اتصال فرآیند) برنج یا فولاد گالوانیزه است.
• برای محیط‌های کاری مرطوب، فولاد ضد زنگ (مثلا ANSI 303) بهترین انتخاب است. اگر تولید کننده کارخانه بخواهد هزینه را کاهش دهد، پوشش فولاد و نیکل-روی می‌تواند راه حل خوبی باشد.

یکی از قطعات اصلی سوئیچ مکانیکی فشار، المان اندازه‌گیری است.

برای این المان‌ها، دیافراگم‌های الاستیک یا پیستون‌های فولاد ضد زنگ به شکل رایج مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دیافراگم برای خلاء یا بازه‌های کم‌فشار تا ۱۶ بار طراحی شده است، جایی که پیستون مناسب بازه‌های فشار بالاتر تا سقف ۳۵۰ بار است. برای فرآورده‌های مختلف و دماهای مختلف فرآورده، بازه‌ی گسترده‌ای از مواد برای تامین نیازمندی‌های مختلف وجود دارد.

به طور مثال، لاستیک بوتادین نیتریل (NBR) مناسب هوا، روغن هیدرولیک و دماهای فرآورده از -۲۰ درجه تا +۸۰ درجه سلسیوس است. اگر سیال آب باشد، لاستیک مونومر اتیلن پروپیلن دیون (EPDM) راه حلی بهتر است. برای دماهایی تا سقف ۱۰۰ درجه سلسیوس، لاستیک فلوروسیلیکون (FVMQ) راه حلی برای تامین نیازمندی‌های دمای بالا است.

معنای نرمالی اوپن (normally open) برای سوئیچ‌های فشار چیست؟

سوئیچ‌هایی که امکان سوئیچینگ نرمالی اوپن دارند، بیشترین و رایج‌ترین سوئیچ‌های استفاده شده هستند در نتیجه با فعال کردن این ویژگی سوئیچینگ، مدار را کامل کرده و می‌توانند مستقیما فرآیند بعدی آن را فعال کنند. (عبارت «نرمالی اوپن» در انگلیسی، به معنای «به شکل نرمال باز» است.)

«کنتاکت‌های نرمالی اوپن» یا سوئیچ‌هایی با کارکرد سوئیچینگ «نرمالی اوپن» در زندگی روزمره‌ی ما بسیار رایج هستند – همچون سوئیچ یا کلید نور اتاق. یک کلید نور معمولا «کنتاکت نرمالی اوپن» است، که بعد از زدن کلید، مدار بسته می‌شود و در نتیجه جریان وصل شده و به لامپ‌های نور می‌رسد که به شکل سری به یکدیگر متصل شده‌اند (شکل را ببینید). یک «کنتاکت نرمالی اوپن» وضعیت خود را از «اوپن» (باز) به «کلوزد» (بسته) تغییر می‌دهد، زمانی که از نقطه سوئیچ تعیین شده عبور کند.

مثال از کاربردهای سوئیچ‌های فشار با کارکرد سوئیچینگ «نرمالی اوپن»

کارکرد سوئیچینگ «نرمالی اوپن» به شکل گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، چون کنترل مستقیم یک مورد ایمنی یا کنترل را ممکن می‌سازد.

وقتی یک سوئیچ فشار با کارکرد «نرمالی اوپن»، تشخیص بدهد که به مقدار حیاتی فشار رسیده، مثلا از حداکثر یک مقدار عبور کردیم، در این حالت سوئیچ مدار را کامل می‌کند (می‌بندد).

مثلا در یک سیستم ایمنی، همچون سیستم ترمز ایمنی یا زنگ هشدار، که به شکلی سری به سوئیچ متصل شده است، این سیستم انرژی گرفته و مستقیما فعال می‌شود – یعنی می‌شود گفت که عملا «روشن شده است». در نتیجه یک سوئیچ فشار با کارکرد «نرمالی اوپن»، کارکردهایی برای کنترل مستقیم دارد، وقتی که فشار از یک مقدار حیاتی بالاتر یا پایین‌تر برود.

سوئیچ‌های فشار مکانیکی معمولا برای کنترل مستقیم بارهای بزرگ‌تر استفاده می‌شوند، همچون موتورها یا پمپ‌ها، چون بسته به طراحی‌شان، معمولا دارای یک جریان سوئیچینگ کافی هستند.

