Hur man väljer och använder flottörgivare för vätskenivå i industriella tillämpningar

Konstruktörer använder vätskenivågivare - även kallade vätskenivåbrytare eller flottärgivare - i viktiga funktioner för en säker och effektiv systemdrift i ett växande antal industriella tillämpningar, från värme, ventilation och luftbehandling (HVAC), vatten- och avloppsrening, kemiska och petrokemiska processystem till mat- och dryckesproduktion. Även om det är möjligt att konstruera vätskenivågivare från grunden för att uppfylla alltmer krävande tillämpningskrav när det gäller noggrannhet, energieffektivitet och tålighet, kan det snabbt bli en komplicerad, tidskrävande och i slutänden kostsam process när konstruktörerna letar bland alternativ för givarteknik, kapslingar, gränssnitt och regelkrav.

Konstruktörer kan istället använda färdigpaketerade givarlösningar baserade på reed-brytare som redan är godkända för UL och IP65, och levereras kompletta och färdiga för användning direkt ur förpackningen. Eftersom de använder en teknik med reed-brytare är de ofta dimensionerade för över 10 miljoner cykler, kan hantera hög effektbelastning med lågt kontaktmotstånd för ökad effektivitet och noll energiförbrukning.

Artikeln granskar viktiga överväganden vid val av flottörbrytare för vätskenivåer för konstruktionen. Därefter diskuteras fördelarna med att använda tekniken med reed-brytare innan flera lösningar för vätskenivå- och flottörgivare från TE Connectivity(TE) presenteras och hur dessa tillämpas.

Välja en flottörgivare för vätskenivå

Flottörbrytare för vätskenivåer används för en mängd olika ändamål, t.ex. för att ge larm om vätskenivåerna stiger eller sjunker till potentiellt farliga nivåer, för att skydda utrustning från överhettning, upprätthålla korrekta proportioner av material som blandas och för att minska risken för bränder. Valet av flottörbrytare för vätskenivå för en specifik tillämpning kräver en tydlig förståelse av konstruktionsvillkoren och kraven när det gäller:

• Vad är det för vätska och vad är dess temperatur och tryck?
• Kräver tillämpningen en brytare som är normalt öppen (N.O.) eller normalt sluten (N.C.)?
• Behövs det en enpolig envägsomkopplare (SPST) eller en enpolig tvåvägsomkopplare (SPDT)?
• Vilket läge behövs för växlingen: horisontellt från sidan, med montering ovanpå eller under?
• Räcker det med en indikering för en enstaka nivå, som t.ex. "full", "delvis full" eller "tom", eller måste flera nivåer av vätskan övervakas?

Vätskan och dess tillstånd är viktiga faktorer; olika material för växelkroppar lämpar sig för olika tillämpningsbehov. Krävande tillämpningar som vatten, bränslen och oljor med hög temperatur kan kräva en glasfylld kapsling av polyfenylensulfid som klarar en temperatur på upp till +130 °C och ett tryck på 4,7 bar.

Vertikala brytare för vätskenivå kan vara upp till en meter långa och använda styva material som t.ex. olika plaster, mässing eller rostfritt stål. För mindre krävande tillämpningar, som t.ex. vattentankar, kan man använda relativt billiga kroppar av aketal- och skummat polypropen som är dimensionerade för upp till +60 °C och 0,34 bar. Förutom att använda lämpligt material för växelkroppen är valet av växlingsteknik en viktig faktor när man specificerar givare för vätskenivåer.

Fördelar med reed-brytare

Reed-brytare är en väl beprövad och tillförlitlig teknik. Flottörgivare för vätskenivåer som använder reed-brytare är passiva enheter och behöver ingen extern strömkälla för att fungera. Växlingen i givaren initieras av interaktionen mellan en permanent magnet i flottören och den stationära reed-brytaren.

Givarna använder en rörlig flottör med en inbyggd magnet för att aktivera en eller flera reed-brytare i givarkroppen (figur 1). Magneten rör sig (flyter) från botten till toppen av brytaren när vätskenivån stiger och sjunker när vätskenivån sjunker. När magneten rör sig mot eller bort från reed-brytaren, slås den PÅ eller AV, beroende på konfigurationen.

Figur 1: flottören rör sig uppåt och nedåt på stammen (vänster) när vätskenivån stiger och sjunker. I stammen finns den stationära reed-brytaren (mitten), och när magneten i flottören (höger) närmar sig, så öppnas eller sluts brytaren, beroende på hur den är utformad. (Bildkälla: TE Connectivity)

Tillförlitligheten hos givarna beror på flera faktorer: de har en enda rörlig del, de är byggda av material som är kompatibla med vätskan och de har en hermetiskt inkapslad reed-brytare med kontaktpunkter av rutenium som klarar över 10 miljoner växlingar.

Reed-brytare fungerar tillförlitligt i miljöer med höga temperaturer. De har en hög isoleringsklass när brytaren är AV, och en strömförbrukning som är lägre än för solid state-brytare. Det är enklare att uppfylla kraven på elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) med reed-brytare och de kräver endast minimal testning.

Givare för vätskenivå baserade på reed-brytare

Konstruktörer kan använda sig av vätskenivågivare från TE för att utnyttja fördelarna med tekniken med reed-brytare. TE gör det möjligt för konstruktörer att välja mellan nästan 20 vertikala och horisontella brytare för vätskenivå i sex familjer, som tillverkas av ett stor mängd material med olika alternativ för brytning, montering och kablage (figur 2).

