Новости
961 0

Замена механического реле давления на цифровое (обладателям скважин)

Модельный ряд механических поршневых датчиков потока жидкости

Поршневые реле потока имеют разнообразные варианты исполнения, отличающиеся схемой монтажа прибора, допустимым давлением рабочего процесса, совместимыми жидкостями и другими параметрами.

МодельДиапазон значений потокаРабочая температураРабочее давлениеВыходПрисоединение к процессу
P1,38…5,67 л/мин-29…+107°Cдо 69 барSPDT 0,17А/120В AC 0,08А/240В AC 0,13А/120В DC 0,06А/240В DC1/4″ NPT
P2,23…4,6 л/мин для жидкости 0,7…0,15 м3/час для газов-18…+100°Cдо 10 барSPST 0,17А/120В AC 0,08А/240В AC 0,13А/120В DC 0,06А/240В DC1/4″ NPT
P3,25…7,57 л/мин-18…+100°Cдо 9 барSPST 0,08А/120В AC3/8″ NPT стандартно, 1/4″ с портами быстрого присоединения
P4,38…5,68 л/мин+17…+107°Cдо 17 барSPST или SPDT 0,17А/120В AC 0,08А/240В AC 0,13А/120В DC 0,06А/240В DCунифицированная мелкая резьба 9/16-18 UNF-28 или подключение через переходник
P8,95…7,57 л/мин-28…+135°Cдо 104 барSPST 0,17А/120В AC 0,08А/240В AC 0,13А/120В DC 0,06А/240В DC3/8″ NPT
AFS2…76 л/мин для жидкости 28…2124 м3/час для газов-29…+149°Cдо 68 барSPDT 0,17А/120В AC 0,08А/240В AC 0,13А/120В DC 0,06А/240В DC1/2″NPT
SB,2…200 л/миндо 180°Cдо 200 барPNP НОRp ½, G ½, Rp ¾, G ¾, Rp 1, G 1¼, Rp 1½

Механические реле общего применения в схемах на микроконтроллере

«Автоматическое устройство, скачкообразно изменяющее двух или трёхпозиционное электрофизическое состояние контактного или бесконтактного выхода, вследствие непрерывного или дискретного управляющего воздействия». Непосвящённый человек никогда не догадается, что речь идёт об обычном реле! Становится жаль студентов, которым придётся заучивать столь невразумительный набор слов, претендующий на право войти в учебники…

Электрическое реле — это одно из самых простых и логически понятных устройств. Если напряжение на реле подано, то его контакты замыкаются, если напряжение отсутствует, то размыкаются (или наоборот). Стоит отметить, что существуют так называемые «поляризованные» или «импульсные» реле, которые переключаются подачей на управляющую обмотку не постоянного напряжения, а знакопеременного импульса тока, но об этом разговор пойдёт позже.

Первое в мире коммутационное реле разработал знаменитый С.Морзе и применил его в своём телеграфном аппарате образца 1837 г. До этого уже были известны конструкции «некоммутационного» типа. В частности, Дж.Генри чуть раньше создал электромагнитный контакторный коммутатор (релейный усилитель) для звукового телеграфа, но в нём не было якоря и замыкающих контактов.

Читайте также: Что такое трансформатор напряжения и как он работает?

Слово «реле» происходит от английского «relay», что подразумевает замену (т.е. усиление) ослабленного тока в электромагнитном усилителе Генри по аналогии с заменой уставших почтовых лошадей или спортсменов, передающих эстафету.

С классификацией электрических реле возникают трудности, поскольку разные фирмы-изготовители ставят во главу угла разные маркетинговые признаки, считая их наиболее ценными для потребителя. В качестве примера в Табл. 2.17 приведено разделение, принятое на фирме ZETTLER Electronics.

