Types de commutateur

Bien qu'il puisse sembler étrange de couvrir le sujet élémentaire des commutateurs électriques à un stade aussi avancé de cette série de livres, je le fais parce que les chapitres qui suivent explorent un domaine plus ancien de la technologie numérique basé sur des contacts de commutateurs mécaniques plutôt que sur des circuits de porte à semi-conducteurs. , et une compréhension approfondie des types de commutateurs est nécessaire pour l'entreprise.

Apprendre la fonction des circuits à commutation tout en découvrant les portes logiques à semi-conducteurs facilite la compréhension des deux sujets et ouvre la voie à une expérience d'apprentissage améliorée en algèbre booléenne, les mathématiques derrière les circuits logiques numériques.

Qu'est-ce qu'un interrupteur électrique ?

Un interrupteur électrique est tout dispositif utilisé pour interrompre le flux d'électrons dans un circuit. Les interrupteurs sont essentiellement des dispositifs binaires :ils sont soit complètement allumés ("fermés"), soit complètement éteints ("ouverts"). Il existe de nombreux types de commutateurs différents, et nous en explorerons certains dans ce chapitre.

Découvrez les différents types de commutateurs

Le type d'interrupteur le plus simple est celui où deux conducteurs électriques sont mis en contact l'un avec l'autre par le mouvement d'un mécanisme d'actionnement.

D'autres commutateurs sont plus complexes, contenant des circuits électroniques capables de s'allumer ou de s'éteindre en fonction de certains stimulus physiques (tels que la lumière ou le champ magnétique) détectés.

Dans tous les cas, la sortie finale de tout commutateur sera (au moins) une paire de bornes de connexion filaire qui seront soit connectées ensemble par le mécanisme de contact interne du commutateur ("fermé"), soit non connectées ensemble ("ouvert") .

Tout interrupteur conçu pour être actionné par une personne est généralement appelé interrupteur à main , et ils sont fabriqués en plusieurs variétés :

Interrupteurs à bascule

Les interrupteurs à bascule sont actionnés par un levier incliné dans l'une des deux ou plusieurs positions. L'interrupteur d'éclairage commun utilisé dans le câblage domestique est un exemple d'interrupteur à bascule.

La plupart des interrupteurs à bascule s'arrêtent dans n'importe laquelle de leurs positions de levier, tandis que d'autres ont un mécanisme à ressort interne qui ramène le levier à une certaine normale position, permettant ce que l'on appelle une opération « momentanée ».

Commutateurs à bouton-poussoir

Les interrupteurs à bouton-poussoir sont des dispositifs à deux positions actionnés par un bouton qui est enfoncé et relâché. La plupart des interrupteurs à bouton-poussoir ont un mécanisme à ressort interne qui ramène le bouton dans sa position "sortie" ou "non enfoncée", pour un fonctionnement momentané.

Certains interrupteurs à bouton-poussoir se verrouillent alternativement à chaque pression sur le bouton. Les autres boutons-poussoirs resteront dans leur position « introduite » ou « enfoncée » jusqu'à ce que le bouton soit retiré.

Ce dernier type d'interrupteurs à bouton-poussoir a généralement un bouton en forme de champignon pour une action push-pull facile.

Sélecteurs

Les sélecteurs sont actionnés avec un bouton rotatif ou un levier quelconque pour sélectionner l'une des deux ou plusieurs positions.

Comme l'interrupteur à bascule, les sélecteurs peuvent soit reposer dans n'importe laquelle de leurs positions, soit contenir des mécanismes de rappel par ressort pour un fonctionnement momentané.

Commutateurs à manette

Un interrupteur à manette est actionné par un levier libre de se déplacer dans plus d'un axe de mouvement. Un ou plusieurs de plusieurs mécanismes de contact de commutateur sont actionnés selon la façon dont le levier est poussé, et parfois jusqu'où il est poussé.

