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技術文章

液位開關
液位開關


簡介　　液位開關，也稱水位開關，液位傳感器，顧名思義，就是用來控制液位的開關。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。
 
　　常用的非接觸式開關有電容式液位開關,接觸式的浮球式液位開關應用*廣泛。電極式液位開關，電子式液位開關(如圖所示BZ2401)，電容式液位開關也可以采用接觸式方法實現.
  

浮球液位開關

 

編輯本段常見液位開關及其原理

MEMS壓阻式液位開關

　　洗衣機是全球范圍內廣泛使用的白色家電產品。近些年來，隨著水資源的緊缺以及市場對家電產品節能、環保性能要求的提高，特別是歐洲、北美地區對于家電產品節水指標已經進入立法程序，良好的節水性能已經成為了新一代智能、綠色洗衣機的重要技術發展趨勢。
 
　　節水的技術核心是要**控制洗衣機筒中的水量，也意味著首先需要**地測量液位高度。根據對全球若干主要制造商的客戶需求調查，對于液位測量的要求如下表：
 
　　
類型 滿量程 精度要求
立式 600mm +/- 15mm
臥式（滾筒式） 400mm +/- 10mm
在目前大多數的洗衣機設計中，液位測量是通過機械觸電開關或是壓控的LC振蕩器（依靠控制器檢測振蕩頻率的變化以感知液位高度）。根據敏芯微電子設計人員反復試驗與長期測量，大量數據表明上述兩種方法是無法適合于**液位控制的應用。技術發展的趨勢亟需更高精度、更小分辨率、性能更加穩定的壓力傳感器的出現。
 
　　基于微機電技術（MEMS）的微型壓力傳感器，由于其具有良好的可靠性、精密的分辨率以及高精度的特點，在工業、汽車以及白色家電中獲得了廣泛的應用。將其應用于洗衣機的液位檢測，不僅相對于傳統的方法省去了若干外圍電路，降低了成本；同時它可以更加**地測量液位；更進一步地，此方案可以同時提供靜態液位與動態液位信息，籍此可以實現更加智能化的水量控制，例如流量監測、注水放水速度監測、泄漏探測等多種功能。因此，MEMS微型壓力傳感器將成為未來新一代智能、節水、環保洗衣機中不可獲取的核心芯片。
 
　　壓力傳感器MSP10簡介MSP10系列微型硅壓力傳感器，是中國蘇州敏芯微電子技術有限公司（MEMSensing Microsystems Co., Ltd.）研發生產、具有自主知識產權、基于MEMS技術的新一代智能壓力傳感產品。它可以提供**的、與外界感測壓力線性相關的電壓輸出。
 
　　MSP10系列微型硅壓力傳感器已經在內部完成了非線性及溫度補償，同時根據客戶需求，可提供數字或是模擬兩種輸出方式為用戶提供了靈活的使用方式，使用戶可以方便地設計與添加后續的A/D采樣電路或是更為復雜的算法程序

電容式液位開關

　　電容式液位開關是采用偵測液位變化時所引起的微小電容量（通常為PF)差值變化，并由專用的ADA電容檢測芯片進行信號處理（可以輸出多種信號通訊協議，如：IO,BCD, PWM,UART,IIC…），從而檢測出水位，并輸出信號到輸出端。
 
　　電容式液位檢測的*大優勢在于可以隔著任何介質檢測到容器內的水位或液體的變化，大大擴展了實際應用，同時有效避免了傳統液位檢測方式的穩定性、可靠性差的弊端。
 
　　在某些特殊領域不能檢測的問題，使用內置MCU雙核處理的ADA電容檢測芯片的電容式液位開關，就可以實現很多特殊控制功能，甚至實現更多的集成化、智能化水位檢測功能，諸如太陽能熱水器、咖啡壺等應用中掉電后的水位變化也能可靠檢測當前水位，電容式液位檢測是目前液位開關中*有優勢的檢測方法。