سوئیچ‌های الکترونیکی فشار و همچنین سوئیچ‌های مکانیکی فشار با کنتاکت‌های طلا، این روزها معمولا با استفاده از یک PLC یا سیستم کنترل مرکزی، نظارت می‌شوند.

PLC کارکرد ایمنی را با یک مدار جداگانه درایو می‌کند. اصولا سوئیچ‌های فشار این روزها به عنوان یک قطعه ایمنی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در زمانی که فشار سیستم که به شکل پیوسته زیر نظر است، باید از یک فشار حیاتی (و در نتیجه خطر احتمالی برای افراد و ماشین‌آلات) جلوگیری شود.
به جز «نرمالی اوپن»، تولیدکنندگان سوئیچ‌های فشار، مجموعه‌ی گسترده‌ای از کارکردهای سوئیچینگ را برای تمام کاربردها ارائه می‌کنند، همچون «نرمالی کلوزد» (normally closed) یا change-over. «نرمالی اوپن» و «نرمالی کلوزد» حدود ۹۵ درصد از تمام کاربردهای سوئیچ‌های فشار را پوشش می‌دهند و change-over عموما برای کاربردهایی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در سوئیچ‌های فشار، سوئیچینگ change-over به چه معناست؟

یک سوئیچ فشار که داری امکان سوئیچینگ change-over است، نسخه‌ی ویژه‌ای از سوئیچ فشار است که دو خروجی سوئیچینگ دارد که به شکل معکوس (متضاد) برای سوئیچ دو مدار عمل می‌کنند. یک change-over یک مدار را می‌بندد و همزمان دومین مدار را باز می‌کند. در نتیجه یک change-over همزمان کارکرد کنتاکت «نرمالی اوپن» (normally open) و «نرمالی کلوزد» (normally closed) را ارائه می‌کند. این یعنی در عمل، یک change-over می‌تواند یک مدار را بسته و دیگری را فعال شده، داشته باشد.

سوئیچ‌های فشار با امکان change-over کاربرد خیلی کمتری نسبت به سوئیچ‌های فشار سنتی «نرمالی اوپن» و «نرمالی کلوزد» در کاربردهای صنعتی دارند. اما بسیاری از کاربردها با امکانات ایمنی ساده، می‌توانند با کنتاکت‌های change-over پیاده‌سازی شوند.

بیایید یک مثال ساده در مورد نظارت بر ماشین ابزار را در نظر بگیریم، مثلا یک واحد خنک‌کننده روی یک ماشین‌ابزار با نمایشگر مانند شکل زیر. یک سوئیچ فشار با امکان سوئیچینگ change-over، بر تغذیه خنک‌کننده به ابزار نظارت می‌کند.

اگر فشار تغذیه خنک‌کننده کافی باشد، مدار سوئیچینگ برای نور سبز فعال می‌شود (چراغ سبز on یا روشن می‌شود). اگر پمپ به مشکل بخورد و تغذیه‌ی خنک‌کننده قطع شود، سوئیچ، وضعیت سوئیچینگ خود را تغییر می‌دهد. مدار چراغ سبز را باز می‌کند (چراغ سبز خاموش) و همزمان مدار سوئیچینگ برای چراغ هشدار زرد را می‌بندد (چراغ زرد on یا روشن).

در نتیجه اپراتور ماشین، بازخوردی بصری و مستقیم در مورد هر گونه وقفه در عملکرد واحد تغذیه خنک‌کننده دریافت می‌کند. طبیعتا با داشتن اتصالی مناسب، change-over می‌تواند دیگر بارهای متصل را به جای چراغ هشدار سوئیچ کند، که مثلا می‌تواند ماشین را خاموش کند یا یک آژیر هشداردهنده را به صدا درآورد.

معنای کارکرد سوئیچینگ «پنجره» (window) در سوئیچ‌های الکترونیکی فشار چیست؟

سوئیچ‌های الکترونیکی مدرن معمولا مجموعه‌ی متفاوتی از کارکردهای سوئیچینگ قابل تنظیم را ارائه می‌کنند، همچون موردی که به آن اصطلاحا «پنجره» گفته می‌شود.

وقتی که موضوع کارکرد سوئیچینگ «پنجره» باشد، به معنای نظارت بر بازه‌ی اندازه‌گیری تعیین‌شده‌ای باشد (به طور مثال، برای اندازه‌گیری پارامترهای فشار، دما، سطح یا دبی) که با استفاده از وضعیت سوئیچینگ تعریف‌شده محقق می‌شود.

