Типы переключения

Хотя может показаться странным охватить элементарную тему электрических переключателей в этой серии книг на столь позднем этапе, я делаю это потому, что в следующих главах исследуется более старая область цифровых технологий, основанная на контактах механического переключателя, а не на твердотельных схемах затвора. , и для этого необходимо доскональное понимание типов переключателей.

Изучение функции схем на основе переключателей одновременно с изучением полупроводниковых логических вентилей упрощает понимание обеих тем и создает основу для расширенного опыта обучения булевой алгебре, математике, лежащей в основе цифровых логических схем.

Что такое электрический выключатель?

Электрический переключатель - это любое устройство, используемое для прерывания потока электронов в цепи. Переключатели по сути являются бинарными устройствами:они либо полностью включены («замкнуты»), либо полностью выключены («разомкнуты»). Существует много разных типов переключателей, и в этой главе мы рассмотрим некоторые из них.

Изучите различные типы переключателей

Самый простой тип переключателя - это переключатель, в котором два электрических проводника приводят в контакт друг с другом за счет движения исполнительного механизма.

Другие переключатели более сложные, они содержат электронные схемы, которые могут включаться или выключаться в зависимости от физического воздействия (например, света или магнитного поля).

В любом случае конечным выходом любого переключателя будет (как минимум) пара клемм для подключения проводов, которые будут либо соединены вместе внутренним контактным механизмом переключателя («замкнут»), либо не соединены вместе («разомкнуты»). .

Любой переключатель, предназначенный для использования человеком, обычно называется ручным переключателем . , и выпускаются они нескольких разновидностей:

Тумблеры

Тумблеры приводятся в действие рычагом, находящимся под углом в одном из двух или более положений. Обычный выключатель света, используемый в бытовой электропроводке, является примером тумблера.

Большинство тумблеров останавливаются в любом положении рычага, в то время как другие имеют внутренний пружинный механизм, возвращающий рычаг в определенное нормальное положение. положение, позволяющее выполнять так называемые «мгновенные» операции.

Кнопочные переключатели

Кнопочные переключатели представляют собой двухпозиционные устройства, приводимые в действие нажатием и отпусканием кнопки. Большинство кнопочных переключателей имеют внутренний пружинный механизм, возвращающий кнопку в ее «отжатое» или «отжатое» положение для кратковременного срабатывания.

Некоторые кнопочные переключатели поочередно включаются или выключаются при каждом нажатии кнопки. Другие кнопочные переключатели будут оставаться в положении «включено» или «нажато» до тех пор, пока кнопка не будет вытянута обратно.

Этот последний тип кнопочных переключателей обычно имеет грибовидную кнопку для легкого нажатия и вытягивания.

Селекторные переключатели

Селекторные переключатели приводятся в действие поворотной ручкой или каким-либо рычагом для выбора одного из двух или более положений.

Как и тумблер, селекторные переключатели могут либо находиться в любом из своих положений, либо содержать механизмы с пружинным возвратом для мгновенного срабатывания.

Джойстик-переключатели

Переключатель джойстика приводится в действие рычагом, который может свободно перемещаться по более чем одной оси движения. Один или несколько из нескольких переключающих контактных механизмов срабатывают в зависимости от того, как нажимается рычаг, а иногда и от того, насколько сильно он нажат.

Обозначение из круга и точки на символе переключателя представляет направление движения рычага джойстика, необходимое для приведения в действие контакта. Ручные переключатели-джойстики обычно используются для управления краном и роботом.

Некоторые переключатели специально разработаны для управления движением машины, а не рукой человека-оператора.

Эти переключатели, управляемые движением, обычно называются концевыми выключателями . , потому что они часто используются для ограничения движения машины путем отключения исполнительной мощности компонента, если он перемещается слишком далеко. Как и ручные выключатели, концевые выключатели бывают нескольких разновидностей:

Концевые выключатели

Эти концевые выключатели очень похожи на прочный тумблер или ручные переключатели, оснащенные рычагом, нажимаемым частью машины.

Часто рычаги имеют небольшой роликовый подшипник, что предотвращает износ рычага при многократном контакте с деталью машины.

Бесконтактные переключатели

Бесконтактные переключатели распознают приближение металлической части машины с помощью магнитного или высокочастотного электромагнитного поля.

Простые бесконтактные переключатели используют постоянный магнит для приведения в действие герметичного механизма переключения всякий раз, когда часть машины приближается (обычно на 1 дюйм или меньше).

Более сложные бесконтактные переключатели работают как металлоискатель, запитывая катушку с проволокой током высокой частоты и электронным способом отслеживая величину этого тока.

Если металлическая часть (не обязательно магнитная) подойдет достаточно близко к катушке, ток увеличится и отключит цепь контроля.

Показанный здесь символ бесконтактного переключателя относится к электронной разновидности, на что указывает ромбовидная рамка вокруг переключателя.

Для неэлектронного бесконтактного переключателя будет использоваться тот же символ, что и для концевого переключателя, приводимого в действие рычагом.

