淺談液位開關的分類及選型

摘要：液位開關在石油、化工領域應用廣泛，為各種儲罐、水池等液位高、低報警，聯鎖保護停泵等提供有效的檢測手段。根據不同工況選擇合適的液位開關，對于增強液位控制的穩定性和準確性，減少后期運維工作量大有裨益。

關鍵詞： 液位開關;聯鎖保護;檢測手段

1 概述

液位開關，顧名思義就是用來控制液位的開關。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。接觸式液位開關中浮球式液位開關應用最廣泛，此外還包括音叉液位開關、射頻導納液位開關等;非接觸式開關主要是外貼式超聲波液位開關。

2 接觸式液位開關

2.1浮球液位開關

浮球液位開關是利用微動開關做接點輸出。當水平面以上揚線角度超過28°時，浮球液位開關內部的鋼珠會滾動壓到微動開關或脫離微動開關，使液位開關ON或OFF的接點信號輸出。其主要特點及選型注意事項如下：

1）浮球液位開關分為頂裝式和側裝式，其中，側裝式選型設計應用較多 。

2）測量黏稠液體介質不宜選用浮球液位開關，以防掛料。

3）浮球液位開關在選型中應注意插入深度、動作死區（回程差）和動作狀態要求（液位上升時動作或液位下降時動作）。所有液位開關均應注意此條。

4）因側裝浮球液位開關采用基本的機械動作原理，故其具有使用壽命長，維護率低，安裝方便等特點，廣泛應用于油氣生產設備上，但誤差偏大。

2.2射頻導納液位開關

射頻導納液位開關的測量原理是：射頻導納是一種從電容式發展起來的、防掛料、更可靠、更準確、適用性更廣的新型物位控制技術，是電容式物位技術的升級。所謂射頻導納，導納的含義為電學中阻抗的倒數，它由電阻性成分、電容性成分、感性成分綜合而成，而射頻即高頻無線電波譜，所以射頻導納可以理解為用高頻無線電波測量導納。儀表工作時，傳感器與灌壁及被測介質形成導納值，物位變化時，導納值相應變化，電路單元將測量導納值轉換成物位信號輸出，實現物位測量。其主要特點及選型注意事項如下：

1）腐蝕性液體、沉淀性液體的位式測量，宜選用射頻導納液位開關。

2）黏稠性液體的位式測量，可選用射頻導納式液位開關。

3）射頻導納液位開關相比電容測量技術增加多樣化測量手段，除測量電容外，同時測量電阻和電感，對三者進行綜合判斷輸出報警。

4）射頻導納液位開關在油氣生產中應用較多，但實際使用中誤報率較高，市面產品中貼牌較多。

2.3音叉液位開關

音叉液位開關的工作原理是通過安裝在音叉基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動。當音叉液位開關的音叉與被測介質相接觸時，音叉的頻率和振幅將改變，音叉液位開關的這些變化由智能電路來進行檢測，處理并將之轉換為一個開關信號

音叉式液位開關又被稱作“電氣浮子”凡使用浮球液位開關和由于結構、湍流、攪動、氣泡、振動等原因導致不能使用浮球液位開關的場合均可使用音叉液位開關。由于音叉液位開關無活動部件，因此無須維護和調整，是浮球液位開關的升級換代產品。其主要特點及選型注意事項如下：

1）黏稠性液體的位式測量，不宜選用音叉液位開關。

2）音叉液位開關分為頂裝式和側裝式。

3） 因音叉液位開關通過改變固有振動頻率實現液位報警，故其可應用設備比其他液位開關多一些，如內（外）浮頂罐等。

4）音叉液位開關測量精度較高，可達±1mm。

5）音叉液位開關具有安裝較方便，維護（修）率較低，使用壽命高等特點。

3 非接觸式液位開關

非接觸式液位開關是一種安裝在密閉罐體外壁或測量筒體上，實現對液體進行定點液位測量和報警的裝置。液位開關在安裝時不需要在罐壁上開孔，儀表既不接觸容器內的液態介質，也不接觸容器內的氣態介質。因此安裝簡單、快速，使用時非常安全可靠，維修維護時不清罐、不動火、不影響正常生產。

3.1磁浮子液位計外綁液位開關

磁浮子液位計又叫磁翻板液位計或磁翻柱液位計，是玻璃板、玻璃管液位計的升級換代產品。就地顯示無須電源，顯示部分和介質完全隔離，不會因介質污染顯示條而使觀測受到影響。同時又具有玻璃板液位計不具備的特點。如不會擔心因溫度或壓力產生破裂，可捆綁磁性開關，并且可根據用戶需要調節開關點位置，從而實現遠距離控制。其主要特點及選型注意事項如下：

1）液位開關捆綁在磁浮子液位計上，不需在設備上在開測量口;

2）可安裝在側裝、頂裝磁浮子液位計，滿足各類儲罐和地下水池的液位控制;

3）性價比高，高、低液位設定值可根據實際運行，靈活調整;

4）在沒有控制系統或二次表的情況下，能直接輸出觸點信號，用于聯鎖控制;

5）當磁浮子液位故障時，液位開關也同時失效;

3.2外貼式超聲波液位開關

目前應用較多的非接觸式液位開關為外貼式超聲波開關。外貼式超聲波液位開關采用超聲波檢測技術，解決了傳統的液位開關的不足，不受液體表面的泡沫、水汽的影響。側貼式超聲波液位開關利用超聲波在管壁介質中的余震信號，大幅度提高了穩定性和穿透性，可適用于多種材料的容器，包括：合金鋼、不銹鋼、塑料、玻璃及各種合成材料。

外貼非接觸式超聲波液位開關提供了容器尤其是高壓、腐蝕、密閉容器物位測量的解決方案，將探頭緊貼于容器外側壁，不需要打孔，即可完成單點物位測量，這種技術不受介質壓力、溫度、泡沫、氣體、反射系數等因素的影響，所以適用于醫藥，石油，化工，電力，食品等行業的各類液體液位工程控制，對于有毒的、強腐蝕危險品液體的檢測，該產品更是理想的選擇，可滿足多種應用需求和適應各種惡劣環境。同時，具有極高可靠性，高穩定性。其主要特點及選型注意事項如下：

1）對于腐蝕性、高黏性、有毒液體的位式測量，宜選用超聲波液位開關。

2）超聲波式液位開關應用于可反射和傳播聲波的容器位式測量，不得用于真空容器。

3）對于內部有影響聲披傳播障礙物的儲罐，不宜選用超聲波液位開關。

4）對于被測介質易冷凝并有礙液位開關正常工作的場所不宜采用超聲波液位開關。

4 結束語

當今科技日新月異，儀表自動化行業新技術、新產品層出不窮。液位控制方面的解決方案會越來越多、越來越優，為了能夠準確、穩定的控制液位、聯鎖保護，熟悉各種液位開關的特點及適用場合是必要的。

參考文獻：

[1]黃步余，范宗海，馬睿.石油化工自動控制設計手冊.第四版.北京：化學工業出版社，2020：114-143.

作者簡介：

呂長達（1985-），男，遼寧葫蘆島 漢族 大學本科 工程師，中油遼河工程有限公司從事自控儀表設計工作。