10种液位开关工作原理及常见故障分析
摘要： 本文通过对常见的10种液位开关原理和优缺点的介绍，让用户在使用和选择上有更明确的方向。
液位开关，顾名思义，就是用来控制液位的开关。从形式上主要分为接触式和非接触式。非接触式的如电容式液位开关,接触式的例如:浮球式液位开关、电极式液位开关、电子式液位开关。电容式液位开关也可以采用接触式方法实现。
液位开关种类及原理
浮球液位开关结构主要基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球（简称浮球）在被测介质中的位置受浮力作用影响：液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，产生开关信号。
音叉液位开关的工作原理是通过安装在基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动。当音叉液位开关的音叉与被测介质相接触时，音叉的频率和振幅将改变，音叉液位开关的这些变化由智能电路来进行检测，处理并将之转换为一个开关信号，达到液位报警或控制的目的。为了让音叉伸到罐内，通常使用法兰或者带螺纹的工艺接头将音叉开关安装到罐体的侧面或者顶部。
电容式液位开关的测量原理是：固体物料的物位高低变化导致探头被覆盖区域大小发生变化，从而导致电容值发生变化。探头与罐壁（导电材料制成）构成一个电容。探头处于空气中时，测量到的是一个小数值的初始电容值。当罐体中有物料注入时，电容值将随探头被物料所覆盖区域面积的增加而相应地增大，开关状态发生变化。
外测液位开关是一种利用“变频超声波技术”实现的非接触式液位开关，广泛使用于各种液体的液体检测。其测量探头安装在容器外壁上，属于一种从罐外检测液位的完全非接触检测仪表。仪表测量探头发射超声波，并检测其在容器壁中的余振信号，当液体漫过探头时，此余振信号的幅值会变小，这个改变被仪表检测到后输出一个开关信号，达到液位报警的目的。
射频导纳物位控制技术是一种从电容式物位控制技术发展起来的，防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的物位控制技术，“射频导纳”中“导纳”的含义为电学中阻抗的倒数，它由阻性成分、容性成分、感性成分综合而成，而“射频”即高频，所以射频导纳技术可以理解为用高频测量导纳。高频正弦振荡器输出一个稳定的测量信号源，利用电桥原理，以精确测量安装在待测容器中的传感器上的导纳，在直接作用模式下，仪表的输出随物位的升高而增加。射频导纳技术与传统电容技术的区别在于测量参量的多样性、驱动三端屏蔽技术和增加的两个重要的电路。射频导纳技术由于引入了除电容以外的测量参量，尤其是电阻参量，使得仪表测量信号信噪比上升，大幅度地提高了仪表的分辨力、准确性和可靠性测量参量的多样性也有力地拓展了仪表的可靠应用领域。
物料对旋转叶片的阻旋作用，使开关的过负载检测器动作，继电器发出通、断开关式信号，从而使外接控制电路发出信号报警，同时控制给料机。如当开关作为高位控制时：在物料触及叶片的情况下，开关发出报警信号，同时停止给料机。当开关作为低位控制时，在物料离开叶片的情况下，开关发出报警信号，同时启动给料机。
电磁式接近开关，又称电感式接近开关，在通电时，震荡回路（线圈等）在磁芯CORE的辅助下向前方发射电磁波，后又回到接近开关，当接近开关前端有金属时，由于金属吸收了电磁，接近开关通过电磁的衰减转换成开关信号，信号处理完成后再控制输出。
电子式液位开关工作电压是DC5V-24V，通过内置电子探头对水位进行检测，再由芯片对检测到的信号进行处理，当被测液体的液位到达动作点时，输出DC5V-24V，可以直接与PLC配合使用或者与控制板配合使用，从而实现对液位的控制。
