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如何在工業(yè)應(yīng)用中選擇和使用浮動(dòng)液位傳感器

發(fā)布時(shí)間:2022-02-21 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】基于磁簧開(kāi)關(guān)的液位傳感器為設(shè)計(jì)者提供了可靠和長(zhǎng)壽命的選擇,適用于惡劣和苛刻的應(yīng)用。這些開(kāi)關(guān)有多種配置,可用于測(cè)量?jī)?chǔ)液箱是滿(mǎn)的還是空的,或者當(dāng)液體處于兩者之間的預(yù)定水平時(shí),有些開(kāi)關(guān)可以測(cè)量多個(gè)液體水平。此外,它們不需要外部電源,可以很容易地滿(mǎn)足 EMC 要求。


液位傳感器(亦稱(chēng)液位開(kāi)關(guān)或浮動(dòng)傳感器)對(duì)系統(tǒng)安全和高效運(yùn)行起著關(guān)鍵的作用,設(shè)計(jì)人員正在各種工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越多地使用這種傳感器,具體應(yīng)用包括暖通空調(diào) (HVAC)、水和廢水處理、化學(xué)和石化處理系統(tǒng)以及食品和飲料生產(chǎn)。雖然你可以選擇從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)液位傳感器,以滿(mǎn)足日益苛刻的精度、能效和堅(jiān)固性應(yīng)用要求,但這樣做很快就會(huì)把你拖入一個(gè)復(fù)雜、耗時(shí)和最終代價(jià)高昂的過(guò)程,因?yàn)樵O(shè)計(jì)者要熟悉傳感技術(shù)選擇、封裝、接口和監(jiān)管要求。


相反,設(shè)計(jì)者可以使用基于磁簧開(kāi)關(guān)傳感技術(shù)的預(yù)包裝解決方案,這些解決方案開(kāi)箱即用,并已獲得 UL 和 IP65 監(jiān)管認(rèn)可。此外,由于它們使用了磁簧開(kāi)關(guān)技術(shù),而磁簧開(kāi)關(guān)的額定壽命通常超過(guò) 1000 萬(wàn)次,可以處理高功率負(fù)載,并且具有可實(shí)現(xiàn)高能效的低接觸電阻以及零功耗等優(yōu)勢(shì)。


本文回顧了選擇浮動(dòng)液位開(kāi)關(guān)時(shí)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素。然后討論了使用磁簧開(kāi)關(guān)技術(shù)的好處,最后介紹了 TE Connectivity (TE) 的幾種液位/浮動(dòng)傳感器解決方案及其應(yīng)用方式。


選擇浮動(dòng)液位傳感器


浮動(dòng)液位開(kāi)關(guān)有多種用途,例如在液位上升或下降到有潛在危險(xiǎn)的水平時(shí)發(fā)出警報(bào),幫助保護(hù)設(shè)備免于過(guò)熱,保持所混合材料的適當(dāng)比例,以及減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等。為具體應(yīng)用選擇浮動(dòng)液位開(kāi)關(guān)時(shí),需要清楚地了解設(shè)計(jì)條件和要求,即:


· 是什么液體,其溫度和壓力是多少?

· 應(yīng)用是否需要一個(gè)常開(kāi) (N.O.) 或常閉 (N.C) 的開(kāi)關(guān)?

· 是否需要單刀單擲 (SPST) 或單刀雙擲 (SPDT) 開(kāi)關(guān)?

· 需要什么樣的開(kāi)關(guān)方向:從側(cè)面看是水平的,安裝在頂部,還是安裝在底部?

· 單一液位條件指標(biāo)如“滿(mǎn)”、“部分滿(mǎn)”"或“空”是否足夠,還是需要監(jiān)測(cè)多個(gè)液位?


液體及其狀況是重要的考慮因素;不同的開(kāi)關(guān)體材料適合不同的應(yīng)用需求。高溫水、燃料和油類(lèi)等要求較高的應(yīng)用可能需要一個(gè)玻璃填充的聚苯硫醚外殼,其額定溫度高達(dá) +130 攝氏度 (℃),壓力為 4.7 巴。


立式液位開(kāi)關(guān)的主體可以達(dá)到一米長(zhǎng),并使用剛性材料,如各種塑料、黃銅或不銹鋼。要求不高的應(yīng)用,如水箱,可以使用相對(duì)便宜的乙縮醛和發(fā)泡聚丙烯主體,其額定溫度可達(dá) +60°C 和 0.34 巴。除了采用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)體材料外,在指定液位傳感器時(shí),開(kāi)關(guān)技術(shù)的選擇是一個(gè)重要的考慮因素。


