پرشر سوییچ (Pressure switc) چیست؟

سوئیچ فشار یک وسیله مکانیکی یا الکترونیکی است که با فشار سیالات، هوا یا گاز هنگامی که سیالات، هوا یا گازها به آستانه یا نقطه تنظیم می‌رسند فعال می‌شود.

اجزای یک سوئیچ فشار به یک یا چند کنتاکت در سوئیچ متصل می‌شوند. با نیروی کافی، یک کنتاکت بسته به پیکربندی سوئیچ را می‌بندد یا باز می‌کند. اگرچه فشار سوئیچ‌های روش‌های مختلفی برای تشخیص فشار دارند، اما می‌توان آنها را در درجه اول به دودسته الکترومکانیکی یا الکترونیکی طبقه‌بندی کرد.

سوئیچ‌های فشار در اکثر صنایع با استفاده از سیستم‌های گاز فشرده، HVAC، سیستم‌های ابزاردقیق، سیستم‌های پمپاژ و غیره استفاده می‌شود.

پرشر سوئیچ دستگاهی دوقسمتی است که از یک ترانسدیوسر حسگر و یک سوئیچ الکتریکی تشکیل شده است.

سویچ الکتریکی در فشارهای تنظیمی باز و بسته می‌شود که به آن ست‌پوینت گویند. بسته به نوع سوئیچ و تأمین‌کننده، نقطه تنظیم فشار سوئیچ ممکن است ثابت یا قابل‌تنظیم باشد.

تجهیز الکترومکانیکی به نام ترانسدیوسر فشار، فشارها را به یک سیگنال ولتاژی تبدیل می‌کند. این ولتاژ ممکن است در محدوده‌ای از چند میلی‌ولت تا چند ولت قرار بگیرد؛ بنابراین، ترانسدیوسرهای فشار به دو نوع زیر تقسیم می‌شوند:

1. ترانسدیوسر فشار با خروجی میلی‌ولت
2. ترانسدیوسر فشار با خروجی ولتاژی

پرشر سوئیچ دیجیتالی

پرشر سوئیچ دیجیتالی (Pressure Switch) یک نوع سنسور است که برای اندازه‌گیری فشار در یک سیستم استفاده می‌شود. این سوئیچ با تغییر فشار محیط، سیگنال دیجیتالی را تولید می‌کند که می‌تواند به کنترلرها یا سیستم‌های خودکار متصل شود.

در مقایسه با سوئیچ‌های آنالوگ، پرشر سوئیچ دیجیتالی برخی فواید و ویژگی‌های خاص را دارد:

1. دقت بالا: این سوئیچ‌ها به طور دقیق فشار را اندازه‌گیری می‌کنند و بادقت تغییرات را در فشار محیط تشخیص می‌دهند که این امر برای برنامه‌هایی که نیاز به‌دقت بالا دارند، حیاتی است.
2. خروجی دیجیتال: برخلاف سوئیچ‌های آنالوگ که یک سیگنال آنالوگ تولید می‌کنند، پرشر سوئیچ دیجیتالی یک سیگنال دیجیتالی تولید می‌کند که به‌راحتی می‌تواند توسط میکروکنترلرها و سیستم‌های دیجیتالی مورداستفاده قرار گیرد.
3. پایداری بالا: سوئیچ‌های دیجیتالی معمولاً پایدارتر هستند و تحت تأثیرات مختلفی که ممکن است بر سوئیچ‌های آنالوگ تأثیر بگذارد، کمتر دچار اختلال می‌شوند.
4. قابلیت برنامه‌ریزی: برخی از پرشر سوئیچ‌های دیجیتالی قابلیت برنامه‌ریزی و تنظیم دارند که این به کاربر امکان می‌دهد تا حساسیت و عملکرد سوئیچ را به نیاز خودتنظیم کند.
5. مقاومت در برابر نویز: سوئیچ‌های دیجیتالی معمولاً مقاومت بیشتری در برابر نویزهای الکتریکی دارند که این امر از آنها به‌عنوان یک گزینه مطمئن‌تر برای برنامه‌هایی با محیط‌های نویزی می‌سازد.

