کلیدهای فشاری و انواع آنها

کلیدهای فشاری و انواع آنها

کلید دستی / کلید فشاری دقیقاً همان چیزی است که از نامش پیداست: یک کلید الکتریکی که با حرکت دست فرد فعال می‌شود. این کلیدها ممکن است به شکل ضامن، دکمه فشاری، چرخشی، زنجیری و غیره باشند.

یک شکل رایج از کلید فشاری صنعتی چیزی شبیه به این است:

اصل کار سوئیچ دستی

گردن رزوه‌دار از طریق سوراخی که در یک پنل فلزی یا پلاستیکی ایجاد شده است، وارد می‌شود و یک مهره‌ی هم‌اندازه آن را در جای خود نگه می‌دارد. بنابراین، دکمه رو به اپراتور قرار می‌گیرد در حالی که کنتاکت‌های سوئیچ در طرف دیگر پنل قرار دارند.

هنگام فشار دادن، حرکت رو به پایین محرک، پل الکتریکی بین دو کنتاکت NC را باز میکند و یک پل جدید بین کنتاکت‌های NO تشکیل می‌دهد:

نماد شماتیک این نوع کلید بسیار شبیه نمونه واقعی است، به این صورت که کنتاکت معمولاً بسته در بالا و کنتاکت معمولاً باز در زیر قرار دارد:

بیشتر کلیدهای دستی صنعتی به صورت ماژولار موجود هستند، که در آن مجموعه‌ای از بلوک‌های کنتاکت کلید ممکن است روی هم چیده شوند تا توسط یک دکمه فشاری یا دکمه چرخشی یکسان فعال شوند. این امر امکان فعال شدن همزمان تعداد تقریباً نامحدودی از کنتاکت‌های کلید را توسط یک مکانیسم محرک واحد فراهم می‌کند. به این کلیدها کلید های دوبل یا تریبل می گویند.

انواع مختلف عملگرها مانند دکمه‌های فشاری، انتخابگرهای چرخشی، دستگیره‌ها و کلیدهای سوئیچ نیز می‌توانند برای حداکثر انعطاف‌پذیری با ماژول‌های تماسی جایگزین شوند:

انواع سوئیچ

سوئیچ الکتریکی هر وسیله‌ای است که برای قطع جریان الکترون‌ها در یک مدار استفاده می‌شود. سوئیچ‌ها اساساً دستگاه‌های دودویی هستند: آنها یا کاملاً روشن ("بسته") یا کاملاً خاموش ("باز") هستند. انواع مختلفی از سوئیچ‌ها وجود دارد و ما در این فصل برخی از این انواع را بررسی خواهیم کرد.

اگرچه ممکن است پوشش دادن این مبحث الکتریکی مقدماتی در چنین مرحله‌ی پایانی از این مجموعه کتاب عجیب به نظر برسد، اما من این کار را انجام می‌دهم زیرا فصل‌های بعدی به بررسی حوزه‌ی قدیمی‌تری از فناوری دیجیتال مبتنی بر کنتاکت‌های سوئیچ مکانیکی به جای مدارهای گیت حالت جامد می‌پردازند و درک کاملی از انواع سوئیچ برای این کار ضروری است.

یادگیری عملکرد مدارهای مبتنی بر سوئیچ همزمان با یادگیری گیت‌های منطقی حالت جامد، درک هر دو موضوع را آسان‌تر می‌کند و زمینه را برای یک تجربه یادگیری پیشرفته در جبر بولی، ریاضیات پشت مدارهای منطقی دیجیتال، فراهم می‌کند.

ساده‌ترین نوع سوئیچ، سوئیچی است که در آن دو هادی الکتریکی با حرکت یک مکانیزم محرک به یکدیگر متصل می‌شوند. سوئیچ‌های دیگر پیچیده‌تر هستند و شامل مدارهای الکترونیکی هستند که می‌توانند بسته به برخی محرک‌های فیزیکی (مانند نور یا میدان مغناطیسی) حس شده، روشن یا خاموش شوند.

در هر صورت، خروجی نهایی هر سوئیچ (حداقل) یک جفت ترمینال اتصال سیمی خواهد بود که یا توسط مکانیسم کنتاکت داخلی سوئیچ به هم متصل می‌شوند ("بسته") یا به هم متصل نمی‌شوند ("باز").

هر کلیدی که برای کار با انسان طراحی شده باشد، عموماً کلید دستی نامیده می‌شود و در انواع مختلفی تولید می‌شود:

کلید ضامن دار Toggle Switch

کلیدهای ضامن‌دار توسط اهرمی که در یکی از دو یا چند موقعیت زاویه‌دار شده است، فعال می‌شوند. کلید برق رایج مورد استفاده در سیم‌کشی منازل نمونه‌ای از یک کلید ضامن‌دار است.

بیشتر کلیدهای ضامنی در هر یک از موقعیت‌های اهرمی خود به حالت سکون در می‌آیند، در حالی که برخی دیگر دارای یک مکانیزم فنری داخلی هستند که اهرم را به یک موقعیت عادی  خاص برمی‌گرداند و امکان عملکرد «لحظه‌ای» را فراهم می‌کند.

