摘 要：隨著科技水平的迅速發(fā)展，工業(yè)水平得到更加廣闊的發(fā)展前景，并且將機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)應(yīng)用在日常的工作中。基于此，本文將具體闡述機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的基本原理，并以應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用效果為切入點(diǎn)，深入探究機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的具體應(yīng)用，旨在能夠全面掌握機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的相關(guān)技術(shù)，便于充分發(fā)揮其自身的作用，為我國(guó)工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展提供技術(shù)保障。

    機(jī)械式浮球液位控制系統(tǒng)，主要用于地坑、水箱、蓄水池等設(shè)備的自動(dòng)補(bǔ)液（或排液）中，通過(guò)無(wú)腐蝕性液體作為介質(zhì)，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用在對(duì)液位控制要求相對(duì)較低的且密封性要求不高的容器中?；谡{(diào)查發(fā)現(xiàn)，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)在應(yīng)用的過(guò)程中存在很多問(wèn)題，如使用壽命短、故障率高、維護(hù)成本高、售價(jià)高等問(wèn)題，所以需要加大對(duì)該控制系統(tǒng)的研究，盡可能解決當(dāng)前存在的問(wèn)題，zui大程度地提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的原理與類型

1.1 設(shè)計(jì)原理

    就機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)而言，主要是源于阿基米德原理進(jìn)行開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)的，也就是說(shuō)物體在液體中會(huì)受到向上的浮力，而其浮力的實(shí)際大小與物體排開(kāi)液體所受重力相等。公式表達(dá)為：F 浮 ＝G 液排 ＝ρ 液 gV 排 ，其中V代表排開(kāi)液體的實(shí)際體積。在物體從下逐漸上浮時(shí)，其所受力的大小為：ρ 物＜ρ 液 且F 浮 ＞G 物 。而在物體從上向下沉?xí)r，其所受力的大小為：ρ 物 ＞ρ 液 且F 浮 ＜G 物 。

    因此，根據(jù)上述的理論基礎(chǔ)，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理為：在設(shè)計(jì)機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)時(shí)，其開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示?；诎⒒椎略頌楸究刂葡到y(tǒng)的原理基礎(chǔ)，則當(dāng)浮球浮力的大小比浮球、推力桿重力大時(shí)，則控制系統(tǒng)的浮球就會(huì)跟隨液位而上下浮動(dòng)，并將浮球、推力桿連接起來(lái)，從而使系統(tǒng)推理?xiàng)U也隨著液位、浮球發(fā)生浮動(dòng)。另外，當(dāng)液位的高度大于開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)，輸出開(kāi)關(guān)量的信號(hào)至控制回路啟動(dòng)抽液泵運(yùn)行；反之，當(dāng)液位的高度低于開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)，輸出開(kāi)關(guān)量的信號(hào)至控制回路停止補(bǔ)液泵運(yùn)行（如圖1所示）。

    下圖為機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的運(yùn)行原理：

1.2 開(kāi)關(guān)類型

    目前，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)主要包括以下幾種類型：

    （1）不銹鋼浮球開(kāi)關(guān)。對(duì)于通用型的開(kāi)關(guān)而言，主要包括水平、豎直兩種裝置，并采用100VA簧片或者1路30VA完成輸出，對(duì)于輕質(zhì)油、稀釋化學(xué)品、潔凈水的液位探測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，其所使用的介質(zhì)zui好為食用油。不銹鋼液位傳感器需要安裝在罐壁上，或者安裝在儲(chǔ)罐內(nèi)，主要用于低液位報(bào)警、高液位報(bào)警。

    （2）連桿浮球液位開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)能夠?qū)ο♂尰瘜W(xué)溶劑、潔凈的水、輕質(zhì)油的液位進(jìn)行準(zhǔn)確的探測(cè)，其zui大的量程為2.44米。連桿浮球液位開(kāi)關(guān)的輸出為1-5路簧片，同時(shí)集成接線終端存在與其一體式的集裝接線盒中。其中，連桿浮球液位開(kāi)關(guān)的部件材質(zhì)均為不銹鋼，從而滿足高壓、高溫的測(cè)量環(huán)境。