عموما، در اکثر کاربردها، کارکرد یک سوئیچ، نظارت یا تامین کارکردی ایمنی است. در گذشته، سوئیچ‌ها به شکل منظم برای نظارت بر یک مقدار آستانه‌ی حیاتی مورد استفاده قرار می‌گرفتند، همچون خاموش کردن ایمن در حالت دمای بیش از حد (overtemp)، بالا بودن بیش از حد سطح و مواردی از این دست. از طرفی، این مساله مرتبط با این بود که سوئیچ‌های مکانیکی توسط کارکرد سوئیچینگ هیسترزیس محدود شده بودند. اما سوئیچ‌های الکترونیک که امروزه وجود دارند، انواع مختلفی از کارکردهای سوئیچینگ قابل تنظیم دارند، همچون سوئیچینگ پنجره (window).

کارکرد سوئیچینگ پنجره این امکان را فراهم می‌کند که بر یک بازه‌ی ثابت و تعریف شده نظارت شود (همچون دمای بین ۳۰ تا ۴۰ درجه سلسیوس یا سطح بین ۵۵ تا ۸۵ سانتی‌متر) و با یک وضعیت مشخصا سوئیچینگ تعریف‌شده (در داخل این پنجره، وضعیت سوئیچینگ = «باز») سیستم کنترلی می‌تواند با یک وضعیت خوب/بد سیگنال‌دهی شود.

بیایید این مورد را با مثالی کاربردی توصیف کنیم: در یک واحد آپارتمان، یک سوئیچ فشار بر سیستم بوستر فشار برای تامین آب آشامیدنی شامل سه پمپ، نظارت می‌کند.

این بوستر باید داخل یک «پنجره» کار کند، که منظور همان بازه فشار است، از ۴ تا ۵ بار برای تضمین از تامین فشار کافی آب به بالاترین طبقه و همزمان باید از هر نشتی یا ترکیدگی لوله به خاطر فشار مازاد (overpressure) جلوگیری شود. در داخل این پنجره (بازه)، خروجی سوئیچینگ باید فعال باشد (مثلا خروجی سوئیچینگ = «بسته»)، جایی که بالا یا پایین مرز پنجره باشد، باید با یک خروجی سوئیچینگ غیرفعال مشخص شود (تصویر را ببینید).

کارکرد سوئیچینگ پنجره، همچنین کارکردی مربوط به ایمنی یا برای نظارت دارد. سوئیچ‌هایی که کارکرد سوئیچینگ «پنجره» دارند همیشه زمانی استفاده می‌شوند که باید بالا رفتن یا پایین آمدن از کارکرد مورد نظارت شناسایی شود و باید به یک عمل خاص یا متوقف ساختن سیستم منجر شود.
برخلاف هیسترزیس، کارکرد سوئیچینگ «پنجره» به جای یک، به دو مقدار محدوده نظارت می‌کند، یک آستانه بالاتر و یک آستانه پایین‌تر (که به آن «پنجره – بالا» و «پنجره – پایین» گفته می‌شود).
سوئیچ‌های الکترونیکی عموما یک «پنجره» تعریف‌شدنی دارند که آزادانه تقریبا در هر بازه‌ی اندازه‌گیری قابل تعیین است و می‌توان با نرم‌افزار اکسترنال، یک ماژول پیکربندی یا از طریق نمایشگر داخلی با کلیدهای کنترلی آن را پیکربندی کرد. تا امروز هنوز هم هیسترزیس رایج‌ترین کارکرد سوئیچینگ مورد استفاده برای نظارت بر محدوده‌های حیاتی است.

معنای کارکرد سوئیچینگ هیسترزیس در سوئیچ‌های الکترونیکی فشار چیست؟

کارکرد سوئیچینگ هیسترزیس (hysteresis) عموما در تمام انواع سوئیچ‌ها وجود دارد، چه مکانیکی باشد چه الکترونیکی؛ برای پارامتر فشار، دما، سطح یا دبی. هیسترزیس عموما به این شکل تعریف می‌شود که تفاوت بین نقطه سوئیچ (switch point) و نقطه ریست (reset point) است.

در سوئیچ‌های مکانیکی، هیسترزیس معمولا توسط تولیدکننده از پیش تعریف می‌شود، اما در سوئیچ‌های الکترونیکی معمولا قابل پیکربندی است.
کارکرد سوئیچینگ هیسترزیس، رایج‌ترین و پر استفاده‌ترین کارکرد سوئیچینگ برای سوئیچ‌هاست.

