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干簧管磁浮球液位開關(guān)的液位控制電路在液位測量中的應(yīng)用
對于液體的液位控制，應(yīng)用非常廣泛，比如水池、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)開口或密閉儲罐，基本上涉及到此類容器內(nèi)部液體介質(zhì)了儲存與使用，都需要進(jìn)行必要的液體液位控制。其中被測介質(zhì)可以包括水、油、酸堿液、工業(yè)污水等各種導(dǎo)電或非導(dǎo)電液體。對于液位的控制，一般是基于兩個方面的要求：其一是液位低于一定限度時，啟動電動機-水泵機組，使液體能得到及時的補充，比如水塔。其二是液位高于或達(dá)到一定限度時，啟動電動機-水泵機組，將液體及時排出，比如地道橋積水或污水池等。液位控制技術(shù)對于生產(chǎn)生活來說都非常重要，一些重要的生產(chǎn)現(xiàn)場不僅關(guān)系到生產(chǎn)效率的提高，甚至對于人身安全來說都有著凡同一般的意義。
要做到液位的控制，首要解決的問題就是液位信號的獲取，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)換為電信號后進(jìn)而驅(qū)動執(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、電接點壓力表式、晶體管電路式和球形液位控制器等。
利用干簧管進(jìn)行工作的磁浮球液位開關(guān)是生產(chǎn)生活中常見的液位測量與控制儀表，其控制方式也有兩種方式，一種是直接通過設(shè)定好高度位置之后，通過開關(guān)量信號進(jìn)行控制；另一種是將整個高度設(shè)為100%，通過4-20mA的模擬量信號輸出，在外部加裝液位控制二次表進(jìn)行設(shè)定所需的高度。
本文介紹干簧管液位控制電路（亦稱浮球液位開關(guān)）。
1.元器件介紹
1)磁浮球液位干簧管開關(guān)和干簧管液位控制器(SL)
干簧管開關(guān)：由一組或幾組導(dǎo)磁金屬封裝在充有惰性氣體的玻璃管中組成的元件，每組既能導(dǎo)磁又能導(dǎo)電，起開關(guān)電路和磁路的雙重作用，如圖1。對于常開型：當(dāng)干簧管在外加磁場或電磁場的作用時，干簧管中的兩根分別被磁化，在兩根接近的地方產(chǎn)生異性磁極而吸引，兩根相接觸使電路導(dǎo)通。反過來，當(dāng)磁場取消時，依靠本身的彈性力恢復(fù)原狀，兩分離，電路斷開，這樣便完成了一個開關(guān)的作用。常閉型干簧管原理可自行分析。干簧開關(guān)有許多優(yōu)點：由于接點密閉在充滿惰性氣體的玻璃管中，不易腐蝕、氧化和污染，接點免于維護(hù);接通或釋放的時間只有1～3 毫秒，僅為電磁繼電器的1/5～1/10，可以作為速動開關(guān)使用;由于接點部分使用了金、鐒、鈀合金鍍層，壽命長，開關(guān)約為106～107 次。干簧管液位控制器：見圖2。由2 只或以上的干簧管開關(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，當(dāng)磁環(huán)浮動到干簧管外周時，干簧管內(nèi)的開關(guān)受磁場作用或開或關(guān)，輸出一個液位信號，啟動控制電路動作，終使電動機-水泵機組啟動或停止，從而實現(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)管的長度可以調(diào)節(jié)，使用時垂直于液面固定。
2)轉(zhuǎn)換開關(guān)(SA)
又稱組合開關(guān)。它是刀開關(guān)的另一種結(jié)構(gòu)形式，是一種多擋位、多觸頭、能夠控制多個回路的手動電器，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，如機床設(shè)備控制電路中，作電源引入開關(guān)或電路功能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。也可以用它來直接啟動或停止5 千瓦以下小功率電動機或使電動機正反轉(zhuǎn)，倒順等。照明電路也常用它來控制。轉(zhuǎn)換開關(guān)有單極、雙極和多極之分，在開關(guān)的上部裝有定位機構(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。轉(zhuǎn)換開關(guān)主要由手柄、轉(zhuǎn)軸、彈簧、凸輪、絕緣墊板、動觸片、靜觸片、接線柱和絕緣桿組成。它的動、靜觸點分別疊裝于數(shù)層絕緣座內(nèi)，動觸點與方軸相連，每層的動觸點與方軸一起轉(zhuǎn)動，使動靜觸點接通或斷開。之所以又稱為組合開關(guān)，是因為絕緣座的層數(shù)可以根據(jù)需要自由組合。在液位控制中，多用于“自動”和“手動”的轉(zhuǎn)換。
圖4 是一款轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形和符號，表1 是它在左旋和右旋兩個部位時8 個開關(guān)對應(yīng)的通斷情況。
3)其他器件
