پرشر سوئیچ چیست؟

پرشر سوئیچ یکی از سنسور های فشار پرکاربرد در صنعت است. این سنسور شبیه به سوئیچ بوده و در یک فشار خاص عمل می کند. به عبارت ساده تر سوئیچ فشار یک وسیله ی مکانیکی یا الکترونیکی است که تغییر وضعیت آن وابسته به فشار سیال یا مایع است. پرشر سوئیچ ها از نظر روش کار، کنتاکت، فشار و غیره در مدل های بسیار متنوعی ساخته می شوند. به صورت کلی می توان پرشر سوئیچ ها را به مدل Electromechanical یا الکترو مکانیکی و solid-state یا حالت جامد تقسیم کرد.

آنچه در این مقاله می خوانید−

پرشر سوئیچ چیست؟

پرشر سوئیچ مکانیکی

پرشر سوئیچ های Electromechanical یا الکترو مکانیکی مجهز به سوئیچ مکانیکی با قطعات متحرک هستند. انواع پرشر سوئیچ های الکترومکانیکی عبارت اند از:

پرشر سوئیچ دیافراگمی یا Diaphragm Pressure switch
پرشر سوئیچ لوله بوردون یا Bourdon Tube Pressure switch
پرشر سوئیچ پیستونی یا Piston Pressure switch
پرشر سوئیچ تفاضلی یا Differential Pressure switch و غیره

مدل های دیافراگمی از یک دیافراگم فلزی برای تغییر وضعیت سوئیچ استفاده می کنند. این عمل در سوئیچ های لوله‌ی بوردون توسط یک لوله بوردون انجام می شود. در تصویر سمت راست یک پرشر سوئیچ دیافراگمی و سمت چپ یک پرشر سوئیچ بوردون نمایش داده شده است.

یک سوئیچ فشار مکانیکی از یک فنر ،دیافراگم یا پیستون و میکروسوئیچ تشکیل شده است. در این مدل از نیروی فشار جهت کنترل نقطه ای میکروسوئیچ یا کنتاکت استفاده می شود. در نظر داشته باشید که خروجی سوئیچ فشار به صورت دیجیتال یا قطع و وصل است. در سوئیچ فشار مکانیکی دو نیروی مخالف وجود دارد. نیروی اول مربوط به فنر و نیروی دوم مربوط به سیال است. به منظور تنظیم فشار در مدل های مکانیکی می توان نیروی فنر را تنظیم کرد. معمولا نیروی فنر با استفاده از پیچ یا دستگیره تنظیم خواهد شد.

در حالت عادی نیروی فنر بیشتر بوده و سوئیچ در حالت خنثی قرار می گیرد. با افزایش فشار سیال، نیروی وارد شده با به بخش داخلی افزایش پیدا کرده و بر فنر غلبه می کند. غلبه ی نیروی سیال به نیروی فنر باعث تغییر وضعیت سوئیچ خواهد شد. با کاهش فشار مجدد نیروی فنر غالب شده و سوئیچ به حالت اولیه ی خود باز می گردد. تفاوت میان نقطه ی سوئیچ یا Switch point و نقطه ی تنظیم مجدد یا Reset Point، هیسترزیس نام دارد. هیسترزیس اغلب به صورت درصدی از مقدار نقطه ی Switch point بیان می شود.
سوئیچ های فشار مکانیکی عموما دارای 3 نوع کنتاکت زیر هستند:

کنتاکت های نرمال بسته یا NC
کنتاکت های نرمال باز یا NO
کنتاکت های چنجاور یا SPDT

توصیه می شود در ولتاژ و جریان بالا از سوئیچ فشار مکانیکی استفاده کنید.

پرشر سوئیچ با رسیدن فشار به یک نقطه ی خاص می تواند مدار الکتریکی را فعال و غیر فعال می کند. در تصویر زیر اجزای داخلی یک سوئیچ فشار مکانیکی را مشاهده می کنید. بخش های A تا E به ترتیب عبارت اند از:

پیچ تنظیم
اتصال الکتریکی
میکروسوئیچ
پیستون
پورت اتصال

در تصویر زیر اجزای یک سویچ فشار تک قطبی SPDT را مشاهده می کنید. همه ی اجزای این سوئیچ داخل یک Switch case با عنوان F قرار دارد. نیروی وارد شده از پورت فشار با عبارت H باعث حرکت پیستون D خواهد شد. پیستون با افزایش نیروی سیال به سمت داخل حرکت می کند. این نیرو در نهایت باعث تغییر وضعیت میکروسوئیچ A خواهد شد. اجزای این سوئیچ فشار عبارتنداز:

A) میکروسوئیچ

Operation pin (B

C) فنر

D) پیستون

E) دکمه ی عایق بندی شده

F) جعبه کلید یا Switch case

G) مهره ی تنظیم

H) فشار ورودی

اجزای یک سویچ فشار تک قطبی SPDT

جهت تنظیم نقطه ی ست پوینت از مهره ی G استفاده می شود. نقطه ی Setpoint همان سطح فشاری است که باعث تغییر میکروسوئیچ می شود. در تصویر های بعدی چند نمونه از سوئیچ فشار مکانیکی را مشاهده می کنید.

