干簧管磁浮球液位开关的液位控制电路在液位测量中的应用分析

　　对于液体的液位控制，应用非常**，比如水池、水塔、水井、水箱、石油化工、造纸、食品、排涝和污水处理等行业开口或密闭储罐，基本上涉及到此类容器内部液体介质了储存与使用，都需要进行必要的液体液位控制。其中被测介质可以包括水、油、酸碱液、工业污水等各种导电或非导电液体。对于液位的控制，一般是基于两个方面的要求：其一是液位低于一定限度时，启动电动机-水泵机组，使液体能得到及时的补充，比如水塔。其二是液位高于或达到一定限度时，启动电动机-水泵机组，将液体及时排出，比如地道桥积水或污水池等。液位控制技术对于生产生活来说都非常重要，一些重要的生产现场不仅关系到生产效率的提高，甚至对于人身安全来说都有着凡同一般的意义。
 
　　　要做到液位的控制，*要解决的问题就是液位信号的获取，通常采用限位式控制方式，如压力、液位高限或低限，这些物理量转换为电信号后进而驱动执行电路，完成既定目标。常用的控制器(传感器)有干簧管式、电接点压力表式、晶体管电路式和球形液位控制器等。
利用干簧管进行工作的磁浮球液位开关是生产生活中常见的液位测量与控制仪表，其控制方式也有两种方式，一种是直接通过设定好高度位置之后，通过开关量信号进行控制；另一种是将整个高度设为****，通过4-20mA的模拟量信号输出，在外部加装液位控制二次表进行设定所需的高度。
 
　　本文介绍干簧管液位控制电路（亦称浮球液位开关）。
　　1.元器件介绍
　　1)磁浮球液位干簧管开关和干簧管液位控制器(SL)
干簧管开关：由一组或几组导磁金属簧片封装在充有惰性气体的玻璃管中组成的元件，每组簧片既能导磁又能导电，起开关电路和磁路的双重作用，如图1。对于常开型：当干簧管在外加**磁场或电磁场的作用时，干簧管中的两根簧片分别被磁化，在两根簧片接近的地方产生异性磁极而吸引，两根簧片相接触使电路导通。反过来，当磁场取消时，簧片依靠本身的弹性力恢复原状，两簧片分离，电路断开，这样便完成了一个开关的作用。常闭型干簧管原理可自行分析。干簧开关有许多优点：由于接点密闭在充满惰性气体的玻璃管中，不易腐蚀、氧化和污染，接点免于维护;接通或释放的时间只有1～3 毫秒，仅为电磁继电器的1/5～1/10，可以作为速动开关使用;由于接点部分使用了金、铹、钯合金镀层，寿命长，开关约为106～107 次。干簧管液位控制器：见图2。由2 只或以上的干簧管开关作为主控元件，置于绝缘导管中，浮子连同环形磁钢套在导管外面，浮球随液位的高低上下移动，当磁环浮动到干簧管外周时，干簧管内的开关受磁场作用或开或关，输出一个液位信号，启动控制电路动作，终使电动机-水泵机组启动或停止，从而实现液位高低的改变。导管上部为接线盒，内设接线端子，下部密封。导管的长度可以调节，使用时垂直于液面固定。

 
　　2)转换开关(SA)
　　又称组合开关。它是刀开关的另一种结构形式，是一种多挡位、多触头、能够控制多个回路的手动电器，它是左右旋转的平面操作，外形如图3 所示。其控制容量比较小，结构紧凑，常用于比较狭小的空间，如机床设备控制电路中，作电源引入开关或电路功能转换开关等。也可以用它来直接启动或停止5 千瓦以下小功率电动机或使电动机正反转，倒顺等。照明电路也常用它来控制。转换开关有单极、双极和多极之分，在开关的上部装有定位机构，它能使触头处在一定的位置上。额定持续电流有10、25、60、100A 等多种。定位角有30。、45°、60°、90。等几种。转换开关主要由手柄、转轴、弹簧、凸轮、绝缘垫板、动触片、静触片、接线柱和绝缘杆组成。它的动、静触点分别叠装于数层绝缘座内，动触点与方轴相连，每层的动触点与方轴一起转动，使动静触点接通或断开。之所以又称为组合开关，是因为绝缘座的层数可以根据需要自由组合。在液位控制中，多用于“自动”和“手动”的转换。
　　图4 是一款转换开关的图形和符号，表1 是它在左旋和右旋两个部位时8 个开关对应的通断情况。
　　3)其他器件
　　继电器、交流接触器、各种按钮开关、指示灯等也都是常用器件，因为有太多的资料可以查询，不再赘述。
　　2.高位停低位开液位控制电路
水塔供水系统就属于这种情况，当液位降到设定下限水位时，启动电动机-水泵机组，为水塔注水;当液位达设定上限水位时，电动机-水泵机组停止运转。