Таблица 2.17. Параметры механических реле общего назначения

Для сравнения, в фирме OMRON придерживаются другой классификации реле: сигнальные (ток до 3 А), силовые (ток до 30 А), автомобильные (ток до 70 А), высокочастотные, реле для промышленной автоматики. Ещё один вариант разделения реле можно найти в каталогах фирмы Relpol: миниатюрные, малогабаритные, сигнальные, интерфейсные, автомобильные.

В радиолюбительских конструкциях чаще всего применяются маломощные низковольтные реле с рабочим напряжением 3…12 В и с током коммутации до 2 А. Изредка бывает потребность в использовании автомобильных реле, а также мощных реле, рассчитанных на работу с переменным напряжением 220 В.

Строго говоря, реле управляется не напряжением, а током, поэтому в даташах регламентируются два главных параметра: ток срабатывания и ток отпускания. Первый из них по абсолютной величине больше второго с разницей в 5…10 раз.

Для ориентира, сопротивление обмотки типового реле с рабочим напряжением 5 В составляет 100… 110 Ом, с напряжением 12 В — 400…600 Ом.

Число коммутаций современных миниатюрных реле достигает 105…106 при максимальном токе и 106…108 при малых рабочих токах. Первый показатель характеризует электрический, а второй — механический ресурс службы. Самый тяжёлый режим для любых реле наступает при коммутации индуктивных нагрузок, при этом износоустойчивость снижается примерно в 2 раза.

По типу и числу групп контактов различают четыре разновидности реле, которые обозначаются также, как и механические переключатели (Рис. 2.110).

Рис. 2.110. Буквенные и графические обозначения групп контактов реле.

Схемы подключения механических реле к MK можно условно разделить на «низковольтные» (Рис. 2.111, а…з) и «высоковольтные» (Рис. 2.112, a…n), Отдельно на Рис. 2.113, a…H показаны различные варианты «обвязки» реле, применимые как к «низковольтным», так и к «высоковольтным» схемам.

Рис. 2.111. Схемы подключения «низковольтных» механических реле к MK (начало):

а) прямое подключение реле K1 к МК допускается, если ток его срабатывания не превышает 20…25 мА. Резистор R1 снижает амплитуду колебаний, возникающих в момент коммутации. Диод VD1 подавляет ЭДС самоиндукции обмотки реле. Он должен иметь допустимое обратное напряжение, в 3…4 раза превышающее напряжение питания, а также запас по току;

б) резисторы R1…R4равномерно распределяют нагрузку по всем четырём выходам MK. Здесь и далее диод VD1 лучше ставить с барьером Шоттки для снижения амплитуды бросков напряжения в цепи питания. Необязательный конденсатор C1 уменьшает ВЧ-помехи (радиопомехи);

Читайте также: Режим короткого замыкания однофазного трансформатора

Рис. 2.111. Схемы подключения «низковольтных» механических реле к MK (окончание):

в) классическая схема подключения реле K1 к MK через буферный транзистор VT1. Рабочее напряжение реле K1 должно равняться напряжению источника питания +3…+5 В. Диод VD1 защищает транзистор VT1 от скачков напряжения, вызванных ЭДС самоиндукции реле. Диод может отсутствовать, если транзистор достаточно высоковольтный, а источник питания эффективно гасит импульсные помехи, т.е. имеет низкий импеданс и стабилизатор с обратной связью. Резистор R2 закрывает транзистор VT1 во время рестарта MK. Конденсатор C1 ставят при наличии мощных помех для исключения ложных срабатываний. Транзистор VT1 выбирается по току коллектора: 7KMIN[MA] = (ГСС[В] – БЭ[В])-Л21Э/( i[кОм]-АГн), где 1/БЭ = 0.65…0.75 В — напряжение «база — эмиттер» открытого транзистора; Кн = 1.1…1.4 — коэффициент насыщения; h213 — коэффициент усиления транзистора по току; Vcc = 5 В — напряжение питания MK;