電纜浮球液位開關

　　浮球液位開關是利用微動開關做接點輸出。當水平面以上揚線角度超過28°時，浮球液位開關內部的鋼珠會滾動壓到微動開關或脫離微動開關，使液位開關ON或OFF的接點信號輸出。
 
　　也有另一類浮球液位開關，利用水銀開關做接點輸出，當液位上升接觸浮球時，浮球以重錘為中心隨水位上升角度變化。當水面以上揚線角度超過10°時，液位開關便會有ON或OFF的接點信號輸出。
 
　　其主要特點：
 
　　1、使用微動開關做接點輸出，接點容量10A/250VAC可直接起動電機設備。
 
　　2、歐規（HAR）橡膠電纜，耐候性佳、價格低、使用壽命長。
 
　　3、構造簡單、不需保養、污水凈水皆可使用。
 
　　4、電纜線≦20米的長度皆可訂制。

電子式液位開關

　　電子式液位開關通過內置電子探頭對水位進行檢測，再由芯片對檢測到的信號進行處理，當判斷到有水時，芯片輸出高電平24V或5V等(PNP型或NPN型均可），當判斷到無水時，芯片輸出0V。高低電平的信號通過PLC或其它控制電路來讀取，并驅動水泵等用電器工作。
  

電子式液位開關

電子式液位開關可以橫向或豎向安裝。
 
　　當橫向安裝時，水位到達藍線就動作，且精度較高。產品豎向安裝時，水位到達紅線就動作，有一定的防波浪功能。電子式液位開關一般采用環氧樹脂封灌，密封防水，可長期浸在液體中，外部無機械活動部件，壽命長。右圖的BZ2401為普通型電子式液位開關，適用常溫水體環境。

壓力式液位開關

　　全自動洗衣機中一般采用的液位開關就是壓力式水位開關，它裝在
  

洗衣機的壓力式水位開關

洗滌缸的上部，它有一根下端開口的氣管通到缸底，進水時管里的空氣被封閉在里面出不來，就形成比外界稍高的壓力。水位越高壓力越高，這樣根據壓力就可間接測知水位。而壓力的測量仍然用彈性元件，靠元件的變形帶動觸點完成通斷動作。這種測液位的方法叫做“靜壓法”，在工業中用的不少。

浮球式液位開關

　　浮球式液位開關*大的特點是有一個帶桿的浮球，隨著液位的變化，浮球聯動的桿隨著變化，從而控制開關的閉合。工業上很早就利用浮子測量水塔中的水位了。
 
　　目前使用*廣泛的是發泡浮子式液位開關、因其安裝簡便、價格低廉、使用壽命長而受到歡迎。

水處理中的液位控制

　　在水處理中，液位控制往往關系到整個工藝的**性、經濟性和可行性。
 
　　在一個水處理的工藝流程中，一般都有原水，中間水箱，產水箱，反洗水箱，甚至廢液箱等。體積有大有小，一般地，產水箱、原水箱等都會比較大，尤其在大型的生產線，這時在水箱中往往需要使用多個液位開關控制多個液位。每個液位對應不同的動作，常見的有泵的啟停，產水的啟停等。而有些水箱雖然很大，但是并不一定需要多個液位開關。
 
　　例如，在一個RO純水生產線上，使用RO濃水作為反洗水儲存在反洗水箱內。在反洗水箱中，液位開關只有一個，既低液位控制開關，用于檢測反洗時水箱中的水量，而不用檢測水箱是否滿溢。因為RO生產純水不停，濃水就不可以停止排放。而對于產品水箱，則需要設置低液位和高液位控制開關。高液位開關用于檢測水箱是否裝滿，是則停止產水；低液位開關用于監測在用水時，產品水箱內產水是否足夠，不足則需停止產水外送。
 
