点接触式液位传感器的原理和应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：点接触式液位传感器用来测量固体微粒或液体的液位。桨轮式液位传感器通常用来进行微粒原料或高密度液体的液位检测。通常在流体表面非常平静的情况下选用浮筒式液位传感器。图4-44所示为一个容积式液位传感器。与浮筒式液位传感器相似，连杆随着液面的涨落而上升或下降，并触发开关。如果液体中有很多漂浮微粒，则需要使用第二个容积式液位传感器，浸入到更深的水位中以获得一个较准确的测量结果。

点接触式液位传感器用来测量固体微粒或液体的液位。大多数此类传感器当探测到特定的液位时，传感器将激活一个开关。本节介绍的液位传感器主要包括桨轮式、浮筒式、容积式、振动棒式、电光式、电导式和热敏电阻式。

1.桨轮式液位传感器

桨轮式液位传感器和桨轮式流量传感器相似，但它安装在储槽的一侧或上方。当储槽中的原料接触到电动机驱动的桨轮时，电动机将产生停顿或延迟。此时将检测到停顿时产生的过电流，表示液位已经到达一个规定值了。驱动该桨轮的电动机是一个罩极电动机，它不会因突然停顿而损坏。桨轮式液位传感器通常用来进行微粒原料或高密度液体的液位检测。

2.浮筒式液位传感器

浮筒式液位传感器是一种加固的浮球阀——马桶水箱中控制水位的装置就是一个浮球阀。浮筒式液位传感器主要有图4-42所示的两种类型。图4-42（a）所示为一个浮标和水平臂连接的浮筒式液位传感器，当该臂上升时将激活一个开关；图4-42（b）所示为一个浮标和竖直臂连接的浮筒式液位传感器，当臂提升时开关激活。一些浮筒传感器经常使用一个圆柱形的浮标代替球形浮标。每种类型中，当储槽中的液体到达一个特殊点时臂都会上升。开关都是磁性开关，当臂末端的永久磁铁靠近开关上的磁铁时，开关被激活。开关触点通常和一个电动机连接，用来控制流体流入或离开储槽。用户可以将连接到浮标上的杆臂长度定为标准的制造长度，也可以自定义其长度。通常在流体表面非常平静的情况下选用浮筒式液位传感器。

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图4-42　浮筒式液位传感器

多个浮筒式液位传感器在功能上和单个浮筒式液位传感器一样，但它们提供了多个测量点，如图4-43所示。根据流体液位不同，浮标将相应上升或下降，而开关安装在储槽的一侧。这种结构的永久磁铁安装在浮标上。当浮标靠近开关时，开关将被激活，当浮标远离开关时，开关将处于非激活状态。

3.容积式液位传感器

容积式液位传感器的工作原理和浮筒式液位传感器相似，但它是部分浸在液体中，而不是漂浮在水面上。图4-44所示为一个容积式液位传感器。与浮筒式液位传感器相似，连杆随着液面的涨落而上升或下降，并触发开关。由于这种传感器的浮标部分浸在水中，则它的密度要比水略大，而且对粗糙表面的探测不是非常敏感。如果液体中有很多漂浮微粒，则需要使用第二个容积式液位传感器，浸入到更深的水位中以获得一个较准确的测量结果。液位控制器通常和容积式液位传感器一起使用，用来提供一个和液位成正比的4～20mA的标准信号。使用微处理器的液位控制器不仅可以提供对液位的检测，还可以检测相对密度或作为液体-液体分界面感应器，如液体分离器或进行自诊断。

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图4-43　多个浮筒式液位传感器

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图4-44　容积式液位传感器

4.振动棒式液位传感器

振动棒式液位传感器是一个受激的共振系统，由传感器的电子设备维持其持续振动。它通常用来测量一些松散原料的液位，如饲料粉、面粉、颗粒状塑料、沙子和谷物。图4-45所示为一个振动棒式液位传感器。当原料出现在传感器周围时，振动将会衰减，电子设备探测到该现象后，触发一个开关元件。这种传感器的性能比振动齿式传感器或振动音叉式传感器更好，因为它消除了原料集结所带来的问题，同时不会像振动音叉式传感器那样容易发出错误信号。另外，在大多数应用中，振动棒都是自动清洁的，这同样可以降低原料集结的可能。原料在湿度、温度或密度等方面的变化同样无法对其造成影响。图4-46示出了一个单点振动棒式液位传感器，它的电子设备包括压电晶体和继电器输出，显示液位什么时候到达指定高度。

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图4-45　振动棒式液位传感器

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图4-46　单点振动棒式液位传感器

5.电光式液位传感器

电光式液位传感器通过一盏灯来探测液位高低。传感器包括一个发光二极管，它的光直接射入棱镜，最后到达一个光线接收器，如图4-47所示。当传感器附近没有液体出现时，光线通过棱镜反射到光线接收器中。而当液面升高到棱镜的高度时，光线将被折射到液体中去，只有少量或根本没有光线到达接收器。探测到这种改变时，接收器将会激活一个单元内的电子开关来运行一个外置的警报器或一个控制电路。在没有运动部件时，此类传感器非常适合用于单点液位检测，尤其在那些要求可靠性高或要求计算成本的应用中。它适合应用在包括医疗实验、食品或饮料系统和石化产品中。

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图4-47　电光式液位传感器

6.电导式液位传感器

电导式液位传感器根据液体的导电能力，能够在两个已固定位置的电极之间产生一个微弱的电流。图4-48所示为电导式液位传感器。一个电极安装在靠近水箱底部的地方，第二个电极安装在要探测的液面高度处。当液位低于第二个电极的高度时，由于空气的电阻过大，两个电极中无法产生电流，当液体漫过第二个电极时，两个电极通过液体会产生一个微小的电流。电子电路检测到该电流，激活一个开关。电极可以是金属丝或探头。当水箱是金属材料时，只需要一个探头，水箱代替第二个探头来获得电流，如果需要对多点液位进行测量并有报警信号或直观指示信号，则可以同时使用多个探头。使用这种传感器的场合包括高水位警报和低水位警报、锅炉控制、激活污水泵和过程控制，如调节冷却塔中的水流。

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图4-48　电导式液位传感器

7.热敏电阻式液位传感器

热敏电阻式液位传感器使用了热敏电阻阻值和温度高低呈函数关系的特性来检测水箱中液位的改变。与其他介绍过的液位传感器一样，热敏电阻式液位传感器同样安装在水箱中液面上方，当液体漫过传感器时，由于空气的温度和液体温度不同，热敏电阻阻值将发生改变。热敏电阻是桥式电路的一部分，该电路的输出信号用来激活一个开关。

点接触式液位传感器的原理和应用

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