به‌طورکلی، پرشر سوئیچ دیجیتالی در مقایسه با سوئیچ‌های آنالوگ دارای عملکرد و قابلیت‌های بهتری است که این امر آنها را به گزینه‌ای مطمئن‌تر و دقیق‌تر برای بسیاری از برنامه‌های کنترل و اندازه‌گیری فشار می‌کند.

پرشر سوئیچ‌ها معمولاً دارای یک یا چند کلید یا سوئیچ هستند که برای ارسال سیگنال و هشدار در واکنش به تغییرات فشار استفاده می‌شود. این کلیدها معمولاً به‌عنوان قسمتی از ساختار داخلی سوئیچ یا در نزدیکی آن قرار دارند و با تغییرات فشار، فعال می‌شوند یا غیرفعال می‌شوند. برخی از انواع پرشر سوئیچ‌ها می‌توانند دارای کلیدهای متعددی باشند که هر کدام برای انتقال سیگنال در موقعیت‌های مختلف فشار مورداستفاده قرار می‌گیرند.

به‌طورکلی، انواع کلیدهای موجود در پرشر سوئیچ‌ها ممکن است عبارت باشند از:

1. کلید فعال/غیرفعال (On/Off): این نوع کلید برای فعال یا غیرفعال‌کردن سوئیچ به واکنش به تغییرات فشار استفاده می‌شود.
2. کلید هشدار (Alarm): برخی از پرشر سوئیچ‌ها دارای کلید هشدار هستند که وقتی فشار به یک حد مشخص برسد، هشداری را فعال می‌کنند.
3. کلید تنظیم (Adjustment): برخی از پرشر سوئیچ‌ها قابلیت تنظیم فشار موردنظر را دارند، بنابراین کلید تنظیم برای تنظیم فشار به مقدار موردنظر استفاده می‌شود.
4. کلید ریست (Reset): اگر پرشر سوئیچ دارای وضعیت هشدار باشد، کلید ریست برای بازنشانی سوئیچ به وضعیت عادی بکار می‌رود.
5. کلید‌های نواری (Strip Keys): برخی از سوئیچ‌ها ممکن است دارای کلید‌های نواری باشند که برای تنظیم و تعیین محدوده فشار استفاده می‌شوند.

هر کدام از این کلیدها وظیفه‌های خاص خود را در عملکرد پرشر سوئیچ دیجیتالی انجام می‌دهند و بر اساس نیازها و مشخصات فنی برنامه مورداستفاده تعیین می‌شوند.

پرشر سوئیچ‌های جامد (Solid-state Pressure Switches)

پرشر سوئیچ‌های جامد (Solid-state Pressure Switches) نوعی از سنسورهای فشار هستند که برای اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های مختلف استفاده می‌شوند. این سوئیچ‌ها از قطعات الکترونیکی جامد و بدون قطعات مکانیکی مانند سوئیچ‌های مکانیکی استفاده می‌کنند. به‌جای استفاده از کلیدها یا سوئیچ‌های مکانیکی، از تغییرات الکتریکی در پاسخ به تغییرات فشار استفاده می‌شود.

مزایای پرشر سوئیچ‌های جامد شامل موارد زیر است:

1. پایداری و دقت بالا: با عدم وجود قطعات مکانیکی مانند فشار حساس‌تری دارند و در نتیجه دقت و پایداری بالایی را ارائه می‌دهند.
2. عمر طولانی: بدون قطعات مکانیکی، این سوئیچ‌ها معمولاً دارای عمر طولانی‌تری هستند و باعث کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری می‌شوند.
3. عملکرد سریع: بدون قطعات مکانیکی برای حرکت، زمان پاسخ سوئیچ‌های جامد معمولاً بسیار کوتاه است که می‌تواند در برنامه‌هایی با نیاز به عملکرد سریع مفید باشد.
4. مقاومت در برابر لرزش و شوک: ازآنجاکه قطعات مکانیکی معمولاً معرض لرزش و شوک هستند، پرشر سوئیچ‌های جامد به‌طورکلی مقاومت بیشتری در برابر شرایط سخت محیطی دارند.
5. سازگاری با محیط: این سوئیچ‌ها معمولاً در برابر مواد شیمیایی، آب، گردوغبار و شرایط محیطی سخت مقاومت بیشتری دارند.
6. کوچک و سبک: با عدم وجود قطعات مکانیکی بزرگ، این سوئیچ‌ها معمولاً کوچک‌تر و سبک‌تر از سوئیچ‌های مکانیکی هستند که می‌تواند در فضاهای محدود مفید باشد.