电原理图如图5 所示。

电路具有手动和自动两种工作方式，依靠转换开关SA 完成切换。干簧管液位控制器采用GSK-1 或YW-67 型，接线方式采用图2(c)形式，其中SL1 常开，SL2 常闭，分别为液位下限和上限干簧管。手动控制时的工作过程：闭合三相开关QF，电路接通电源。右旋转换开关SA 至手动位置，触点⑤—⑥接通，①—②、③—④断开。按压启动按钮SB1，交流接触器KM 线圈得电，主开关KM 闭合并自锁，电动机-水泵机组运转，工作指示灯HL1 亮起，表示水泵向水箱注水;人工观察水箱注满后，按压停止按钮SB2，交流接触器失线圈电，自锁解除，主开关KM 打开，电动机停转，停止指示灯HL2 亮起，工作指示灯HL1 熄灭。

自动控制时的工作过程：闭合三相开关QF，电路接通电源。左旋转换开关SA 至自动位置，触点⑤—⑥断开，①—②、③—④接通。若浮子(液位)处在图2(b)位置，磁环远离干簧管，电路不工作，停机指示灯HL2 亮起。当液位下降到液位hl 时，磁环磁场使干簧管SL1 闭合，继电器KA 线圈得电并自锁，交流接触器KM 线圈得电，主开关KM 导通，电动机-水泵机组启动注水，同时工作指示灯HL1亮起，停止指示灯HL2 熄灭。注水过程中，即使浮子上升、下限干簧管SL1 打开，由于继电器KA 的自锁作用，机组继续运行。当液位上升到上限液位h2 时，在磁环磁场作用下，干簧管液位控制器常闭开关SL2 打开，继电器KA 线圈失电复位，2 个动合开关打开，交流接触器KM 线圈失电，主开关KM打开，电动机-水泵机组停机，注水结束，同时工作指示灯HL1 熄灭，停止指示灯HL2 亮起。电铃HA 作为运行中出现因故障而停机报警使用。电铃HA 报警时，停机指示灯HL2 同时亮起，通知排除故障。

在任何情况下出现故障，按压停止按钮SB2，都能及时停机，故SB2 又称急停按钮。FR 为热保护继电器，当电动机因过载而过热时，自动切断控制电路电源停机。
控制电路工作在线电压(380V)状态下，安装时务必注意良好的绝缘工艺，尤其是干簧管液位控制器置于液体中，更要小心，谨防漏电。考虑到安全问题，可在电路的x 处断开后接入一个双线圈降压变压器(100W 足够)，为控制电路低压供电，当然，控制电路的所有元器件的额定工作电压要相应改变。
 
　　3.高位开低位停液位控制电路只需对干簧管浮球液位开关或液位控制器的接法稍加改造如图2(d)，上述电路即可改造为高液位排水、低液位停机电路，可用于积水排涝、排污等自动控制，如图6 所示。手动控制时的工作过程：闭合三相开关QF，电路接通电源。右旋转换开关SA 至手动位置，触点⑤—⑥接通，①—②、③—④断开。按压启动按钮SB1，交流接触器KM 线圈得电，主开关KM 闭合并自锁，电动机-水泵机组运转，工作指示灯HL1 亮起，表示水泵为水箱排水;人工观察水箱到合适水位时后，按压停止按钮SB2，交流接触器线圈失电，主开关KM 打开，电动机停转，停止指示灯HL2 亮起，工作指示灯HL1 熄灭。自动控制时的工作过程：闭合三相开关QF，电路接通电源。左旋转换开关SA 至自动位置，触点⑤—⑥断开，①—②、③—④接通。若浮子(液位)处在图2(b)位置，因磁环远离干簧管，电路不工作，停机指示灯HL2 亮起。当浮子上升到上限液位h2 时，磁环磁场使干簧管SL2 闭合，继电器KA 线圈得电并自锁，交流接触器KM 线圈得电，主开关KM 导通，电动机-水泵机组启动排水，同时工作指示灯HL1 亮起，停止指示灯HL2 熄灭。排水过程中，即使浮子下降、上限干簧管SL2 打开，由于继电器KA 的自锁作用，机组继续运行。当浮子下降到下限液位hl 时，在磁环磁场作用下，干簧管浮球液位控制器常闭开关SL1 打开，继电器KA 线圈失电，所有开关KA 打开，交流接触器KM 线圈失电，主开关KM 打开，电动机-水泵机组停机，排水结束，同时工作指示灯HL1 熄灭，停止指示灯HL2 亮起。










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