안녕하세요, 센서와 스위치를 다잡는 센서보이 입니다.
이번 글에서는 레벨 스위치(Level Switch)에 대해 알아보겠습니다.
레벨 스위치란, 액체의 수위를 감지하여 접점출력을 내는 제품을 말합니다.
일반적으로 고수위/저수위 경보에 사용합니다.
그럼, Level Switch의 종류와 특징, 레벨스위치 선정을 위한 정보를 알아보겠습니다.
종류가 정말 다양한 만큼, 다소 긴 여정이 될 듯 하네요.
레벨스위치의 종류 및 특징
Float Level Switch (후..후로트 레벨스위치 또는 플로트 레벨스위치)
가장 기본적인 형태의 레벨스위치 입니다.
액체에 뜨는 Float(부력체)로 레벨을 측정하는 제품이며, 탱크의 수위를 측정하는 Application에 굉장히 무난하고 저렴하게 적용됩니다.
타입은 Top Mounted, Side Mounted 두가지 타입이 있으며, 원리가 서로 다릅니다.
Top Mounted는 Float 내부에 Magnet이 중앙 원통 내부 Reed switch를 지날 시, Reed switch가 동작하여 접점출력을 내보냅니다.
Side Mounted는 Float가 물에 뜨면, 부력체 Lever 및 Body 내부에 부착된 영구자석에 의해 limit switch를 누르는 형식으로 되어 있습니다.
Quick Float Level Switch (오뚜기 레벨스위치)
여러개의 둥근 부력체가 달린 형태의 레벨스위치 입니다.
구조적으로 헤드/부력체를 제외하고는 딱딱한 부분이 없어, 일반적으로 Polyethylene/ABS/PVC 등 내화학성에 강한 재질로 구성됩니다.
따라서 오수탱크 등에 많이 적용되지요..
그리고, 헤드/부력체를 제외한 나머지가 전부 케이블로 구성되어 있기 때문에, 사용자가 레벨 스위칭 포인트를 마음대로 조절할 수 있다는 장점도 있습니다.
부력체 내부의 구슬이 부력체의 상승에 의해 부력체 내에서 이동하여, 내부에 부착된 Limit Switch를 동작시켜 접점출력을 내보는 구조입니다.
Displacer Level Switch (디스플레이서 레벨스위치)
디스플레이서 레벨스위치는, 레벨 감지 접점출력을 내보내는 스위치 부분이 탱크와 완벽하게 격리되어 있는 제품입니다.
따라서 굉장히 가혹한 환경에서 레벨을 측정하는데 사용됩니다. (고온, 진동 등)
글로만 설명하기엔 한계가 있는 제품이라, 아래 분해도를 첨부합니다.
Displacer(부력체)가 부력에 의해 뜨게되면, 내부에 부착된 Core가 탱크 외부의 Housing 내부에서 움직이게 됩니다.
이 때, Magnet이 반응/움직여서 구조적으로 Limit Switch를 동작시키게 됩니다.
Displacer를 2개를 둬서, 상한/하한 제어를 할 수 있으며, Clamp(고정링)을 조절하여 Displacer의 위치를 간편하게 변경할 수도 있습니다.
Electrode Level Switch (전극봉 레벨스위치)
전극봉 레벨스위치는 부유물이 없고, 전도성이 있는 액체, 일반적으로 물탱크에 많이 사용됩니다.
전극봉 특성 상, 부유물질이 달라붙거나 고체가 부딛혀 충격을 주게되면 동작에 이상이 발생할 수 있습니다.
가격이 매우 저렴하며, 물탱크의 상/하한 제어에 굉장히 많이 사용됩니다.
각 전극봉을 원하는 길이만큼 자르고 피복을 벗겨 희망 레벨을 셋팅합니다.
이후, 차오른 액체에 의해 전극봉 끼리 단락(쇼트)되면, 전기가 흐르게 되고, 설정된 레벨에 도달했다는 접점출력이 발생합니다.