پرشر سوئیچ‌های جامد به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله صنایع خودروسازی، الکترونیک، پزشکی، نفت و گاز، و صنایع فرایندی استفاده می‌شوند به دلیل قابلیت‌های فوق‌العاده‌ای که ارائه می‌دهند.

از پل وتسون به‌عنوان ترانسدیوسر در پر شر‌های حالت جامد استفاده  می‌شود.

پرشر سوئیچ الکترونیکی

عبارت Electronic Pressure Switch به‌آرامی جایگزین عبارت Solid-State Pressure Switch می‌شود.

سوئیچ فشار الکترونیکی حالت جامد اما بسیار متنوع‌تر است. گزینه‌هایی مانند عملکردهای قابل‌برنامه‌ریزی، نمایشگرهای LED، تنظیمات سوئیچ خروجی چندگانه و قابل‌تنظیم مانند معمولاً باز، به طور معمول بسته یا هر دو را ارائه می‌دهد.

پرشر سوئیچ مکانیکی

پرشر سوئیچ‌های مکانیکی (Mechanical Pressure Switch) نیز همانند سوئیچ‌های دیجیتالی برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌شوند، اما با استفاده از یک مکانیزم مکانیکی برای تولید سیگنال خروجی. در این سوئیچ‌ها، تغییرات فشار محیط به تغییر در وضعیت مکانیکی قطعه‌ای در داخل سوئیچ منجر می‌شود که باعث ایجاد یک سیگنال خروجی می‌شود.

پرشرسوئیچ دیافراگمی

پرشر سوئیچ دیافراگمی یک نوع سوئیچ فشار است که برای اندازه‌گیری و کنترل فشار در سیستم‌ها و تجهیزات مختلف استفاده می‌شود. این سوئیچ‌ها از یک دیافراگم برای تشخیص فشار استفاده می‌کنند که به‌صورت یک عضو انعطاف‌پذیر و عملکردی مانند یک ممبران عمل می‌کند. وقتی فشار محیط به دیافراگم اعمال می‌شود، آن انعطاف‌پذیری کمی تغییر شکل می‌دهد که این تغییر شکل به‌عنوان ورودی برای فعال‌شدن سوئیچ فشار استفاده می‌شود.

باتوجه‌به نوع فعال‌سازی، پرشر سوئیچ‌های دیافراگمی ممکن است در دو حالت کاری عمده عمل کنند:

1. نوع باز (Normally Open): در این نوع سوئیچ، در حالت استراحت دیافراگم فشار ندارد و سوئیچ باز است. هنگامی که فشار اعمال شده به دیافراگم به یک مقدار مشخصی از حد زیر یا بالای تنظیم شده فراتر رفت، دیافراگم تغییر شکل می‌دهد و سوئیچ بسته می‌شود.
2. نوع کلوز (Normally Closed): در این نوع سوئیچ، در حالت استراحت، دیافراگم فشار دارد و سوئیچ بسته است. هنگامی که فشار اعمال شده به دیافراگم به یک مقدار مشخصی از حد زیر یا بالای تنظیم شده فراتر رفت، دیافراگم تغییر شکل می‌دهد و سوئیچ باز می‌شود.

پرشر سوئیچ‌های دیافراگمی معمولاً برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری و کنترل دقیق فشار دارند، از جمله صنایع نفت و گاز، صنایع فرایندی، و صنایع خودروسازی استفاده می‌شوند. این سوئیچ‌ها به دلیل عملکرد قابل‌اعتماد و دقت در اندازه‌گیری فشار، در بسیاری از سیستم‌های کنترل و اتوماسیون استفاده می‌شوند.