磁簧開(kāi)關(guān)技術(shù)的好處


磁簧開(kāi)關(guān)是一項(xiàng)成熟而可靠的技術(shù)。采用磁簧開(kāi)關(guān)技術(shù)的浮動(dòng)液位開(kāi)關(guān)是無(wú)源器件,不需要外部電源就能發(fā)揮作用。這些傳感器的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是由浮子中的永久磁鐵與固定的磁簧開(kāi)關(guān)的相互作用而激活的。


這些傳感器利用一個(gè)內(nèi)嵌磁鐵的可移動(dòng)浮子來(lái)激活傳感器主體中的一個(gè)或多個(gè)磁簧開(kāi)關(guān)(圖 1)。當(dāng)液面上升時(shí),磁鐵從底部移動(dòng)(浮動(dòng))到開(kāi)關(guān)的頂部,當(dāng)液面下降時(shí),磁鐵就會(huì)下降。當(dāng)磁鐵向磁簧開(kāi)關(guān)移動(dòng)或遠(yuǎn)離磁簧開(kāi)關(guān)時(shí),它就會(huì)打開(kāi)或關(guān)閉,具體取決于配置。


如何在工業(yè)應(yīng)用中選擇和使用浮動(dòng)液位傳感器

圖 1:當(dāng)液面上升和下降時(shí),浮子在閥桿(左)上和下移動(dòng)。閥桿包含固定的磁簧開(kāi)關(guān)(中間),當(dāng)浮子中的磁鐵(右邊)接近時(shí),開(kāi)關(guān)打開(kāi)或關(guān)閉,具體取決于其設(shè)計(jì)。(圖片來(lái)源:TE Connectivity)


這些傳感器的可靠性來(lái)自幾個(gè)因素:它們只有一個(gè)移動(dòng)部件,它們用與液體兼容的主體材料制造,它們有一個(gè)密封的磁簧開(kāi)關(guān),采用釕觸點(diǎn),額定開(kāi)關(guān)操作次數(shù)超過(guò) 1000 萬(wàn)次。


磁簧開(kāi)關(guān)可以在高溫環(huán)境下可靠地工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí),它們具有較高的絕緣等級(jí),其電流消耗低于固態(tài)開(kāi)關(guān)技術(shù)。使用磁簧開(kāi)關(guān)滿(mǎn)足電磁兼容性 (EMC) 的要求很簡(jiǎn)單,只需要進(jìn)行最小的測(cè)試。


基于磁簧開(kāi)關(guān)的液位傳感器


設(shè)計(jì)人員可以使用 TE 的液位傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)磁簧開(kāi)關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。TE 能夠讓設(shè)計(jì)者從近 20 種垂直和水平液位開(kāi)關(guān)中進(jìn)行選擇,這些開(kāi)關(guān)有六個(gè)系列,使用各種材料制成,有各種開(kāi)關(guān)、配件和電纜選擇(圖 2)。


如何在工業(yè)應(yīng)用中選擇和使用浮動(dòng)液位傳感器

圖 2:TE Connectivity 的浮動(dòng)液位傳感器有多種配置,包括垂直安裝和側(cè)面安裝,最大 90° 角,以及通用安裝配件。(圖片來(lái)源:TE Connectivity)


TE 液位開(kāi)關(guān)的額定電壓高達(dá) 250 伏交流電 (AC) 或 200 伏直流電 (DC)。他們通過(guò)了針對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品的 ISO/TS 16949 認(rèn)證和針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 認(rèn)證。有些型號(hào)則通過(guò)了 UL 認(rèn)證和英國(guó)水法規(guī)咨詢(xún)計(jì)劃 (WRAS) 認(rèn)證。其額定開(kāi)關(guān)周期超過(guò) 1000 萬(wàn)次,旨在方便安裝和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。如果這些開(kāi)關(guān)中有一個(gè)被損壞,可以很容易進(jìn)行更換。


TE 提供的液位傳感器可以測(cè)量水箱何時(shí)滿(mǎn)載、空載或部分裝載,有些型號(hào)可以測(cè)量多個(gè)液位。像 VS801-51 這樣的垂直液位傳感器,其玻璃填充式聚丙烯主體是為在水中使用而設(shè)計(jì)的,有 N.O. 或 N.C. 開(kāi)關(guān),以及 SPST 或 SPDT 配置。VCS-06 使用玻璃填充的尼龍 6.6 制成,可提供采用 SPST 配置的 N.O. 或 N.C. 開(kāi)關(guān)(圖 3)。這兩種傳感器都可用于涉及沸水和燃料的應(yīng)用,其中一些型號(hào)的額定工作溫度高達(dá)+130℃,壓力達(dá) 4 巴。