    （3）磁浮球液位開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)常常用于儲(chǔ)罐液位的測(cè)量中，其自身沒(méi)有外接電源，并且進(jìn)行了防爆設(shè)計(jì)，能夠應(yīng)用在不同的環(huán)節(jié)之中。

    （4）側(cè)裝浮球開(kāi)關(guān)。與磁浮球液位開(kāi)關(guān)相似，基本上用于儲(chǔ)罐液位的測(cè)量中，且沒(méi)有外接電源，但是具備防爆設(shè)計(jì)，普遍適用的浮球液位開(kāi)關(guān) [1] 。

2 機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 優(yōu)勢(shì)與不足

    目前在市場(chǎng)能夠見(jiàn)到的液位開(kāi)關(guān)多數(shù)是干簧管結(jié)構(gòu)液位開(kāi)關(guān)，這種液位開(kāi)關(guān)的優(yōu)勢(shì)和不足都較為明顯。其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為： （1）干簧管液位開(kāi)關(guān)的材料自身重量較輕、體積較小，能夠適用于多種情況； （2）干簧管液位開(kāi)關(guān)的安裝較為容易，沒(méi)有技術(shù)難度，而且在使用過(guò)程中，干簧管液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作速度快，能夠滿足一般應(yīng)用需求。

    但干簧管液位開(kāi)關(guān)也具有較為明顯的缺點(diǎn)： （1）由于干簧管的簧片和觸點(diǎn)都較為精致，無(wú)法處理大電壓、電流導(dǎo)致的簧片切換問(wèn)題，大電流過(guò)熱會(huì)直接導(dǎo)致簧片喪失彈性。干簧管開(kāi)關(guān)的容量較小，節(jié)點(diǎn)容易產(chǎn)生抖動(dòng)，而且接觸電阻較大，抗突波的能力較弱。應(yīng)用在交流電感電路會(huì)出現(xiàn)斷開(kāi)逆向瞬間電流的問(wèn)題，容易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)過(guò)載損壞，因此要對(duì)其電流進(jìn)行嚴(yán)格限制，或采取繼電保護(hù)措施； （2）干簧管液位開(kāi)關(guān)的故障排查包含多道工序，且需要使用AT值測(cè)試器等專用儀器進(jìn)行檢測(cè)，較為麻煩； （3）在干簧管的加工過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)較大損耗，由于采用玻璃封裝，在運(yùn)輸和加工過(guò)程中極易受損，進(jìn)而縮短產(chǎn)品的使用壽命。因此，干簧管開(kāi)關(guān)具有較高的脆弱性； （4）干簧管液位開(kāi)關(guān)的制造成本較高，因此市面上的售價(jià)也較為昂貴。常使用的干簧管原理浮球液位開(kāi)關(guān)的示意圖如圖3所示。

    浮球開(kāi)關(guān)的信號(hào)線與其浮子內(nèi)部的磁鐵相連接，在頁(yè)面較低時(shí)，浮子處于圖3中的1位置，在浮子內(nèi)部的觸電是斷開(kāi)狀態(tài)，輸出0信號(hào)。當(dāng)液位較高時(shí)，浮子處于圖3中的2位置，其內(nèi)部的觸點(diǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)輸出1信號(hào)。此類浮球開(kāi)關(guān)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要包括安裝方便和容易維護(hù)等，其內(nèi)部部件通過(guò)一根信號(hào)電纜進(jìn)行連接，在出現(xiàn)故障時(shí)，將其直接拔出替換即可。但浮球開(kāi)關(guān)的應(yīng)用同樣具有明顯的劣勢(shì)，主要表現(xiàn)在： （1）重錘和浮子雖然在水面垂直吊裝，但由于水位容易出現(xiàn)波動(dòng)，在容器內(nèi)形成漩渦，會(huì)導(dǎo)致重錘和浮子隨水流擺動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)誤發(fā)； （2）如果浮球開(kāi)關(guān)與泵的安裝位置臨近，會(huì)使浮球和信號(hào)線絞到泵的入水口； （3）由于浮球和電纜泡在液體內(nèi)，密封不嚴(yán)容易進(jìn)水，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損壞，或因電源短路，對(duì)控制回路造成破壞； （4）也為開(kāi)關(guān)的定值調(diào)節(jié)余量較小，浮球未到2位置開(kāi)關(guān)就開(kāi)始動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)誤發(fā)，泵設(shè)備頻繁啟停，容易損傷設(shè)備； （5）容器內(nèi)若含有雜質(zhì)，粘附在浮球上，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)舉動(dòng)；（6）浮球內(nèi)部的磁開(kāi)關(guān)壽命較短，使用年限只有6個(gè)月左右； （7）浮球液位開(kāi)關(guān)的成本也較高，而且在應(yīng)用過(guò)程中的維護(hù)成本較高。