La notation en forme de cercle et de points sur le symbole de l'interrupteur représente la direction du mouvement du levier de commande nécessaire pour actionner le contact. Les manettes de commande manuelles sont couramment utilisées pour le contrôle des grues et des robots.

Certains interrupteurs sont spécifiquement conçus pour être actionnés par le mouvement d'une machine plutôt que par la main d'un opérateur humain.

Ces interrupteurs actionnés par mouvement sont communément appelés interrupteurs de fin de course , car ils sont souvent utilisés pour limiter le mouvement d'une machine en coupant la puissance d'actionnement d'un composant s'il se déplace trop loin. Comme pour les interrupteurs à main, les interrupteurs de fin de course sont disponibles en plusieurs variétés :

Interrupteurs de fin de course

Ces interrupteurs de fin de course ressemblent beaucoup à des interrupteurs à bascule ou à sélecteur manuels robustes équipés d'un levier poussé par la pièce de la machine.

Souvent, les leviers sont inclinés avec un petit roulement à rouleaux, empêchant le levier de s'user par un contact répété avec la pièce de la machine.

Interrupteurs de proximité

Les détecteurs de proximité détectent l'approche d'une pièce métallique de la machine par un champ magnétique ou électromagnétique à haute fréquence.

Les interrupteurs de proximité simples utilisent un aimant permanent pour actionner un mécanisme d'interrupteur scellé chaque fois que la pièce de la machine se rapproche (généralement 1 pouce ou moins).

Les détecteurs de proximité plus complexes fonctionnent comme un détecteur de métaux, alimentant une bobine de fil avec un courant haute fréquence et surveillant électroniquement l'amplitude de ce courant.

Si une pièce métallique (pas nécessairement magnétique) s'approche suffisamment de la bobine, le courant augmentera et déclenchera le circuit de surveillance.

Le symbole représenté ici pour le détecteur de proximité est de type électronique, comme l'indique le boîtier en forme de losange entourant le détecteur.

Un interrupteur de proximité non électronique utiliserait le même symbole que l'interrupteur de fin de course actionné par levier.

Une autre forme de commutateur de proximité est le commutateur optique, composé d'une source lumineuse et d'une cellule photoélectrique. La position de la machine est détectée par l'interruption ou la réflexion d'un faisceau lumineux.

Les commutateurs optiques sont également utiles dans les applications de sécurité, où des faisceaux lumineux peuvent être utilisés pour détecter l'entrée de personnel dans une zone dangereuse.

Les différents types de commutateurs de processus

Dans de nombreux processus industriels, il est nécessaire de surveiller diverses grandeurs physiques avec des interrupteurs.

De tels commutateurs peuvent être utilisés pour déclencher des alarmes, indiquant qu'une variable de processus a dépassé les paramètres normaux, ou ils peuvent être utilisés pour arrêter des processus ou des équipements si ces variables ont atteint des niveaux dangereux ou destructeurs.

Il existe de nombreux types de commutateurs de processus.

Commutateurs de vitesse

Ces commutateurs détectent la vitesse de rotation d'un arbre soit par un mécanisme de poids centrifuge monté sur l'arbre, soit par une sorte de détection sans contact du mouvement de l'arbre, telle qu'optique ou magnétique.

Pressostats

La pression de gaz ou de liquide peut être utilisée pour actionner un mécanisme de commutation si cette pression est appliquée à un piston, un diaphragme ou un soufflet, qui convertit la pression en force mécanique.

Interrupteurs de température

Un mécanisme de détection de température peu coûteux est la « bande bimétallique : » une mince bande de deux métaux, joints dos à dos, chaque métal ayant un taux de dilatation thermique différent.

Lorsque la bande chauffe ou se refroidit, des taux de dilatation thermique différents entre les deux métaux la font se plier. Le pliage de la bande peut alors être utilisé pour actionner un mécanisme de contact d'interrupteur.

D'autres interrupteurs de température utilisent une ampoule en laiton remplie d'un liquide ou d'un gaz, avec un petit tube reliant l'ampoule à un interrupteur de détection de pression. Au fur et à mesure que l'ampoule est chauffée, le gaz ou le liquide se dilate, générant une augmentation de pression qui actionne alors le mécanisme de commutation.

