Czujniki i przełączniki ciśnienia w instalacjach przemysłowych – jak działają i gdzie się je stosuje

Układ hydrauliczny prasy potrafi pracować pozornie poprawnie do chwili, w której ciśnienie spadnie o kilka bar poniżej progu. Zadaniem elementu kontrolnego jest wychwycić tę zmianę wcześniej niż operator.

Presostat czy przetwornik

Presostat, czyli mechaniczny przełącznik ciśnienia, działa na prostej zasadzie. Membrana albo tłok przenosi nacisk medium na sprężynę nastawczą, a po przekroczeniu zadanej wartości przestawia się styk. Sygnał jest dwustanowy, obciążalność styków mieści się zwykle w przedziale 0,5-3 A przy 24 V DC, a całość działa bez sterownika i bez zasilania elektroniki.

Przetwornik ciśnienia mierzy w sposób ciągły. Element piezorezystancyjny lub cienkowarstwowy naniesiony na membranę stalową zmienia rezystancję proporcjonalnie do odkształcenia, a układ elektroniczny przetwarza to na sygnał 4-20 mA, 0-10 V albo ratiometryczny 0,5-4,5 V. Dokładność wykonań przemysłowych mieści się w granicach 0,5-1 procent zakresu pomiarowego.

Kryterium wyboru sprowadza się do pytania o cel. Jeżeli potrzebna jest tylko informacja o przekroczeniu progu i blokada ruchu, wystarczy rozwiązanie mechaniczne. Jeżeli układ ma rejestrować trend, wykrywać powolny spadek wydajności pompy albo narastanie oporu filtra, konieczny jest pomiar ciągły.

Histereza, przeciążenie i stopień ochrony

Histereza to różnica między ciśnieniem załączenia a wyłączenia styku. W wykonaniach standardowych wynosi 5-15 procent nastawy i nie jest wadą, lecz zabezpieczeniem. Zbyt wąska histereza przy pulsującym ciśnieniu powoduje serie przełączeń, które zużywają styk w ciągu tygodni zamiast lat.

Odporność mechaniczna opisywana jest dwiema wartościami. Ciśnienie przeciążeniowe, dopuszczalne chwilowo, sięga zwykle dwukrotności zakresu, a ciśnienie rozrywające około trzykrotności. Ma to znaczenie, bo szczyty powstające przy nagłym zamknięciu rozdzielacza potrafią kilkakrotnie przekroczyć ciśnienie robocze. W takich układach stosuje się dławik w przyłączu albo tłumik pulsacji.

Do warunków otoczenia dobiera się stopień ochrony IP. IP65 wystarcza w hali, IP67 przy okresowym zalaniu, a wykonania IP6K9K przewidziano do maszyn mobilnych mytych myjką wysokociśnieniową. Zakresy temperatury medium sięgają od minus 40 do plus 125 stopni Celsjusza. Przyłącza spotykane najczęściej to G1/4, M10x1 oraz 7/16-20 UNF, przy czym uszczelnienie stożkowe i pierścieniem wymagają innych momentów dokręcania.

Zasada doboru zakresu jest prosta: ciśnienie robocze powinno przypadać mniej więcej na 60-70 procent zakresu pomiarowego. Praca przy górnej granicy skraca żywotność, a przy dolnej pogarsza rozdzielczość pomiaru.

Dlaczego pętla 4-20 mA nadal wygrywa

Sygnał prądowy jest odporny na spadki napięcia i zakłócenia elektromagnetyczne, więc sprawdza się na trasach kilkudziesięciu metrów, podczas gdy sygnał napięciowy 0-10 V bywa wiarygodny na dystansie kilku metrów. Dodatkową zaletą jest diagnostyka: zgodnie z zaleceniem NAMUR NE43 wartość poniżej 3,6 mA albo powyżej 21 mA oznacza uszkodzenie toru pomiarowego, a nie zerowe ciśnienie.

W praktyce pozwala to odróżnić przerwany przewód od realnego braku ciśnienia w układzie. Wykonania dwuprzewodowe upraszczają okablowanie, a ekran kabla uziemia się po jednej stronie, żeby uniknąć pętli masy.

Typowe miejsca zabudowy

Zastosowania układają się w kilka powtarzalnych grup:

• hydraulika siłowa, gdzie potwierdzenie ciśnienia zacisku warunkuje rozpoczęcie ruchu roboczego prasy lub wtryskarki

• kontrola zanieczyszczenia filtra przy użyciu presostatu różnicowego reagującego na wzrost oporu wkładu

• centralne układy smarowania, w których sygnał potwierdza wykonanie cyklu dozowania

• maszyny mobilne i układy hamulcowe, pracujące w warunkach drgań, zasolenia i mycia ciśnieniowego

• sprężarki, układy podciśnienia oraz obiegi chłodzenia z zakresami ujemnymi rzędu minus 0,2 do minus 0,9 bar

Do tych zastosowań przeznaczone są rozwiązania SUCO – czujniki i przełączniki ciśnienia, dostępne w ofercie krakowskiej firmy EA obok pneumatyki, techniki podciśnienia, chwytaków i modułów, zaworów procesowych, sprężyn gazowych oraz absorberów i amortyzatorów przemysłowych. Marka SUCO specjalizuje się w elementach kontroli ciśnienia dla hydrauliki i maszyn mobilnych.

Prawidłowy dobór zaczyna się od trzech liczb: zakresu roboczego, wymaganej histerezy i spodziewanych szczytów ciśnienia. Reszta parametrów, od przyłącza po stopień ochrony, wynika już z miejsca zabudowy.

Artykuł sponsorowany