　　對于一些需要更**控制液位的場合，還可以設置多個中液位控制開關，一般是在高低液位控制開關之間等距離分布設置。

外貼式超聲波液位開關

　　外貼式超聲波液位開關采用超聲波檢測技術，解決了傳統的液位開關的不足，不受液體表面的泡沫、水汽的影響。側貼式超聲波液位開關利用超聲波在管壁介質中的余震信號，大幅度提高了穩定性和穿透性，可適用于多種材料的容器，包括：合金鋼、不銹鋼、塑料、玻璃及各種合成材料。
 
　　外貼非接觸式超聲波液位開關提供了容器尤其是高壓、腐蝕、密閉容器物位測量的解決方案，將探頭緊貼于容器外側壁，不需要打孔，即可完成單點物位測量，這種技術不受介質壓力、溫度、泡沫、氣體、反射系數等因素的影響，所以適用于醫藥，石油，化工，電力，食品等行業的各類液體液位工程控制，對于有毒的、強腐蝕危險品液體的檢測，該產品更是理想的選擇，可滿足多種應用需求和適應各種惡劣環境。同時，具有極高可靠性，高穩定性。
 
　　音叉式液位開關
 
　　●工作原理：
 
　　音叉式液位開關是一種新型的液位開關。它是利用音叉振動的原理設計制作的。它是在音叉液位開關的感應棒底座，透過壓電晶片驅動音叉棒，并且由另外一壓電晶片接受振動訊號，使振動訊號得以循環，并且使感應棒產生共振。當物料與感應棒接觸時，振動訊號逐漸變小，直到停止共振時，控制電路會輸出電氣接點信號。由于感應棒感度由前端向后座依次減弱的自然原理，所以當桶槽內物料與桶周圍向上堆積，觸及感應棒底座〈后部〉或排料時，均不會產生錯誤訊號。
 
　　簡單的說，音叉在壓電晶體激勵下產生機械振動，這種振動具有一定的頻率和振幅。當音叉被液體或固體浸沒時，音叉的振動頻率和振幅將發生變化。這個頻率變化由電子線路檢測出來并輸出一個開關量。
 
　　●適用范圍及特點
 
　　
 
　　音叉液位開關是一種新型的液位開關。幾乎適用于所有液體介質，同時也適用于測量能自由流動的中等密度的固體粉末或顆粒。由于音叉液位開關基本沒有活動部件，機械磨損比較小，因此無需維護和調整，使用簡單方便。
 
　　另外，該液位開關采用國外的新技術和原裝進口芯片，具有使用壽命長、性能穩定、**可靠等優點，以及適應性強（被測介質不同的電參數、密度對測量均不產生影響）、不需調校（無論測量何種介質都不需要現場調校）和免于維護等特點，廣泛應用于冶金、建材、化工、輕工、糧食等行業中物位的過程控制。
 
　　
 
　　●主要技術參數：
 
　　
 
　　叉體長度：128mm～200mm（必要時可做延長）；
 
　　供電電壓：DC24V 或 AC220V50/60Hz；
 
　　工作溫度：-40～80℃（標準型）、-40～130℃（中溫型）；
 
　　環境溫度：-20～70℃；
 
　　工作壓力：≤2.5MPa；
 
　　介質密度：≥ 0.7g/cm3（液體）、>0.1g/ cm3（固體）；
 
　　輸出方式：AC220V/20mA，DC24V/0.5A；
 
　　功率消耗：1.5W（AC220V供電）、0.25W（DC24V供電）；
 
　　過程連接：螺紋連接、法蘭連接（可以根據客戶要求選擇過程連接方式）；
 
　　電氣接口：M20×1.5；
 
　　外殼防護：IP65；
 
　　防爆標志：Ex dⅡCT4
 

編輯本段國內液位開關企業現狀

　　由于生產液位開關進入門檻較低，目前國內市場可以形容到泛濫的程度。
 
　　事實上，要生產出優的液位開關并不是一件很簡單的事。首先是選材，其次是是生產過程的工藝控制；差的液位開關普遍表現為位精度低，發泡浮球吸水率高，環氧樹脂絕緣耐壓性能差。
 
　　如果希望液位開關安裝后能可靠的工作，一定要挑選正規的廠家購買。