г) аналогично Рис.2.111, в, но с ключом на полевом транзисторе VT1, который имеет более низкое сопротивление в открытом состоянии. Резистор R1 низкоомный, чтобы ускорить разряд входной ёмкости затвора. Резистор R2 ставят для уменьшения амплитуды колебательных процессов, т.е. для снижения добротности катушки индуктивности реле K1;

д) резистор R3 адаптирует «трёхвольтовое» реле K1 к напряжению питания +5 В;

е) аналогично Рис.2.111, в, но с ключом на транзисторе VT1 структуры р—п—р и с помехоподавляющими конденсаторами С/, C2\

ж) аналогично Рис. 2.111, г, но на полевом транзисторе VT1 обратной проводимости;

з) реле K1 постоянно включено. Защитного диода специально нет, т.к. транзистор VT1 имеет обратное напряжение 100 В и выключение реле происходит «плавно» (элементы C7, R2).

а) схема аварийной сигнализации. Реле K1 будет включено коротким импульсом от MK через тиристор KS7, который аналогичен кнопке с самоблокировкой. Для отключения реле требуется полностью снять питание +5…+24 В;

б) логическая микросхема DD1 имеет мощный «высоковольтный» выход с открытым коллектором, что позволяет широко варьировать диапазон рабочих напряжений и токов для реле K1\

в) управление силовым реле K1 при помощи связки маломощного эмиттерного повторителя VT1 и мощного ключа на транзисторе VT2. Конденсатор C1 уменьшает ВЧ-помехи.

г) резистор R1 не обязателен, но он уменьшает уровень помех, которые могут проникать в линию МК от бросков тока в катушке индуктивности реле K1 через ёмкостную связь между стоком и затвором транзистора VT1. Параметрический стабилизатор R2, VD1 ограничивает напряжение на реле K1. Сопротивление резистора Я2зависит от мощности реле и питания +9…+24 В;

д) применение двух транзисторов (вместо одного) может быть оправдано, если линия MK имеет низкую нагрузочную способность. Другое объяснение — транзистор VT1 одновременно подаёт питание и на другие цепи устройства;

Читайте также: Неисправности зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

е) MK проверяет факт включения транзистора VT1, анализируя напряжение на его коллекторе через элементы R1, R3, VD1. Если это напряжение имеет ВЫСОКИЙ уровень, значит транзтор закрыт и реле не сработало. Диод VD1 повышает помехоустойчивость. Резистор R3 ограничивает ток через внутренний диод порта MK. Вместо реле K1 может применяться соленоид;

ж) уменьшение времени срабатывания реле K1 путём кратковременной подачи на его обмотку повышенного напряжения, которое обеспечивается элементами С/, VT2, VD2, R2;

з)две особенности схемы: двухполярный стабилитрон VD1 (вместо диода) и цепочка R1, HL1, которая индицирует включение реле K1 и не даёт «висеть в воздухе» затвору транзистора VT1;

и) для полной опторазвязки MK от реле K1 «земли» в левой и правой частях схемы должны быть разобщены. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на затворе транзистора VT1;

к) аналог оптореле, но с механическими контактами. Если «земли» двух источников питания +5 В и +12 В изолировать друг от друга, то будет обеспечена двойная гальваническая развязка — между MK и реле A7, а также между реле и его исполнительными контактами;

Рис. 2.112. Схемы подключения «высоковольтных» механических реле к MK (продолжение):

л) если на реле K1 подаётся напряжение, то транзистор VT2 закрывается, при этом индикатор HL /светится, ЯЯ2погашен. Если реле K1 обесточено, то транзистор кТ2открывается, при этом индикатор HL1 погашен, Я12светится, а параллельно питанию +16 В подключается нагрузочный резистор R5. Его сопротивление должно быть таким же, как и у обмотки реле K1. Цель — поддерживать стабильным ток, потребляемый от источника питания, чтобы не возникало импульсных помех и «просадок» напряжения при включении/выключении мощного реле Л7;

