Schakeltypes

Hoewel het misschien vreemd lijkt om het elementaire onderwerp van elektrische schakelaars in zo'n laat stadium in deze boekenreeks te behandelen, doe ik dit omdat de hoofdstukken die volgen een ouder gebied van digitale technologie verkennen op basis van mechanische schakelcontacten in plaats van halfgeleider-poortcircuits , en een grondig begrip van schakelaartypes is noodzakelijk voor de onderneming.

Door de functie van op schakelaars gebaseerde circuits te leren kennen terwijl u leert over solid-state logische poorten, worden beide onderwerpen gemakkelijker te begrijpen en wordt de weg geëffend voor een verbeterde leerervaring in Booleaanse algebra, de wiskunde achter digitale logische circuits.

Wat is een elektrische schakelaar?

Een elektrische schakelaar is elk apparaat dat wordt gebruikt om de stroom van elektronen in een circuit te onderbreken. Schakelaars zijn in wezen binaire apparaten:ze zijn ofwel volledig aan ("gesloten") of volledig uit ("open"). Er zijn veel verschillende soorten schakelaars en we zullen enkele van deze soorten in dit hoofdstuk onderzoeken.

Leer de verschillende soorten schakelaars

Het eenvoudigste type schakelaar is er een waarbij twee elektrische geleiders met elkaar in contact worden gebracht door de beweging van een bedieningsmechanisme.

Andere schakelaars zijn complexer en bevatten elektronische circuits die kunnen worden in- of uitgeschakeld afhankelijk van een fysieke stimulus (zoals licht of magnetisch veld) die wordt waargenomen.

In ieder geval zal de uiteindelijke output van een schakelaar (minstens) een paar draadaansluitklemmen zijn die ofwel met elkaar worden verbonden door het interne contactmechanisme van de schakelaar (“gesloten”), of niet met elkaar verbonden (“open”) .

Elke schakelaar die is ontworpen om door een persoon te worden bediend, wordt over het algemeen een handschakelaar genoemd , en ze worden in verschillende varianten gemaakt:

Toggle-schakelaars

Tuimelschakelaars worden bediend door een hendel die in een van twee of meer standen staat. De gemeenschappelijke lichtschakelaar die wordt gebruikt in huishoudelijke bedrading is een voorbeeld van een tuimelschakelaar.

De meeste tuimelschakelaars komen tot stilstand in een van hun hendelposities, terwijl andere een intern veermechanisme hebben dat de hendel terugbrengt naar een bepaalde normale positie, waardoor een zogenaamde “kortstondige” werking mogelijk is.

Drukknopschakelaars

Drukknopschakelaars zijn apparaten met twee standen die worden bediend met een knop die wordt ingedrukt en losgelaten. De meeste drukknopschakelaars hebben een intern veermechanisme dat de knop terugzet naar de "uit" of "niet ingedrukte" positie, voor kortstondige bediening.

Sommige drukknopschakelaars worden bij elke druk op de knop afwisselend in- of uitgeschakeld. Andere drukknopschakelaars blijven in hun "in" of "ingedrukte" positie totdat de knop weer wordt uitgetrokken.

Dit laatste type drukknopschakelaars hebben meestal een paddenstoelvormige knop voor eenvoudige push-pull-actie.

Keuzeschakelaars

Keuzeschakelaars worden bediend met een draaiknop of hendel om een ​​van twee of meer standen te selecteren.

Net als de tuimelschakelaar kunnen keuzeschakelaars ofwel in een van hun posities rusten of veerretourmechanismen bevatten voor kortstondige bediening.

Joystickschakelaars

Een joystickschakelaar wordt bediend door een hendel die vrij in meer dan één bewegingsas kan bewegen. Afhankelijk van de manier waarop de hendel wordt ingedrukt en soms hoe ver deze wordt geduwd, worden een of meer van meerdere schakelcontactmechanismen geactiveerd.

De cirkel-en-puntnotatie op het schakelaarsymbool vertegenwoordigt de richting van de joystickhendelbeweging die nodig is om het contact te activeren. Joystick-handschakelaars worden vaak gebruikt voor kraan- en robotbesturing.

