液體的液位控制，廣泛應(yīng)用于水池、水塔、水井、水箱、石油化工、造紙、食品、排澇和污水處理等行業(yè)開(kāi)口或密閉儲(chǔ)罐各種液體的液位控制，被測(cè)介質(zhì)可以是水、油、酸堿液、工業(yè)污水等各種導(dǎo)電或非導(dǎo)電液體。

液位的控制，可以是兩個(gè)方面：液位低于一定限度時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組，使液體能得到及時(shí)的補(bǔ)充，比如水塔；液位高于或達(dá)到一定限度時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組，將液體及時(shí)排出，比如地道橋積水或污水池等。

液位信號(hào)的獲取，通常采用限位式控制方式，如壓力、液位高限或低限，這些物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后進(jìn)而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，完成既定目標(biāo)。

常用的控制器(傳感器)有干簧管式、電接點(diǎn)壓力表式、晶體管電路式和球形液位控制器等。本文介紹干簧管液位控制電路。

1. 元器件介紹

1）干簧管開(kāi)關(guān)和干簧管液位控制器(SL)

干簧管開(kāi)關(guān)：由一組或幾組導(dǎo)磁金屬簧片封裝在充有惰性氣體的玻璃管中組成的元件，每組簧片既能導(dǎo)磁又能導(dǎo)電，起開(kāi)關(guān)電路和磁路的雙重作用，如圖1。對(duì)于常開(kāi)型：當(dāng)干簧管在外加永久磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)的作用時(shí)，干簧管中的兩根簧片分別被磁化，在兩根簧片接近的地方產(chǎn)生異性磁極而吸引，兩根簧片相接觸使電路導(dǎo)通。反過(guò)來(lái)，當(dāng)磁場(chǎng)取消時(shí)，簧片依靠本身的彈性力恢復(fù)原狀，兩簧片分離，電路斷開(kāi)，這樣便完成了一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用。常閉型干簧管原理可自行分析。干簧開(kāi)關(guān)有許多優(yōu)點(diǎn)：由于接點(diǎn)密閉在充滿惰性氣體的玻璃管中，不易腐蝕、氧化和污染，接點(diǎn)免于維護(hù)；接通或釋放的時(shí)間只有1~3毫秒，僅為電磁繼電器的1/5~1/10，可以作為速動(dòng)開(kāi)關(guān)使用；由于接點(diǎn)部分使用了金、鐒、鈀合金鍍層，壽命長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)約為106~107次。

干簧管液位控制器：見(jiàn)圖2。由2只或以上的干簧管開(kāi)關(guān)作為主控元件，置于絕緣導(dǎo)管中，浮子連同環(huán)形磁鋼套在導(dǎo)管外面，浮球隨液位的高低上下移動(dòng)，當(dāng)磁環(huán)浮動(dòng)到干簧管外周時(shí)，干簧管內(nèi)的開(kāi)關(guān)受磁場(chǎng)作用或開(kāi)或關(guān)，輸出一個(gè)液位信號(hào)，啟動(dòng)控制電路動(dòng)作，*終使電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組啟動(dòng)或停止，從而實(shí)現(xiàn)液位高低的改變。導(dǎo)管上部為接線盒，內(nèi)設(shè)接線端子，下部密封。導(dǎo)管的長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，使用時(shí)垂直于液面固定。

 

2）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（SA）

又稱(chēng)組合開(kāi)關(guān)。它是刀開(kāi)關(guān)的另一種結(jié)構(gòu)形式，是一種多擋位、多觸頭、能夠控制多個(gè)回路的手動(dòng)電器，它是左右旋轉(zhuǎn)的平面操作，外形如圖3所示。其控制容量比較小，結(jié)構(gòu)緊湊，常用于比較狹小的空間，如機(jī)床設(shè)備控制電路中，作電源引入開(kāi)關(guān)或電路功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。也可以用它來(lái)直接啟動(dòng)或停止5千瓦以下小功率電動(dòng)機(jī)或使電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，倒順等。照明電路也常用它來(lái)控制。

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有單極、雙極和多極之分，在開(kāi)關(guān)的上部裝有定位機(jī)構(gòu)，它能使觸頭處在一定的位置上。額定持續(xù)電流有10、25、60、100A等多種。定位角有30°、45°、60°、90° 等幾種。

表1 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通斷表

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)主要由手柄、轉(zhuǎn)軸、彈簧、凸輪、絕緣墊板、動(dòng)觸片、靜觸片、接線柱和絕緣桿組成。它的動(dòng)、靜觸點(diǎn)分別疊裝于數(shù)層絕緣座內(nèi)，動(dòng)觸點(diǎn)與方軸相連，每層的動(dòng)觸點(diǎn)與方軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使動(dòng)靜觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。之所以又稱(chēng)為組合開(kāi)關(guān)，是因?yàn)榻^緣座的層數(shù)可以根據(jù)需要自由組合。在液位控制中，多用于“自動(dòng)”和“手動(dòng)”的轉(zhuǎn)換。

圖4是一款轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的圖形和符號(hào)，表1是它在左旋和右旋兩個(gè)部位時(shí)8個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的通斷情況。

 

3）其他器件

繼電器、交流接觸器、各種按鈕開(kāi)關(guān)、指示燈等也都是常用器件，因?yàn)橛刑嗟馁Y料可以查詢，不再贅述。

 

2. 高位停低位開(kāi)液位控制電路

水塔供水系統(tǒng)就屬于這種情況，當(dāng)液位降到設(shè)定下限水位時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組，為水塔注水；當(dāng)液位達(dá)設(shè)定上限水位時(shí)，電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