2.2 應(yīng)用的效果

    機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)主要應(yīng)用在受壓、常壓儲(chǔ)液罐液位的檢測(cè)中，主要是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量信號(hào)能夠遠(yuǎn)傳、報(bào)警，所以能夠?qū)⑵鋺?yīng)用在爆炸性氣體、腐蝕性介質(zhì)、有毒介質(zhì)等相對(duì)危險(xiǎn)的場(chǎng)所中。同時(shí)，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的安裝方式較為豐富，基本上可以滿足不同類型容器的液位測(cè)量要求?？偟膩?lái)說(shuō)，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)在應(yīng)用的過(guò)程中，能夠通過(guò)對(duì)泵的控制維持容器中的液位。同時(shí)，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)運(yùn)行中能夠?qū)捱M(jìn)行控制，從而采集信號(hào)并控制液位，如低壓鍋爐、液壓罐、自動(dòng)清洗系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、油箱等?；跈C(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的自身優(yōu)勢(shì)，其主要的應(yīng)用效果包括以下幾點(diǎn)：

    （1）機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)具有成本低、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)，可以將其更加廣泛的應(yīng)用在不同的行業(yè)中，從而滿足測(cè)量、控制敞開(kāi)式容器液位的要求，提高測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性 [2] 。

    （2）與基于靜磁場(chǎng)的浮球液位開(kāi)關(guān)相比，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的主要優(yōu)勢(shì)包括：1）開(kāi)關(guān)安裝的位置相對(duì)固定，即機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的固定套、浮球、推力桿在完成安裝以后，位置基本不會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)推力桿、浮球連接在一起，同樣不會(huì)隨意擺動(dòng)，確保其始終保持垂直方向；2）避免機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的電纜被液體浸泡，所以能夠在根本上避免短路問(wèn)題；3）機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的浮球?yàn)椴讳P鋼材質(zhì)，并且內(nèi)部不包含任何零部件、元件，能夠有效延長(zhǎng)其使用壽命；4）機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)定值能夠根據(jù)實(shí)際進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，并以可拆卸式行程開(kāi)關(guān)連接桿的方式對(duì)液位進(jìn)行更加精準(zhǔn)的控制，減少測(cè)量的誤差，所以避免了誤發(fā)報(bào)警信號(hào)等問(wèn)題；5）機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)浮球處于漂浮狀態(tài)，而液體的雜質(zhì)基本沉淀在液體之下，所以不會(huì)發(fā)生粘附問(wèn)題，避免影響測(cè)量的精度；6）雖然機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但是其所有的部件均為市場(chǎng)中常見(jiàn)的型號(hào)，并且價(jià)格較低，便于更換；7）由于設(shè)備的穩(wěn)定性較強(qiáng)，所以其維護(hù)的頻次相對(duì)較低；8）機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)能夠承受相對(duì)較大的電流，并能夠直接串入到二次回路之中，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制 [3] 。

3 結(jié)語(yǔ)

    綜上所述，機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)的原理相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于優(yōu)化傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)的功能具有重要意義。以此為基礎(chǔ)，將機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)應(yīng)用在具體的工作中，能夠結(jié)合實(shí)際情況自我調(diào)節(jié)，從而保證系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定運(yùn)行，避免發(fā)生故障而造成經(jīng)濟(jì)損失。但是，由于機(jī)械式浮球液位開(kāi)關(guān)還有很多需要改進(jìn)的地方，因此需要相關(guān)人員加大研究力度，以便于進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械式浮球液位控制系統(tǒng)，為各個(gè)行業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)的技術(shù)保障。