적절한 전용 컨트롤러와 함께 사용하거나, 컨트롤러가 내장된 제품을 사용합니다.
Paddle Level Switch(패들타입 레벨스위치)
패들타입 레벨스위치는 분체 또는 고체의 레벨 측정에 특화된 제품입니다.
호퍼 or 사일로에 사용되며, 검출대상체가 다소 변경되어도 측정에 무리가 없습니다.
심플한 기계식 구조로 진동/충격에 다소 강합니다.
내부 모터에 의해 부착된 패들이 계속 회전하게 됩니다. (1RPM 정도로 매~우 느리게..)
이 때, 검출체가 패들에 닿게 되면, 부하가 높아져 패들이 멈추게 됩니다.
대신, 축에 부착된 Cluch가 내부에서 회전하며, 내부 Limit Switch를 눌러 접점출력을 발생시킵니다.
Capacitance Level Switch(정전용량식 레벨스위치)
정전용량식 레벨스위치는 액체 및 고체에 둘 다 적용 가능한 제품입니다.
특별한 구동부가 없는 전기적인 제품이므로, 수명이 매우 깁니다.
다만, 내부 액체가 변경(변질) 될 경우 감도조절이 필요할 수 있습니다.
이 제품은 탱크 외벽과 제품의 Probe 사이에 차오른 물질의 정전용량값을 토대로 접점출력을 발생시킵니다.
모든 물질은 유전율이 다르기 때문에, 정확한 사용을 위해서는 감도조절이 필요합니다.
유전율이 서로 다른 두 물체의 경계면을 측정하는 용도로도 사용이 가능합니다.
Optical Level switch(광방식 레벨스위치)
광방식 레벨스위치는 일단 크기가 정말 작습니다.
손가락 반정도의 크기로, 크기가 작은 만큼 단가도 다소 저렴합니다.
다른 레벨스위치와는 크기가 확연히 다르기에, 장비 내부에 많이 적용됩니다. (반도체/의료/산업용 장비)
빛의 굴절률을 이용한 제품이며, 발광부에서 방출된 빛은 건조한 상태에서는 TIP 내부에서 반사를 거쳐 수광부로 들어갑니다.
만약 TIP 표면에 액체가 닿게 되면, 빛의 반사각이 변하여 대부분의 빛이 액체로 빠져나가게 됩니다.
(TIP 표면의 굴절률 변화로 인함)
Vibration level switch(진동식 레벨스위치 또는 튜닝포크 레벨스위치)
진동식 레벨스위치는 액체 및 고체에 전부 사용 가능한 제품입니다.
가격이 다소 비싸지만, 정말 굉장히 견고합니다. (사용한지 16년된 제품이 너무 멀쩡해서 놀랐음, 새제품인줄..)
제품의 원리는 진동수 변화를 감지하는 것입니다.
전원인가시, 튜닝 포크는 공기중에서 설정된 고유진동수로 일정하게 진동합니다.
이 때, 차오른 검출대상체가 튜닝포크에 닿으면, 설정된 진동수보다 더 느리게 진동하게 되는데, 이를 감지하여 내부 제어부에서 접점 출력을 발생시켜 동작됩니다.
검출부의 전체를 Stainless Steel로 제작, 굉장히 견고하기 때문에 하드한 환경에 사용합니다.
레벨스위치 선정을 위한 정보
레벨스위치 선정을 위해서는 아래와 같은 정보가 필요합니다.
일반적으로 스위치류는 안전상의 이유로 설치하는 경우가 대부분이므로, 안전을 위해 정확한 제품을 선정하는 것이 매우 중요합니다.
- Application (레벨스위치 종류 결정)
- Level 제어포인트 수 (1, 2, 3, 4.. Point)
- Length (레벨센서의 필요 길이)
- Material (부식 등 여부)
- Operating Temperature
- Operating Pressure
- Contact Rating
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