水位自动控制系统就是将水位信号转换为开关信号，再用这个开关信号去控制交流接触器，交流接触器再控制一个水泵，就可以达到水位自动控制的目的。水泵有各种各样的工作方式，所以交流接触器也有多种设计方案，这些电气元件按照设计方案连接起来就是电气控制箱。现有多种成熟的设计方案，如GKY1X单台泵系统、GKY2X双台泵系统等等，在网上可以查到各种各样的设计原理图。水泵电气控制箱是很常用的控制设备，工作可靠、使用寿命长。影响水位自动控制系统可靠性和使用寿命的关键因素是液位传感器，就是将水位信号转换为开关信号这一部分。现在主要有电极式、UQK/GSK干簧管式、光电式、压力式、GKY和超声波式等几种方式。这些方式检测原理不同，因而水位自动控制的原理也不同。下面，我们根据液位传感器的检测方式来讲解水位自动控制系统的原理，这是决定水位自动控制系统使用寿命和可靠性的主要因素。
一、电极式液位控制原理
电极式是最早的液位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合，水泵就开始抽水。图1为电极式在水中控制原理示意图。但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。如果不及时清理，电极就会失去作用，这是电极式液位传感器固有的缺陷。电极式液位传感器的制造非常简单，有人将导线外皮拨开，插到水里就可以做成电极式液位控制器。所以电极式液位控制器造价很低，价格便宜，但使用寿命很短。即使采用不锈钢做电极，也需要2-3个月清理一下，在污水中电极的使用寿命就更短了。
图1
二、UQK/GSK干簧管液位控制原理
干簧管将电极触点密封在玻璃管内，这样就不直接接触液体了，所以电极不会吸附杂质，使用寿命提高。干簧管的特点就是接近磁铁，触点就会吸合。所以我们将干簧管固定在管壁内固定的位置。浮子里装上磁铁，随着浮力沿着管壁上下滑动，见图2。当浮子经过干簧管时，触点吸合。干簧管触点一般直接驱动交流接触器，可以控制水泵启动。GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（小于30°），否则会影响浮子的上下移动。
图2
制作UQK/GSK浮子的材质通常采用塑料或不锈钢。塑料材质的浮子价格便宜，但使用寿命短，因为塑料很容易变形。一旦浮子或管壁变形，浮子就无法正常上下移动。所以最好采用不锈钢材质。但无论什么材质，浮子与管壁之间仅1mm左右的缝隙，很容易被脏东西堵住。所以这种方式是不能在污水中使用的。即使在清水中使用，使用寿命也只有一年多。因为干簧管触点直接使用220V或380V交流电，而水位波动，触点频繁吸合，干簧管寿命较短。
这和现代微电子产品形成了鲜明的对比。现代微电子产品，如收音机、电视机等，使用寿命可达十年以上，而传统液位控制方式使用寿命一般就是一年左右。所以现在人们经常采用用一些控制器、仪表等设备将强电转换为弱电来使用，不仅可以延长液位传感器的使用寿命而且可以增加一些功能，但传感器本身一些固有的缺陷是无法改变的。下面是一些需要使用仪表等转换设备的液位控制原理。
三、光电式液位控制原理
光电式液位控制采用光反射原理：当传感器玻璃反射面有水时，如图3.1，发射光从反射面透射出去，不发生全反射。这时接收端检测不到光，输出很小的电流，说明有水。当传感器反射面无水时，如图3.2，发射的光在玻璃反射面回来，发生全反射。这时接收端可以检测到光，输出毫安级的电流，说明无水。这种信号通过GKY-GD仪表转换为开关信号再去控制交流接触器，从而达到自动控制水位的目的。GKY-GD光电式液位传感器工作于12V直流电，属于弱电，使用寿命长。在清水中光电式液位传感器一般寿命可以超过三年，但不能在污水中使用。因为光电式液位传感器的反射玻璃面如果变脏或被脏东西挡住时，即使有水，光也会被反射回来，造成判断失误。所以光电式液位传感器使用时也需注意清理玻璃面。
图3.1图3.2
四、GKY液位控制原理
GKY液位传感器结合传统浮子和微电子技术的特点，使用寿命在三年以上，适用于清水、污水、热水中。其检测原理与水质无关。第一，GKY液位传感器利用液体浮力改变传感器方向，如图4。这一点类似传统浮子，传感器通过细软线固定在悬索的某一点，这样它可以随水位灵活上下翻转，检测这一点是否有水，检测位置精确。第二，密封在传感器内部的微电路可以在不同方向下产生不同的电流（类似手机自动旋转屏幕），这一点类似光电式弱电控制的特点：有水时电流很小，无水时产生毫安级的电流。GKY液位传感器工作于12V安全电压，检测方式和水质无关，且只需两根普通传输线传输，传输距离可达几十公里，是近几年出现的液位控制方式。GKY液位传感器是耐污性最强的液位传感器，可以用于宾馆酒店等很脏的污水池中。GKY 仪表将检测到的水位信号转换为开关信号，再去控制交流接触器，从而达到自动控制水位的目的。
图4
五、压力式液位传感器
压力式液位传感器利用液体压力来检测液位，它将压力模拟量通过量化转化为数字显示。因为存在量化、电流飘移和传输干扰等影响，显示的液位高度和实际的液位高度往往存在较大的误差。如果用在密闭的管道系统中，这种误差对使用者并无大碍。比如显示5MPa,因为误差，实际并不是准确的5MPa。但客户无所谓，如果觉得压力过低，再调高一些就可以了。至于是不是准确的5MPa，没有多大关系。但要是用在敞开的容器，如水箱水池，这种误差就容易产生误动作。比如显示的液位高度为2.4米，实际上可能超过2.8米。所以在水箱或水池中使用这种传感器经常由于不准确而造成自动控制失灵，越小的水箱越容易失控。另外这种传感器不能在污水中使用，因为透水孔径很小，很容易被泥沙堵住。所以投入式压力传感器一般要求安装不能放在水池/水箱底部，因为常有泥沙堵住透水孔。另外传输线也一定要用屏蔽线，距离不能太长，这是为了减少干扰造成的测量误差。所以，投入式压力液位传感器将液体压力转换为电流信号，再通过仪表将电流信号转换为开关信号去控制交流接触器，从而达到液位自动控制的目的。
液位自动系统由于液位检测原理不同，因而控制设计方案也不同。使用者需要关注液位传感器的使用注意事项。比如使用超声波液位传感器时，厂家就会告诉大家，超声波传感器表面不能有水珠，水平面不要有波动，还有水蒸气、雾气等都会影响检测液位的准确度。这样大家就可以根据使用场合来选择液位传感器。如果大家按照传感器使用注意事项来使用，会延长液位自动控制系统的使用寿命。
总而言之，由于各种各样原因，多数液位传感器的使用寿命一般就是一年多。如果用在污水中使用寿命更短，可靠性也很低。目前在液位传感器市场上，很少有厂家承诺质保期超过一年，只有GKY液位传感器厂家承诺三年内包换。在污水中最好选用耐污性较强的GKY液位传感器，其它的在污水中无法使用。