Другой вид бесконтактного переключателя - это оптический переключатель, состоящий из источника света и фотоэлемента. Положение машины определяется по прерыванию или отражению светового луча.

Оптические переключатели также полезны в системах безопасности, где лучи света могут использоваться для обнаружения входа персонала в опасную зону.

Различные типы переключателей процесса

Во многих промышленных процессах необходимо контролировать различные физические величины с помощью переключателей.

Такие переключатели могут использоваться для подачи сигналов тревоги, указывающих на то, что параметр процесса превысил нормальные параметры, или они могут использоваться для остановки процессов или оборудования, если эти переменные достигли опасного или разрушительного уровня.

Существует много различных типов переключателей процесса.

Переключатели скорости

Эти переключатели определяют скорость вращения вала либо с помощью механизма центробежного груза, установленного на валу, либо с помощью какого-либо бесконтактного обнаружения движения вала, например оптического или магнитного.

Реле давления

Давление газа или жидкости может быть использовано для приведения в действие механизма переключения, если это давление приложено к поршню, диафрагме или сильфону, что преобразует давление в механическую силу.

Температурные переключатели

Недорогим механизмом измерения температуры является «биметаллическая полоса»:тонкая полоска из двух металлов, соединенных спиной к спине, причем каждый металл имеет разную скорость теплового расширения.

Когда полоса нагревается или охлаждается, разная скорость теплового расширения двух металлов вызывает ее изгиб. Затем изгиб полосы можно использовать для приведения в действие контактного механизма переключателя.

В других реле температуры используется латунная колба, заполненная жидкостью или газом, с крошечной трубкой, соединяющей колбу с датчиком давления. Когда баллон нагревается, газ или жидкость расширяются, вызывая повышение давления, которое приводит в действие механизм переключения.

Реле уровня жидкости

Плавающий объект может использоваться для приведения в действие механизма переключения, когда уровень жидкости в резервуаре поднимается выше определенной точки. Если жидкость электропроводна, сама жидкость может использоваться как проводник между двумя металлическими зондами, вставленными в резервуар на требуемой глубине.

Метод проводимости обычно реализуется с помощью специальной конструкции реле, срабатывающего при небольшом токе, протекающем через проводящую жидкость. В большинстве случаев переключать полный ток нагрузки цепи через жидкость непрактично и опасно.

Реле уровня также могут быть разработаны для определения уровня твердых материалов, таких как древесная щепа, зерно, уголь или корм для животных, в силосе для хранения, бункере или бункере.

Обычной конструкцией для этого приложения является небольшое лопастное колесо, вставленное в бункер на нужной высоте, которое медленно вращается небольшим электродвигателем.

Когда твердый материал заполняет бункер на эту высоту, материал предотвращает вращение лопаточного колеса. Отклик крутящего момента маленького двигателя, чем срабатывает механизм переключения.

В другой конструкции используется металлический стержень в форме «камертона», который вставляется в бункер снаружи на желаемой высоте. Вилка вибрирует на своей резонансной частоте с помощью электронной схемы и узла магнит / катушка электромагнита.

Когда бункер заполняется на эту высоту, твердый материал гасит вибрацию вилки, изменение амплитуды и / или частоты вибрации, обнаруживаемое электронной схемой.

Реле расхода жидкости

Реле потока, вставленное в трубу, обнаруживает любой расход газа или жидкости, превышающий определенный порог, обычно с помощью небольшой лопасти или лопасти, которую толкает поток.

Другие реле расхода сконструированы как реле перепада давления, измеряющие падение давления на сужении, встроенном в трубу.

Ядерный датчик уровня

Другой тип реле уровня, подходящий для обнаружения жидких или твердых материалов, - это ядерный переключатель. Эти два элемента, состоящие из радиоактивного источника и детектора излучения, устанавливаются поперек диаметра емкости для хранения твердого или жидкого материала.

Любая высота материала, превышающая уровень расположения источника / детектора, будет ослаблять силу излучения, достигающего детектора. Это уменьшение излучения на детекторе может быть использовано для запуска релейного механизма для обеспечения переключающего контакта для измерения, точки срабатывания сигнализации или даже контроля уровня в сосуде.


Источник и детектор являются вне судна, без какого-либо проникновения, кроме самого радиационного потока.

Используемые радиоактивные источники довольно слабые и не представляют непосредственной угрозы здоровью эксплуатационного или обслуживающего персонала.

Все коммутаторы имеют несколько приложений

Как обычно, существует несколько способов реализации переключателя для наблюдения за физическим процессом или для управления оператором.

Обычно не существует единого «идеального» переключателя для любого приложения, хотя некоторые из них, очевидно, обладают определенными преимуществами перед другими. Для эффективной и надежной работы переключатели должны быть грамотно адаптированы к задаче.

ОБЗОР:

• переключатель представляет собой электрическое устройство, обычно электромеханическое, используемое для контроля непрерывности между двумя точками.
• Рука переключатели приводятся в действие прикосновением человека.
• Лимит переключатели приводятся в действие движением машины.
• Процесс переключатели срабатывают при изменении какого-либо физического процесса (температуры, уровня, расхода и т. д.).

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица переключателей