1引言

　　液位開關(guān)包括浮球液位開關(guān)、音叉液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)以及正在興起的超聲液位開關(guān)等。

　　一直以來，大部分液位開關(guān)對(duì)粘度大的介質(zhì)進(jìn)行液位檢測(cè)時(shí)，都存在反應(yīng)時(shí)間滯后、上下動(dòng)作點(diǎn)落差大、使用壽命短、極易產(chǎn)生誤報(bào)警等測(cè)量問題。

　　浮球液位開關(guān)主要通過浮球的上下升降來檢測(cè)液面的變化，在測(cè)量粘稠性或者含雜質(zhì)液體時(shí)，容易造成浮球堵塞，產(chǎn)生浮子上浮和下降慢現(xiàn)象。

　　音叉液位開關(guān)主要通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)振動(dòng)音叉間介質(zhì)變化時(shí)共振頻率的變化來檢測(cè)液位的變化。音叉液位開關(guān)在測(cè)量粘度介質(zhì)時(shí)，叉體容易被粘連在一起的叉間物料堆積，從而產(chǎn)生誤報(bào)警。

　　電容式液位開關(guān)通過檢測(cè)液面或者散料高度變化時(shí)電容值的變化來測(cè)量液位或料位的高度。當(dāng)測(cè)量粘稠介質(zhì)時(shí)容易形成開關(guān)桿體掛料，從而影響模擬量的輸出而產(chǎn)生誤報(bào)警[2]。

　　而超聲波液位開關(guān)利用超聲波在空氣和液體中的傳播特性來檢測(cè)液體的液位，可以克服粘稠介質(zhì)液位的測(cè)量控制問題，最大動(dòng)力粘度可測(cè)量到7000mpa.s,是石油、化工行業(yè)高粘稠度液體液位測(cè)量控制的優(yōu)選產(chǎn)品。并且其結(jié)構(gòu)精巧，沒有機(jī)械部件，性能穩(wěn)定可靠。安裝方式多樣，既可頂部安裝，也可側(cè)部安裝，還有兩點(diǎn)式結(jié)構(gòu)，可以滿足各種工況。

　　2產(chǎn)品原理

　　超聲波液位開關(guān)利用超聲波在空氣和液體中的傳播特性來檢測(cè)液體的液位。由于換能器表面材料的聲阻抗（聲阻抗Z=密度ρ*聲速C）與空氣的聲阻抗相差巨大，聲波在空氣中的發(fā)射、接收困難；而且聲波在氣體中傳播時(shí)的衰減也比液體中大得多，因此，聲波在空氣中傳播時(shí)幾乎沒有信號(hào)，而在液體中傳播時(shí)信號(hào)很強(qiáng)。通過檢測(cè)聲波接收信號(hào)的大小或強(qiáng)度可以用來檢測(cè)液位。

　　為了達(dá)到液位檢測(cè)的目的，設(shè)計(jì)的超聲波液位開關(guān)傳感器采用了如圖1所示的凹槽型結(jié)構(gòu)。

　　超聲波液位開關(guān)在粘稠介質(zhì)液位控制中的應(yīng)用

圖1 超聲波液位開關(guān)傳感器示意圖

　　圖中，凹槽二端的內(nèi)壁面上分別安裝了一個(gè)超聲發(fā)射晶片和一個(gè)超聲接收晶片，用于超聲波的發(fā)射和接收。當(dāng)凹槽內(nèi)存在液體時(shí)，液位開關(guān)電路檢測(cè)到的聲波接收信號(hào)強(qiáng)度較大，而當(dāng)凹槽內(nèi)存在氣體（空氣）時(shí)，液位開關(guān)電路檢測(cè)到的聲波接收信號(hào)極為微弱[1]。液位開關(guān)電路根據(jù)檢測(cè)到的聲波信號(hào)的強(qiáng)度不同來實(shí)時(shí)判斷液位，并相應(yīng)地輸出繼電器開關(guān)信號(hào)來控制液位。

　　3超聲波液位開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)分析

　　超聲波液位開關(guān)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）響應(yīng)速度快：超聲波液位開關(guān)利用液體和空氣聲阻抗的不同，來快速準(zhǔn)確的區(qū)分是否有液到達(dá)測(cè)試點(diǎn)，反應(yīng)靈敏。

　?。?）誤差小：當(dāng)液體充滿凹槽時(shí)，立刻就會(huì)被檢測(cè)為有液狀態(tài)；當(dāng)液體離開凹槽上面的一個(gè)面時(shí)，立刻就會(huì)被檢測(cè)為無液狀態(tài)。這樣上下液位的落差點(diǎn)很小，基本保持一致，重復(fù)性誤差±2mm。

　　（3）使用壽命長(zhǎng)：液體介質(zhì)的粘度對(duì)超聲波開關(guān)的影響很小，基本不用保養(yǎng)；而且開關(guān)為全電子部件，沒有機(jī)械部件，可常年使用不用維護(hù)。

　　（4）連接方式多樣：如圖2所示，超聲波液位開關(guān)的結(jié)構(gòu)有頂裝結(jié)構(gòu)、側(cè)裝結(jié)構(gòu)和兩點(diǎn)式結(jié)構(gòu)（兩點(diǎn)式結(jié)構(gòu)可測(cè)量控制兩個(gè)液位報(bào)警點(diǎn)）。安裝方式包括螺紋連接、法蘭連接和衛(wèi)生型連接，滿足各種工況要求。

　　超聲波液位開關(guān)在粘稠介質(zhì)液位控制中的應(yīng)用

圖2 開關(guān)結(jié)構(gòu)：頂裝結(jié)構(gòu)、側(cè)裝結(jié)構(gòu)、兩點(diǎn)式結(jié)構(gòu)、迷你衛(wèi)生型

　　4產(chǎn)品應(yīng)用情況

　　超聲波液位開關(guān)部分介質(zhì)舉例說明：


　　超聲波液位開關(guān)利用介質(zhì)聲阻抗原理進(jìn)行測(cè)試，可以測(cè)量高粘度的液體。但是，如果介質(zhì)中混有大量的顆粒物或氣泡，會(huì)影響測(cè)量效果，不建議在類似工況下應(yīng)用。

　　5產(chǎn)品的發(fā)展前景

　　目前，超聲波液位開關(guān)多為國(guó)外品牌，如SOR、Gems、TE、MOBREY等公司產(chǎn)品，由于國(guó)外的超聲波液位開關(guān)價(jià)格高、服務(wù)滯后、無法定制，制約了市場(chǎng)的需求[3]。江蘇迅創(chuàng)科技有限公司2016年研制成功的超聲波液位開關(guān)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，成功應(yīng)用于油品儲(chǔ)罐、化工設(shè)備、制膠設(shè)備和食品機(jī)械等領(lǐng)域，其性能穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏，解決了其它液位開關(guān)不能用于粘稠介質(zhì)液位測(cè)量的問題，使過程控制自動(dòng)化成為可能，既提高了設(shè)備的安全性，也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。