سوئیچ فشاری Pushbutton Switch

کلیدهای فشاری، دستگاه‌های دو وضعیتی هستند که با یک دکمه که فشرده و رها می‌شود، فعال می‌شوند. اکثر کلیدهای فشاری دارای یک مکانیزم فنری داخلی هستند که دکمه را برای عملکرد لحظه‌ای به حالت "اولیه" یا "فشرده نشده" برمی‌گرداند.

بعضی از کلیدهای فشاری با هر بار فشار دادن دکمه، یک کنتاکت بسته یا باز می‌شوند. سایر کلیدهای فشاری تا زمانی که دکمه به بیرون کشیده شود، در حالت «داخل» یا «فشرده شده» خود باقی می‌مانند. این نوع آخر از کلیدهای فشاری معمولاً دارای یک دکمه قارچی شکل برای عملکرد آسان فشاری-کششی هستند.

سوئیچ انتخابگر Selector Switch

سوئیچ‌های انتخابگر با یک دکمه چرخان یا نوعی اهرم برای انتخاب یکی از دو یا چند موقعیت فعال می‌شوند.

مانند کلید ضامنی، کلیدهای انتخابگر می‌توانند در هر یک از موقعیت‌های خود ثابت بمانند یا دارای مکانیزم‌های برگشت فنری برای عملکرد لحظه‌ای باشند.

سوئیچ جوی استیک Joystick Switch

یک سوئیچ جوی‌استیک توسط یک اهرم که آزاد است در بیش از یک محور حرکتی حرکت کند، فعال می‌شود. یک یا چند مکانیزم تماس سوئیچ بسته به اینکه اهرم به کدام سمت و گاهی اوقات تا چه اندازه فشار داده شود، فعال می‌شوند. علامت دایره و نقطه روی نماد سوئیچ، جهت حرکت اهرم جوی‌استیک مورد نیاز برای فعال کردن تماس را نشان می‌دهد. سوئیچ‌های دستی جوی‌استیک معمولاً برای کنترل جرثقیل و ربات استفاده می‌شوند.

بعضی از سوئیچ‌ها به‌طور خاص طوری طراحی شده‌اند که با حرکت یک ماشین به جای دست اپراتور انسانی کار کنند. این سوئیچ‌های حرکتی معمولاً سوئیچ‌های محدودکننده نامیده می‌شوند ، زیرا اغلب برای محدود کردن حرکت یک ماشین با خاموش کردن نیروی محرکه یک جزء در صورت حرکت بیش از حد آن استفاده می‌شوند. مانند سوئیچ‌های دستی، سوئیچ‌های محدودکننده در انواع مختلفی وجود دارند.

سوئیچ محدود کننده Limit Switch

این کلیدهای محدودکننده شباهت زیادی به کلیدهای ضامن‌دار یا انتخابگر دستی ناهموار دارند که دارای اهرمی هستند که توسط قطعه دستگاه فشار داده می‌شود.

اغلب، اهرم‌ها با یک یاتاقان غلتکی کوچک نوک تیز می‌شوند و از ساییدگی اهرم در اثر تماس مکرر با قطعه دستگاه جلوگیری می‌کنند.

سوئیچ مجاورتی Proximity Switch

سوئیچ‌های مجاورتی، نزدیک شدن یک قطعه فلزی ماشین را یا از طریق میدان مغناطیسی یا الکترومغناطیسی با فرکانس بالا حس می‌کنند. سوئیچ‌های مجاورتی ساده از یک آهنربای دائمی برای فعال کردن یک مکانیزم سوئیچ آب‌بندی شده، هر زمان که قطعه ماشین نزدیک می‌شود (معمولاً ۱ اینچ یا کمتر)، استفاده می‌کنند.

سوئیچ‌های مجاورتی پیچیده‌تر مانند یک آشکارساز فلزی کار می‌کنند، یک سیم‌پیچ را با جریان فرکانس بالا تحریک می‌کنند و به صورت الکترونیکی میزان آن جریان را کنترل می‌کنند. اگر یک قطعه فلزی (نه لزوماً مغناطیسی) به اندازه کافی به سیم‌پیچ نزدیک شود، جریان افزایش می‌یابد و مدار کنترل را قطع می‌کند.

نمادی که در اینجا برای سوئیچ مجاورتی نشان داده شده است، از نوع الکترونیکی است، همانطور که با کادر لوزی شکل اطراف سوئیچ مشخص شده است. یک سوئیچ مجاورتی غیر الکترونیکی از همان نمادی استفاده می‌کند که سوئیچ حد مجاز با اهرم از آن استفاده می‌کند.

پنوع دیگری از سوئیچ مجاورتی، سوئیچ نوری است که از یک منبع نور و فتوسل تشکیل شده است. موقعیت دستگاه با قطع یا انعکاس پرتو نور تشخیص داده می‌شود. سوئیچ‌های نوری همچنین در کاربردهای ایمنی مفید هستند، جایی که می‌توان از پرتوهای نور برای تشخیص ورود پرسنل به یک منطقه خطرناک استفاده کرد.

