如何选择压力开关

本文将向读者解释什么是压力开关以及各种各样不通类型的压力开关，我们在使用过程中该如何选择。本文可以帮助工程师关于压力开关产品在新项目上的选型或替换升级有故障的产品。

压力开关是最常用的流体控制组件之一。在家中，冰箱，洗碗机和洗衣机中都有它们。在处理气体或液体时，我们几乎总是需要控制其压力。

我们的家用电器对压力开关不要求高精度，也不需要高循环率。相比之下，工业机械和系统中使用的压力开关必须坚固、可靠、准确并且使用寿命长。大多数时候，我们从不考虑压力开关。他们只是出现在造纸机，空气压缩机或泵组之类的机器上。在这种类型的设备中，我们依靠压力开关充当安全设备，警报或系统内的控制元件。但是在大多数情况下，我们很少考虑这些技术细节。

作为年轻的工程师，通常被告知要“关注细节”。为什么注重细节？在工作过程中通常关注点放在于主要、昂贵零部件上面。然而，当我们评估设备性能时，通常是简单或廉价的组件故障导致系统关闭或影响其性能。一个廉价的零件故障可以导致一台昂贵的机器故障，并引起生产计划外停机，这是所有工厂管理者所不希望看到的。

工厂中最常见的零件是我们可能最不了解的零件。当压力开关发生故障时，我们通常简单地购买一个替代品。但是，如果要改善机器的性能，我们就应该更深入的了解该零件的细节。我们需要考虑的是最能满足我们需求的产品，而不是简单地将压力开关替换为“可以用”。

选择压力开关

工程师通常在下列三种情况下更关注压力开关：

1. 液压或气动系统出现故障时；

2. 购买包含压力开关的设备或系统时；

3. 设计新系统时；

当压力开关发生故障时，工程师通常会自己尝试找出是否应该简单地用“同类”替换开关或尝试升级到更好的产品。要确定是否应使用其他压力开关，以下过程可能会有用：

1. 确定当前使用的开关类型及其技术参数。这些信息会在开关标签上找到。如果标签信息缺失，需要与设备设计或生产制造商联系；

2. 确定故障模式。例如，如果压力开关未在设定压力下启动，则问题可能是循环疲劳。了解到压力开关原理及技术细节将有助于快速诊断问题。

3. 根据故障模式，考虑用能更好地满足系统动态和操作需求的零件替换。目的是消除系统存在的故障及隐患。例如，如果当前系统使用的是隔膜开关并且系统压力切换频率很高，则解决方案可能是在不影响精度的情况下选择隔膜活塞开关，或者选择固态开关以实现更高的精度和更高的循环寿命。

购买包含压力开关的设备或系统时，工程师至少要考虑以下四个问题：

1. 您可以指定开关类型，型号和制造商。对于复杂的系统，这可能很难，尤其是在系统动力学未知的情况下。

2. 您可以指定诸如“压力开关的额定寿命至少为100万次，精度为0.50％等”之类的功能，然后由供应商自行选择正确的开关。

3. 结合两种方法。 例如，指定质量开关制造商，最小循环寿命和精度。

4. 简单要求，就是希望各个参数都是最好。

在设计自己的系统时，识别产品参数和关键开关特性相对容易。工程师了解、熟悉到每种压力开关的优势和局限性后，可以在以后设计中优化压力开关的精度、使用寿命、易用性等其他特定参数。

要想成功的选择或者替换压力开关，必须熟悉每一种压力开关的特点及其优缺点。与其他所有产品一样，压力开关具有自己独特的语言和术语，需要深入理解才能熟练掌握选型。本文的其余部分将为读者提供必要的信息，以便做出正确的选择。

应用-暖通空调系统（HVAC）

在暖通空调系统中，监测管路中与房间内体积流率和压力的能力对于供热、通风和空调系统的高效节能运行至关重要。压力传感器是控制系统的核心元件。为确保符合严苛的法律要求并最大限度地减低能源成本，必须逐渐缩小量程范围，提升测量灵敏度与精度，并采用具有长期稳定性的传感器。此外，压力传感器还须满足暖通空调系统的特殊要求（例如空气中粉尘含量），且须小巧并易于集成至OEM系统中。

体积流量测

差压传感器测量通过流量元件（例如快门或差压传感器）的压降大小，作为体积流率的测量值。此种传感器安装在主要流量管路的旁路通道内。在变风量系统用体积流量控制器中，压力测量用于控制闭环控制电路中的阻尼器位置，使得按需新风控制成为可能。压力传感器是此类系统的重要组件，在质量控制中发挥关键作用。

通路压力监测

单个房间通风控制用阻尼器的开关导致通风管道中的压力变化。通过控制通风系统中风扇实现按需新风控制，确保通路压力在任何时候均保持恒定不变，以此提供有效通风、保证空调正常运作。压力传感器监测通路压力，被用于风扇电源控制。通过此种方式，压力传感器能够显著促进通风系统的安全节能运行。

房间压力监测

在空调房中，空气的供应与抽排方式应能够最大限度地减小各个区域之间压差或单个区域与周围环境之间的压差。另一方面，洁净室必须保证恒定的正压压差，防止未经处理的空气进入。实验室与医院中恒定的负压压差能够有效防止病菌和有害物质的扩散。在前述所有应用领域，高精度压力传感器通过监测微小压差，确保环境的安全性与舒适性。

