پرشر سوئیچ: اصول عملکرد، انواع، کاربردها

 این ابزار حیاتی با تشخیص تغییرات فشار و مقایسه آن با یک مقدار از پیش تعیین شده، سیگنال‌های الکتریکی مناسب برای کنترل فرآیندها و حفاظت از سیستم‌ها تولید می‌کند. از کاربردهای ساده خانگی گرفته تا محیط‌های صنعتی پیچیده، پرشر سوئیچ‌ها نقش حیاتی در ایمنی، راندمان و عملکرد مطلوب سیستم‌ها ایفا می‌کنند.

این مقاله به بررسی جامع مفهوم پرشر سوئیچ، اصول کارکرد، انواع مختلف، مشخصات فنی، کاربردهای متنوع، ملاحظات نصب و نگهداری، و همچنین روندهای نوین در این فناوری می‌پردازد. هدف، ارائه درکی عمیق از این ابزار مهم برای مهندسان، تکنسین‌ها و علاقه‌مندان به سیستم‌های کنترل و اتوماسیون صنعتی است.

تعریف پرشر سوئیچ

پرشر سوئیچ (Pressure Switch) یک ابزار الکترومکانیکی یا الکترونیکی است که برای تشخیص تغییرات فشار در یک سیستم طراحی شده و در نقطه فشار مشخصی، وضعیت کلید الکتریکی خود را تغییر می‌دهد. به بیان ساده‌تر، پرشر سوئیچ یک ترانسدیوسر (مبدل) است که تغییرات فیزیکی فشار را به سیگنال‌های الکتریکی (معمولاً قطع و وصل یک مدار) تبدیل می‌کند.

قیمت پرشر سوییچ در سایت ابزار سنجش آریا

اصول اولیه عملکرد

اساس کار یک پرشر سوئیچ بر پایه تعادل بین فشار سیال و یک نیروی مرجع (معمولاً فنر) است. هنگامی که فشار سیال از نیروی مرجع تنظیم شده فراتر می‌رود یا کمتر می‌شود، پرشر سوئیچ فعال می‌گردد و وضعیت کلید الکتریکی خود را تغییر می‌دهد. این عملکرد در دو حالت اصلی تعریف می‌شود:

1. نقطه فعال‌سازی (Actuation Point یا Set Point): فشاری که در آن سوئیچ فعال می‌شود.

2. نقطه بازنشانی (Reset Point): فشاری که در آن سوئیچ به حالت اولیه باز می‌گردد.

فاصله بین این دو نقطه را هیسترزیس (Hysteresis) یا دیفرانسیل (Differential) می‌نامند. هیسترزیس یک ویژگی مهم پرشر سوئیچ‌هاست که از پدیده تغییر وضعیت مکرر (Chattering) در نزدیکی نقطه فعال‌سازی جلوگیری می‌کند.

پارامترهای اصلی در مشخصات پرشر سوئیچ

1. محدوده فشار کاری (Pressure Range): حداقل و حداکثر فشاری که سوئیچ می‌تواند در آن محدوده تنظیم و کار کند.

2. فشار مجاز (Proof Pressure): حداکثر فشاری که دستگاه می‌تواند بدون آسیب دیدن تحمل کند.

3. دقت (Accuracy): میزان نزدیکی عملکرد واقعی به مقدار تنظیم شده، معمولاً به صورت درصدی از کل مقیاس بیان می‌شود.

4. تکرارپذیری (Repeatability): توانایی سوئیچ در تکرار عملکرد یکسان در شرایط مشابه.

5. زمان پاسخ (Response Time): مدت زمان لازم برای تغییر وضعیت پس از رسیدن به نقطه تنظیم.

6. عمر مکانیکی (Mechanical Life): تعداد عملکرد مورد انتظار قبل از خرابی مکانیکی.

7. عمر الکتریکی (Electrical Life): تعداد عملکرد کلید الکتریکی تحت شرایط بار مشخص.

ساختار و اجزای اصلی پرشر سوئیچ

یک پرشر سوئیچ معمولی از اجزای زیر تشکیل شده است:

1. المان حساس به فشار

این بخش، تغییرات فشار را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. انواع متداول المان‌های حساس به فشار عبارتند از:

• دیافراگم (Diaphragm): صفحه‌ای انعطاف‌پذیر که با تغییر فشار، خم می‌شود.

• بلوز (Bellows): محفظه‌ای آکاردئونی شکل که با تغییر فشار، منبسط یا منقبض می‌شود.

• لوله بوردن (Bourdon Tube): لوله‌ای خمیده با مقطع بیضوی که با افزایش فشار، تمایل به باز شدن دارد.

• پیستون (Piston): در برخی طراحی‌ها، فشار سیال مستقیماً به پیستون وارد می‌شود و آن را در برابر نیروی فنر حرکت می‌دهد.