м) схема В.Грэйама. «Высоковольтное» реле K1 срабатывает от «низковольтного» источника +6 В. Напряжение на реле суммируется с напряжением заряженного конденсатора C2 при открытом транзисторе VT1. После разряда конденсатора С2реле K1 удерживается во включённом состоянии напряжением +5.3 В через открытый транзистор VT2, потребляя меньше энергии;

н) контактор KM1 — это мощное трёхфазное реле. Оно включается от MK через оптотиристор VU1 и симистор VS1. Управляющее напряжение на контактор подаётся от фаз «0» и «А» после самоблокировки цепи питания нижней группой контактов KM1.4;

Рис. 2.112. Схемы подключения «высоковольтных» механических реле к MK (окончание):

о) цепочка R1 C1 задерживает во времени момент включения реле KL тем самым устраняя еголожные срабатывания от коротких пусковых импульсов. Такое может наблюдаться, если MK генерирует с той же самой линии порта сигналы ещё и для других узлов устройства;

п) НИЗКИМ уровнем с выхода MK открывается транзистор VT1 на реле Kl подаётся удвоенное напряжение от DC/DC-преобразователя DA1 фирмы Maxim Integrated Products. Через некоторое время, определяемое цепочкой R2, C3, микросхема DA1 отключается от питания, но внутри неё остаётся почти короткое замыкание (5 Ом) между выводами 4 и 5. Соответственно, на реле подаётся пониженное напряжение +3.3 В, которого достаточно для поддержания включённого состояния. Достоинство — экономия в 4 раза мощности потребления реле. Замена DA1 — MAX1680, но при этом надо увеличить ёмкость конденсаторов C7, C2 в 2…5 раз.

Рис. 2.113. Схемы подключения внешней «обвязки» к механическим реле (начало):

а) реле с самоблокировкой или, по-другому, с однократным включением. Резистор R1 подбирают так, чтобы в закрытом состоянии транзистора VT1 реле Kl находилось вблизи границы срабатывания. Требование к реле Kl — оно должно иметь как можно большую разность между током срабатывания и током отпускания;

б) диод VD1 повышает помехоустойчивость. Конденсатор фильтра C7 может отсутствовать;

в) резистор R1 ускоряет выключение реле Kl. Транзистор VT1 должен без пробоя выдерживать большие импульсные перегрузки по току, поскольку в первый момент времени после подачи на реле Kl питания конденсатор C7 имеет очень низкое сопротивление;

Рис. 2.113. Схемы подключения внешней «обвязки» к механическим реле (продолжение):

г) конденсатор С/ гасит колебательный процесс в катушке индуктивности реле K1. Резистор R1 ограничивает начальный ток заряда конденсатора;

д) резистор RI совместно с транзистором VT1 стабилизирует ток через обмотку реле K1. Это полезно при нестабильном напряжении питания +12…+ 16 В. Рабочее напряжение у реле K1 должно быть с запасом ниже, чем напряжение питания;

е) конденсаторы C7, C2 устраняют коммутационные помехи в радиодиапазоне, возникающие при включении/выключении реле K1\

ж) в момент включения транзистора VT1 конденсатор C7 имеет низкое сопротивление и на реле K1 подаётся полное напряжение питания. По мере заряда конденсатора C7 напряжение на реле уменьшается. Порог «не отпускания», когда реле ещё включено, устанавливается резистором R1. Достоинство схемы — более низкая потребляемая мощность в статическом режиме;

Читайте также: Кабельные наконечники. виды и типы. работа и применение

з) стандартный диод защиты Г7)7дополнен последовательным низкоомным резистором R1, на котором выделяется напряжение, пропорциональное току через диод. В этой точке можно посмотреть осциллографом динамику колебательного процесса коммутации реле. Кроме того, из этой точки можно вывести внешний сигнал для синхронизации других узлов устройства;

