วิธีการเลือกและใช้เซนเซอร์ลูกลอยสำหรับวัดระดับน้ำในงานอุตสาหกรรม

นักออกแบบใช้เซ็นเซอร์ระดับของเหลวหรือที่เรียกว่าสวิตช์ระดับของเหลวหรือเซ็นเซอร์ลูกลอย ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อการทำงานของระบบที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่เพิ่มมากขึ้น ตั้งแต่การระบายอากาศและการปรับอากาศ (HVAC) น้ำและบำบัดน้ำเสีย สารเคมีและปิโตรเคมี ระบบการแปรรูป การผลิตอาหารและเครื่องดื่ม แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะออกแบบเซ็นเซอร์วัดระดับของเหลวตั้งแต่ต้นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชันที่มีความต้องการมากขึ้นในแง่ของความแม่นยำ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และความคงทน การทำเช่นนี้อาจกลายเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน ใช้เวลานาน และมีค่าใช้จ่ายสูงได้อย่างรวดเร็ว เมื่อนักออกแบบจัดเรียงผ่านเทคโนโลยีการตรวจจับ ตัวเลือก บรรจุภัณฑ์ อินเทอร์เฟซ และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ

แทนที่จะเป็นเช่นนั้น นักออกแบบสามารถใช้โซลูชันที่บรรจุไว้ล่วงหน้าด้วยการตรวจจับแบบสวิตช์กกที่มาพร้อมอุปกรณ์ที่ครบถ้วนและใช้งานได้ทันที โดยได้รับอนุมัติด้านกฎระเบียบสำหรับ UL และ IP65 แล้ว นอกจากนี้ เนื่องจากใช้เทคโนโลยีสวิตช์แม่เหล้ก จึงมักได้รับการจัดอันดับมากกว่า 10 ล้านรอบ สามารถรองรับโหลดกำลังสูงที่มีความต้านทานการสัมผัสต่ำเพื่อประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น และไม่มีการสิ้นเปลืองพลังงาน

บทความนี้ทบทวนข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญเมื่อเลือกสวิตช์ลูกลอยสำหรับวัดระดับของเหลว จากนั้นจะกล่าวถึงประโยชน์ของการใช้เทคโนโลยีสวิตช์แม่เหล็กก่อนการแนะนำเซ็นเซอร์ระดับของเหลว/ลอย หลายตัวซึ่งเป็นโซลูชั่นจากTE Connectivity (TE) และวิธีการใช้งาน

การเลือกเซ็นเซอร์ลูกลอยสำหรับวัดระดับของเหลว

สวิตช์ลูกลอยสำหรับวัดระดับของเหลวใช้สำหรับวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย เช่น การส่งสัญญาณเตือนหากระดับของเหลวเพิ่มขึ้นหรือลดลงถึงระดับที่อาจเป็นอันตราย ช่วยปกป้องอุปกรณ์จากความร้อนสูงเกินไป รักษาอัตราส่วนที่เหมาะสมของวัสดุที่ผสม และลดความเสี่ยงที่จะเกิดไฟไหม้ การเลือกสวิตช์ระดับของเหลวแบบลอยตัวสำหรับการใช้งานเฉพาะต้องมีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับเงื่อนไขการออกแบบและข้อกำหนดในแง่ของ:

• ของเหลวคืออะไร อุณหภูมิและความดันของมันคืออะไร?
• แอปพลิเคชันต้องการสวิตช์ที่ปกติเปิด (NO) หรือปกติปิด (NC) หรือไม่?
• จำเป็นต้องมีการสลับ single-pole single-throw (SPST) หรือ single-pole double-throw (SPDT) หรือไม่
• ต้องการการวางแนวสวิตช์แบบใด: แนวนอนจากด้านข้าง ติดตั้งที่ด้านบน หรือติดตั้งที่ด้านล่าง
• ตัวบ่งชี้สภาวะระดับเดียวเช่น "เต็ม" "เต็มบางส่วน" หรือ "ว่าง" เพียงพอหรือไม่หรือต้องตรวจสอบของเหลวหลายระดับหรือไม่?

ของเหลวและสภาพเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญ วัสดุตัวสวิตช์ที่แตกต่างกันนั้นเหมาะสมกับความต้องการใช้งานที่แตกต่างกัน การใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น น้ำที่มีอุณหภูมิสูง เชื้อเพลิง และน้ำมัน อาจต้องใช้ตัวเรือนโพลีฟีนิลีนซัลไฟด์ที่เติมด้วยแก้วซึ่งมีอุณหภูมิสูงสุด +130 องศาเซลเซียส (°C) และแรงดัน 4.7 บาร์

สวิตช์ระดับของเหลวแนวตั้งสามารถมีตัวเครื่องได้ยาวไม่เกิน 1 เมตร และใช้วัสดุที่แข็ง เช่น พลาสติก ทองเหลือง หรือสแตนเลสชนิดต่าง ๆ การใช้งานที่มีความต้องการน้อยกว่า เช่น ถังเก็บน้ำ สามารถใช้ตัวโพลีโพรพิลีนที่เป็นอะซีตัลและโฟมที่มีราคาไม่แพงซึ่งมีอุณหภูมิสูงสุดถึง +60°C และ 0.34 บาร์ นอกจากการใช้วัสดุตัวสวิตช์ที่เหมาะสมแล้ว การเลือกเทคโนโลยีการสลับยังเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญเมื่อระบุเซ็นเซอร์ระดับของเหลว

ประโยชน์ของเทคโนโลยีสวิตช์แม่เหล็ก

สวิตช์แม่เหล็กเป็นเทคโนโลยีที่ครบถ้วนและเชื่อถือได้ สวิตช์ระดับของเหลวแบบลอยโดยใช้เทคโนโลยีสวิตช์กกเป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟและไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอกในการทำงาน การทำงานของสวิตช์ในเซ็นเซอร์เหล่านี้เริ่มต้นจากการทำงานร่วมกันของแม่เหล็กถาวรในทุ่นกับสวิตช์กกที่อยู่กับที่

เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้ลูกลอยที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งมีแม่เหล็กฝังอยู่เพื่อเปิดใช้งานสวิตช์กกตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปในตัวเซ็นเซอร์ (รูปที่ 1) แม่เหล็กเคลื่อนที่ (ลอย) จากด้านล่างขึ้นด้านบนสุดของสวิตช์เมื่อระดับของเหลวเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อระดับของเหลวลดลง เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนเข้าหาหรือออกจากสวิตช์กก แม่เหล็กจะเปิดหรือปิด ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่า

รูปที่ 1: ทุ่นลอยขึ้นและลงก้าน (ซ้าย) เมื่อระดับของเหลวเพิ่มขึ้นและลดลง ก้านมีสวิตช์แม่เหล็กแบบอยู่กับที่ (ตรงกลาง) และเมื่อแม่เหล็กในลูกลอย (ขวา) เข้ามาใกล้ สวิตช์จะเปิดหรือปิดขึ้นอยู่กับการออกแบบ (ที่มาของภาพ: TE Connectivity)

ความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์เหล่านี้เป็นผลมาจากปัจจัยหลายประการ: มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเพียงชิ้นเดียว สร้างขึ้นด้วยวัสดุของร่างกายที่เข้ากันได้กับของเหลว และมีสวิตช์แม่เหล็กที่ปิดผนึกอย่างผนึกแน่นพร้อมจุดสัมผัสรูทีเนียมซึ่งได้รับการจัดอันดับสำหรับการดำเนินการเปลี่ยนมากกว่า 10 ล้านครั้ง

สวิตช์กกสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง มีระดับฉนวนสูงเมื่อปิดสวิตช์ โดยมีกระแสดึงที่ต่ำกว่าเทคโนโลยีสวิตช์โซลิดสเตต การปฏิบัติตามข้อกำหนดความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ด้วยสวิตช์แม่เหล็กนั้นทำได้ง่ายขึ้น และต้องทำการทดสอบเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

