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，可以是兩個方面：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；液位高于或達到一定限度時，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)換為電信號后進而驅(qū)動執(zhí)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，起開關(guān)電路和磁路的雙重作用，如圖1。對于常開型：當干簧管在外加永久磁場或電磁場的作用時，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通。反過來，當磁場取消時，簧片依靠本身的彈性力恢復(fù)原狀，兩簧片分離，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；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，當磁環(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。導管上部為接線盒，內(nèi)設(shè)接線端子，下部密封。導管的長度可以調(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。

表1 轉(zhuǎn)換開關(guān)通斷表

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；當液位達設(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，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為熱保護繼電器，當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，謹防漏電。考慮到安全問題，可在電路的×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，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。當浮子下降到下限液位h1時，在磁環(huán)磁場作用下，干簧管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。