در حالت نظری، هیسترزیس حیاتی است، چون اگر نقطه سوئیچ و نقطه ریست روی مقدار یکسانی تنظیم شوند، سیستم تحت کنترل نوسان می‌کند و در نتیجه ناپایدار خواهد بود. بیایید این مورد را با یک مثال توصیف کنیم:

یک سوئیچ فشار برای نظارت بر پمپ روی آب قابل شرب مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سوئیچ فشار وقتی که فشار از ۶ بار عبور کند، باید خروجی سوئیچ را فعال کند و در نتیجه پمپ را متوقف کند. بعد از متوقف شدن پمپ، اگر فشار افت کند و زیر ۶ بار برسد (نقطه ریست)، خروجی سوئیچ دوباره غیرفعال می‌شود و پمپ دوباره روشن می‌شود.

حال یک فرآیند پیوسته را تصور کنید، پمپ در توالی‌های سریع، خاموش و روشن خواهد شد (تصویر ۱ را ببینید). این مساله به ناپایداری و استهلاک منجر می‌شود و در درازمدت، می‌تواند به خرابی زودتر از موعد پمپ منتهی شود. بنابراین برای جلوگیری از نوسان در سیستم، نیاز است که برای نقطه سوئیچ و نقطه ریست، تنظیمی انجام شود که سازگار با فرآیند باشد، مثلا یک هیسترزیسی که بتواند حلقه کنترل پایداری را ممکن سازد.

سوئیچ‌های مکانیکی، به خاطر نوع طراحی‌شان، یک هیسترزیس از پیش تعریف شده دارند که در مشخصات فنی تولیدکننده ذکر شده است. این معمولا ۱۰-۲۰ درصد از نقطه سوئیچ تنظیم شده است (مثلا ۱۰ بار نقطه سوئیچ -> نقطه ریست در تقریبا ۹ بار -> یک بار هیسترزیس).

در یک سوئیچ الکترونیکی، هیسترزیس معمولا کاملا در تمام بازه اندازه‌گیری قابل پیکربندی است – با استفاده از نرم‌افزار اکسترنال، یک ماژول پیکربندی یا نمایشگر داخلی با دکمه‌های کنترل.

در کاربردهایی مختلف، سوئیچ‌های فشار کارکردی ایمنی دارند و معمولا به عنوان یک ناظر اضافه برای نظارت بر مقدار آستانه‌ای حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیسترزیس رایج‌ترین کارکرد سوئیچینگ مورد استفاده در کاربردهای صنعتی است، به خاطر سهولت بکارگیری و در سوئیچ‌های مکانیکی، تنها گزینه‌ی سوئیچینگ است.

تفاوت بین کارکردهای سوئیچینگ هیسترزیس (hysteresis) و پنجره (window) در سوئیچ‌های فشار چیست؟

سوئیچ‌های الکترونیکی و مکانیکی برای نظارت بر مقادیر محدوده حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در نتیجه معمولا کارکردی ایمنی دارند. برای تامین این کارکرد ایمنی، سوئیچ‌ها دو کارکرد سوئیچینگ متفاوت دارند: هیسترزیس و پنجره.

در حالت کلی، این دو کارکرد سوئیچینگ از این نظر با یکدیگر متفاوت هستند که هیسترزیس بر مقدار محدوده نظارت می‌کند و پنجره بر یک بازه‌ی تعیین‌شده نظارت می‌کند.

بنابراین کارکرد هیسترزیس به این شکل است که آیا یک مقدار حیاتی (سوئیچ پوینت / نقطه‌ی سوئیچ شدن) رسیده است یا خیر. کارکرد پنجره بر این مساله نظارت می‌کند که آیا فرآیند تحت نظارت در بازه تعیین شده (در بین دو حد بالا و پایین = «پنجره بالا» و «پنجره پایین») است یا اینکه از این بازه عبور شده و بالا یا پایین این بازه رفته است.

مستقل از تنظیم کارکرد سوئیچینگ، وقتی که از یک مقدار محدوده عبور شود یا از بازه تعیین شده عبور کنیم، سوئیچ همیشه وضعیت سوئیچینگ خود را تغییر می‌دهد (به طور مثال از فعال به غیر فعال یا از باز به بسته تغییر می‌کند.).