เซ็นเซอร์ระดับของเหลวที่มีเพื่นฐานเป็นสวิตช์แม่เหล็ก

นักออกแบบสามารถเปลี่ยนไปใช้เซ็นเซอร์ระดับของเหลวจาก TE เพื่อให้ทราบถึงประโยชน์ของเทคโนโลยีสวิตช์แม่เหล็ก TE ช่วยให้นักออกแบบสามารถเลือกสวิตช์ระดับของเหลวในแนวตั้งและแนวนอนเกือบ 20 ตัวที่มีจำหน่ายในหกตระกูล และผลิตขึ้นโดยใช้วัสดุที่หลากหลายพร้อมตัวเลือกสวิตช์ ข้อต่อ และสายเคเบิลที่หลากหลาย (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: เซ็นเซอร์วัดระดับน้ำแบบลอยตัวจาก TE Connectivity มีให้เลือกหลากหลายรูปแบบ ซึ่งรวมถึงการติดตั้งในแนวตั้งและการติดตั้งด้านข้าง มุมสูงสุด 90° และอุปกรณ์ติดตั้งแบบสากล (ที่มาของภาพ: TE Connectivity)

สวิตช์ระดับของเหลว TE ได้รับการจัดอันดับสูงสุด 250 โวลต์กระแสสลับ (AC) หรือ 200 โวลต์กระแสตรง (DC) ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO/TS 16949 สำหรับผลิตภัณฑ์ยานยนต์ และ International Organization of Standardization (ISO) ที่ผ่านการรับรองสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม บางรุ่นได้รับการอนุมัติจาก UL และ UK Water Regulations Advisory Scheme (WRAS) ได้รับการจัดอันดับสำหรับรอบการสวิตชิ่งมากกว่า 10 ล้านรอบ และออกแบบมาเพื่อการติดตั้งและการบริการภาคสนามที่ง่ายดาย หากสวิตช์ตัวใดตัวหนึ่งเสียหาย สามารถเปลี่ยนได้อย่างง่ายดาย

TE นำเสนอเซ็นเซอร์ระดับของเหลวที่วัดเมื่อถังเต็ม ว่างเปล่า หรือเติมบางส่วน และบางรุ่นสามารถวัดระดับของเหลวได้หลายระดับ อุปกรณ์เช่น VS801-51 เซ็นเซอร์ระดับแนวตั้งพร้อมตัวโพลีโพรพิลีนที่เติมด้วยแก้วออกแบบมาเพื่อใช้งานในน้ำ มีให้เลือกใช้กับสวิตช์ NO หรือ NC และการกำหนดค่า SPST หรือ SPDT VCS-06 ซึ่งทำโดยใช้ไนลอนที่เติมด้วยแก้ว 6.6 สามารถใช้ได้กับสวิตช์ N.O. หรือ N.C. ในการกำหนดค่า SPST (รูปที่ 3) เซ็นเซอร์ทั้งสองมีให้ใช้งานในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับน้ำเดือดและเชื้อเพลิง โดยบางรุ่นมีพิกัดการทำงานที่สูงถึง +130°C และแรงดัน 4 บาร์

รูปที่ 3: เซ็นเซอร์ระดับ VCS-06 ซีรี่ส์สามารถติดตั้งที่ด้านบนหรือด้านล่างของถังเก็บของเหลว และสามารถวางลูกลอยเพื่อให้มีหน้าสัมผัส N.O. หรือ N.C. (ที่มาของภาพ: TE Connectivity)

สำหรับการใช้งานที่ต้องการวัดระดับของเหลวเดียวระหว่างเต็มและว่างเปล่า นักออกแบบสามารถใช้สวิตช์ระดับของเหลวแนวนอนได้ ตัวอย่างที่ได้รับการรับรองจาก UL ได้แก่:

• LS309-32 ทำจากไนลอน 6.6 ผสมแก้วและใช้สำหรับน้ำมัน เชื้อเพลิง และของเหลวที่ไม่ใช่ไอออนิก มีการกำหนดค่า SPST สวิงการเปิดใช้งานมาตรฐานที่ 40.4 มิลลิเมตร (มม.) และได้รับการจัดอันดับสำหรับ 200 โวลต์ DC หรือ 250 โวลต์ AC พร้อมโหลดสูงสุด 70 วัตต์ (W) (รูปที่ 4)
• LCS-03พร้อมตัวเรือนทำจากอะซีตัล/โพลีโพรพิลีน และลูกลอยของโพลีโพรพิลีนที่เป็นโฟม ออกแบบมาเพื่อใช้กับน้ำและน้ำเสียที่มีพื้นที่จำกัด มาพร้อมกับสวิงสั้นแนวนอนขนาดกะทัดรัด (35.5 มม.) และสายเคเบิลหรือขั้วต่อในตัว มันคือ NC เมื่อลูกลอยอยู่ในแนวนอนและได้รับการจัดอันดับสำหรับ 48 โวลต์ DC ถึง 40 W
• LDS309-11Nพร้อมตัวเรือนและลูกลอยทำจากไนลอน 6.6 ผสมแก้วและมีไว้สำหรับใช้ในน้ำมัน เชื้อเพลิง และของเหลวที่ไม่ใช่ไอออนิกที่มีแรงดันสูงสุด 4.7 บาร์ สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระดับของเหลวด้วยการเดินทางที่แตกต่างกัน 8.65 มม. ระหว่างการทำงานและการปล่อย อุปกรณ์ใช้การสลับ SPST และได้รับการจัดอันดับสำหรับโหลดสูงสุด 70 W และแรงดันไฟฟ้าถึง 200 โวลต์ DC หรือ 250 โวลต์ AC

รูปที่ 4: สวิตช์ระดับของเหลวแนวนอน LCS309-32 มีสวิงการเปิดใช้งานมาตรฐานที่ 40.4 มม. และออกแบบมาเพื่อใช้ในน้ำมัน เชื้อเพลิง และของเหลวที่ไม่ใช่ไอออนิก (ที่มาของภาพ: TE Connectivity)

เมื่อการวัดระดับเดียวไม่เพียงพอ นักออกแบบสามารถเปลี่ยนไปใช้สวิตช์ช่วงขยายที่ยาวได้ถึงหนึ่งเมตร ตัวอย่างเช่นEVS312-51N ใช้สวิตช์สองตัวเพื่อแสดงเงื่อนไขระดับต่าง ๆ สามแบบ (รูปที่ 5) High Switch เป็นอุปกรณ์ NC และ Low Switch เป็นอุปกรณ์ NO

รูปที่ 5: สวิตช์ช่วงขยาย เช่น EVS312-51N ใช้สวิตช์สองตัวเพื่อแสดงสถานะระดับต่าง ๆ สามแบบ (ที่มาของภาพ: TE Connectivity)

เมื่อลูกลอยอยู่ที่ขีดจำกัดบน สวิตช์ทั้งสองจะเปิดอยู่ เมื่ออยู่ที่ขีด จำกัด ด้านล่างสวิตช์ทั้งสองจะปิด และเมื่ออยู่ระหว่างขีดจำกัดบนและล่าง สวิตช์สูงจะปิดและสวิตช์ต่ำเปิดอยู่ (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1: สวิตช์สูงและสวิตช์ต่ำใน EVS312-51N สามารถใช้เพื่อระบุสภาวะระดับต่าง ๆ ได้สามระดับ (ที่มาของภาพ: TE Connectivity)

EVS312-51N มีตัวเครื่องเป็นไนลอน 6.6 และลอยด้วยไนลอน 6.6 ผสมแก้ว และได้รับการจัดอันดับสำหรับ 175 โวลต์ DC หรือ 125 โวลต์ AC พร้อมโหลดสูงสุด 5 วัตต์ มีให้เลือกทั้งแบบติดตั้งภายในและภายนอก

สรุป

เซ็นเซอร์ระดับของเหลวที่ใช้สวิตช์แม่เหล็กช่วยให้นักออกแบบมีทางเลือกที่เชื่อถือได้และมีอายุการใช้งานยาวนานสำหรับการใช้งานที่สมบุกสมบันและมีความต้องการสูง สวิตช์มีหลายรูปแบบสำหรับการวัดเมื่อถังเก็บของเหลวเต็มหรือว่างเปล่า หรือเมื่อของเหลวอยู่ที่ระดับที่กำหนดไว้ในระหว่างนั้น และบางส่วนสามารถวัดระดับของเหลวได้หลายระดับ นอกจากนี้ยังไม่ต้องการแหล่งพลังงานภายนอกและสามารถตอบสนองความต้องการของ EMC ได้อย่างง่ายดาย

บทความที่แนะนำ:

1. การเลือกวัสดุสำหรับเซ็นเซอร์ระดับของเหลว