Interrupteur de niveau de liquide

Un objet flottant peut être utilisé pour actionner un mécanisme de commutation lorsque le niveau de liquide dans un réservoir dépasse un certain point. Si le liquide est électriquement conducteur, le liquide lui-même peut être utilisé comme conducteur pour faire le pont entre deux sondes métalliques insérées dans le réservoir à la profondeur requise.

La technique de conductivité est généralement mise en œuvre avec une conception spéciale de relais déclenchée par une petite quantité de courant à travers le liquide conducteur. Dans la plupart des cas, il est peu pratique et dangereux de faire passer le courant à pleine charge du circuit à travers un liquide.

Les commutateurs de niveau peuvent également être conçus pour détecter le niveau de matériaux solides tels que les copeaux de bois, les céréales, le charbon ou les aliments pour animaux dans un silo de stockage, un bac ou une trémie.

Une conception courante pour cette application est une petite roue à aubes, insérée dans le bac à la hauteur désirée, qui est lentement tournée par un petit moteur électrique.

Lorsque le matériau solide remplit le bac à cette hauteur, le matériau empêche la roue à aubes de tourner. La réponse de couple du petit moteur déclenche le mécanisme de commutation.

Une autre conception utilise une broche métallique en forme de « diapason », insérée dans le bac de l'extérieur à la hauteur souhaitée. La fourche est mise en vibration à sa fréquence de résonance par un circuit électronique et un ensemble bobine aimant/électroaimant.

Lorsque le bac se remplit à cette hauteur, le matériau solide amortit la vibration de la fourche, le changement d'amplitude et/ou de fréquence de vibration détecté par le circuit électronique.

Commutateur de débit de liquide

Inséré dans un tuyau, un débitmètre détectera tout débit de gaz ou de liquide dépassant un certain seuil, généralement avec une petite palette ou une palette qui est poussée par le flux.

D'autres interrupteurs de débit sont construits comme des interrupteurs à pression différentielle, mesurant la chute de pression à travers une restriction intégrée dans le tuyau.

Interrupteur de niveau nucléaire

Un autre type de détecteur de niveau, adapté à la détection de matières liquides ou solides, est le détecteur nucléaire. Composés d'une source radioactive et d'un détecteur de rayonnement, les deux sont montés sur le diamètre d'un récipient de stockage pour les matières solides ou liquides.

Toute hauteur de matériau au-delà du niveau de l'agencement source/détecteur atténuera la force du rayonnement atteignant le détecteur. Cette diminution du rayonnement au niveau du détecteur peut être utilisée pour déclencher un mécanisme de relais afin de fournir un contact de commutation pour la mesure, le point d'alarme ou même le contrôle du niveau de la cuve.


La source et le détecteur sont à l'extérieur de la cuve, sans aucune intrusion à l'exception du flux de rayonnement lui-même.

Les sources radioactives utilisées sont assez faibles et ne posent aucun danger immédiat pour la santé du personnel d'exploitation ou de maintenance.

Tous les commutateurs ont plusieurs applications

Comme d'habitude, il existe plusieurs façons de mettre en œuvre un commutateur pour surveiller un processus physique ou servir de contrôle opérateur.

Il n'y a généralement pas de commutateur « parfait » pour une application, bien que certains présentent évidemment certains avantages par rapport à d'autres. Les commutateurs doivent être intelligemment adaptés à la tâche pour un fonctionnement efficace et fiable.

AVIS :

• Un interrupteur est un appareil électrique, généralement électromécanique, utilisé pour contrôler la continuité entre deux points.
• Main les interrupteurs sont actionnés par le toucher humain.
• Limite les interrupteurs sont actionnés par le mouvement de la machine.
• Traiter les interrupteurs sont actionnés par des changements dans certains processus physiques (température, niveau, débit, etc.).

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur les commutateurs