Aktuální vydání

celé číslo

08

2021

Digitální transformace a konvergence provozních, informačních a inženýrských systémů

Výzkum, vývoj a vzdělávání v automatizaci

celé číslo

Spínací manometry a tlakové spínače

číslo 3/2004

Spínací manometry a tlakové spínače

Spínací manometry a tlakové spínače jsou určeny ke dvoustavové regulaci tlaku nebo k signalizaci dosažení jeho určité hodnoty. Nacházejí uplatnění v jednoduchých regulačních obvodech a v obvodech signalizace a hlídání provozních stavů.

Obr. 1.

Deformační manometry se spínacími kontakty

Základ přístroje tvoří Bourdonův nebo membránový manometr. Pohyblivý kontakt je opřen o ručku, ručka jej unáší a při dosažení jisté úrovně tlaku způsobí sepnutí nebo rozepnutí kontaktu. Požadovaná úroveň se nastavuje posunutím držáku s kontakty do příslušné polohy. Tak je tomu u mechanických kontaktů, kde pohyblivý kontakt je k pevnému přitlačován pružinou, jejíž síla ovšem musí být nepatrná, aby nedocházelo k nepřípustnému ovlivnění výchylky ručky. Proto bývá přítlačná síla zvětšena účinkem malého magnetu: při přiblížení se kontakty „slepí“ magnetickou silou. Velikost této síly je možné nastavit přiblížením nebo oddálením magnetu. Když se síla nastaví příliš malá, při otřesech kontakty odskakují. Je-li síla příliš velká, zastaví se ručka při zpětném pohybu na kontaktu a musí nastat podstatnější změna tlaku, aby ručka dokázala kontakt odtrhnout; jedná se v podstatě o hysterezi. V rozmezí hystereze ručka neukazuje přesnou hodnotu, nýbrž vázne opřena o kontakt. Aby se odstranilo nebezpečí vyplývající z odskakování ručky při otřesech, zařazuje se do obvodu spínacích, popř. rozpínacích kontaktů relé s odpadem zpožděným řádově o desetiny sekundy, které při „odskočení“ kontaktů podrží obvod sepnutý.

Obr. 2.

O něco lepší vlastnosti poskytuje použití indukčních kontaktů. V podstatě jde o jazýčkové relé. Ručka manometru unáší clonku s výřezem, která zapadá do magnetického obvodu jazýčkového relé.

Na obr. 1 je Bourdonův manometr o průměru 100ží k tlumení otřesů.

Přes uvedené nevýhody nacházejí klasické spínací manometry ještě stále použití. Jejich hlavní výhodou je velmi jednoduchá funkce. Přestavení držáku kontaktů do polohy odpovídající žádané hodnotě vyžaduje minimální kvalifikaci a skutečně k tomu není třeba studovat návod.

Elektronické spínací manometry

Podstatnou částí těchto přístrojů je snímač tlaku, který je doplněn ukazatelem okamžité hodnoty. Signál snímače se zpracovává v elektronické jednotce a porovnává se s nastavenou úrovní měřeného tlaku. U moderních přístrojů se tato úroveň zpravidla nastavuje tlačítky. Spínací manometr PS111 (obr. 2) umožňuje naprogramovat až čtyři úrovně spínacích bodů s výstupem na čtveřici relé. Oproti mechanickým spínacím manometrům má použití elektronických manometrů tyto výhody:

Obr. 3. Obr. 4.
  • větší přesnost,
  • možnost nastavit libovolně širokou a přesně definovanou hysterezi,
  • potlačení reakce na rychlé průběhy (krátkodobá zakolísání, překmity),
  • naprogramování žádoucí reakce při zapnutí systému,
  • použití kvalitních kontaktů s větší zatížitelností a delší životností.

Mechanické tlakové spínače

Mechanické tlakové spínače se někdy nazývají též presostaty nebo manostaty. Oproti spínacím manometrům se funkce tlakového spínače omezuje na pouhé sepnutí či rozepnutí kontaktu při dosažení požadovaného tlaku. Obr. 5. Deformace měřicího členu se přenáší na kontakt. Deformačním členem je obvykle vlnovec, membrána nebo píst, které jsou obvykle vyváženy pružinou. Změnou předpětí pružiny se nastavuje úroveň sepnutí. Kvalita tlakového spínače je mj. dána také konstrukcí kontaktu: žádoucí je použití kvalitního mikrospínače, aby okamžik sepnutí byl jednoznačný a aby nevznikalo jiskření v kontaktu. Oproti tomu spínač s přímým kontaktem je vhodné použít tam, kde je v běžném provozu v podstatě vyloučeno, aby pracovní tlak dlouhodobě kolísal okolo úrovně spínání: tak je tomu např. u čidla tlaku oleje v automobilovém motoru nebo spínači brzdových světel.

