산업 응용 분야에서 플로트 액위 센서를 선택하고 사용하는 방법

설계자는 난방 환기 및 냉방(HVAC), 물과 폐수 처리, 화학 및 석유 화학 공정 시스템, 식품 및 음료 생산에 이르기까지 점점 다양한 산업 용도의 안전하고 효율적인 시스템 작동을 위해 액위 센서(액위 스위치 또는 플로트 센서라고도 부름)를 사용합니다. 정확성, 에너지 효율성과 견고성을 고려해 점점 까다로워지는 응용 분야 요구사항을 충족하기 위해 액위 센서를 처음부터 설계할 수도 있지만, 이러한 작업은 설계자가 감지 기술 옵션, 패키지, 인터페이스 및 규제 요구 사항을 분류함에 따라 복잡하고 시간이 많이 걸리며 궁극적으로 비용이 많이 들 수 있습니다.

대신 설계자는 UL 및 IP65 규제 승인을 받은 리드 스위치 기반 감지 기능을 갖춘 사전 패키지 솔루션을 사용할 수 있습니다. 또한 리드 스위치 기술을 사용하므로 종종 1000만 사이클 이상으로 평가되고 낮은 접점 저항으로 고전력 부하를 처리하여 효율성을 높일 수 있으며 전력 소비가 0입니다.

이 글에서는 플로트 액위 스위치 선택 시 주요 설계 고려 사항을 검토합니다. 그리고 나서 TE Connectivity(TE)의 여러 액위/플로트 센서 솔루션과 적용 방법을 소개하기 전에 리드 스위치 기술을 사용할 경우의 이점에 대해 설명합니다.

플로트 액위 센서 선택

플로트 액위 스위치는 액위가 잠재적으로 위험한 수준으로 올라가거나 떨어지는 경우 경보를 울리고, 장비가 과열되지 않도록 하며, 혼합 재료의 적절한 비율 유지, 화재 위험 감소 등의 다양한 목적으로 사용됩니다. 특정 응용 분야의 플로트 액위 스위치를 선택하려면 다음의 설계 조건 및 요구 사항을 명확하게 이해해야 합니다.

• 무슨 액체이고 온도와 압력은 얼마입니까?
• 응용 분야에 평상시 열림(N.O.) 또는 평상시 닫힘(N.C.) 스위치가 필요합니까?
• 단극 단투(SPST) 또는 단극 쌍투(SPDT) 스위칭이 필요합니까?
• 스위치 방향은 옆에서 수평, 마운트에서 위로, 마운트에서 아래로 향하는 것 중에 어떤 것이 필요합니까?
• “가득 참", "중간" 또는 "비어 있음" 같은 단일 레벨 상태 표시기로 충분합니까? 아니면 여러 액위를 모니터링해야 합니까?

액체와 액체의 상태는 중요한 고려 사항입니다. 다양한 스위치 본체 소재는 다양한 응용 분야 요구 사항에 알맞습니다. 고온의 물, 연료 및 오일 같은 까다로운 응용 분야에는 최대 섭씨 130도(°C) 및 4.7bar 압력 등급의 유리 충전 폴리페닐렌 설파이드 하우징이 필요할 수 있습니다.

수직 액위 스위치는 최대 1미터 길이의 본체를 가질 수 있으며 플라스틱, 황동 또는 스테인리스강과 같은 단단한 소재를 사용할 수 있습니다. 물탱크처럼 덜 까다로운 응용 분야에서는 최대 +60°C 및 0.34bar 등급의 상대적으로 저렴한 아세탈과 발포 폴리프로필렌 본체를 사용할 수 있습니다. 적절한 스위치 본체 소재를 사용하는 것 이외에도, 액위 센서를 지정할 때의 스위치 기술 선택이 중요한 고려 사항입니다

리드 스위치 기술의 이점

리드 스위치는 오랜 동안 신뢰성을 인정받아 온 기술입니다. 리드 스위치 기술을 사용하는 플로트 액위 스위치는 수동 장치이므로 작동을 위한 외부 전원이 필요하지 않습니다. 이러한 센서의 스위칭 동작은 플로트의 영구 자석과 고정 리드 스위치 상호 작용에 의해 시작됩니다.