Figur 2: Flottörbrytare för vätskenivå från TE Connectivity finns i en mängd olika konfigurationer, inklusive vertikal montering och sidomontering, upp till 90° vinkel och med universella monteringsbeslag. (Bildkälla: TE Connectivity)

Vätskenivåbrytarna från TE är dimensionerade för upp till 250 V växelström (AC) eller 200 V likström (DC). De är certifierade enligt ISO/TS 16949 för fordonsprodukter och ISO-certifierade för industriella tillämpningar. Vissa modeller har UL-godkännande och WRAS-godkännande (Water Regulations Advisory Scheme). De är dimensionerade för över 10 miljoner växlingscykler och är utformade för enkel installation och fältservice. Om någon av brytarna skadas kan de enkelt bytas ut.

Vätskenivågivarna från TE mäter när en tank är full, tom eller delvis fylld, och vissa modeller kan mäta flera vätskenivåer. Enheter som den vertikala nivågivaren VS801-51 med en glasfylld kropp av polypropen är utformade för användning i vatten, finns som N.O.- eller N.C.-brytare och i konfigurationer för SPST och SPDT. VCS-06 är tillverkad av glasfylld nylon 6.6, och finns som N.O.- eller N.C.-brytare i SPST-konfiguration (figur 3). De båda givarna finns för användning i tillämpningar för kokande vatten och bränslen, där vissa modeller kan användas upp till +130 °C och 4 bars tryck.

Figur 3: Nivågivaren i serien VCS-06 kan antingen monteras ovanpå eller under en förvaringsbehållare för vätska och flottören kan riktas för att tillhandahålla en N.O.- eller N.C.-kontakt. (Bildkälla: TE Connectivity)

För tillämpningar som behöver mäta enskilda vätskenivåer mellan full och tom, kan konstruktörer använda horisontella brytare för vätskenivå. Här följer några exempel på UL-godkända produkter:

• LS309-32 är tillverkad av glasfylld nylon 6.6 och är avsedd för användning med olja, bränsle och icke-joniska vätskor. Den har en SPST-konfiguration, ett standardutslag på 40,4 mm och är dimensionerad för 200 V DC eller 250 V AC med en belastning på upp till 70 W (figur 4).
• LCS-03 har en kapsling av acetal/polypropylen och en flottör av skummad polypropylen. Den är utformad för användning i vatten- och avloppstillämpningar med begränsat utrymme. Den levereras med en kompakt horisontell kort rörelse (35,5 mm) och med en kabel eller en inbyggd kontakt. Den är normalt sluten (N.C.) när flottören är horisontell och är dimensionerad för 48 V DC upp till 40 W.
• LDS309-11N med en kapsling och flottör av glasfylld nylon 6.6 är avsedd för användning med olja, bränsle och icke-joniska vätskor med ett tryck på upp till 4,7 bar. Den kan känna av små förändringar i vätskenivån med en kort differentialrörelse på 8,65 mm mellan aktivering och frigöring. Enheten använder SPST-växling och är dimensionerad för belastningar på upp till 70 W och spänningar på 200 V DC eller 250 V AC.

Figur 4: Den horisontella vätskenivåbrytaren LCS309-32 har ett standardutslag på 40,4 mm och är utformad för användning med olja, bränsle och icke-joniska vätskor. (Bildkälla: TE Connectivity)

När en enstaka nivåmätning inte är tillräcklig kan konstruktörerna använda brytare med utökad räckvidd som kan vara upp till en meter långa. EVS312-51N använder exempelvis två brytare för att indikera tre olika nivåförhållanden (figur 5). Brytaren för hög nivå är en normalt sluten (N.C.) enhet och brytaren för låg nivå en enhet som är normalt öppen (N.O.).

Figur 5: Brytare med utökad räckvidd som EVS312-51N använder två brytare för att indikera tre olika nivåförhållanden. (Bildkälla: TE Connectivity)

När flottören befinner sig vid den övre gränsen är båda brytarna öppna, när den befinner sig vid den nedre gränsen är båda brytarna slutna och när den befinner sig mellan den övre och nedre gränsen är brytaren för hög nivå sluten och brytaren för låg nivå öppen (tabell 1).

Tabell 1: Brytaren för hög och låg nivå i EVS312-51N kan användas för att indikera tre olika nivåförhållanden. (Bildkälla: TE Connectivity)

EVS312-51N har en kropp av nylon 6.6 och en flottör av glasfylld nylon 6.6 som är dimensionerad för 175 V DC eller 125 V AC med en belastning på upp till 5 W. Den finns i konfigurationer för intern och extern montering.

Sammanfattning

Vätskenivågivare baserade på reed-brytare ger konstruktörer ett tillförlitligt val med lång livslängd för tuffa och krävande tillämpningar. Brytarna finns i en mängd olika konfigurationer för att mäta när en vätsketank är full eller tom, eller när vätskan befinner sig på en förutbestämd nivå däremellan, och vissa kan mäta flera vätskenivåer. De behöver dessutom ingen extern strömkälla och uppfyller EMC-kraven utan problem.

Rekommenderad läsning:

1. Val av material för vätskenivågivare