پرشر سوئیچ
سنسور فشار
نحوه کارکرد شیرهای برقی؛ از تحریک الکترومغناطیسی تا کنترل دقیق جریان سیال:
نحوه کارکرد شیرهای برقی، شیرهای برقی یا سلونوئید ولوها یکی از اجزای حیاتی در بسیاری از سیستم‌های کنترلی مدرن هستند. در صنعت، پزشکی، کشاورزی، تأسیسات ساختمانی، خودرو و حتی دستگاه‌های خانگی، نقش حیاتی این تجهیزات در مدیریت دقیق جریان سیالات قابل انکار نیست. اما دقیقاً شیر برقی چگونه کار می‌کند؟ چه اجزایی باعث باز یا بسته شدن آن می‌شوند؟ چرا سرعت و دقت عملکرد آن تا این حد اهمیت دارد؟
در این مقاله به نحوه عملکرد شیرهای برقی از دیدگاه ساختاری و فنی پرداخته‌ایم. این مطلب به‌طور کامل از مقالات قبلی مجزاست و از زاویه‌ای متفاوت به شیر برقی می‌پردازد.
تعریف اولیه؛ شیر برقی چیست و چرا اهمیت دارد؟
شیر برقی (Solenoid Valve) یک شیر کنترلی اتوماتیک است که با استفاده از جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی ایجاد کرده و یک جزء مکانیکی داخلی (معمولاً پلانجر یا پیستون) را جابجا می‌کند تا مسیر سیال (مایع یا گاز) باز یا بسته شود.
از آنجا که این فرآیند در کسری از ثانیه انجام می‌شود، شیر برقی گزینه‌ای ایده‌آل برای کنترل سریع، دقیق و ایمن جریان است.
ساختار داخلی شیر برقی:
برای درک عملکرد شیر برقی، باید با اجزای اصلی آن آشنا شویم:
1. بوبین (Coil):
سیم‌پیچی از مس است که با عبور جریان برق، یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند.
2. هسته متحرک (پلانجر):
قطعه‌ای فلزی که تحت تأثیر میدان مغناطیسی به سمت بالا یا پایین حرکت می‌کند.
3. فنر بازگشت (Spring):
بعد از قطع برق، پلانجر را به حالت اولیه بازمی‌گرداند.
4. دریچه یا پورت سیال:
محل ورود و خروج سیال که توسط پلانجر یا پاپت مسدود یا باز می‌شود.
5. بدنه (Valve Body):
پوسته خارجی شیر که معمولاً از برنج، استیل یا پلاستیک ساخته شده و حاوی مسیرهای عبور سیال است.
نحوه عملکرد شیر برقی؛ گام‌به‌گام:
گام 1: اعمال جریان برق به بوبین:
با اتصال ولتاژ مشخص (مثلاً 24 ولت DC یا 220 ولت AC) به بوبین، جریان از سیم‌پیچ عبور کرده و یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می‌شود.
گام 2: ایجاد میدان مغناطیسی و جذب پلانجر:
میدان مغناطیسی ایجادشده، پلانجر فلزی را جذب می‌کند و آن را به سمت بالا یا پایین حرکت می‌دهد.
-
اگر شیر Normally Closed باشد، پلانجر مسیر سیال را باز می‌کند.
-
اگر شیر Normally Open باشد، پلانجر مسیر را مسدود می‌کند.
گام 3: تغییر وضعیت جریان سیال:
با حرکت پلانجر، مسیر عبور سیال (گاز، آب، بخار و…) به‌صورت کاملاً کنترل‌شده و سریع باز یا بسته می‌شود.
گام 4: قطع برق و بازگشت به حالت اولیه:
زمانی که جریان برق قطع می‌شود، فنر بازگشت، پلانجر را به حالت اولیه برمی‌گرداند. بدین ترتیب، شیر مجدداً بسته یا باز می‌شود (بسته به نوع شیر).
دو نوع عملکرد اصلی شیر برقی:
1. عملکرد مستقیم (Direct Acting):
-
در این مدل، پلانجر مستقیماً روی مسیر عبور سیال قرار می‌گیرد.
-
حتی در فشار صفر، شیر می‌تواند باز یا بسته شود.
-
مناسب برای فشارهای پایین یا کنترل‌های بسیار دقیق.