2. مکانیزم نیروی مرجع

معمولاً یک فنر قابل تنظیم که نیروی مخالف در برابر فشار سیال ایجاد می‌کند و نقطه تنظیم را مشخص می‌سازد.

3. سیستم کلیدزنی

بخشی که حرکت مکانیکی را به عملکرد الکتریکی تبدیل می‌کند. انواع مختلفی دارد:

• میکروسوئیچ (Microswitch): کلیدهای الکتریکی کوچک با عملکرد سریع

• سوئیچ جیوه‌ای (Mercury Switch): در طراحی‌های قدیمی‌تر استفاده می‌شد

• سوئیچ‌های مغناطیسی (Magnetic Switches): از آهنرباهای متحرک برای فعال‌سازی سنسورهای اثر هال یا رید سوئیچ‌ها استفاده می‌کنندو در چیلر های مدیا استفاده می شوند.

• سوئیچ‌های الکترونیکی (Solid State Switches): بدون قطعات متحرک، از سنسورهای الکترونیکی استفاده می‌کنند

4. تنظیم‌کننده نقطه تنظیم (Setpoint)

مکانیزمی که امکان تنظیم فشار فعال‌سازی را فراهم می‌کند، معمولاً از طریق تغییر فشردگی فنر.

5. تنظیم‌کننده هیسترزیس

در برخی مدل‌ها، امکان تنظیم فاصله بین نقطه فعال‌سازی و بازنشانی وجود دارد.

6. اتصالات فرآیندی

پرشر سوئیچ‌ها دارای اتصالات استانداردی برای نصب روی خطوط لوله یا مخازن هستند. رایج‌ترین اتصالات عبارتند از:

• اتصالات رزوه‌ای NPT یا BSP

• اتصالات فلنجی

• اتصالات سانتریک (Sanitary) برای کاربردهای مواد غذایی، دارویی و بهداشتی

7. محفظه و گلند کابل

محفظه محافظ که معمولاً از فلز یا پلاستیک ساخته می‌شود و گلند کابل برای ورود و آب‌بندی کابل‌های الکتریکی.

انواع پرشر سوئیچ

پرشر سوئیچ‌ها بر اساس معیارهای مختلف دسته‌بندی می‌شوند:

بر اساس نوع فشار اندازه‌گیری شده

1. پرشر سوئیچ فشار مطلق (Absolute Pressure Switch)

فشار را نسبت به خلأ کامل (فشار صفر مطلق) اندازه‌گیری می‌کند. این نوع پرشر سوئیچ، از تغییرات فشار اتمسفر تأثیر نمی‌پذیرد و برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق فشار مطلق دارند، مناسب است.

2. پرشر سوئیچ فشار گیج (Gauge Pressure Switch)

فشار را نسبت به فشار اتمسفر محیط اندازه‌گیری می‌کند. این رایج‌ترین نوع پرشر سوئیچ است که در اکثر کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود.

3. پرشر سوئیچ فشار تفاضلی (Differential Pressure Switch)

اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه‌گیری می‌کند. این نوع پرشر سوئیچ دارای دو ورودی فشار است و هنگامی فعال می‌شود که اختلاف فشار بین این دو نقطه از مقدار تنظیم شده بیشتر یا کمتر شود که در اسپلیت hisense استفاده می شوند.

4. پرشر سوئیچ خلأ (Vacuum Switch)

نوعی از پرشر سوئیچ فشار گیج است که برای فشارهای پایین‌تر از فشار اتمسفر (خلأ) طراحی شده است.

بر اساس مکانیزم عملکرد

1. پرشر سوئیچ دیافراگمی (Diaphragm Pressure Switch)

از یک دیافراگم انعطاف‌پذیر استفاده می‌کند که در اثر فشار، خم می‌شود. این نوع پرشر سوئیچ برای فشارهای پایین تا متوسط مناسب است و حساسیت بالایی دارد.

2. پرشر سوئیچ بلوزی (Bellows Pressure Switch)

از یک بلوز (محفظه آکاردئونی) استفاده می‌کند که با تغییر فشار، منبسط یا منقبض می‌شود. این نوع برای کاربردهایی با حساسیت بالا و فشارهای پایین مناسب است.

3. پرشر سوئیچ لوله بوردن (Bourdon Tube Pressure Switch)

از لوله بوردن برای تشخیص فشار استفاده می‌کند. این نوع برای فشارهای متوسط تا بالا مناسب است و مقاومت خوبی در برابر فشارهای ضربه‌ای دارد.

4. پرشر سوئیچ پیستونی (Piston Pressure Switch)

از یک پیستون که مستقیماً در معرض فشار سیال قرار می‌گیرد، استفاده می‌کند. این نوع پرشر سوئیچ برای فشارهای بالا و سیالات با ویسکوزیته زیاد یا حاوی ذرات جامد مناسب است.

