【導(dǎo)讀】基于磁簧開關(guān)的液位傳感器為設(shè)計(jì)者提供了可靠和長壽命的選擇，適用于惡劣和苛刻的應(yīng)用。這些開關(guān)有多種配置，可用于測量儲(chǔ)液箱是滿的還是空的，或者當(dāng)液體處于兩者之間的預(yù)定水平時(shí)，有些開關(guān)可以測量多個(gè)液體水平。此外，它們不需要外部電源，可以很容易地滿足 EMC 要求。
液位傳感器（亦稱液位開關(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始設(shè)計(jì)液位傳感器，以滿足日益苛刻的精度、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關(guān)傳感技術(shù)的預(yù)包裝解決方案，這些解決方案開箱即用，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關(guān)技術(shù)，而磁簧開關(guān)的額定壽命通常超過 1000 萬次，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 (N.O.) 或常閉 (N.C) 的開關(guān)？
· 是否需要單刀單擲 (SPST) 或單刀雙擲 (SPDT) 開關(guān)？
· 需要什么樣的開關(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”、“部分滿”"或“空”是否足夠，還是需要監(jiān)測多個(gè)液位？
液體及其狀況是重要的考慮因素；不同的開關(guān)體材料適合不同的應(yīng)用需求。高溫水、燃料和油類等要求較高的應(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。
立式液位開關(guān)的主體可以達(dá)到一米長，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_關(guān)體材料外，在指定液位傳感器時(shí)，開關(guān)技術(shù)的選擇是一個(gè)重要的考慮因素。
磁簧開關(guān)技術(shù)的好處
磁簧開關(guān)是一項(xiàng)成熟而可靠的技術(shù)。采用磁簧開關(guān)技術(shù)的浮動(dòng)液位開關(guān)是無源器件，不需要外部電源就能發(fā)揮作用。這些傳感器的開關(guān)動(dòng)作是由浮子中的永久磁鐵與固定的磁簧開關(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)浮子來激活傳感器主體中的一個(gè)或多個(gè)磁簧開關(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)磁鐵向磁簧開關(guān)移動(dòng)或遠(yuǎn)離磁簧開關(guān)時(shí)，它就會(huì)打開或關(guān)閉，具體取決于配置。
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關(guān)（中間），當(dāng)浮子中的磁鐵（右邊）接近時(shí)，開關(guān)打開或關(guān)閉，具體取決于其設(shè)計(jì)。（圖片來源：TE Connectivity）
這些傳感器的可靠性來自幾個(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)密封的磁簧開關(guān)，采用釕觸點(diǎn)，額定開關(guān)操作次數(shù)超過 1000 萬次。
磁簧開關(guān)可以在高溫環(huán)境下可靠地工作。當(dāng)開關(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)開關(guān)技術(shù)。使用磁簧開關(guān)滿足電磁兼容性 (EMC) 的要求很簡單，只需要進(jìn)行最小的測試。
基于磁簧開關(guān)的液位傳感器
設(shè)計(jì)人員可以使用 TE 的液位傳感器來實(shí)現(xiàn)磁簧開關(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關(guān)中進(jìn)行選擇，這些開關(guān)有六個(gè)系列，使用各種材料制成，有各種開關(guān)、配件和電纜選擇（圖 2）。
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。（圖片來源：TE Connectivity）
TE 液位開關(guān)的額定電壓高達(dá) 250 伏交流電 (AC) 或 200 伏直流電 (DC)。他們通過了針對(duì)汽車產(chǎn)品的 ISO/TS 16949 認(rèn)證和針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 認(rèn)證。有些型號(hào)則通過了 UL 認(rèn)證和英國水法規(guī)咨詢計(jì)劃 (WRAS) 認(rèn)證。其額定開關(guān)周期超過 1000 萬次，旨在方便安裝和現(xiàn)場服務(wù)。如果這些開關(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量水箱何時(shí)滿載、空載或部分裝載，有些型號(hào)可以測量多個(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。
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。（圖片來源：TE Connectivity）
對(duì)于需要測量介于滿和空之間的單一液位的應(yīng)用來說，設(shè)計(jì)者可以使用水平液位開關(guān)。通過 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 開關(guān)，額定負(fù)載高達(dá) 70 W，電壓為 200 伏直流或 250 伏交流。
圖 4：LCS309-32 水平液位開關(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。（圖片來源：TE Connectivity）
當(dāng)單一的液位測量不夠時(shí)，設(shè)計(jì)者可以使用最長達(dá)一米的加長開關(guān)。例如，EVS312-51N 使用兩個(gè)開關(guān)來提供三種不同液位狀態(tài)指示（圖 5）。高位開關(guān)是一個(gè) N.C 器件，低位開關(guān)是一個(gè) N.O 器件。
圖 5：像 EVS312-51N 這樣的加長開關(guān)使用兩個(gè)開關(guān)來提供三個(gè)不同液位狀態(tài)指示。（圖片來源：TE Connectivity）
當(dāng)浮子處于上限時(shí)，兩個(gè)開關(guān)都打開；當(dāng)浮子處于下限時(shí)，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)閉；當(dāng)浮子處于上限和下限之間時(shí)，高位開關(guān)關(guān)閉，低位開關(guān)打開（表 1）。
表 1：EVS312-51N 中的高位開關(guān)和低位開關(guān)可用于指示三種不同的液位狀態(tài)。（圖片來源：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
基于磁簧開關(guān)的液位傳感器為設(shè)計(jì)者提供了可靠和長壽命的選擇，適用于惡劣和苛刻的應(yīng)用。這些開關(guān)有多種配置，可用于測量儲(chǔ)液箱是滿的還是空的，或者當(dāng)液體處于兩者之間的預(yù)定水平時(shí)，有些開關(guān)可以測量多個(gè)液體水平。此外，它們不需要外部電源，可以很容易地滿足 EMC 要求。
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