液體的液位控制，廣泛應用于水池、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)口或密閉儲罐各種液體的液位控制，被測介質(zhì)可以是水、油、酸堿液、工業(yè)污水等各種導電或非導電液體。

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-水泵機組，使液體能得到及時(shí)的補充，比如水塔；液位高于或達到一定限度時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機-水泵機組，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，這些物理量轉換為電信號后進(jìn)而驅動(dòng)執行電路，完成既定目標。

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，每組簧片既能導磁又能導電，起開(kāi)關(guān)電路和磁路的雙重作用，如圖1。對于常開(kāi)型：當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*而吸引，兩根簧片相接觸使電路導通。反過(guò)來(lái)，當磁場(chǎng)取消時(shí)，簧片依靠本身的彈性力恢復原狀，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(mǎn)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；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(cháng)，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，置于絕緣導管中，浮子連同環(huán)形磁鋼套在導管外面，浮球隨液位的高低上下移動(dòng)，當磁環(huán)浮動(dòng)到干簧管外周時(shí)，干簧管內的開(kāi)關(guān)受磁場(chǎng)作用或開(kāi)或關(guān)，輸出一個(gè)液位信號，啟動(dòng)控制電路動(dòng)作，*終使電動(dòng)機-水泵機組啟動(dòng)或停止，從而實(shí)現液位高低的改變。導管上部為接線(xiàn)盒，內設接線(xiàn)端子，下部密封。導管的長(cháng)度可以調節，使用時(shí)垂直于液面固定。

 

2）轉換開(kāi)關(guān)（SA）

又稱(chēng)組合開(kāi)關(guān)。它是刀開(kāi)關(guān)的另一種結構形式，是一種多擋位、多觸頭、能夠控制多個(gè)回路的手動(dòng)電器，它是左右旋轉的平面操作，外形如圖3所示。其控制容量比較小，結構緊湊，常用于比較狹小的空間，如機床設備控制電路中，作電源引入開(kāi)關(guān)或電路功能轉換開(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)機或使電動(dòng)機正反轉，倒順等。照明電路也常用它來(lái)控制。

轉換開(kāi)關(guān)有單*、雙*和多*之分，在開(kāi)關(guān)的上部裝有定位機構，它能使觸頭處在一定的位置上。額定持續電流有10、25、60、100A等多種。定位角有30°、45°、60°、90° 等幾種。

表1 轉換開(kāi)關(guān)通斷表

轉換開(kāi)關(guān)主要由手柄、轉軸、彈簧、凸輪、絕緣墊板、動(dòng)觸片、靜觸片、接線(xiàn)柱和絕緣桿組成。它的動(dòng)、靜觸點(diǎn)分別疊裝于數層絕緣座內，動(dòng)觸點(diǎn)與方軸相連，每層的動(dòng)觸點(diǎn)與方軸一起轉動(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)，是因為絕緣座的層數可以根據需要自由組合。在液位控制中，多用于“自動(dòng)”和“手動(dòng)”的轉換。

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

 

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，因為有太多的資料可以查詢(xún)，不再贅述。

 

2. 高位停低位開(kāi)液位控制電路

水塔供水系統就屬于這種情況，當液位降到設定下限水位時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機-水泵機組，為水塔注水；當液位達設定上限水位時(shí)，電動(dòng)機-水泵機組停止運轉。

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(xiàn)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(xiàn)圈得電，主開(kāi)關(guān)KM閉合并自鎖，電動(dòng)機-水泵機組運轉，工作指示燈HL1亮起，表示水泵向水箱注水；人工觀(guān)察水箱注滿(mǎn)后，按壓停止按鈕SB2，交流接觸器失線(xiàn)圈電，自鎖解除，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機停轉，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)遠離干簧管，電路不工作，停機指示燈HL2亮起。當液位下降到液位h1時(shí)，磁環(huán)磁場(chǎng)使干簧管SL1閉合,繼電器KA線(xiàn)圈得電并自鎖，交流接觸器KM線(xiàn)圈得電，主開(kāi)關(guān)KM導通，電動(dòng)機-水泵機組啟動(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，機組繼續運行。當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(xiàn)圈失電復位，2個(gè)動(dòng)合開(kāi)關(guān)打開(kāi)，交流接觸器KM線(xiàn)圈失電，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機-水泵機組停機，注水結束，同時(shí)工作指示燈HL1熄滅，停止指示燈HL2亮起。

電鈴HA作為運行中出現因故障而停機報警使用。電鈴HA報警時(shí)，停機指示燈HL2同時(shí)亮起，通知排除故障。

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

FR為熱保護繼電器，當電動(dòng)機因過(guò)載而過(guò)熱時(shí)，自動(dòng)切斷控制電路電源停機。

控制電路工作在線(xiàn)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(xiàn)圈降壓變壓器（100W足夠），為控制電路低壓供電，當然，控制電路的所有元器件的額定工作電壓要相應改變。

 

3. 高位開(kāi)低位停液位控制電路

只需對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(xiàn)圈得電，主開(kāi)關(guān)KM閉合并自鎖，電動(dòng)機-水泵機組運轉，工作指示燈HL1亮起，表示水泵為水箱排水；人工觀(guān)察水箱到合適水位時(shí)后，按壓停止按鈕SB2，交流接觸器線(xiàn)圈失電，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機停轉，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)遠離干簧管，電路不工作，停機指示燈HL2亮起。當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(xiàn)圈得電并自鎖，交流接觸器KM線(xiàn)圈得電，主開(kāi)關(guān)KM導通，電動(dòng)機-水泵機組啟動(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，機組繼續運行。當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(xiàn)圈失電，所有開(kāi)關(guān)KA打開(kāi)，交流接觸器KM線(xiàn)圈失電，主開(kāi)關(guān)KM打開(kāi)，電動(dòng)機-水泵機組停機，排水結束，同時(shí)工作指示燈HL1熄滅，停止指示燈HL2亮起。