در عمل، کاربر باید بر اساس کارکرد نظارتی مورد نظر خود، انتخاب کند و تصمیم بگیرد که می‌خواهد از کدام کارکرد سوئیچینگ (هیسترزیس یا پنجره) استفاده کند.

سوئیچینگ هیسترزیس در تمام سوئیچ‌ها وجود دارد (مکانیکی یا الکترونیکی، برای پارامتر فشار، دما، سطح یا دبی) اما کارکرد سوئیچینگ پنجره تنها در سوئیچ‌های الکترونیکی قابل پیکربندی است.

در مورد سوئیچ‌های مکانیکی، هیسترزیس در طراحی آن‌ها پیش‌طراحی شده است اما در سوئیچ‌های الکترونیکی، توسط کاربر نهایی، قابل پیکربندی است.

به خاطر اهمیت تاریخی سوئیچ‌های مکانیکی و استفاده‌ی ادامه‌دار از آن‌ها در کاربردهای ساده و معمولا حساس به هزینه، کارکرد سوئیچینگ هیسترزیس همچنان مهم‌ترین و پراستفاده‌ترین روش برای نظارت بر ست‌پوینت‌های حیاتی (نقاط تعیین شده حیاتی) است.

تنها با معرفی سوئیچ‌های الکترونیکی، بخصوص سوئیچ‌های مدرن با نمایشگرهای داخلی و دکمه‌های کنترل برای پیکربندی محلی، کارکرد سوئیچینگ پنجره رایج شده است.

نکات مهم در انتخاب سوئیچ فشار

فشار کاری استاندارد را همراه با حداکثر فشار کاربرد خود که سوییچ می‌تواند استفاده کند، شناسایی کنید.

چرا مهم است که این فشارها را شناسایی کنیم؟ شما باید مطمئن شوید که سوییچ فشار منتخب شما، می‌تواند به شکل ایمن در کاربرد شما مورد استفاده قرار گیرد.

سوییچی را انتخاب کنید که بازه اعلام‌شده برای آن نه تنها فشار کاری نرمال کاربرد شما را پوشش دهد بلکه همچنین جهش‌های فشار را که در سیستم خود با آن مواجه می‌شوید را نیز پوشش دهد.

مطمئن شوید که آیا ست‌پوینت مورد نیاز شما می‌تواند توسط سوییچ محقق شود یا خیر.

بدون توجه به اینکه شما یک سوییچ فشار الکترونیکی یا مکانیکی انتخاب کرده‌اید، محدودیت‌هایی وجود دارد که چه ست‌پوینت‌هایی قابل محقق شدن است که مستقیما به بازه تعیین‌شده سوییچ مرتبط است.

به طور مثال، با سوییچ‌های فشار مکانیکی، بازه ست‌پوینت سوییچ اغلب توسط سرعت و جابجایی اسمبل عملگر محدود می‌شود، یعنی سوییچ نمی‌تواند ست‌پوینت‌هایی را در ۱۰ درصد یا ۱۵ درصد پایین بازه محقق کند.

سوییچ‌های الکترونیکی می‌توانند ست‌پوینت‌ها را تقریبا در هر جایی از بازه سوییچ محقق کنند.

شما باید تعیین کنید که آیا به یک ست‌پوینت منفرد نیاز دارید یا ست‌پوینت دوتایی (dual). داشتن دو ست‌پوینت برای داشتن دو آلارم مستقل مفید است (بالا و بالاتر، پایین و پایین‌تر یا بالا و پایین).

مساله سازگاری اتصالات و پیچ و بست‌های فرآیند و/یا دیگر متریال‌های خیس‌شونده همچون دیافراگم‌ها و پیستون‌ها/اورینگ‌ها را در نظر بگیرید.

اطمینان حاصل کنید که سازگاری بین سیال فرآیند و متریال‌های خیس‌شونده سوییچ (مثل اتصالات فرآیند، پیستون‌ها، اورینگ‌ها و دیافراگم‌ها) را بررسی کنید.

ناسازگاری می‌تواند به مشکلات خوردگی، مسائل ایمنی، لیچینگ به سیال فرآیند و … منجر شود.

هر گونه دمای بالای احتمالی را مشخص کنید و آن‌ها را با توانایی و مشخصات فنی سوییچ مقایسه کنید.