پرشرسوئیچ بوردون

پرشر سوئیچ بوردون (Bourdon Pressure Switch) یک نوع سوئیچ فشار است که برای اندازه‌گیری و کنترل فشار در سیستم‌ها و تجهیزات مختلف استفاده می‌شود. این نوع سوئیچ فشار به نام مخترع خود، ایون بوردون (Eugène Bourdon)، نام‌گذاری شده است.

یکی از ویژگی‌های برجسته پرشر سوئیچ بوردون، استفاده از لوله‌های بوردون است که به‌صورت خمیده و به شکل C شکل دارند. وقتی فشار داخل لوله بوردون افزایش یا کاهش می‌یابد، شکل لوله تغییر می‌کند که به دلیل این تغییر شکل، عملکرد سوئیچ فشار فعال می‌شود و سیگنال خروجی تولید می‌شود.

تفاوت اصلی میان پرشر سوئیچ‌های مکانیکی و دیجیتالی به شرح زیر است:

1. خروجی سیگنال: در سوئیچ‌های مکانیکی، خروجی به‌صورت سیگنال آنالوگ یا دیجیتال نیست، بلکه معمولاً یک سیگنال برقی ساده است که به‌عنوان ورودی به یک سیستم کنترلی متصل می‌شود. درحالی‌که در سوئیچ‌های دیجیتالی، سیگنال خروجی به‌صورت دیجیتال با مقادیر دو حالتی یا چند حالتی تولید می‌شود.
2. دقت: سوئیچ‌های دیجیتالی معمولاً دقت بالاتری دارند؛ زیرا خروجی آن‌ها به‌صورت دیجیتال است و می‌توانند تغییرات فشار را بادقت بیشتری تشخیص دهند. درحالی‌که در سوئیچ‌های مکانیکی، دقت تعیین شده توسط طراحی و مکانیکی قطعه‌های داخلی آن‌ها محدود است.
3. پایداری: سوئیچ‌های مکانیکی معمولاً دارای پایداری بالایی هستند، زیرا وابستگی کمتری به عوامل الکترونیکی دارند و وابستگی بیشتری به قطعات مکانیکی دارند. اما سوئیچ‌های دیجیتالی ممکن است به دلیل حساسیت بیشتر خود به تغییرات الکترونیکی حساس‌تر باشند.
4. قیمت و پیچیدگی: عموماً سوئیچ‌های مکانیکی ساده‌تر و ارزان‌تر از سوئیچ‌های دیجیتالی هستند. این تفاوت در قیمت و پیچیدگی به دلیل استفاده از قطعات الکترونیکی پیشرفته‌تر در سوئیچ‌های دیجیتالی است.

به‌طورکلی، هر دو نوع سوئیچ مکانیکی و دیجیتالی دارای کاربردها و مزایا و معایب خود هستند و انتخاب بین آنها بسته به نیازهای خاص برنامه و شرایط کاری موردنظر است.

سوئیچ فشار دیجیتالی یا مکانیکی؟

استفاده از سوئیچ‌های مکانیکی و پرشر سوئیچ دیجیتالی به عوامل مختلفی مرتبط است که در زیر به برخی از موارد کلیدی اشاره خواهم کرد:

استفاده از سوئیچ‌های مکانیکی مناسب است زمانی که:

1. پایداری مکانیکی: اگر نیاز به یک سیستم پایدار و مطمئن باشد که ممکن است در شرایط سخت و محیط‌های خشن عمل کند، سوئیچ‌های مکانیکی به دلیل سادگی و پایداری مکانیکی آنها انتخاب مناسبی هستند.
2. هزینه کمتر: سوئیچ‌های مکانیکی معمولاً ارزان‌تر از دیجیتالی هستند، بنابراین زمانی که بودجه محدود است، استفاده از آنها ممکن است موردتوجه باشد.
3. تحمل نویز و شرایط سخت: سوئیچ‌های مکانیکی به طور عمومی بهتر در مقابل نویز الکتریکی و شرایط محیطی سخت مقاومت می‌کنند؛ بنابراین زمانی که محیط کاری با نویزهای الکتریکی یا فشارهای محیطی زیادی روبرو است، بهتر است از سوئیچ‌های مکانیکی استفاده شود.

