【導讀】基于磁簧開關的液位傳感器為設計者提供了可靠和長壽命的選擇，適用于惡劣和苛刻的應用。這些開關有多種配置，可用于測量儲液箱是滿的還是空的，或者當液體處于兩者之間的預定水平時，有些開關可以測量多個液體水平。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（亦稱液位開關或浮動傳感器）對系統(tǒng)安全和高效運行起著關鍵的作用，設計人員正在各種工業(yè)應用中越來越多地使用這種傳感器，具體應用包括暖通空調 (HVAC)、水和廢水處理、化學和石化處理系統(tǒng)以及食品和飲料生產(chǎn)。雖然你可以選擇從頭開始設計液位傳感器，以滿足日益苛刻的精度、能效和堅固性應用要求，但這樣做很快就會把你拖入一個復雜、耗時和最終代價高昂的過程，因為設計者要熟悉傳感技術選擇、封裝、接口和監(jiān)管要求。
相反，設計者可以使用基于磁簧開關傳感技術的預包裝解決方案，這些解決方案開箱即用，并已獲得 UL 和 IP65 監(jiān)管認可。此外，由于它們使用了磁簧開關技術，而磁簧開關的額定壽命通常超過 1000 萬次，可以處理高功率負載，并且具有可實現(xiàn)高能效的低接觸電阻以及零功耗等優(yōu)勢。
本文回顧了選擇浮動液位開關時的關鍵設計考慮因素。然后討論了使用磁簧開關技術的好處，最后介紹了 TE Connectivity (TE) 的幾種液位/浮動傳感器解決方案及其應用方式。
選擇浮動液位傳感器
浮動液位開關有多種用途，例如在液位上升或下降到有潛在危險的水平時發(fā)出警報，幫助保護設備免于過熱，保持所混合材料的適當比例，以及減少火災風險等。為具體應用選擇浮動液位開關時，需要清楚地了解設計條件和要求，即：
· 是什么液體，其溫度和壓力是多少？
· 應用是否需要一個常開 (N.O.) 或常閉 (N.C) 的開關？
· 是否需要單刀單擲 (SPST) 或單刀雙擲 (SPDT) 開關？
· 需要什么樣的開關方向：從側面看是水平的，安裝在頂部，還是安裝在底部？
· 單一液位條件指標如“滿”、“部分滿”"或“空”是否足夠，還是需要監(jiān)測多個液位？
液體及其狀況是重要的考慮因素；不同的開關體材料適合不同的應用需求。高溫水、燃料和油類等要求較高的應用可能需要一個玻璃填充的聚苯硫醚外殼，其額定溫度高達 +130 攝氏度 (℃)，壓力為 4.7 巴。
立式液位開關的主體可以達到一米長，并使用剛性材料，如各種塑料、黃銅或不銹鋼。要求不高的應用，如水箱，可以使用相對便宜的乙縮醛和發(fā)泡聚丙烯主體，其額定溫度可達 +60°C 和 0.34 巴。除了采用適當?shù)拈_關體材料外，在指定液位傳感器時，開關技術的選擇是一個重要的考慮因素。
磁簧開關技術的好處
磁簧開關是一項成熟而可靠的技術。采用磁簧開關技術的浮動液位開關是無源器件，不需要外部電源就能發(fā)揮作用。這些傳感器的開關動作是由浮子中的永久磁鐵與固定的磁簧開關的相互作用而激活的。
這些傳感器利用一個內嵌磁鐵的可移動浮子來激活傳感器主體中的一個或多個磁簧開關（圖 1）。當液面上升時，磁鐵從底部移動（浮動）到開關的頂部，當液面下降時，磁鐵就會下降。當磁鐵向磁簧開關移動或遠離磁簧開關時，它就會打開或關閉，具體取決于配置。
圖 1：當液面上升和下降時，浮子在閥桿（左）上和下移動。閥桿包含固定的磁簧開關（中間），當浮子中的磁鐵（右邊）接近時，開關打開或關閉，具體取決于其設計。（圖片來源：TE Connectivity）
這些傳感器的可靠性來自幾個因素：它們只有一個移動部件，它們用與液體兼容的主體材料制造，它們有一個密封的磁簧開關，采用釕觸點，額定開關操作次數(shù)超過 1000 萬次。
磁簧開關可以在高溫環(huán)境下可靠地工作。當開關關閉時，它們具有較高的絕緣等級，其電流消耗低于固態(tài)開關技術。使用磁簧開關滿足電磁兼容性 (EMC) 的要求很簡單，只需要進行最小的測試。
基于磁簧開關的液位傳感器
