專利名稱：電子式水位控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種電子式水位控制器。
背景技術(shù)：
水位控制器是一種應(yīng)用十分廣泛的自動(dòng)化器件，在工業(yè)循環(huán)水、污水處理、食 品加工、化學(xué)工業(yè)、汽車工業(yè)、太陽能熱水器等領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用，在自來水尚未普 及的中西部農(nóng)村，屋頂水箱更是用其來控制水箱的水位。公知的水位控制方法主要有兩種一種是浮子開關(guān)，利用浮子隨水位的高低作 上下機(jī)械運(yùn)動(dòng)來控制水位。這種浮子開關(guān)的缺點(diǎn)是水中粘性水垢會(huì)影響浮子上下運(yùn) 動(dòng)，使水位控制系統(tǒng)產(chǎn)生控制錯(cuò)誤。另一種是直流電水位控制系統(tǒng)，即利用變壓器對(duì)220V市政交流電進(jìn)行降壓和隔 離，再利用整流電路將降壓后的交流電變成直流電，將電極放入水中，利用水位的高低 來控制電路通斷，從而檢測(cè)和控制水位。但直流控制法存在以下問題1、電鍍效應(yīng) 正電極在水中不斷地被消耗；2、負(fù)電極上會(huì)結(jié)上不導(dǎo)電的水垢，使得系統(tǒng)失靈；3、正 電極會(huì)向水中釋放金屬離子，影響水質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種直 接使用市政電網(wǎng)AC220V的50Hz交流電的電子式水位控制器。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下一種電子式水位控制器，由降壓電路，整流電路，濾波穩(wěn)壓電路，執(zhí)行電路， 控制信號(hào)獲取電路，采樣及交流平衡電路，采樣電極，加熱容器組成，所述電子式水位 控制器使用市政交流電提供工作所需的電源電壓，其特征在于降壓電路和整流電路的輸入端與市政交流電電源相連接；整流電路的輸出端連接濾波穩(wěn)壓電路；濾波穩(wěn)壓電路的輸出端連接執(zhí)行電路；采樣電極與加熱容器絕緣后設(shè)置在加熱容器中，并由采樣電極而在加熱容器中 預(yù)設(shè)一個(gè)基準(zhǔn)水位；采樣電極的輸出端連接采樣及交流平衡電路，當(dāng)加熱容器中的水位高于或低于 預(yù)設(shè)基準(zhǔn)水位時(shí)，采樣及交流平衡電路獲取采樣電極的信號(hào)電流；采樣及交流平衡電路的輸出端連接控制信號(hào)獲取電路，采樣及交流平衡電路獲 取的采樣電極的信號(hào)電流被送至控制信號(hào)獲取電路，該控制信號(hào)獲取電路將電流轉(zhuǎn)換為 控制電壓；控制信號(hào)獲取電路連接執(zhí)行電路，執(zhí)行電路根據(jù)控制信號(hào)獲取電路送至執(zhí)行電 路的控制電壓，對(duì)系統(tǒng)的加熱開關(guān)做出開或關(guān)的操作。優(yōu)選地，其使用的市政交流電可以為AC220V的50Hz交流電。[0016]優(yōu)選地，加熱容器中具有兩個(gè)采樣電極，其一為低水位電極，另一個(gè)為高水位 電極。市政電網(wǎng)使用的是AC220V的50Hz的交流電，可以采用此現(xiàn)成的交流電來檢測(cè) 水位，這種方法的優(yōu)點(diǎn)為1、相對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的浮子開關(guān)，而對(duì)包含粘性物質(zhì)的水中具 有更高的使用可靠性；2、相對(duì)于直流電水位控制系統(tǒng)，不會(huì)引起系統(tǒng)失靈，對(duì)水質(zhì)無任 何影響，提高了可靠性，降低了成本。市政電網(wǎng)是功率較強(qiáng)的電網(wǎng)，雖然其抗干擾能力較好，但直接將其輸入水中是 非常危險(xiǎn)的。因而本實(shí)用新型的關(guān)鍵就是如何安全地利用市政電網(wǎng)的220V的50Hz市政 交流電檢測(cè)水位。市政電網(wǎng)的220V，50Hz交流電有兩條線路相線L和中線N。