بر اساس فناوری کلیدزنی

1. پرشر سوئیچ مکانیکی (Mechanical Pressure Switch)

از میکروسوئیچ‌های مکانیکی برای قطع و وصل مدار استفاده می‌کند. این نوع پرشر سوئیچ ساده، مقاوم و ارزان است، اما عمر محدودی دارد.

2. پرشر سوئیچ الکترونیکی (Electronic Pressure Switch)

از سنسورهای فشار الکترونیکی و مدارات پردازش سیگنال استفاده می‌کند. این نوع پرشر سوئیچ دقت بالا، قابلیت تنظیم دیجیتال، عمر طولانی‌تر و امکانات بیشتری دارد.

3. پرشر سوئیچ حالت جامد (Solid State Pressure Switch)

از سوئیچ‌های نیمه‌هادی بدون قطعات متحرک استفاده می‌کند. این نوع پرشر سوئیچ عمر طولانی، سرعت عملکرد بالا و قابلیت اطمینان بیشتری دارد.

بر اساس کاربرد و شرایط محیطی

1. پرشر سوئیچ صنعتی استاندارد (Standard Industrial Pressure Switch)

برای کاربردهای عمومی در صنعت طراحی شده و در محدوده وسیعی از شرایط محیطی کار می‌کند.

2. پرشر سوئیچ ضد انفجار (Explosion-Proof Pressure Switch)

برای استفاده در محیط‌های قابل انفجار طراحی شده و دارای گواهینامه‌های مربوطه مانند ATEX یا IECEx است.

3. پرشر سوئیچ بهداشتی (Sanitary Pressure Switch)

برای صنایع غذایی، نوشیدنی، دارویی و بهداشتی طراحی شده و از مواد مناسب برای تماس با مواد غذایی ساخته می‌شود.

4. پرشر سوئیچ دریایی (Marine Pressure Switch)

برای استفاده در محیط‌های دریایی با مقاومت در برابر خوردگی و ارتعاشات طراحی شده است.

5. پرشر سوئیچ دما بالا (High Temperature Pressure Switch)

برای کار در دماهای بالا طراحی شده و از مواد مقاوم به حرارت استفاده می‌کند.

کاربردهای پرشر سوئیچ

پرشر سوئیچ‌ها در طیف وسیعی از صنایع و کاربردها استفاده می‌شوند:

1. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

• کنترل فشار مخازن و خطوط لوله

• سیستم‌های ایمنی و قطع اضطراری (ESD)

• کنترل کمپرسورها و پمپ‌ها

• مانیتورینگ فشار روغن در توربین‌ها و کمپرسورها

• سیستم‌های مشعل (Flare Systems)

2. صنایع تولید برق

• کنترل فشار بخار در دیگ‌های بخار

• سیستم‌های خنک‌کننده

• کنترل توربین‌های گازی و بخار

• سیستم‌های روغن‌کاری

3. صنایع آب و فاضلاب

• کنترل پمپ‌های آب

• حفاظت از پمپ‌ها در برابر کارکرد خشک

• سیستم‌های تصفیه آب

• کنترل فشار شبکه‌های آب‌رسانی

4. سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک

• کنترل فشار روغن هیدرولیک

• تشخیص نشتی در سیستم‌های هیدرولیک

• کنترل کمپرسورهای هوا

• سیستم‌های ترمز پنوماتیک

5. صنایع تولیدی و کارخانه‌ای

• ماشین‌آلات تزریق پلاستیک

• دستگاه‌های پرس

• سیستم‌های روانکاری

• خطوط تولید اتوماتیک

6. تاسیسات ساختمانی و سیستم‌های HVAC

• کنترل پمپ‌های آب و بوستر پمپ‌ها

• سیستم‌های اطفاء حریق

• چیلرها و سیستم‌های تهویه مطبوع

• کنترل فشار مبردها در سیستم‌های سرمایشی

7. صنایع غذایی و نوشیدنی

• کنترل فرآیندهای پاستوریزاسیون

• سیستم‌های CIP (Clean In Place)

• خطوط بسته‌بندی

• اتوکلاوها و تجهیزات استریلیزاسیون

8. صنایع خودروسازی و هوافضا

• سیستم‌های ترمز

• سیستم‌های تعلیق پنوماتیک

• سیستم‌های روغن‌کاری موتور

• سیستم‌های سوخت‌رسانی

• سیستم‌های هیدرولیک هواپیما

9. کاربردهای پزشکی

• دستگاه‌های بیهوشی

• ونتیلاتورها

• سیستم‌های گازهای طبی

• تجهیزات دیالیز