浅谈液位开关的分类及选型

摘要：液位开关在石油、化工领域应用广泛，为各种储罐、水池等液位高、低报警，联锁保护停泵等提供有效的检测手段。根据不同工况选择合适的液位开关，对于增强液位控制的稳定性和准确性，减少后期运维工作量大有裨益。

关键词： 液位开关;联锁保护;检测手段

1 概述

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。接触式液位开关中浮球式液位开关应用最广泛，此外还包括音叉液位开关、射频导纳液位开关等;非接触式开关主要是外贴式超声波液位开关。

2 接触式液位开关

2.1浮球液位开关

浮球液位开关是利用微动开关做接点输出。当水平面以上扬线角度超过28°时，浮球液位开关内部的钢珠会滚动压到微动开关或脱离微动开关，使液位开关ON或OFF的接点信号输出。其主要特点及选型注意事项如下：

1）浮球液位开关分为顶装式和侧装式，其中，侧装式选型设计应用较多 。

2）测量黏稠液体介质不宜选用浮球液位开关，以防挂料。

3）浮球液位开关在选型中应注意插入深度、动作死区（回程差）和动作状态要求（液位上升时动作或液位下降时动作）。所有液位开关均应注意此条。

4）因侧装浮球液位开关采用基本的机械动作原理，故其具有使用寿命长，维护率低，安装方便等特点，广泛应用于油气生产设备上，但误差偏大。

2.2射频导纳液位开关

射频导纳液位开关的测量原理是：射频导纳是一种从电容式发展起来的、防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的新型物位控制技术，是电容式物位技术的升级。所谓射频导纳，导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成，而射频即高频无线电波谱，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。仪表工作时，传感器与灌壁及被测介质形成导纳值，物位变化时，导纳值相应变化，电路单元将测量导纳值转换成物位信号输出，实现物位测量。其主要特点及选型注意事项如下：

1）腐蚀性液体、沉淀性液体的位式测量，宜选用射频导纳液位开关。

2）黏稠性液体的位式测量，可选用射频导纳式液位开关。

3）射频导纳液位开关相比电容测量技术增加多样化测量手段，除测量电容外，同时测量电阻和电感，对三者进行综合判断输出报警。

4）射频导纳液位开关在油气生产中应用较多，但实际使用中误报率较高，市面产品中贴牌较多。

2.3音叉液位开关

音叉液位开关的工作原理是通过安装在音叉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

音叉式液位开关又被称作“电气浮子”凡使用浮球液位开关和由于结构、湍流、搅动、气泡、振动等原因导致不能使用浮球液位开关的场合均可使用音叉液位开关。由于音叉液位开关无活动部件，因此无须维护和调整，是浮球液位开关的升级换代产品。其主要特点及选型注意事项如下：

1）黏稠性液体的位式测量，不宜选用音叉液位开关。

2）音叉液位开关分为顶装式和侧装式。

3） 因音叉液位开关通过改变固有振动频率实现液位报警，故其可应用设备比其他液位开关多一些，如内（外）浮顶罐等。

4）音叉液位开关测量精度较高，可达±1mm。

5）音叉液位开关具有安装较方便，维护（修）率较低，使用寿命高等特点。

3 非接触式液位开关

非接触式液位开关是一种安装在密闭罐体外壁或测量筒体上，实现对液体进行定点液位测量和报警的装置。液位开关在安装时不需要在罐壁上开孔，仪表既不接触容器内的液态介质，也不接触容器内的气态介质。因此安装简单、快速，使用时非常安全可靠，维修维护时不清罐、不动火、不影响正常生产。

3.1磁浮子液位计外绑液位开关

磁浮子液位计又叫磁翻板液位计或磁翻柱液位计，是玻璃板、玻璃管液位计的升级换代产品。就地显示无须电源，显示部分和介质完全隔离，不会因介质污染显示条而使观测受到影响。同时又具有玻璃板液位计不具备的特点。如不会担心因温度或压力产生破裂，可捆绑磁性开关，并且可根据用户需要调节开关点位置，从而实现远距离控制。其主要特点及选型注意事项如下：

1）液位开关捆绑在磁浮子液位计上，不需在设备上在开测量口;

2）可安装在侧装、顶装磁浮子液位计，满足各类储罐和地下水池的液位控制;

3）性价比高，高、低液位设定值可根据实际运行，灵活调整;

4）在没有控制系统或二次表的情况下，能直接输出触点信号，用于联锁控制;

5）当磁浮子液位故障时，液位開关也同时失效;

3.2外贴式超声波液位开关

目前应用较多的非接触式液位开关为外贴式超声波开关。外贴式超声波液位开关采用超声波检测技术，解决了传统的液位开关的不足，不受液体表面的泡沫、水汽的影响。侧贴式超声波液位开关利用超声波在管壁介质中的余震信号，大幅度提高了稳定性和穿透性，可适用于多种材料的容器，包括：合金钢、不锈钢、塑料、玻璃及各种合成材料。

外贴非接触式超声波液位开关提供了容器尤其是高压、腐蚀、密闭容器物位测量的解决方案，将探头紧贴于容器外侧壁，不需要打孔，即可完成单点物位测量，这种技术不受介质压力、温度、泡沫、气体、反射系数等因素的影响，所以适用于医药，石油，化工，电力，食品等行业的各类液体液位工程控制，对于有毒的、强腐蚀危险品液体的检测，该产品更是理想的选择，可满足多种应用需求和适应各种恶劣环境。同时，具有极高可靠性，高稳定性。其主要特点及选型注意事项如下：

1）对于腐蚀性、高黏性、有毒液体的位式测量，宜选用超声波液位开关。

2）超声波式液位开关应用于可反射和传播声波的容器位式测量，不得用于真空容器。

3）对于内部有影响声披传播障碍物的储罐，不宜选用超声波液位开关。

4）对于被测介质易冷凝并有碍液位开关正常工作的场所不宜采用超声波液位开关。

4 结束语

当今科技日新月异，仪表自动化行业新技术、新产品层出不穷。液位控制方面的解决方案会越来越多、越来越优，为了能够准确、稳定的控制液位、联锁保护，熟悉各种液位开关的特点及适用场合是必要的。

参考文献：

[1]黄步余，范宗海，马睿.石油化工自动控制设计手册.第四版.北京：化学工业出版社，2020：114-143.

作者简介：

吕长达（1985-），男，辽宁葫芦岛 汉族 大学本科 工程师，中油辽河工程有限公司从事自控仪表设计工作。