Sommige schakelaars zijn speciaal ontworpen om te worden bediend door de beweging van een machine in plaats van door de hand van een menselijke operator.

Deze door beweging bediende schakelaars worden gewoonlijk eindschakelaars genoemd , omdat ze vaak worden gebruikt om de beweging van een machine te beperken door de aandrijfkracht naar een onderdeel uit te schakelen als het te ver beweegt. Net als bij handschakelaars zijn eindschakelaars er in verschillende varianten:

Eindschakelaars

Deze eindschakelaars lijken sterk op robuuste tuimel- of keuzeschakelaars die zijn uitgerust met een hendel die door het machineonderdeel wordt geduwd.

Vaak zijn de hendels getipt met een klein rollager, waardoor wordt voorkomen dat de hendel door herhaaldelijk contact met het machineonderdeel wordt afgesleten.

Nabijheidsschakelaars

Naderingsschakelaars detecteren de nadering van een metalen machineonderdeel door een magnetisch of hoogfrequent elektromagnetisch veld.

Eenvoudige naderingsschakelaars gebruiken een permanente magneet om een ​​verzegeld schakelmechanisme te activeren wanneer het machineonderdeel in de buurt komt (meestal 1 inch of minder).

Complexere naderingsschakelaars werken als een metaaldetector, activeren een draadspoel met een hoogfrequente stroom en bewaken elektronisch de grootte van die stroom.

Als een metalen onderdeel (niet noodzakelijk magnetisch) dicht genoeg bij de spoel komt, zal de stroom toenemen en het bewakingscircuit uitschakelen.

Het hier getoonde symbool voor de naderingsschakelaar is van de elektronische variant, zoals aangegeven door de ruitvormige doos rondom de schakelaar.

Een niet-elektronische naderingsschakelaar zou hetzelfde symbool gebruiken als de hendelbediende eindschakelaar.

Een andere vorm van naderingsschakelaar is de optische schakelaar, bestaande uit een lichtbron en fotocel. De machinepositie wordt gedetecteerd door de onderbreking of reflectie van een lichtstraal.

Optische schakelaars zijn ook nuttig in veiligheidstoepassingen, waar lichtstralen kunnen worden gebruikt om het betreden van een gevaarlijk gebied door personeel te detecteren.

De verschillende soorten processchakelaars

In veel industriële processen is het noodzakelijk om verschillende fysieke grootheden te bewaken met schakelaars.

Dergelijke schakelaars kunnen worden gebruikt om alarmen af ​​te laten gaan, wat aangeeft dat een procesvariabele de normale parameters heeft overschreden, of ze kunnen worden gebruikt om processen of apparatuur af te sluiten als die variabelen gevaarlijke of destructieve niveaus hebben bereikt.

Er zijn veel verschillende soorten processchakelaars.

Snelheidsschakelaars

Deze schakelaars detecteren de rotatiesnelheid van een as, hetzij door een centrifugaal gewichtsmechanisme dat op de as is gemonteerd, of door een soort contactloze detectie van asbeweging, zoals optisch of magnetisch.

Drukschakelaars

Gas- of vloeistofdruk kan worden gebruikt om een ​​schakelmechanisme in werking te stellen als die druk wordt uitgeoefend op een zuiger, diafragma of balg, die druk omzet in mechanische kracht.

Temperatuurschakelaars

Een goedkoop temperatuurdetectiemechanisme is de "bimetalen strip:" een dunne strook van twee metalen, rug aan rug samengevoegd, waarbij elk metaal een verschillende mate van thermische uitzetting heeft.

Wanneer de strip verwarmt of afkoelt, zorgt de verschillende thermische uitzettingssnelheden tussen de twee metalen ervoor dat deze buigt. Het buigen van de strip kan dan worden gebruikt om een ​​schakelcontactmechanisme te activeren.

Andere temperatuurschakelaars gebruiken een koperen bol gevuld met een vloeistof of gas, met een buisje dat de bol verbindt met een drukgevoelige schakelaar. Als de lamp wordt verwarmd, zet het gas of de vloeistof uit, waardoor een drukverhoging ontstaat die vervolgens het schakelmechanisme activeert.