이 센서는 내장형 자석이 있는 이동식 플로트를 사용하여 센서 본체에 있는 하나 이상의 리드 스위치를 활성화합니다(그림 1). 액위가 상승하면 자석이 스위치 하단에서 상단으로 이동(떠오름)하고 액위가 떨어지면 가라앉습니다. 자석이 리드 스위치에 가까워지거나 멀어지면 구성에 따라 켜지거나 꺼집니다.

그림 1: 액위가 오르내릴 때 플로트가 스템(왼쪽)을 위아래로 이동합니다. 스템에는 고정형 리드 스위치(가운데)가 있으며, 플로트(오른쪽)의 자석이 가까워지면 설계에 따라 스위치가 열리고 닫힙니다. (이미지 출처: TE Connectivity)

이 센서의 우수한 신뢰성은, 센서의 가동 부품이 하나이고, 액체와 호환이 가능한 본체 소재로 만들어졌으며, 1,000만 회 이상의 스위칭 작동 등급의 루테늄 접촉 단자의 밀폐 봉인 리드 스위치가 있다는 점에서 기인합니다.

리드 스위치는 고온 환경에서 안정적으로 작동할 수 있습니다. 스위치가 꺼져 있을 때 절연 등급이 높고 전류 소모는 무접점 스위치 기술보다 적습니다. 리드 스위치로 전자파 적합성(EMC) 요구사항 충족이 수월하며 최소한의 테스트만 필요합니다.

리드 스위치 기반 액위 센서

설계자는 TE의 액위 센서로 전환하여 리드 스위치 기술의 이점을 실현할 수 있습니다. TE는 설계자에게 6개 제품군에서 사용할 수 있는 약 20가지의 수직 및 수평 액위 스위치를 제공하며 다양한 스위칭, 피팅 및 케이블 옵션으로 광범위한 소재를 사용하여 제작됩니다(그림 2).

그림 2: TE Connectivity의 플로트 액위 센서는 수직 마운트 및 측면 마운트, 최대 90°의 각도, 범용 마운팅 피팅을 포함한 다양한 구성으로 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: TE Connectivity)

TE 액위 스위치의 정격은 최대 250V 교류(AC) 또는 200V 직류(DC)입니다. 자동차 제품의 ISO/TS 16949 인증을 받았으며 산업 응용 분야에 대해 ISO(국제 표준화 기구) 인증을 받았습니다. 일부 모델은 UL 승인 및 영국 수질협회 인증(WRAS) 승인을 받았습니다. 제품은 1,000만 회 이상의 스위칭 주기로 평가되며 설치와 현장 서비스가 쉽도록 설계되었습니다. 스위치 중 하나가 손상되면 쉽게 교체할 수 있습니다.

탱크의 가득 참, 중간, 비어 있음 정도를 측정하는 액위 센서는 TE에서 제공하며 일부 모델은 다중으로 액위를 측정할 수 있습니다. 유리 충전 폴리프로필렌 본체가 있는 VS801-51 수직 레벨 센서와 같은 장치는 수중용으로 설계되었으며 N.O. 또는 N.C. 스위치, SPST 또는 SPDT 구성과 함께 사용 가능합니다. 유리 충전 나일론 6.6을 사용하여 제작된 VCS-06은 SPST 구성의 N.O. 또는 N.C. 스위치와 함께 사용 가능합니다(그림 3). 두 센서 모두 끓는 물과 연료 관련 응용 분야에서 사용 가능하며 일부 모델은 최대 +130°C 및 4bar 압력의 작동 등급을 받았습니다.

