Tipos de troca

Embora possa parecer estranho cobrir o tópico elementar de interruptores elétricos em um estágio tão avançado nesta série de livros, eu faço isso porque os capítulos que se seguem exploram um reino mais antigo da tecnologia digital baseada em contatos de interruptores mecânicos em vez de circuitos de porta de estado sólido , e uma compreensão completa dos tipos de switch é necessária para o empreendimento.

Aprender a função de circuitos baseados em switch ao mesmo tempo em que aprende sobre portas lógicas de estado sólido torna os dois tópicos mais fáceis de entender e prepara o terreno para uma experiência de aprendizado aprimorada em álgebra booleana, a matemática por trás dos circuitos lógicos digitais.

O que é um interruptor elétrico?

Uma chave elétrica é qualquer dispositivo usado para interromper o fluxo de elétrons em um circuito. Os interruptores são dispositivos essencialmente binários:eles estão completamente ligados (“fechados”) ou completamente desligados (“abertos”). Existem muitos tipos diferentes de interruptores e exploraremos alguns desses tipos neste capítulo.

Aprenda os diferentes tipos de interruptores

O tipo mais simples de interruptor é aquele em que dois condutores elétricos são colocados em contato um com o outro pelo movimento de um mecanismo de atuação.

Outras chaves são mais complexas, contendo circuitos eletrônicos capazes de ligar ou desligar dependendo de algum estímulo físico (como luz ou campo magnético) detectado.

Em qualquer caso, a saída final de qualquer interruptor será (pelo menos) um par de terminais de conexão de fio que serão conectados juntos pelo mecanismo de contato interno do interruptor ("fechado") ou não conectados juntos ("aberto") .

Qualquer interruptor projetado para ser operado por uma pessoa é geralmente chamado de interruptor manual , e são fabricados em diversas variedades:

Chaves de alternância

As chaves de alavanca são acionadas por uma alavanca em um ângulo de duas ou mais posições. O interruptor de luz comum usado na fiação doméstica é um exemplo de interruptor de alternância.

A maioria das chaves de alternância irá parar em qualquer uma de suas posições de alavanca, enquanto outras têm um mecanismo de mola interna que retorna a alavanca a um certo normal posição, permitindo o que é chamado de operação “momentânea”.

Interruptores tipo botão de pressão

Interruptores tipo botão de pressão são dispositivos de duas posições acionados por um botão que é pressionado e solto. A maioria dos interruptores de botão de pressão tem um mecanismo de mola interna que retorna o botão à sua posição “para fora” ou “não pressionado”, para operação momentânea.

Alguns botões de pressão irão travar alternadamente, ligado ou desligado a cada vez que o botão for pressionado. Outros botões de pressão permanecerão na posição "dentro" ou "pressionados" até que o botão seja puxado de volta para fora.

Este último tipo de interruptor de botão geralmente tem um botão em forma de cogumelo para fácil ação push-pull.

Chaves seletoras

As chaves seletoras são acionadas com um botão giratório ou alavanca de algum tipo para selecionar uma de duas ou mais posições.

Como a chave seletora, as chaves seletoras podem ficar em qualquer uma de suas posições ou conter mecanismos de retorno por mola para operação momentânea.

Botões de joystick

Um joystick é acionado por uma alavanca livre para se mover em mais de um eixo de movimento. Um ou mais dos vários mecanismos de contato da chave são acionados dependendo de como a alavanca é empurrada e, às vezes, até que ponto ela é empurrada.

A notação de círculo e ponto no símbolo da chave representa a direção do movimento da alavanca do joystick necessária para acionar o contato. Os interruptores manuais tipo joystick são comumente usados ​​para controle de guindastes e robôs.

Alguns interruptores são projetados especificamente para serem operados pelo movimento de uma máquina, e não pela mão de um operador humano.

Esses interruptores operados por movimento são comumente chamados de interruptores de limite , porque eles são freqüentemente usados ​​para limitar o movimento de uma máquina desligando a potência de atuação de um componente se ele se mover muito longe. Tal como acontece com os interruptores manuais, os interruptores de limite vêm em várias variedades:

Chaves de limite

Esses interruptores de limite se assemelham a chaves rotativas ou seletoras manuais, equipadas com uma alavanca empurrada pela peça da máquina.

Freqüentemente, as alavancas são inclinadas com um pequeno rolamento de rolo, evitando que a alavanca se desgaste pelo contato repetido com a peça da máquina.

Chaves de proximidade

Os interruptores de proximidade detectam a aproximação de uma parte metálica da máquina por um campo magnético ou eletromagnético de alta frequência.

Chaves de proximidade simples usam um ímã permanente para acionar um mecanismo de chave selado sempre que a peça da máquina se aproxima (normalmente 1 polegada ou menos).

Chaves de proximidade mais complexas funcionam como um detector de metal, energizando uma bobina de fio com uma corrente de alta frequência e monitorando eletronicamente a magnitude dessa corrente.

Se uma parte metálica (não necessariamente magnética) ficar perto o suficiente da bobina, a corrente aumentará e desarmará o circuito de monitoramento.

O símbolo mostrado aqui para a chave de proximidade é do tipo eletrônico, conforme indicado pela caixa em forma de diamante ao redor da chave.

Um interruptor de proximidade não eletrônico usaria o mesmo símbolo que o interruptor de limite acionado por alavanca.