и) кнопкой SB1 проверяется исправность реле K1 при закрытом транзисторе VT1. Контакты кнопки должны выдерживать полный ток срабатывания реле. Резистор R1 подбирается так, чтобы ток через светодиод HL1 был меньше 20 мА. Светодиод может отсутствовать, при этом избыточное напряжение будет гаситься на резисторе R1 (необходимо только просчитать его мощность рассеяния);

Рис. 2.113. Схемы подключения внешней «обвязки» к механическим реле (окончание):

к) благодаря конденсатору C1 на реле K1 в начальный момент времени подаётся повышенное напряжение, затем оно снижается из-за падения напряжения на резисторе R2. Цель — экономия электроэнергии. Светодиод HL1 индицирует включённое состояние реле K1. Резистором R1 регулируется яркость свечения и гасится избыток тока, чтобы светодиод не вышел из строя;

л) светодиод включён в цепь эмиттера, а не коллектора, транзистора VT1. Резистором R1 устанавливается яркость свечения индикатора HL1 и ток через него не более 20 мА;

м) типовая схема добавления элементов HL1, R1 параллельно существующему реле K1\ н) аналогично Рис. 2.113, м, но с повышенным напряжением питания. Резистором R1 гасится избыточное напряжение 4 В.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Tweet Нравится

  • Предыдущая запись: Модуляция сигналов в схемах на микроконтроллере
  • Следующая запись: Необычные схемы узлов ввода/вывода в схемах на микроконтроллере
  • Похожие посты:

  • О СВОЙСТВАХ ТРАНЗИСТОРОВ (2)
  • НЕМНОГО О ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ (0)
  • ТРАНЗИСТОРЫ НА ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ (0)
  • ПРИБОРЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТРАНЗИСТОРОВ (0)
  • ИСПЫТАТЕЛИ МАЛОМОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ (0)
  • ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ р-n ПЕРЕХОДА (0)
  • Необычная работа МОП-транзистора в синхронном мостовом выпрямителе (3)

Область применения поршневых реле потока

Широкий модельный ряд позволяет подобрать вариант поршневого датчика потока для работы с большинством видов жидких материалов. Это позволяет применять реле в различных отраслях, в том числе:

  • в системах отопления, вентиляции и кондиционирования, водоснабжения и водоотведения зданий и промышленных комплексов,
  • в нефтегазовой промышленности при работе с сырой нефтью, различными нефтепродуктами, газом и продуктами его переработки,
  • в пищевой промышленности для жидких пищевых продуктов, в том числе минеральной водой, молочной продукцией и т.д., для контроля охлаждающих установок,
  • в сельском хозяйстве в системах подачи воды и жидких кормов, в системах полива и орошения и во многих других отраслях.

Историческая справка

Некоторые историки науки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским ученым П. Л. Шиллингом в 1830—1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе[1].

Другие историки[2][3][4][5] отдают первенство известному американскому физику Дж. Генри (его именем названа единица индуктивности — генри), который сконструировал контактное реле в 1835 году при попытках усовершенствовать изобретённый им в 1831 г. телеграфный аппарат. В 1837 году устройство получило применение в телеграфии. Фактически, первое реле было изобретено американцем Джозефом Генри в 1831 г. и базировалось на электромагнитном принципе действия. Следует отметить, что первое реле Дж. Генри было некоммутационным.

Слово реле возникло от французского relay

, — процедура смены уставших почтовых лошадей на станциях или передача эстафеты в спортивных эстафетных состязаниях.

Как самостоятельное устройство реле впервые упомянуто в патенте на телеграф Самюэля Морзе.

Назначение поршневых реле контроля потока жидкости

Использование поршневых механических датчиков потока при работе с жидкими веществами позволяет решать различные задачи:

  • контроль наличия потока жидкости в трубе,
  • сигнализация наличия или отсутствия потока,
  • защита трубопроводов от осушения,
  • предотвращение сухого хода насоса,
  • контроль последовательности работы насосных установок,
  • контроль аварийных потоков жидкости,
  • контроль утечек жидкости,
  • остановка работы оборудования при отсутствии потока жидкости,
  • автоматическое управление системами подачи воды и т.д.