Vloeistofniveauschakelaar

Een drijvend object kan worden gebruikt om een ​​schakelmechanisme in werking te stellen wanneer het vloeistofniveau in een tank voorbij een bepaald punt stijgt. Als de vloeistof elektrisch geleidend is, kan de vloeistof zelf als geleider worden gebruikt om te overbruggen tussen twee metalen sondes die op de gewenste diepte in de tank worden gestoken.

De geleidbaarheidstechniek wordt meestal geïmplementeerd met een speciaal ontwerp van een relais dat wordt geactiveerd door een kleine hoeveelheid stroom door de geleidende vloeistof. In de meeste gevallen is het onpraktisch en gevaarlijk om de vollaststroom van het circuit door een vloeistof te schakelen.

Niveauschakelaars kunnen ook worden ontworpen om het niveau van vaste materialen zoals houtsnippers, graan, kolen of veevoer in een opslagsilo, bak of hopper te detecteren.

Een veelgebruikt ontwerp voor deze toepassing is een klein schoepenrad, dat op de gewenste hoogte in de bak wordt gestoken, dat langzaam wordt rondgedraaid door een kleine elektromotor.

Wanneer het vaste materiaal de bak tot die hoogte vult, voorkomt het materiaal dat het schoepenrad draait. De koppelrespons van de kleine motor schakelt dan het schakelmechanisme uit.

Een ander ontwerp maakt gebruik van een "stemvork" -vormige metalen tand, die van buitenaf op de gewenste hoogte in de bak wordt gestoken. De vork wordt op zijn resonantiefrequentie getrild door een elektronisch circuit en een magneet/elektromagneetspoel.

Wanneer de bak tot die hoogte wordt gevuld, dempt het vaste materiaal de trilling van de vork, de verandering in trillingsamplitude en/of frequentie die wordt gedetecteerd door het elektronische circuit.

Vloeistofstroomschakelaar

Een stromingsschakelaar, die in een pijp wordt gestoken, detecteert elke gas- of vloeistofstroom die een bepaalde drempel overschrijdt, meestal met een kleine peddel of schoep die door de stroom wordt geduwd.

Andere stromingsschakelaars zijn geconstrueerd als verschildrukschakelaars, die de drukval meten over een restrictie die in de leiding is ingebouwd.

Nucleaire niveauschakelaar

Een ander type niveauschakelaar, geschikt voor detectie van vloeibare of vaste stoffen, is de nucleaire schakelaar. Samengesteld uit radioactief bronmateriaal en een stralingsdetector, zijn de twee gemonteerd over de diameter van een opslagvat voor vast of vloeibaar materiaal.

Elke materiaalhoogte boven het niveau van de bron/detector-opstelling zal de sterkte van de straling die de detector bereikt, verminderen. Deze afname van straling bij de detector kan worden gebruikt om een ​​relaismechanisme te activeren om een ​​schakelcontact te bieden voor meting, alarmpunt of zelfs controle van het tankniveau.


Bron en detector zijn buiten het vat, zonder enige indringing behalve de stralingsflux zelf.

De gebruikte radioactieve bronnen zijn vrij zwak en vormen geen onmiddellijke bedreiging voor de gezondheid van het bedienings- of onderhoudspersoneel.

Alle schakelaars hebben meerdere toepassingen

Zoals gebruikelijk is er meer dan één manier om een ​​schakelaar te implementeren om een ​​fysiek proces te bewaken of om als operatorcontrole te dienen.

Er is meestal niet één "perfecte" schakelaar voor een toepassing, hoewel sommige duidelijk bepaalde voordelen hebben ten opzichte van andere. Schakelaars moeten intelligent worden afgestemd op de taak voor een efficiënte en betrouwbare werking.

BEOORDELING:

• Een schakelaar is een elektrisch apparaat, meestal elektromechanisch, dat wordt gebruikt om de continuïteit tussen twee punten te regelen.
• Hand schakelaars worden geactiveerd door menselijke aanraking.
• Limiet schakelaars worden geactiveerd door machinebeweging.
• Proces schakelaars worden geactiveerd door veranderingen in een fysiek proces (temperatuur, niveau, stroom, enz.).

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Wissels