光电液位开关使用红外线探测，利用光线的折射及反射原理，光线在两种不同介质的分界面将产生反射或折射现象。当被测液体处于高位时则被测液体与光电开关形成一种分界面，当被测液体处于低位时，则空气与光电开关形成另一种分界面，这两种分界面使光电开关内部光接收晶体所接收的的反射光强度不同，即对应两种不同的开关状态。
超声波液位开关内部压电晶体的叉形探头中间被空气隔开，一个晶体振动频率为1.5MHz把声音信号传到空气间隙中间，探头浸入液体时，晶体，声波偶合，超声波液位开关改变状态。
各液位开关的优缺点及技术指标
优点：浮球开关不含导致故障发生和波纹管、弹簧、密封等部件。而是采用直浮子驱动开关内部磁铁，浮球开关的简捷的杠杆使开关瞬间动作。浮子悬臂角限位设计，防止浮子垂直。浮球液位开关是一种结构简单、使用方便、安全可靠的液位控制器。它比一般机械开关速度快、工作寿命长;与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点,一只产品可以实现多点控制。易于维护。广泛使用于造船、造纸、印刷、发电机设备、石油化工、食品工业、水处理、电工、染料工业、油压机械等方面。
缺点：浮球开关是简单的被动器件，并且不具有自检查功能，因此建议对其进行定期检查与维护。浮球或浮筒物位计是活动部件，因此用在更浓或黏稠液体中时会被弄脏。测量精度较差，黏度<0.8mpa*s时不能工作。对容器内压力、密度、介电常数有要求、安装需停产、清罐、开孔、动火。
技术指标：最大电缆长度：30m工作温度：标准型:0~80℃中温型：0~120℃环境温度：-40~70℃工作压力：常压介质密度：≥0.6g/cm触点容量：220VAC 10A 电气接口：M20*1.5防护等级：IP65过程连接：HG20592~20635-97 DN100以上,其他法兰标准（如GB、JB/T、HGJ、ANSI、DIN等）接液材质：不锈钢。
优点：振动音叉开关能真正地免受流量、气泡、湍流、泡沫、振动、固体含量、沾敷、液体特性以及产品变化的影响。并且不需要校准，只需要经历最短的安装过程便能完成安装。无活动零件或缝隙真正实现免维护。强大的自检查与诊断功能保证了高低物位测量的高可靠性，某些型号的物位计甚至可以在出现故障之前，绘出性能曲线和发送故障趋势信号。
缺点：音叉开关不适合用于非常粘的介质。导致叉子被连接在一起的叉间物料堆积，将干扰物位检测。
技术指标：电源：DC12V~24V,AC220 功率消耗：1W3、振动频率：200Hz4、输出：NPN型、晶体管输出、最大30V、100mA（过压和过流有可能烧坏）材质：316不锈钢 防护：IP68 最大压力：1MPa 密度：液体≥0.8克/立方厘米 粉料≥0.2克/立方厘米 液体粘度：最高1000㎡/s 检测时间：输出动作（停振）0.5秒输出关闭（起振）3秒 工作温度：‐10℃~+85℃
优点：防挂料，耐腐蚀。可适用各种环境，如塑料 水泥等非金属罐体，耐酸耐碱。
缺点：校准困难，精度较差，介电常数需>2，对容器内压力、密度、介电常数有要求、安装需停产、清罐、开孔、动火。
优点：
1、安全：在测量有毒害、有腐蚀、有压力、易燃爆、易挥发、易泄漏的液体时，不使用阀门、连通管、接头，没有漏点，不 接触罐内的液体和气体，非常安全。即使在仪表损坏或维修状态下，也绝无引起泄漏、毒害、爆炸的可能。
2、安装、维修方便：安装维修时不动火，不清罐，不影响生产。
3、可靠耐用：传感器和仪表中无机械运动部件，并严格密封，与外界隔离，不会磨损或腐蚀。
4、适用广泛：与被测介质的压力、温度、密度、介电常数、黏度及有无腐蚀性无关。可广泛用于石化、化工、油库、石油、电力、液体储运、医药等行业。