電原理圖如圖5所示。

電路具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，依靠轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA完成切換。干簧管液位控制器采用GSK-1或YW-67型，接線方式采用圖2（c）形式，其中SL1常開(kāi)，SL2常閉，分別為液位下限和上限干簧管。

手動(dòng)控制時(shí)的工作過(guò)程：閉合三相開(kāi)關(guān)QF，電路接通電源。右旋轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA至手動(dòng)位置，觸點(diǎn)⑤—⑥接通，①—②、③—④斷開(kāi)。按壓?jiǎn)?dòng)按鈕SB1，交流接觸器KM線圈得電，主開(kāi)關(guān)KM閉合并自鎖，電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，工作指示燈HL1亮起，表示水泵向水箱注水；人工觀察水箱注滿后，按壓停止按鈕SB2，交流接觸器失線圈電，自鎖解除，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，停止指示燈HL2亮起，工作指示燈HL1熄滅。

自動(dòng)控制時(shí)的工作過(guò)程：閉合三相開(kāi)關(guān)QF，電路接通電源。左旋轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA至自動(dòng)位置，觸點(diǎn)⑤—⑥斷開(kāi)，①—②、③—④接通。若浮子（液位）處在圖2（b）位置，磁環(huán)遠(yuǎn)離干簧管，電路不工作，停機(jī)指示燈HL2亮起。當(dāng)液位下降到液位h1時(shí)，磁環(huán)磁場(chǎng)使干簧管SL1閉合,繼電器KA線圈得電并自鎖，交流接觸器KM線圈得電，主開(kāi)關(guān)KM導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組啟動(dòng)注水，同時(shí)工作指示燈HL1亮起，停止指示燈HL2熄滅。注水過(guò)程中，即使浮子上升、下限干簧管SL1打開(kāi)，由于繼電器KA的自鎖作用，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)液位上升到上限液位h2時(shí)，在磁環(huán)磁場(chǎng)作用下，干簧管液位控制器常閉開(kāi)關(guān)SL2打開(kāi)，繼電器KA線圈失電復(fù)位，2個(gè)動(dòng)合開(kāi)關(guān)打開(kāi)，交流接觸器KM線圈失電，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組停機(jī)，注水結(jié)束，同時(shí)工作指示燈HL1熄滅，停止指示燈HL2亮起。

電鈴HA作為運(yùn)行中出現(xiàn)因故障而停機(jī)報(bào)警使用。電鈴HA報(bào)警時(shí)，停機(jī)指示燈HL2同時(shí)亮起，通知排除故障。

在任何情況下出現(xiàn)故障，按壓停止按鈕SB2，都能及時(shí)停機(jī)，故SB2又稱(chēng)急停按鈕。

FR為熱保護(hù)繼電器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)因過(guò)載而過(guò)熱時(shí)，自動(dòng)切斷控制電路電源停機(jī)。

控制電路工作在線電壓（380V）狀態(tài)下，安裝時(shí)務(wù)必注意良好的絕緣工藝，尤其是干簧管液位控制器置于液體中，更要小心，謹(jǐn)防漏電?？紤]到安全問(wèn)題，可在電路的×處斷開(kāi)后接入一個(gè)雙線圈降壓變壓器（100W足夠），為控制電路低壓供電，當(dāng)然，控制電路的所有元器件的額定工作電壓要相應(yīng)改變。

 

3. 高位開(kāi)低位停液位控制電路

只需對(duì)干簧管液位控制器的接法稍加改造如圖2（d），上述電路即可改造為高液位排水、低液位停機(jī)電路，可用于積水排澇、排污等自動(dòng)控制，如圖6所示。

手動(dòng)控制時(shí)的工作過(guò)程：閉合三相開(kāi)關(guān)QF，電路接通電源。右旋轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA至手動(dòng)位置，觸點(diǎn)⑤—⑥接通，①—②、③—④斷開(kāi)。按壓?jiǎn)?dòng)按鈕SB1，交流接觸器KM線圈得電，主開(kāi)關(guān)KM閉合并自鎖，電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，工作指示燈HL1亮起，表示水泵為水箱排水；人工觀察水箱到合適水位時(shí)后，按壓停止按鈕SB2，交流接觸器線圈失電，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，停止指示燈HL2亮起，工作指示燈HL1熄滅。

自動(dòng)控制時(shí)的工作過(guò)程：閉合三相開(kāi)關(guān)QF，電路接通電源。左旋轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA至自動(dòng)位置，觸點(diǎn)⑤—⑥斷開(kāi)，①—②、③—④接通。若浮子（液位）處在圖2（b）位置，因磁環(huán)遠(yuǎn)離干簧管，電路不工作，停機(jī)指示燈HL2亮起。當(dāng)浮子上升到上限液位h2時(shí)，磁環(huán)磁場(chǎng)使干簧管SL2閉合,繼電器KA線圈得電并自鎖，交流接觸器KM線圈得電，主開(kāi)關(guān)KM導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組啟動(dòng)排水，同時(shí)工作指示燈HL1亮起，停止指示燈HL2熄滅。排水過(guò)程中，即使浮子下降、上限干簧管SL2打開(kāi)，由于繼電器KA的自鎖作用，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)浮子下降到下限液位h1時(shí)，在磁環(huán)磁場(chǎng)作用下，干簧管液位控制器常閉開(kāi)關(guān)SL1打開(kāi)，繼電器KA線圈失電，所有開(kāi)關(guān)KA打開(kāi)，交流接觸器KM線圈失電，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組停機(jī)，排水結(jié)束，同時(shí)工作指示燈HL1熄滅，停止指示燈HL2亮起。