Особенности работы

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты.

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего сигнала электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает и/или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех или полупроводниковый диод, служащий для блокировки перенапряжений на обмотке реле при его обесточивании вследствие электромагнитной индукции.

Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей, то есть они гальванически изолированы друг от друга (в электротехнике используется термин «сухой контакт»). Более того, в управляемой цепи величина тока может быть намного больше, чем в управляющей. Источником управляющего сигнала могут быть слаботочные электрические схемы (например, дистанционного управления), различные датчики (света, давления, температуры и т. п.), и другие приборы которые выдают малые величины тока и/или напряжения. Таким образом, реле, по сути, выполняют роль дискретного усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи. Это свойство реле, кстати, имело широкое применение в самых первых дискретных (цифровых) вычислительных машинах. Впоследствии реле в цифровой вычислительной технике были вытеснены сначала лампами, потом транзисторами и микросхемами — работающими в ключевом (переключательном) режиме. В настоящее время производятся попытки возродить релейные вычислительные машины с использованием нанотехнологий.

В настоящее время в электронике и электротехнике реле используют в основном для управления большими токами. В цепях с небольшими токами для управления чаще всего применяются транзисторы или тиристоры.

При работе со сверхбольшими токами (десятки-сотни ампер; например, при очистке металла методом электролиза) для исключения возможности пробоя контакты управляемой цепи исполняются с большой контактной площадью и погружаются в масло (так называемая «масляная ячейка»).

Реле до сих пор очень широко применяются в бытовой электротехнике, в особенности для автоматического включения и выключения электродвигателей (пускозащитные реле), а также в электрических схемах автомобилей. Например, пускозащитное реле обязательно имеется в бытовом холодильнике, а также в стиральных машинах. В этих устройствах реле намного надёжнее электроники, так как оно устойчиво к броску тока при запуске электродвигателя и особенно к сильному броску напряжения при его отключении.Номиналы напряжения, применяемые для питания катушек реле, согласно DIN IEC 38

Переменное напряжение (вольт)Постоянное напряжение (вольт)
Предпочтительное значениеДопустимое значениеПредпочтительное значениеДопустимое значение
22,4
3
4
4,5
55
66
7,5
9
1212
1515
2424
30
3636
40
42
4848
6060
72
80
96
100
110110
125
220
250
380
440440
600

Преимущества выбора механических поршневых реле потока для жидких продуктов

Механический поршневой датчик потока жидкости имеет отличительные преимущества перед другими вариантами контроля наличия потока:

  • высокая скорость срабатывания,
  • простота установки и эксплуатации прибора,
  • возможность выбора модели для монтажа в наиболее удобном положении,
  • возможность индивидуальной настройки устройства для разных условий работы,
  • возможность работы с различными жидкими продуктами по виду и характеристикам,
  • подходят для работы в системах высокого давления,
  • наличие взрывобезопасных вариантов исполнения,
  • совместимость с трубами различных размеров,
  • отсутствие необходимости очищения датчика от загрязнений.

Принцип работы механических реле потока жидкости поршневого типа

Работа механического поршневого реле потока строится на перемещении поршня с магнитом, установленного внутри прибора. При отсутствии потока поршень находится в стандартном положении. Под воздействием силы потока поршень датчика поднимается, перемещая установленный магнит и замыкая установленные герконовые контакты. Соответственно датчик срабатывает, сигнализируя о наличии потока в трубе.

При остановке потока поршень с магнитом опускаются в стандартное положение под действием силы тяжести. В современных видах поршневых реле потока для удержания поршня используется специальная пружина, возвращающая поршень при отсутствии потока. Использование пружины обеспечивает более надежный возврат поршня и более точное срабатывание датчика.

  • P1
  • P2
  • P3
  • P4
  • P8
  • AFS
  • SB
Добавить комментарий