滤清器监控

被污染的空气滤清器会加大通风管路与系统中的压力损失，这意味着风扇需耗费更多电能并导致能源成本增加。使用内置式差压传感器的电子滤清器监测仪测量滤清器上压降并及时触发更换滤清器的信号。因此，具有一定灵敏度的压力传感器在通风与空调系统的节能运行中发挥重要作用。差压监测仪还使缺陷（例如滤清器耗损）检测成为可能。

一、什么是压力开关？

在最简单的形式中，压力开关是一种能够检测气体或液体压力变化并在设定压力值上断开或闭合电触点的装置。

尽管有许多不同的类型，但是压力开关分为两个基本类别：机械式和固态式。通常压力开关一直是机电设备，其基本设计已经有200多年的历史了。但在最近几十年固态式压力开关正在融入这种相当古老的技术。下面我们将讨论机械式压力开关和固态式压力开关特点：

1. 机械式压力开关

最常见的机械式压力开关由压力敏感元件和机械触电开关组成。可以使用许多不同类型的压力敏感元件，但是它们有一个共同点：它们响应系统压力的变化而机械移动。通过它们的机械移动，它们直接作用在速动开关触点的打开和闭合上。

差压式压力开关（Differential pressure switches）

差压开关略有不同。 如右图所示，有两个压力端口，一个用于低压侧，另一个用于高压侧。低压和高压流体作用在同一传感元件上，在这种情况下为隔膜。 由于两侧的表面积相等，因此当压力相等时开关处于平衡状态。当高压侧的压力增加或低压侧的压力减小时，活塞将向上移动，并在预设的压差下激活按动开关。

膜片开关（Diaphragm Switches）

这些开关使用焊接密封的金属膜片，可以直接作用在快动开关上，其特点是：

• 压力从真空到150 psi；

• 精度为±0.5％；

• 低循环率（小于25次/分钟）；

• 价格从$100起。

隔膜活塞（滑动密封）开关（Diaphragm Piston (Dia-Seal Piston) Switches）

弹性膜片连接在活塞上，进而触动机械触点，其特点是：

● 真空至1600 psi的压力。

● ±2％的精度。

● 250万个循环

● 价格从$50起。

波登管式压力开关（Bourdon Tube Switches）

如图所示，波登管用于将压力传送到机械触点，其特点为：

● 压力从50到18,000 psi；

● 精度为±0.5％；

● 低循环率（小于25个循环/分钟）；

● 价格从$200左右起。

活塞式压力开关（Piston Switches）

O型圈密封活塞直接作用在机械触点上，其特点为：

● 压力至12,000 psi；

● ±2％的精度；

● 寿命达250万个循环；

● 价格从$100起；

2. 固态式压力开关

1980年，Crane公司的子公司Barksdale Inc.推出了第一个固态压力开关。这是一个简单的产品，将应变计传感器和晶体管开关开关合成在了一起。 如今有各种各样的固态式压力开关，通常有1到4个或更多的开关点，数字显示器，模拟和数字输出以及完整的可编程性。左图显示了一个简单的固态图压力开关。在许多情况下，他们超越了简单的开关切换到开环控制器。此外在打开或关闭压力开关回路时，它们可以部分4-20 mA模拟信号或数字输出。模拟信号可以直接与PLC（可编程逻辑控制），DCS（分布式控制系统）和计算机。

固态压力开关（SOLID-STATE PRESSURE SWITCHES）

相对于机械式压力开关，固态压力开关具有许多优点，比如：

● 更长的使用寿命；

● 精度提高到±0.25％；

● 高抗冲击和抗振性；

● 处理各种系统压力的能力；

● 更快的宽频响应；

● 出色的长期稳定性。

然而，其最主要优点在于循环寿命。

固态开关通常，其使用寿命为1亿个循环周期。对于工业用固态开关，电磁干扰是主要关注的应用环境。因此在选型过程中应该选择一个带有CE或其他类似认证标示。另外，固态开关需要电源才能工作。

而机械式压力开关不受供电电源及EMI / RFI影响。

例：使用固态压力开关监测四个压力点

多种压力的测量和控制是常见的工程应用。如图所示，该系统需要4个压力点控制，通常做法需要多达12种不同的硬件来实现。但是现在这些要求可以通过一个固态压力开关来实现，这样可以节省时间和经济成本。

例如，双工泵控制系统需要基于四个压力设置的控制逻辑，并带有低压和高压警报，并控制前泵或后泵。

之前系统需要使用四个单独或两个双触点机械式压力开关。并且还需要压力表提供可视显示，这里又同时增加了变送器以提供4-20 mA信号给PLC系统。每个设备都需要仪表阀，管路和接线。

当前的固态开关技术可以用降低设备的复杂性，从而提高准确性，延长使用寿命并降低安装成本。 另外，许多应用环境要求高/低警报或过程变量的开始/停止值。 最新一代固态压力开关不仅可以测量压力，还可以测量液位，温度和流量等参数。

在替换机械式压力开关上，固态压力开关价格（$300起）会让许多用户望而却步。但是如果用在新设计系统时，固态开关的使用可能会成为最具成本效益的解决方案。当系统需要多个轻触开关点，本地仪表和变送器，固态压力开关可将安装成本降低一半。