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Ecco gli argomenti di oggi:
Sonde di pressione, trasduttori, trasmettitori e pressostati.
Come funziona il pressostato.
Differenza tra trasmettitore di pressione e pressostato.
I pressostati elettromeccanici.
Pressostati elettronici (a stato solido).
Quale pressostato utilizzare, meccanico o elettronico?
Sonde di pressione, trasduttori, trasmettitori e pressostati.
Tra le apparecchiature da campo più diffuse nell’automazione industriale i pressostati ricoprono un ruolo fondamentale, essi infatti permettono di far lavorare i macchinari in sicurezza, dato che con la pressione (soprattutto se si trattano fluidi gassosi) non si scherza.
In questa lezione scopriamo i vari tipi di interruttori di pressione, i principi di funzionamento che li regolano, e vedremo come questi apparecchi si utilizzano nei sistemi automatici.
Cominciamo a conoscere la famiglia di sensori di pressione.
Come funziona il pressostato.
Quando si parla di sensori di pressione parliamo di un insieme di apparecchiature che comprende sonde, trasduttori, trasmettitori e pressostati. Per non fare confusione, diciamo subito che il pressostato è un apparecchio che chiude o apre uno o più contatti, quando la pressione supera una certa soglia.
Naturalmente i pressostati ci sono di diverso tipo, per cui il contatto può essere attivato al superare di una soglia, oppure quando la pressione scende sotto la stessa. Allo stesso modo ci sono pressostati che chiudono o aprono contatti quando la pressione si trova entro due soglie (range) o al di fuori di questo.
Nella prossima immagine vediamo riassunte le funzioni che abbiamo appena descritto.
Nella figura sopra, partendo dall’alto il pressostato è configurato per chiudere il contatto quando la pressione scende sotto i 5 bar, infatti con una pressione di 3 bar il contatto si chiude.
Nell’esempio a destra invece il contatto si chiude quando la pressione supera 5 bar, per cui con un valore di 7 bar per esempio il contatto è chiuso.
Nei due esempi della fila bassa nell’immagine, il contatto si chiude con una pressione di 4 bar, dato che si trova nel range compreso tra 2 e 7 bar, nel primo esempio; mentre nell’ultimo esempio il contatto si chiude quando la pressione è al di fuori del range 2-7 bar.
Con alcuni apparecchi si può invertire la logica aperto / chiuso, per soddisfare i requisiti delle specifiche applicazioni in cui i pressostati vengono impiegati.
Differenza tra trasmettitore di pressione e pressostato.
Come abbiamo visto nella lezione dedicata ai trasmettitori di pressione, questi sono apparecchi che comprendono una sonda di pressione, un trasduttore, e una circuiteria in grado di convertire il segnale elettrico generato dal trasduttore, in un segnale standard come per esempio 4-20 mA, oppure 0-10V.
Il pressostato è un oggetto più semplice, infatti come abbiamo appena visto non trasmette un valore numerico ma si limita a chiudere o aprire uno o più contatti; il pressostato infatti si chiama anche “interruttore di pressione”.
In termini di segnali che le apparecchiature possono generare, il trasmettitore di pressione invia un segnale analogico trasformabile in un numero, il pressostato invece invia un segnale digitale. Mentre il trasmettitore di pressione viene collegato a un ingresso analogico del PLC, il contatto del pressostato viene collegato a un ingresso digitale.
I pressostati elettromeccanici.
I pressostati disponibili oggi sono classificati in due categorie: quelli elettromeccanici e quelli a stato solido. In realtà tutti i pressostati in qualche modo hanno una parte meccanica, tuttavia per pressostati elettromeccanici si intendono le apparecchiature più vecchie, dove le parti in movimento per la misurazione della pressione sono più evidenti.
Tra i pressostati elettromeccanici troviamo quelli con diaframma e a tubo di Bourbon. I pressostati meno sofisticati sono in sostanza dei manometri con uno switch meccanico, questi apparecchi si chiamano anche a “molla Bourdon”.
Possiamo vedere un pressostato di questo tipo con il suo bel quadrante nella prossima immagine, su questo apparecchio la regolazione del set point per lo switch avviene girando la rotellina frontale.
Altri pressostati elettromeccanici utilizzano un diaframma metallico che reagendo alla pressione muove l’interruttore, ecco lo schema di come sono costruiti questi apparecchi nella prossima immagine.
Il pressostato a tubo di Bourdon è fatto invece come vediamo nella prossima figura. In questo tipo di componente la torsione del tubo provoca il movimento che lavora sull’interruttore.
Oltre ai modelli di pressostati elettromeccanici di cui sopra, troviamo anche quelli che hanno all’interno un pistone che si muove per mezzo della pressione, azionando lo switch; eccone uno nella prossima immagine.
Pressostati elettronici (a stato solido).
I pressostati più moderni non hanno parti in movimento, e utilizzano transistors come switch. Questi apparecchi sono costruiti impiegando giunzioni bipolari, oppure transistor a effetto di campo (FET), quest’ultimo tipo di componente è molto utilizzato in circuiterie elettroniche digitali, e meno in quelle analogiche.
Nella lezione relativa ai transistor, abbiamo visto come questo o componente può essere impiegato come interruttore, ecco nella prossima immagine un circuito che mostra questo utilizzo (schema di destra).
Nella prossima figura vediamo un sensore piezoresistivo, notiamo che la pressione applicata (parte bassa) lavora su un diaframma a cui è collegato un estensimetro (strain gauge); a questo è collegato un circuito elettrico fatto con tre resistenze e pilotato da una tensione.
L’estensimetro in effetti lavora come una quarta resistenza, e questa resistenza cambia proprio in base alla pressione che agendo sul diaframma va a stretchare (deformare) l’estensimetro stesso: questo cambia la sua resistenza quando viene deformato, in particolare più si estende e maggiore è la resistenza che esso offre.
Il segnale del pressostato può essere attivato gestendo la tensione in uscita che cambia in base alla resistenza variabile.
Quale pressostato utilizzare, meccanico o elettronico?
La scelta del tipo di pressostato da utilizzare varia in base all’applicazione. I pressostati di nuova generazione elettronici offrono maggior accuratezza, possibilità di programmazione degli interventi dei contatti, generazione di allarmi e display digitali.
Questi apparecchi sono inoltre meno sensibili alle vibrazioni e non hanno parti meccaniche che si usurano maggiormente; tutto questo si tramuta in una vita più lunga per l’apparecchio.
I pressostati elettromeccanici hanno un costo minore e possono lavorare spesso con tensioni e correnti più elevate.