缺点：对罐体的材质要求为不能是非硬质材料。对安装要求较高，测量探头安装间距为1米左右，两个探头中间不能有焊缝（即在同一块钢板上）。
优点：
1.通用性强：可测量液位及料位，可满足不同温度、压力、介质的测量要求，并可应用于腐蚀、冲击等恶劣场合。
2.防挂料 ：独特的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁，避免误测量。
3.免维护 ：测量过程无可动部件，不存在机械部件损坏问题，无须维护。
4.抗干扰 ：接触式测量，抗干扰能力强，可克服蒸汽、泡沫及搅拌对测量的影响。
5.准确可靠：测量量多样化，使测量更加准确，泽良不受环境变化影响，稳定性高，使用寿命长。
6.适用范围：化工、油田、水及污水处理、造纸、制药、电厂、冶金、水泥、粮食等行业。
优点：
1.小料斗专业型技术，三个轴承支撑，运行更可靠；
2.独创的密封设计可防止粉尘渗入（专利实际）；
3.扭力稳定可靠且扭力大小可调节；
4.叶片承受过重负载，离合器自动打滑，保护电机不受损坏；
5.机电分离式结构，整体免拆卸易维护；
6.接线盒IP65
技术指标：
1.物料为干式粉状、颗粒状，允许物料粒度最大尺寸为20mm
2.物料容重≥0.5g/cm3
3.物料温度：a、常温b、高温≤185℃
4.控制方式：位式
5.供电电源:220V.AC,50Hz
6.输出接点容量：250V. AC,5A
7.寿命：机械5×107次 电气5×105次
8.旋转速度：6转／分
9.功率消耗：4W
10.使用环境温度：－10～＋55℃
11.相对湿度：不大于85%
优点：电子式有过压保护功能；电磁式漏电电流保护可到300MA、分断范围多级、应用量大。
优点：耐污、耐倾摇、耐颠簸、抗摔性强、耐盐雾、耐酸碱，不怕磁场影响、不怕金属体影响、不怕水压变化影响、不怕光线影响，没有盲区，外部无可动部件，不怕固体漂浮物的影响。
适用范围：清水、各种污水、酸碱水、海水、水处理药剂、河涌水、纺织印染水、工业废水，还适合做船舶水位开关等
优点：没有机械运动部件,可靠性高；体积小，性价比高；液位控制精度高，可重复性好。
缺点：不适用于冷冻液体和结晶液体。
优点：超声波液位计是非接触测量方式，±0.2%精度，1-25米量程，优异的聚焦：5度声束角，多种传感器材质，内置全量程温度补偿。超声波液位计测量有腐蚀（酸、碱）的介质、有污染的场合，或易产生粘附物的物质。适合于那些无法用物理方式接触的液体。
缺点：1：与被测介质粘度有关，被测介质粘度较大时不鞥测量；
2：受温度影响，当温度高时，传播速度回发生变化，仪表反应迟缓， 会延迟报警。
液位开关常见故障分析与解决办法
常见故障及处理方法：
浮球不动作 ：
① 液体比重小于浮球比重
② 浮球漏水
③ 异物卡住浮球
处理方法：
①重新确认浮球比重
② 公司联系更换浮球
③ 清除异物
浮球动作，但无信号输出 ：
① 浮球位置偏移
② 磁簧开关损坏
处理方法：
①调整浮球位置
② 更换磁簧开关
信号输出不正常, 附近有磁场干扰。
处理方法：消除磁场
信号保持，无法复原, 浮球不能复归，有异物卡住。
处理方法：清除异物
一点会有两个信号输出, 环扣位置移动。处理方法：调整环扣位置
音叉物位开关,抗冲击能力较差,也不能受大力挤压,因为变形后无法共振,高料位还可以安装,低料位不能使用,安装时应避开进料口和出料口,如果不能,要安装挡板. 音叉测量的介质不能有粘附性,如果物料粘附在音叉上,会改变音叉固有的震动频率,也很容易引起不能共振的故障。
常见故障分析及处理：
1.参数丢失引起误报；
2.时间长耦合剂流失引起误报；
3.有液没做双校准（只做但校准）容易误报；
处理办法：
1.联系厂家做仪表升级；
2.重新涂抹耦合剂，再做校准调试；
3.有液最好做双校准调试；