پرشر سوئیچ الکترونیکی

پرشر سوئیچ های solid-stat یا حالت جامد فاقد قطعات مکانیکی هستند. سوئیچینگ الکتریکی با استفاده از یک دستگاه نیمه هادی مانند ترانزیستور bipolar junction transistor یا یک Field Effect transistor انجام می شود. تصویر زیر شماتیک کلی این ترانزیستور ها را نمایش می دهد.

معمولا در یک سوئیچ فشار حالت جامد از پل وتستون استفاده می شود.

عبارت Electronic Pressure Switch به مرور در حالت جایگزین شده با Solid-State Pressure Switch است. در سوئیچ فشار حالت جامد ویژگی های زیر اضافه شده است:

عملکرد های قابل برنامه ریزی
نمایشگر های LED
پیکربندی سوئیچ خروجی چند گانه و قابل تنظیم از جمله NO، NC یا هر دو

در تصویر زیر نمونه ای از پرشر سوئیچ الکترونیکی را مشاهده می کنید:

جهت کسب اطلاعات بیشتر به مقاله ی سنسور فشار مراجعه کنید.

در پرشر سوئیچ الکترونیک از یک سنسور فشار جهت اندازه گیری تغییر فشار ورودی استفاده می شود. این نوع سوئیچ فشار معمولا مجهز به نمایشگر های دیجیتالی جهت تنظیم عملکرد سوئیچینگ هستند. در سوئیچ های فشار جدید امکان تنظیم پارامتر هایی مانند نقطه ی سوئیچ، سیگنال های خروجی، هیسترزیس، زمان تاخیر و غیره وجود دارد. نقطه ی سوئیچ یا Switch point ممکن است توسط شرکت سازنده یا manufacturer تنظیم شده و یا قابل تنظیم در محل به صورت On-site باشد. استفاده از پرشر سوئیچ الکترونیک در موارد زیر توصیه می شود:

عملکرد قابل برنامه ریزی
صفحه نمایش دیجیتال
انعطاف پذیری
دقت
حفاظت از نفوذ و پایداری

در تصویر زیر نمونه ای از DIGITAL PRESSURE SWITCH دارای نمایشگر را مشاهده می کنید.

تصویر زیر مربوط به سوئیچ فشار الکترونیکی با عنوان Barksdale Series BPS3000 Electronic Pressure Switch است.

این تصویر نشان دهنده ی سوئیچ فشار دیجیتال Wika یا Digital pressure switch است.

انتخاب پرشر سوئیچ مناسب

معمولا در سه حالت زیر تصمیم به استفاده از پرشر سوئیچ می گیریم:

هنگام از کار افتادن یک سیستم هیدرولیک یا پنوماتیک
هنگامی تجهیزات یا سیستمی حاوی یک سوئیچ فشار خریداری می شود
هنگام طراحی یک سیستم in-house

به منظور انتخاب سوئیچ فشار ابتدا باید نوع سوئیچ مورد استفاده و مشخصات عملکرد آن را تعیین کنیم. این اطلاعات باید روی برچسب سوئیچ چاپ شود. در غبر این صورت با OEM یا سازنده ی سوئیچ تماس گرفته و اطلاعات لازم را کسب کنید.

معیار های انتخاب یک پرشر سوئیچ عبارت اند از:

جنس ماده ی مورد نظر: هنگام اندازه گیری فشار باید به تناسب میان سنسور فشار و سیال توجه شود. برخی از این مواد عبارتند از آب، هوا، روغن هیدرولیک، بنزین و غیره.
فشار: سوئیچ انتخاب شده باید قادر به تحمل حد اکثر فشار کاری باشد. طراحی دیافراگم در کاربرد های خلا یا فشار پایین به خوبی عمل می کند. در کاربرد هایی با فشار بالا از طراحی پیستونی استفاده می شود.
دما: دستگاه باید بتواند در محدوده ی حداکثر و حداقل دمای خود به خوبی عمل کند.
تکرار پذیری: تکرار پذیری یا دقت همان توانایی دستگاه برای بازگشت دقیق به نقطه تنظیم در هر بار عملکرد است. مدل های دیافراگمی معمولا دقت بیشتری نسبت به مدل های پیستونی دارند.
هیسترزیس: به تفاوت میان نقطه ی سوئیچ یا Switch point و نقطه ی تنظیم مجدد یا reset point؛ هیسترزیس گفته می شود. اگر نقطه ی تنظیم مجدد بالا باشد؛ سوئیچ مدت طولانی تری فعال می ماند. در صورت کاهش نقطه ی تنظیم مجدد؛ سوئیچ اغلب میان حالت روشن و خاموش تغییر می کند. هیسترزیس در یک سوئیچ فشار الکتریکی قابل تنظیم بوده و در سوئیچ فشار مکانیکی اغلب توسط سازنده تنظیم می شود.
نوع سوئیچ فشار: توصیه می شود در کاربرد های فشار پایین و خلا؛ از سوئیچ فشار دیافراگمی و در فشارهای بالا از مدل پیستونی استفاده کنید.
انتخاب نوع سوئیچ: سوئیچ فشار الکتریکی قیمت بالاتری نسبت به سوئیچ فشار مکانیکی دارد. کنترل بیشتر روی تنظیمات از جمله تنظیم فشار و هیسترزیس از مزایای سوئیچ فشار الکتریکی نسبت به مکانیکی است. از موارد دیگر در مدل های SSR می توان به طول عمر طولانی تر، دقت بهتر و مقاومت در برابر لرزش و ضربه اشاره کرد. به صورت کلی سوئیچ های الکترو مکانیکی قادر به سوئیچینگ جریان‌های بالاتر بوده و به ولتاژ وابسته نیستند. تصویر زیر به مقایسه ی این دو نوع پرشر سوئیچ پرداخته است.

نماد های پرشر سوئیچ

در نقشه ها از نماد های مختلفی جهت نمایش پرشر سوئیچ استفاده می شود. برخی از رایج ترین نماد ها در استاندارد های زیر تعریف شده اند:

IEC 60617 : به عنوان British Standard BS 3939 نیز شناخته می شود.
ANSI Y32.2-1975: به عنوان IEEE Std 315-1975 نیز شناخته می شود.
NFPA / JIC

به صورت کلی وضعیت کنتاکت الکتریکی در یک سوئیچ فشار شکل نرمال بسته یا NC، نرمال باز یا NO و یا چنج آور یا changeover می باشد. در چنج آورها یک ترمینال مشترک بین دو کنتاکت NO و NC وجود دارد. استفاده از مدل چنج آور در یک فرآیند به صورت NC یا NO وجود دارد. کنتاکت های چنج آور با عناوین Single Pole Double Throw یا SPDT نیز شناخته می شود. جدول زیر پرکاربرد ترین نماد های سوئیچ های فشار را نشان می دهد.

عملکرد	نماد NFPA	نماد IEC	توضیحات
Normally Closed			حالت پیش فرض این سوئیچ بسته است.
Normally Open			حالت پیش فرض این سوئیچ باز است.
Changeover (SPDT)

انیمیشن زیر سمت راست نحوه ی عملکرد پرشر سوئیچ SPST مدل NC یا Normally closed در استاندارد IEC و سمت چپ در استاندارد NEMA را نمایش می دهد. همانطور که مشاهده می کنید با افزایش فشار در این مدل یک کنتاکت باز می شود.

در انیمیشن زیر سمت راست نحوه ی عملکرد پرشر سوئیچ SPST مدل NO یا Normally Open در استاندارد IEC و سمت چپ در استاندارد NEMA را مشاهده می کنید. با افزایش فشار در این مدل ها یک کنتاکت بسته می شود.

کاربرد پرشر سوئیچ

از سوئیچ های فشار در تاسیسات بسیار زیادی استفاده می شود. به صورت کلی در هر کاربردی که نیاز به یک کنتاکت وابسته به فشار باشد می توان از یک پرشر سوئیج مناسب نصب کرد. برخی از کاربرد های سوئیچ فشار عبارت اند از:

پمپ های آب
کمپرسورهای گاز الکترونیکی
کنترل In-cell charge درون باتری
فعال کردن زنگ هشدار در صورت کاهش فشار کابین هواپیما
پانل های فشار روی درب های کشویی
سوئیچینگ های جریان بالا به عنوان مثال پمپ ها و درایو ها
سیستم هوای فشرده شده
تجهیزات HVAC
تجهزات فرآیند و غیره

پرشر سوئیچ آب

در پکیج های کنترل فشار آب معمولا از پرشر سوئیچ ها استفاده می شود. پرشر سوئیچ آب به میزان معینی از فشار حساس است. در صورت تجاوز فشار از مقدار مشخص شده در پرشر سوئیچ یک کنتاکت باز یا بسته خواهد شد. با استفاده از این قطعه می توان فشار آب را کنترل کرد. تصویر زیر یک پرشر سوئیچ آب CEME را نشان می دهد.