استفاده از پرشر سوئیچ دیجیتالی مناسب است زمانی که:

1. دقت بالا و کنترل دیجیتالی: در برنامه‌هایی که نیاز به‌دقت بالا و کنترل دیجیتالی دارند، سوئیچ‌های دیجیتالی بهترین گزینه هستند. این امر به‌خصوص در صنایعی که نیاز به کنترل دقیق و استفاده از سیستم‌های کنترل خودکار دارند، حیاتی است.
2. تنظیمات برنامه‌ریزی پذیرش: برخی از پرشر سوئیچ‌های دیجیتالی قابلیت برنامه‌ریزی و تنظیم دارند که این امر به کاربر امکان می‌دهد تا حساسیت و عملکرد سوئیچ را به نیاز خودتنظیم کند.
3. سیستم‌های پیچیده: در برنامه‌هایی که به سیستم‌های پیچیده و یا اتوماسیون نیاز دارند، استفاده از سوئیچ‌های دیجیتالی برای اتصال به کنترلرها و سیستم‌های کنترلی متداول است.

باتوجه‌به نیازها و شرایط خاص هر برنامه و سیستم، انتخاب بین سوئیچ‌های مکانیکی و دیجیتالی باید بادقت و با درنظرگرفتن مزایا و معایب هر کدام انجام شود.

کدام نوع سوئیچ فشار بهتر است، نوع الکترومکانیکی یا حالت جامد؟ مانند تمام ابزاردقیق، انتخاب بین این دو بستگی به کاربرد دارد.

سوئیچ‌های فشار حالت جامد مزایای متعددی نسبت به کلیدهای الکترومکانیکی دارند؛ مانند عمر طولانی‌تر، دقت بهتر، مقاومت در برابر ضربه و لرزش.

به‌طورکلی، کلیدهای الکترومکانیکی قادر به سوئیچینگ جریان‌های بالاتر هستند و وابسته به ولتاژ نیستند.

اصول کلی کار

یک سوئیچ فشار معمولاً دارای یک پیستون است که یک طرف آن تحت‌فشار سیال قرار دارد، درحالی‌که طرف دیگر به طور معمول در فشار اتمسفر قرار دارد. نیروی اعمال شده توسط فشار سیال با نیروی فنری که از پیش بارگذاری شده است، مقابله می‌کند. سطحی که با سیال در تماس است و فنر، به‌دقت طراحی شده‌اند تا پیستون تنها زمانی حرکت کند که به فشار معینی برسد. پیچ تنظیم، با تنظیم فشار بیشتر یا کمتر، فشرده می‌شود.

Cut-in و Cut-out فشار استارت و فشار قطع

پرشر سوئیچ‌ها به‌طورکلی دارای دونقطه کار هستند: فشار استارت و فشار قطع.

در سیستم‌های پمپ و کمپرسور، کلید زمانی فعال می‌شود که فشار سیال کمتر از حد تعیین شده باشد. با این کار موتورپمپ یا کمپرسور راه‌اندازی می‌شود که سیستم را به سطوح عادی بازمی‌گرداند. هنگامی که فشار از نقطه تنظیم شده بالاتر می‌رود، کلید فوراً غیرفعال نمی‌شود. نوعی هیسترزیس یا دیفرانسیل وجود دارد. هنگامی که به نقطه تنظیم یا قطع بالاتر رسید، سوئیچ غیرفعال می‌شود.

قسمت‌های مختلف یک پرشر سوئیچ مکانیکی

درگاه ورودی پرشر سوئیچ

درگاه ورودی قطعه‌ای است که مجموعه سوئیچ فشار را به واحد فرایند یا دستگاه مدنظر متصل می‌کند. سوئیچ‌های فشار روی نازل‌های متصل به مخزن یا لوله نصب می‌شوند. اتصال معمولی اتصالات رزوه‌ای است.