Na obr. 3 je skupina tlakových spínačů vyrobených firmou Layher. Deformačním členem je vinutá pružina, na kterou tlak působí přes tenkou pryžovou membránu podepřenou pístem nebo přes píst těsněný manžetou. Nejjednodušší z nich jsou opatřeny pouze přímými kontakty. Pracovní rozsahy leží v oblasti přetlaku od 30 kPa do 60 MPa, popř. podtlaku do –80 kPa. Úroveň sepnutí se nastavuje šroubem. Při nastavování je třeba připojit spínač na příslušný definovaný tlak.

Na obr. 4 je skupina tlakových spínačů, jejichž výrobcem je firma Beck. Deformačním členem je talířová pružina tvořená kovovou planžetou, na kterou tlak působí přes tenkou membránu z pryže nebo plastu.

Pružina je opatřena důmyslnými výřezy a prolisy, do kterých se v několika bodech opírají seřizovací šrouby. Toto řešení umožňuje výrobci, aby poměrně přesně definoval a nastavil hysterezi. Obr. 6. Spínače typu Beck 901 Prescal® dovolují nastavovat spínací bod kalibrovaným točítkem; tedy bez nutnosti přivádět na vstup spínače definovaný tlak. Spínače Beck 901 se vyrábějí pro přetlak a podtlak od 500 Pa až do přetlaku 300 kPa.

Specialitou mezi tlakovými spínači jsou diferenční presostaty určené pro nízké tlaky, které se používají zejména ve vzduchotechnice. V sortimentu Beck má tento výrobek typové označení 930 Climair® a je určen pro tlaky od 40 Pa do 2,5 kPa; na obr. 4 je vpravo vzadu, ve zjednodušené podobě v popředí.

S ohledem na potřebu umožnit nastavení spínacího bodu bez nutnosti přivádět do presostatu příslušný tlak (pomocí kalibrovaného točítka nebo jezdce) a zároveň definovat a nastavovat hysterezi spínacího bodu někteří výrobci dodávají tlakové spínače podstatně složitější konstrukce. Za příklad uveďme švýcarskou firmu Trafag, v jejímž sortimentu se najdou i presostaty určené do prostředí s nebezpečím výbuchu v provedení s pevným závěrem. Jiným příkladem je presostat Asco-Joucomatic, zhotovený kompletně z korozivzdorné oceli. Je taktéž v „nevýbušném„ provedení a na obr. 5 je kompletován spolu s membránovým oddělovačem BHV senzory.

Netradiční konstrukci představuje i tlakový spínač SUKU, typ 3121, s Bourdonovým perem, který je zachycen na obr. 6. Všechny části přicházející do styku s médiem jsou kovové (z mosazi a z bronzu, popř. z korozivzdorné oceli) a neobsahují žádné těsnění – jsou kompletně svařeny, a proto jsou vhodné též pro kombinaci s membránovými oddělovači. Vyrábějí se do tlaku až 70 MPa.

Obr. 7.

Elektronické presostaty

Nevýhody mechanických presostatů (menší přesnost a zejména omezené možnosti nastavení hystereze spínacího bodu) vybízejí k volbě čistě elektronického řešení. Po technické stránce jde o snímač tlaku, který na rozdíl od klasického převodníku s analogovým výstupním signálem je vybaven elektronikou se spínací funkcí. Tato elektronika je o něco složitější než u standardního převodníku, neboť musí uživateli poskytovat možnost nastavování spínacího bodu, popř. i dalších parametrů. Cena tohoto řešení se podstatně neliší od ceny převodníku. Za příklad uveďme elektronický presostat typu 615 od firmy Huba Control a typu G1A od firmy IFM.

Převodníky se spínací funkcí

Řešení popsané v předchozím odstavci přímo vybízí k rozpracování do další varianty, která se ohledně technické náročnosti a ceny nebude od předchozího příliš lišit. Ke standardnímu převodníku je doplněno ukazovací zařízení (displej) s tlačítky pro programování a elektronika se spínací funkcí. Příkladem může být vzduchotechnický diferenční snímač tlaku a tlakový spínač Beck 984, určený pro rozsahy od 100 Pa do 250 kPa (obr. 7), nebo přístroj DS200 pro tlaky od 10 kPa do 60 MPa od firmy BD sensors.

Jan Vaculík, Petr Hejl, BHV senzory

BHV senzory
Suchdolská 4
160 00 Praha 6
tel.: 220 920 253
fax: 220 922 036
e-mail: bhvsenzory@bhvsenzory.cz
http://www.bhvsenzory.cz

Inzerce zpět