Outra forma de chave de proximidade é a chave óptica, composta por uma fonte de luz e fotocélula. A posição da máquina é detectada pela interrupção ou reflexão de um feixe de luz.

Interruptores ópticos também são úteis em aplicações de segurança, onde feixes de luz podem ser usados ​​para detectar a entrada de pessoas em uma área perigosa.

Os diferentes tipos de interruptores de processo

Em muitos processos industriais, é necessário monitorar várias quantidades físicas com interruptores.

Essas chaves podem ser usadas para soar alarmes, indicando que uma variável de processo excedeu os parâmetros normais, ou podem ser usadas para desligar processos ou equipamentos se essas variáveis ​​atingiram níveis perigosos ou destrutivos.

Existem muitos tipos diferentes de interruptores de processo.

Chaves de velocidade

Esses interruptores detectam a velocidade de rotação de um eixo por um mecanismo de peso centrífugo montado no eixo ou por algum tipo de detecção sem contato do movimento do eixo, como óptico ou magnético.

Interruptores de pressão

A pressão de gás ou líquido pode ser usada para acionar um mecanismo de comutação se essa pressão for aplicada a um pistão, diafragma ou fole, que converte a pressão em força mecânica.

Interruptores de temperatura

Um mecanismo de detecção de temperatura barato é a “tira bimetálica”:uma tira fina de dois metais, unidos costas com costas, cada metal tendo uma taxa diferente de expansão térmica.

Quando a tira aquece ou esfria, diferentes taxas de expansão térmica entre os dois metais fazem com que ela se curve. A dobra da tira pode então ser usada para acionar um mecanismo de contato de interruptor.

Outros interruptores de temperatura usam um bulbo de latão cheio de um líquido ou gás, com um tubo minúsculo conectando o bulbo a um interruptor sensor de pressão. À medida que o bulbo é aquecido, o gás ou líquido se expande, gerando um aumento de pressão que aciona o mecanismo da chave.

Chave de nível de líquido

Um objeto flutuante pode ser usado para acionar um mecanismo de interruptor quando o nível do líquido em um tanque sobe além de um certo ponto. Se o líquido for eletricamente condutor, o próprio líquido pode ser usado como um condutor para fazer a ponte entre duas sondas de metal inseridas no tanque na profundidade necessária.

A técnica de condutividade é geralmente implementada com um design especial de relé acionado por uma pequena quantidade de corrente através do líquido condutor. Na maioria dos casos, é impraticável e perigoso alternar a corrente de carga total do circuito por meio de um líquido.

Os interruptores de nível também podem ser projetados para detectar o nível de materiais sólidos, como lascas de madeira, grãos, carvão ou ração animal em um silo de armazenamento, caixa ou tremonha.

Um projeto comum para esta aplicação é uma pequena roda de pás, inserida na caixa na altura desejada, que é girada lentamente por um pequeno motor elétrico.

Quando o material sólido enche a caixa até aquela altura, o material impede que a roda de pás gire. A resposta de torque do motor pequeno desarma o mecanismo da chave.

Outro projeto usa um pino de metal em forma de “diapasão”, inserido na caixa pelo lado de fora na altura desejada. O garfo é vibrado em sua frequência ressonante por um circuito eletrônico e conjunto de bobina de ímã / eletroímã.

Quando a caixa enche até essa altura, o material sólido amortece a vibração do garfo, a mudança na amplitude e / ou frequência da vibração detectada pelo circuito eletrônico.

Interruptor de fluxo de líquido

Inserido em um tubo, um interruptor de fluxo detectará qualquer taxa de fluxo de gás ou líquido acima de um certo limite, geralmente com uma pequena pá ou palheta que é empurrada pelo fluxo.

Outros interruptores de fluxo são construídos como interruptores de pressão diferencial, medindo a queda de pressão através de uma restrição embutida no tubo.

Interruptor de nível nuclear

Outro tipo de interruptor de nível, adequado para detecção de líquido ou material sólido, é o interruptor nuclear. Composto de material de fonte radioativa e um detector de radiação, os dois são montados ao longo do diâmetro de um recipiente de armazenamento para material sólido ou líquido.

Qualquer altura de material além do nível da disposição da fonte / detector atenuará a intensidade da radiação que atinge o detector. Esta diminuição da radiação no detector pode ser usada para acionar um mecanismo de relé para fornecer um contato de interruptor para medição, ponto de alarme ou até mesmo controle do nível do vaso.


A fonte e o detector são fora da embarcação, sem nenhuma intrusão, exceto o próprio fluxo de radiação.

As fontes radioativas usadas são bastante fracas e não representam uma ameaça imediata à saúde para o pessoal de operações ou manutenção.

Todos os switches têm vários aplicativos

Como de costume, há mais de uma maneira de implementar uma chave para monitorar um processo físico ou servir como um controle do operador.

Geralmente, não há um switch "perfeito" único para qualquer aplicação, embora alguns obviamente exibam certas vantagens sobre outros. Os interruptores devem ser combinados de forma inteligente com a tarefa para uma operação eficiente e confiável.

REVER:

• Um interruptor é um dispositivo elétrico, geralmente eletromecânico, usado para controlar a continuidade entre dois pontos.
• Mão interruptores são acionados por toque humano.
• Limite interruptores são acionados pelo movimento da máquina.
• Processo interruptores são acionados por mudanças em algum processo físico (temperatura, nível, fluxo, etc.).

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