در موارد نادر از اتصالات پیچی یا جوشی استفاده می‌شود. مهم است که نوع اتصالات و درجه فشار آن با فشار سیال سازگار باشد.

فنر:

فنر با نیروی سیال مقابله می‌کند. برای مطابقت با فشار عملیاتی سیال، از قبل بارگذاری شده است. کلید فقط زمانی فعال می‌شود که نیروی فشار سیال از نیروی اعمال شده توسط فنر بیشتر شود.

پیچ تنظیم نقطه تنظیم:

پیچ تنظیم نقطه تنظیم با فنر یکپارچه شده است. پیچ تنظیم نقطه تنظیم برای افزایش یا کاهش فشار فعال‌سازی استفاده می‌شود.

دیفرانسیل:

فنر مورداستفاده برای تنظیم دیفرانسیل با فنری که در محدوده یا رنج اولیه استفاده می‌شود، تنظیمات مشکل‌تری دارد و به‌طورکلی کمتر استفاده می‌شود.

پیستون:

فشار سیال باعث حرکت پیستون می‌شود که در نتیجه باعث عمل‌کردن تیغه‌های کنتاکت می‌شود.

محفظه سوئیچ:

محفظه سوئیچ از سوئیچ و سایر قطعات داخلی در برابر محیط خارجی محافظت می‌کند. یکی از مشخصات مهم محفظه سوئیچ، درجه حفاظتی آن است. مشخصات محفظه معمولی رتبه‌بندی IP، NEMA و ATEX است. رتبه‌بندی IP و NEMA سطح حفاظت در برابر نفوذ اجسام خارجی جامد و مایع را توصیف می‌کند. رتبه‌بندی ATEX برای محیط‌های با خطر آتش‌سوزی و انفجار است.

کاربردهای پرشر سوئیچ

سوئیچ‌های فشار در انواع مختلفی از صنایع و برنامه‌ها استفاده می‌شوند، از جمله:

1. صنایع خودروسازی: در سیستم‌های تعلیق خودرو، تشخیص فشار روغن‌موتور، کنترل فشار ترمزها و فشار لاستیک‌ها.
2. صنعت الکترونیک: در دستگاه‌های الکترونیکی مانند پرینترها، کپسول گذارها، دستگاه‌های پزشکی و سیستم‌های حفاظتی.
3. صنعت مکانیکی: برای کنترل و ایمنی در ماشین‌آلات صنعتی، ایستگاه‌های پمپاژ، کنترل دما و فشار در تجهیزات مختلف.
4. کنترل فشار آب: در سیستم‌های آبیاری، پمپاژ آب شهری، ماشین‌های لوله‌کشی و کنترل دبی و فشار آب.
5. سیستم‌های گاز: برای کنترل و نظارت بر فشار گاز در شبکه‌های توزیع گاز، دستگاه‌های گازسوز، سیستم‌های گازسنجی و ایمنی در محیط‌های گازی.
6. سیستم‌های خنک‌کننده: برای کنترل فشار و دما در سیستم‌های خنک‌کننده هوا، خنک‌کننده آب و خنک‌کننده‌های صنعتی.
7. صنایع خوردگی و غذایی: در دستگاه‌های کنترل دما و فشار در تولید مواد غذایی و در صنایع آب‌معدنی.
8. کاربردهای خانگی: مانند ماشین‌های لباسشویی، یخچال‌ها، دستگاه‌های تهویه هوا و سیستم‌های امنیتی در منازل.
9. صنایع نفت و گاز: در مخازن نفتی، صنایع پالایش، خطوط لوله و دستگاه‌های انتقال نفت و گاز.
10. سیستم‌های اتوماسیون صنعتی: برای کنترل و مانیتورینگ فشار، دما و سایر پارامترهای محیطی در سیستم‌های اتوماسیون و کنترل صنعتی.