設計人員可以使用 TE 的液位傳感器來實現(xiàn)磁簧開關技術的優(yōu)勢。TE 能夠讓設計者從近 20 種垂直和水平液位開關中進行選擇，這些開關有六個系列，使用各種材料制成，有各種開關、配件和電纜選擇（圖 2）。
圖 2：TE Connectivity 的浮動液位傳感器有多種配置，包括垂直安裝和側面安裝，最大 90° 角，以及通用安裝配件。（圖片來源：TE Connectivity）
TE 液位開關的額定電壓高達 250 伏交流電 (AC) 或 200 伏直流電 (DC)。他們通過了針對汽車產(chǎn)品的 ISO/TS 16949 認證和針對工業(yè)應用的國際標準化組織 (ISO) 認證。有些型號則通過了 UL 認證和英國水法規(guī)咨詢計劃 (WRAS) 認證。其額定開關周期超過 1000 萬次，旨在方便安裝和現(xiàn)場服務。如果這些開關中有一個被損壞，可以很容易進行更換。
TE 提供的液位傳感器可以測量水箱何時滿載、空載或部分裝載，有些型號可以測量多個液位。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計的，有 N.O. 或 N.C. 開關，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（圖 3）。這兩種傳感器都可用于涉及沸水和燃料的應用，其中一些型號的額定工作溫度高達+130℃，壓力達 4 巴。
圖 3：VCS-06 系列液位傳感器可以安裝在液體儲罐的頂部或底部，根據(jù)浮子的擺放方向不同可實現(xiàn) N.O. 或 N.C 接觸。（圖片來源：TE Connectivity）
對于需要測量介于滿和空之間的單一液位的應用來說，設計者可以使用水平液位開關。通過 UL 認證的實例包括：
· 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 SPST 配置，一個 40.4 毫米 (mm) 的標準激活擺動，額定電壓為 200 伏直流或 250 伏交流，負載高達 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用中使用而設計的。它有一個緊湊的水平短擺 (35.5 mm)，并配有電纜或一體式連接器。當浮子處于水平狀態(tài)時，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 4.7 巴的油、燃料和非離子液體。它能夠感應到液位的微小變化，在工作和釋放之間有 8.65 mm 的窄行程差。該設備使用 SPST 開關，額定負載高達 70 W，電壓為 200 伏直流或 250 伏交流。
圖 4：LCS309-32 水平液位開關的標準激活擺幅為 40.4 mm，設計用于油、燃料和非離子液體。（圖片來源：TE Connectivity）
當單一的液位測量不夠時，設計者可以使用最長達一米的加長開關。例如，EVS312-51N 使用兩個開關來提供三種不同液位狀態(tài)指示（圖 5）。高位開關是一個 N.C 器件，低位開關是一個 N.O 器件。
圖 5：像 EVS312-51N 這樣的加長開關使用兩個開關來提供三個不同液位狀態(tài)指示。（圖片來源：TE Connectivity）
當浮子處于上限時，兩個開關都打開；當浮子處于下限時，兩個開關都關閉；當浮子處于上限和下限之間時，高位開關關閉，低位開關打開（表 1）。
表 1：EVS312-51N 中的高位開關和低位開關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，負載最高 5W，提供內部和外部安裝配置。
結語
基于磁簧開關的液位傳感器為設計者提供了可靠和長壽命的選擇，適用于惡劣和苛刻的應用。這些開關有多種配置，可用于測量儲液箱是滿的還是空的，或者當液體處于兩者之間的預定水平時，有些開關可以測量多個液體水平。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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