دیتاشیت معمولا مشخصات فنی دمایی که سوییچ شما می‌تواند تحمل کند را فهرست می‌کند. همانطور که بیان شد، استفاده از یک سوییچ ورای مشخصات فنی دمایی آن می‌تواند به دریفت ست‌پوینت، مشکلات قطعه و نگرانی‌های ایمنی احتمالی، منجر شود.

میکروسوییچی را انتخاب کنید که بر اساس نیازمندی‌های الکتریکی کاربرد شما عمل کند.

درجه‌بندی‌های الکتریکی میکروسوییچ، راهنما و اصول کلی ولتاژها و جریان‌هایی هستند که سوییچ می‌تواند با آن استفاده شود تا حداکثر چرخه عمر سوییچ تضمین شود.

مشخص کنید که آیا کاربرد نیازمند گواهی و تاییدیه‌های ناحیه‌ی خطرناک یا دیگر تاییدیه‌های نوع صنعتی است یا خیر.

این شامل تاییدیه‌های مرتبط با نواحی خطرناک همچون ضد انفجار، ذاتا ایمن (IS)، غیراحتراقی/ایمنی افزوده و همچنین تاییدیه‌های نوع صنعتی مثل تاییدیه‌های کنترل محدود کردن بخار و بویلر می‌شود.

تعیین کردن اینکه یک کاربرد نیازمند تاییدیه ناحیه خطرناک و تاییدیه‌های ایمنی/استفاده عمومی است، تعیین می‌کند که چه سوییچی را می‌توانید برای کاربردها استفاده کنید.

این تاییدیه‌ها توسط آزمایشگاه‌های تست مستقل و ملی یعنی NTRLها ارائه می‌شود. این موسسات عبارتند از FM و ATEX و CSA و IEC و UKCA.

مشخص کنید که آیا سوییچ شما باید آپشن‌ها و قابلیت‌های بیشتری داشته باشد یا نه.

آیا نیازمندی یک ست‌پیونت کارخانه‌ای، تگ‌ها، تمیزکاری اکسیژنی، متریال‌های ویژه برای پوشش/محفظه، براکت‌های نصب دیواری/لوله‌ای یا دیگر مشخصات ویژه است؟

یکی از رایج‌ترین نسخه‌هایی که مناسب است داشته باشید، ست‌پوینت سوییچ کالیبره شده در کارخانه است. به این تنظیم شده کارخانه یا Factory Set (یا XFS) می‌گویند.

استفاده از این نسخه، دقت و صحت سوییچ را در زمان دریافت توسط مشتری تضمین می‌کند و همچنین به سهولت نصب می‌افزاید، چون سوییچ آماده نصب تحویل مشتری می‌شود.

دیگر قابلیت‌ها و آپشن‌ها عبارتند از انتخاب متریال، محفظه‌های ویژه، گواهینامه‌ی NACE، لیبلینگ متریک، نورهای پیلوت و بسیاری دیگر.

باند مرده ثابت یا قابل تنظیم

اصطلاح باند مرده (dead band) در سوییچ‌های فشار، تفاوت بین فشاری است که سوییچ در آن فعال می‌شود (ست پوینت) و فشاری که سوییچ در آن غیرفعال می‌شود (نقطه ریست یا ریست پوینت).

سوییچ‌ها می‌توانند دو نوع مختلف باند مرده داشته باشند، ثابت یا قابل تنظیم. سوییچ‌هیی که باندهای مرده ثابت دارند، یک مقدار باند مرده دارند که توسط خصیصه‌های مکانیکی سوییچ تعیین می‌شود.

مواردی همچون متریال دیافراگم، مکانیسم سوییچینگ و بازه فشار سوییچ، همگی روی این مقدار ثابت تاثیرگذار هستند.

سوییچ‌هایی با باند مرده قابل تنظیم، باندهای مرده‌ای دارند که قابل تنظیم است یا در یک بازه مشخصی قابل انتخاب است تا پاسخگوی نیازمندی‌های کاربرد مورد نظر مشتری باشد.

استفاده از سوییچ داخلی یا بیرونی

محیطی که در آن از سوییچ فشار استفاده می‌کنید روی کارکرد آن تاثیرگذار است. چالش‌های بسیاری در هنگام استفاده از یک سوییچ در محیط خارجی وجود دارد،

همچون تاثیرات دما و آب و هوا (باران، برف، بوران و غیره). شما باید در نظر بگیرید که چه درجه‌بندی‌های IP/NEMA مورد نیاز شماست تا موقعیت سوییچ فشار شما تامین شود.