VCS-06 시리즈 레벨 센서는 액체 저장 탱크의 상단 또는 하단에 마운트 할 수 있으며 플로트 방향은 N.O. 또는 N.C. 접촉 단자를 제공하도록 설정할 수 있습니다. (이미지 출처: TE Connectivity)

가득 찬 상태와 비어 있는 상태 사이의 단일 액위를 측정해야 하는 응용 분야의 경우 설계자는 수평 액위 스위치를 사용할 수 있습니다. UL 승인의 예시는 다음과 같습니다.

• LS309-32는 유리 충전 나일론 6.6으로 만들어졌으며 오일, 연료 및 비이온성 액체용입니다. SPST 구성, 40.4밀리미터(mm)의 표준 활성화 스윙, 200볼트 DC 또는 250볼트 AC 정격, 최대 70와트(W) 부하를 갖췄습니다(그림 4).
• LCS-03은 아세탈/폴리프로필렌 하우징과 발포 폴리프로필렌 플로트를 갖췄습니다. 공간에 제약이 있는 물과 폐수 처리 응용 분야 용도로 설계되었습니다. 콤팩트 수평 쇼트 스윙(35.5mm)과 케이블 또는 일체형 커넥터가 함께 제공됩니다. 플로트가 수평이고 최대 40W 48볼트 DC 정격이면 N.C.입니다.
• LDS309-11N은 하우징과 유리 충전 나일론 6.6 플로트를 갖췄으며 최대 4.7bar의 압력을 갖는 오일, 연료 및 비이온성 액체용으로 제작되었습니다. 작동과 해제 사이 8.65mm의 가까운 차동 이동 거리로 액위의 작은 변화를 감지할 수 있습니다. 이 장치는 SPST 스위칭을 사용하며 최대 70W의 부하와 200V DC 또는 250V AC의 전압에 정격입니다.

그림 4: LCS309-32 수평 액위 스위치는 40.4mm의 표준 활성화 스윙을 제공하며 오일, 연료 및 비이온성 액체용으로 설계되었습니다. (이미지 출처: TE Connectivity)

단일 레벨 측정이 불충분한 경우 설계자는 최대 1미터 길이의 확장 범위 스위치로 전환할 수 있습니다. 예를 들어 EVS312-51N은 두 개의 스위치를 사용하여 세 가지의 다른 레벨 상태를 표시합니다(그림 5). High 스위치는 N.C. 장치, Low 스위치는 N.O. 장치입니다.

EVS312-51N과 같은 확장 범위 스위치는 2개의 스위치를 사용하여 세 가지의 다른 레벨 상태를 표시합니다. (이미지 출처: TE Connectivity)

플로트가 상한선에 있을 때 두 스위치가 모두 열리고, 하한선에 있을 때는 두 스위치가 모두 닫힙니다. 상한선과 하한선 사이에 있으면 High 스위치가 닫히고 Low 스위치가 열립니다(표 1).

표 1: EVS312-51N의 High 스위치 및 Low 스위치로 세 가지 레벨 상태를 나타낼 수 있습니다. (이미지 출처: TE Connectivity)

EVS312-51N은 나일론 6.6 본체와 유리 충전 나일론 6.6 플로트를 갖추고 있으며, 최대 5W의 부하의 DC 175V 또는 125V AC 정격입니다. 내부 및 외부 마운트 구성으로 제공됩니다.

결론

리드 스위치 기반 액위 센서를 사용하면 설계자가 매우 까다로운 응용 분야에 안정성 높고 수명이 긴 옵션을 선택할 수 있습니다. 스위치는 액체 저장 탱크가 가득 찼거나 비어 있거나 액체가 미리 정해진 레벨 사이에 있을 때를 측정하는 다양한 구성이며 일부는 다중으로 액위를 측정할 수 있습니다. 또한 외부 전원이 필요하지 않으며 EMC 요구 사항을 간단히 충족할 수 있습니다.

추천 자료:

1. Material Selection for Liquid-Level Sensors