2. عملکرد غیرمستقیم (Pilot Operated):
-
شیر دارای یک مسیر فرعی (Pilot) است که ابتدا باز می‌شود تا فشار سیال تغییر کرده و باعث باز شدن شیر اصلی شود.
-
نیازمند فشار حداقلی (معمولاً 0.5 تا 1 بار).
-
مناسب برای دبی‌های بالا و فشار زیاد.
چه عواملی بر عملکرد شیر برقی تأثیر می‌گذارند؟
1. ولتاژ تغذیه:
اگر ولتاژ بوبین کمتر یا بیشتر از مقدار استاندارد باشد، عملکرد بوبین مختل می‌شود یا می‌سوزد.
2. دما و فشار کاری:
هر شیر برقی محدوده دمایی و فشاری خاصی دارد. تجاوز از این محدوده می‌تواند باعث آسیب یا عملکرد ناقص شود.
3. نوع سیال:
مایعات ویسکوز یا گازهای آلوده، عملکرد پلانجر و آب‌بندی را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
4. نصب نادرست:
نصب نادرست از نظر جهت جریان یا زاویه قرارگیری باعث افت عملکرد می‌شود.
چگونه متوجه شویم شیر برقی کار می‌کند یا نه؟
-
صدا: هنگام برق‌دار شدن، معمولاً صدای “تیک” شنیده می‌شود.
-
ارتعاش: در شیرهای DC کمتر، اما در AC ممکن است کمی لرزش حس شود.
-
عملکرد سیستم: اگر سیال عبور نمی‌کند، ممکن است بوبین معیوب یا فشار ناکافی باشد.
شیر برقی بخار “US-40 1-1/2
تفاوت کارکرد شیر برقی AC و DC:
| ویژگی | شیر برقی DC | شیر برقی AC |
|---|---|---|
| نویز و صدا | بسیار کم | ممکن است نویز ایجاد شود |
| گرما | کمتر | بیشتر |
| سرعت پاسخ | معمولاً سریع‌تر | کمی کندتر |
| مصرف برق | کمتر | بیشتر در لحظه شروع |
شیر برقی چگونه با PLC یا تایمر هماهنگ می‌شود؟
در سیستم‌های اتوماسیون، شیر برقی توسط کنترلرهایی مانند PLC، برد تایمر یا رله تایمر دیجیتال کنترل می‌شود. به‌عنوان مثال:
-
زمان آبیاری در گلخانه را با یک تایمر تنظیم کرده و شیر برقی در زمان تعیین‌شده، مسیر آب را باز می‌کند.
-
در کارخانه، با ارسال سیگنال از PLC، شیر برقی روغن یا هوا را کنترل می‌کند.
نکات مهم برای بهینه‌سازی عملکرد شیر برقی:
-
نصب فیلتر قبل از شیر برای جلوگیری از ورود ذرات معلق
-
استفاده از بوبین مناسب با ولتاژ استاندارد
-
بررسی جهت صحیح جریان طبق پیکان روی بدنه
-
تست عملکرد دوره‌ای در سیستم‌های حیاتی
-
استفاده از شیر مناسب با دمای کاری سیستم (مثلاً برای بخار، بدنه استیل و دیافراگم خاص)
مزایای عملکرد الکترومغناطیسی در شیر برقی:
-
سرعت بالا: کمتر از ۱ ثانیه برای باز یا بسته شدن
-
عدم نیاز به دخالت انسان
-
دقت بسیار بالا
-
امکان کنترل از راه دور
-
قابلیت هماهنگی با سنسورها و برنامه‌های هوشمند
جمع‌بندی نهایی:
عملکرد شیر برقی ترکیبی هوشمندانه از الکترونیک و مکانیک است. با بهره‌گیری از میدان مغناطیسی، مسیر سیالات در سریع‌ترین زمان ممکن و بدون دخالت دستی کنترل می‌شود. درک صحیح از نحوه کارکرد این قطعه، به ما کمک می‌کند تا در طراحی و نگهداری سیستم‌های صنعتی، کشاورزی یا خانگی، عملکردی پایدار، ایمن و هوشمند داشته باشیم.
در نهایت، اگر به دنبال خرید یا عیب‌یابی شیر برقی هستید، شناخت عمیق عملکرد داخلی آن اولین گام حیاتی است.