در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، نظارت بر کمیت‌های فیزیکی مختلف با استفاده از سوئیچ‌ها ضروری است. چنین سوئیچ‌هایی می‌توانند برای به صدا درآوردن آلارم‌ها استفاده شوند که نشان می‌دهد یک متغیر فرآیند از پارامترهای عادی فراتر رفته است، یا می‌توانند برای خاموش کردن فرآیندها یا تجهیزات در صورتی که آن متغیرها به سطوح خطرناک یا مخرب رسیده باشند، استفاده شوند. انواع مختلفی از سوئیچ‌های فرآیند وجود دارد:

سوئیچ سرعت Speed Switch

این سوئیچ‌ها سرعت چرخش یک شفت را یا توسط یک مکانیزم وزن گریز از مرکز نصب شده روی شفت، یا با نوعی تشخیص غیرتماسی حرکت شفت مانند نوری یا مغناطیسی، حس می‌کنند.

سوئیچ فشار Pressure Switch

فشار گاز یا مایع می‌تواند برای فعال کردن مکانیزم سوئیچ استفاده شود، اگر این فشار به پیستون، دیافراگم یا سیلندر اعمال شود که فشار را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کند.

نظریه سوئیچ دما Temperature Switch

یک مکانیزم حسگر دما ارزان قیمت، «نوار دوفلزی» است: نواری نازک از دو فلز که پشت به پشت به هم متصل شده‌اند و هر فلز نرخ انبساط حرارتی متفاوتی دارد. وقتی نوار گرم یا سرد می‌شود، نرخ‌های انبساط حرارتی متفاوت بین دو فلز باعث خم شدن آن می‌شود. سپس می‌توان از خم شدن نوار برای فعال کردن یک مکانیزم کنتاکت سوئیچ استفاده کرد.

سایر سوئیچ‌های دما از یک حباب برنجی پر از مایع یا گاز استفاده می‌کنند که یک لوله کوچک آن را به یک سوئیچ حسگر فشار متصل می‌کند. با گرم شدن حباب، گاز یا مایع منبسط می‌شود و باعث افزایش فشار می‌شود که سپس مکانیسم سوئیچ را فعال می‌کند.

سوئیچ سطح Level Switch

یک جسم شناور می‌تواند برای فعال کردن مکانیزم سوئیچ زمانی که سطح مایع در مخزن از یک نقطه خاص بالا می‌رود، استفاده شود. اگر مایع رسانای الکتریکی باشد، می‌توان از خود مایع به عنوان یک رسانا برای ایجاد پل بین دو پروب فلزی که در عمق مورد نیاز وارد مخزن شده‌اند، استفاده کرد.

تکنیک رسانایی معمولاً با طراحی خاصی از رله که توسط مقدار کمی جریان از طریق مایع رسانا فعال می‌شود، پیاده‌سازی می‌شود. در بیشتر موارد، سوئیچ کردن جریان بار کامل مدار از طریق مایع غیرعملی و خطرناک است.

سوئیچ‌های سطح همچنین می‌توانند برای تشخیص سطح مواد جامد مانند تراشه‌های چوب، غلات، زغال سنگ یا خوراک دام در یک سیلوی ذخیره‌سازی، سطل یا قیف طراحی شوند.

یک طرح رایج برای این کاربرد، یک چرخ پارویی کوچک است که در ارتفاع مورد نظر داخل سطل زباله قرار می‌گیرد و به آرامی توسط یک موتور الکتریکی کوچک می‌چرخد. هنگامی که مواد جامد سطل زباله را تا آن ارتفاع پر می‌کنند، این ماده مانع از چرخش چرخ پارویی می‌شود. پاسخ گشتاور موتور کوچک، مکانیزم سوئیچ را فعال می‌کند.

طرح دیگری از یک شاخک فلزی به شکل «دیاپازون» استفاده می‌کند که از بیرون و در ارتفاع دلخواه وارد محفظه می‌شود. این چنگال توسط یک مدار الکترونیکی و مجموعه سیم‌پیچ آهنربا/مغناطیس الکتریکی در فرکانس رزونانس خود مرتعش می‌شود. هنگامی که محفظه تا آن ارتفاع پر می‌شود، ماده جامد، ارتعاش چنگال را میرا می‌کند و تغییر در دامنه و/یا فرکانس ارتعاش توسط مدار الکترونیکی تشخیص داده می‌شود.

سوئیچ جریان Flow Switch

یک فلوسوئیچ که در لوله قرار می‌گیرد، هرگونه سرعت جریان گاز یا مایع را که بیش از یک آستانه مشخص باشد، معمولاً با یک پره یا پاروی کوچک که توسط جریان هل داده می‌شود، تشخیص می‌دهد.

سایر سوئیچ‌های جریان به صورت سوئیچ‌های فشار تفاضلی ساخته می‌شوند و افت فشار را در یک مانع تعبیه شده در لوله اندازه‌گیری می‌کنند