如何在工業(yè)應(yīng)用中選擇和使用浮動(dòng)液位傳感器

圖 3:VCS-06 系列液位傳感器可以安裝在液體儲(chǔ)罐的頂部或底部,根據(jù)浮子的擺放方向不同可實(shí)現(xiàn) N.O. 或 N.C 接觸。(圖片來(lái)源:TE Connectivity)


對(duì)于需要測(cè)量介于滿(mǎn)和空之間的單一液位的應(yīng)用來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)者可以使用水平液位開(kāi)關(guān)。通過(guò) UL 認(rèn)證的實(shí)例包括:


· LS309-32,用玻璃填充的尼龍 6.6 制成,用于油、燃料和非離子液體。它有一個(gè) SPST 配置,一個(gè) 40.4 毫米 (mm) 的標(biāo)準(zhǔn)激活擺動(dòng),額定電壓為 200 伏直流或 250 伏交流,負(fù)載高達(dá) 70 瓦 (W)(圖 4)。

· LCS-03,外殼為乙縮醛/聚丙烯,浮子為發(fā)泡聚丙烯。這是為在空間有限的水和廢水應(yīng)用中使用而設(shè)計(jì)的。它有一個(gè)緊湊的水平短擺 (35.5 mm),并配有電纜或一體式連接器。當(dāng)浮子處于水平狀態(tài)時(shí),它是 N.C.,額定電壓為 48 伏直流,最大功率為 40 瓦。

· LDS309-11N,外殼和浮子為玻璃纖維填充的尼龍 6.6,用于壓力最高達(dá) 4.7 巴的油、燃料和非離子液體。它能夠感應(yīng)到液位的微小變化,在工作和釋放之間有 8.65 mm 的窄行程差。該設(shè)備使用 SPST 開(kāi)關(guān),額定負(fù)載高達(dá) 70 W,電壓為 200 伏直流或 250 伏交流。


如何在工業(yè)應(yīng)用中選擇和使用浮動(dòng)液位傳感器

圖 4:LCS309-32 水平液位開(kāi)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)激活擺幅為 40.4 mm,設(shè)計(jì)用于油、燃料和非離子液體。(圖片來(lái)源:TE Connectivity)


當(dāng)單一的液位測(cè)量不夠時(shí),設(shè)計(jì)者可以使用最長(zhǎng)達(dá)一米的加長(zhǎng)開(kāi)關(guān)。例如,EVS312-51N 使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)提供三種不同液位狀態(tài)指示(圖 5)。高位開(kāi)關(guān)是一個(gè) N.C 器件,低位開(kāi)關(guān)是一個(gè) N.O 器件。


如何在工業(yè)應(yīng)用中選擇和使用浮動(dòng)液位傳感器

圖 5:像 EVS312-51N 這樣的加長(zhǎng)開(kāi)關(guān)使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)提供三個(gè)不同液位狀態(tài)指示。(圖片來(lái)源:TE Connectivity)


當(dāng)浮子處于上限時(shí),兩個(gè)開(kāi)關(guān)都打開(kāi);當(dāng)浮子處于下限時(shí),兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)閉;當(dāng)浮子處于上限和下限之間時(shí),高位開(kāi)關(guān)關(guān)閉,低位開(kāi)關(guān)打開(kāi)(表 1)。


如何在工業(yè)應(yīng)用中選擇和使用浮動(dòng)液位傳感器

表 1:EVS312-51N 中的高位開(kāi)關(guān)和低位開(kāi)關(guān)可用于指示三種不同的液位狀態(tài)。(圖片來(lái)源:TE Connectivity)


EVS312-51N 的主體是尼龍 6.6,浮子是玻璃填充的尼龍 6.6,額定電壓為 175 伏直流或 125 伏交流,負(fù)載最高 5W,提供內(nèi)部和外部安裝配置。


結(jié)語(yǔ)


基于磁簧開(kāi)關(guān)的液位傳感器為設(shè)計(jì)者提供了可靠和長(zhǎng)壽命的選擇,適用于惡劣和苛刻的應(yīng)用。這些開(kāi)關(guān)有多種配置,可用于測(cè)量?jī)?chǔ)液箱是滿(mǎn)的還是空的,或者當(dāng)液體處于兩者之間的預(yù)定水平時(shí),有些開(kāi)關(guān)可以測(cè)量多個(gè)液體水平。此外,它們不需要外部電源,可以很容易地滿(mǎn)足 EMC 要求。


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