繼電器、交流接觸器、各種按鈕開關(guān)、指示燈等也都是常用器件，因為有太多的資料可以查詢，不再贅述。
2.高位停低位開液位控制電路
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，啟動電動機-水泵機組，為水塔注水;當(dāng)液位達(dá)設(shè)定上限水位時，電動機-水泵機組停止運轉(zhuǎn)。
電原理圖如圖5 所示。
電路具有手動和自動兩種工作方式，依靠轉(zhuǎn)換開關(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，SL2 常閉，分別為液位下限和上限干簧管。手動控制時的工作過程：閉合三相開關(guān)QF，電路接通電源。右旋轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 至手動位置，觸點⑤—⑥接通，①—②、③—④斷開。按壓啟動按鈕SB1，交流接觸器KM 線圈得電，主開關(guān)KM 閉合并自鎖，電動機-水泵機組運轉(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，主開關(guān)KM 打開，電動機停轉(zhuǎn)，停止指示燈HL2 亮起，工作指示燈HL1 熄滅。
自動控制時的工作過程：閉合三相開關(guān)QF，電路接通電源。左旋轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 至自動位置，觸點⑤—⑥斷開，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，停機指示燈HL2 亮起。當(dāng)液位下降到液位hl 時，磁環(huán)磁場使干簧管SL1 閉合，繼電器KA 線圈得電并自鎖，交流接觸器KM 線圈得電，主開關(guān)KM 導(dǎo)通，電動機-水泵機組啟動注水，同時工作指示燈HL1亮起，停止指示燈HL2 熄滅。注水過程中，即使浮子上升、下限干簧管SL1 打開，由于繼電器KA 的自鎖作用，機組繼續(xù)運行。當(dāng)液位上升到上限液位h2 時，在磁環(huán)磁場作用下，干簧管液位控制器常閉開關(guān)SL2 打開，繼電器KA 線圈失電復(fù)位，2 個動合開關(guān)打開，交流接觸器KM 線圈失電，主開關(guān)KM打開，電動機-水泵機組停機，注水結(jié)束，同時工作指示燈HL1 熄滅，停止指示燈HL2 亮起。電鈴HA 作為運行中出現(xiàn)因故障而停機報警使用。電鈴HA 報警時，停機指示燈HL2 同時亮起，通知排除故障。
在任何情況下出現(xiàn)故障，按壓停止按鈕SB2，都能及時停機，故SB2 又稱急停按鈕。FR 為熱保護(hù)繼電器，當(dāng)電動機因過載而過熱時，自動切斷控制電路電源停機。
控制電路工作在線電壓(380V)狀態(tài)下，安裝時務(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。考慮到安全問題，可在電路的x 處斷開后接入一個雙線圈降壓變壓器(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.高位開低位停液位控制電路只需對干簧管浮球液位開關(guān)或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、低液位停機電路，可用于積水排澇、排污等自動控制，如圖6 所示。手動控制時的工作過程：閉合三相開關(guān)QF，電路接通電源。右旋轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 至手動位置，觸點⑤—⑥接通，①—②、③—④斷開。按壓啟動按鈕SB1，交流接觸器KM 線圈得電，主開關(guān)KM 閉合并自鎖，電動機-水泵機組運轉(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后，按壓停止按鈕SB2，交流接觸器線圈失電，主開關(guān)KM 打開，電動機停轉(zhuǎn)，停止指示燈HL2 亮起，工作指示燈HL1 熄滅。自動控制時的工作過程：閉合三相開關(guān)QF，電路接通電源。左旋轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 至自動位置，觸點⑤—⑥斷開，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，停機指示燈HL2 亮起。當(dāng)浮子上升到上限液位h2 時，磁環(huán)磁場使干簧管SL2 閉合，繼電器KA 線圈得電并自鎖，交流接觸器KM 線圈得電，主開關(guān)KM 導(dǎo)通，電動機-水泵機組啟動排水，同時工作指示燈HL1 亮起，停止指示燈HL2 熄滅。排水過程中，即使浮子下降、上限干簧管SL2 打開，由于繼電器KA 的自鎖作用，機組繼續(xù)運行。當(dāng)浮子下降到下限液位hl 時，在磁環(huán)磁場作用下，干簧管浮球液位控制器常閉開關(guān)SL1 打開，繼電器KA 線圈失電，所有開關(guān)KA 打開，交流接觸器KM 線圈失電，主開關(guān)KM 打開，電動機-水泵機組停機，排水結(jié)束，同時工作指示燈HL1 熄滅，停止指示燈HL2 亮起。