且市政電網(wǎng)在 輸電至用戶的配電箱下方均設(shè)置一根接地金屬樁，此樁與用戶的中線N是相連的，也就 是說中線N都與大地相連接。因而本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如圖2框圖所示接地電極與AC220V的中線N之間的虛線表示大地，通過大地和接地電極，容 器中的水就得到了兩種效應(yīng)第一，與市政交流輸電網(wǎng)的中線N相連；第二，已經(jīng)接 地，因而任何人員與容器中的水接觸都是安全的，不會(huì)有危險(xiǎn)。圖2中符號(hào)為J_的線路板地線在本實(shí)用新型中起到了兩種作用第一，常規(guī)作 用為線路板上的整流電路等電路提供公共地線，即線路板接地；第二、特殊作用當(dāng) 容器中的水浸沒采樣電極時(shí)，在AC220V負(fù)半周時(shí)，接地電極(或稱水中中線N)將通過 相關(guān)電路及該線路板地線與相線L連通；在AC220V正半周時(shí)，相線L也將通過相關(guān)電 路及該線路板地線與接地電極(或稱水中中線N)連通。因而在本實(shí)用新型中把AC220V交流電當(dāng)作檢測(cè)水位的交流信號(hào)源，而容器中 的水位相當(dāng)于接通或斷開信號(hào)源的開關(guān)，當(dāng)水位高于C時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)接通，采樣電路 開始采樣；當(dāng)水位低于C時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開，采樣電路停止采樣。下面結(jié)合圖2具體說明AC220V交流電經(jīng)降壓電路降壓，濾波穩(wěn)壓電路濾波和 穩(wěn)壓，為執(zhí)行電路提供了工作所需的直流電壓。當(dāng)水位高于C時(shí)，采樣電路獲取信號(hào)電流I并送至控制信號(hào)獲取電路，該控制信 號(hào)獲取電路將電流I轉(zhuǎn)換為控制電壓，送至執(zhí)行電路，執(zhí)行電路則對(duì)系統(tǒng)的相應(yīng)開關(guān)做出 開或關(guān)的操作。為了使采樣電極和接地電極內(nèi)流通的電流為交流電流，以避免流通直流電流帶 來的諸多缺陷。交流平衡電路則在AC220V正半周時(shí)(此時(shí)相線L為高電位，中線N為 低電位)輸出電流I'。電流I'在數(shù)值上與電流I相等，相位上相差180°，它們之間的 關(guān)系如圖3所示。若忽略整流二極管0.7V起始導(dǎo)通電壓的影響，以時(shí)間為橫軸，將I、 I'合在一起，則為50Hz的正弦波交流電流。圖3所示的正弦波交流電流就是采樣電極 和接地電極內(nèi)流通的電流。下面結(jié)合圖4所示的工作原理圖，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。圖4中，R1ZVCci為降壓電路，D1-D4為橋式整流電路，DWp C2為穩(wěn)壓濾 波電路，RL為執(zhí)行電路呈現(xiàn)的等效阻抗。R2、R3、C3、C4為控制信號(hào)獲取電路，R4、 D5、D6、D1, D3、R1ZVCq為采樣及交流平衡電路。[0029]AC220V的交流電壓經(jīng)R1ZVCtl降壓，橋式整流器整流和C1ZVC2濾波，DW1穩(wěn)壓 后，為執(zhí)行電路提供了穩(wěn)壓直流電源。當(dāng)容器中的水位高于A，AC200V處于負(fù)半周時(shí)(此時(shí)相線L為低電位，中線N 為高電位)，圖4中的電流I1按下述路徑流通
中線N—大地一接地電極一水一采樣電極一R4^D5 C3//C4^->R3-^R2
—D2—Ry/c?！嗑€ L。當(dāng)容器中的水位高于A，AC200V處于正半周時(shí)(此時(shí)相線L為高電位，中線N 為低電位)，圖4中的電流I2按下述路徑流通相線L — R1ZZC0 — D3 — Rl — D6 — R4 —采樣電極一水一接地電極一大地一中線N。本實(shí)用新型中，R4為高阻值電阻，并且R4遠(yuǎn)大于R3+R2，R4遠(yuǎn)大于Rl，因此I2 與I1數(shù)值上基本相等，相位差180°。若忽略二極管D5、D6、D2、D3的0.7V起始導(dǎo)通電壓的非線性影響，AC220V與 I2> I1的關(guān)系可由圖5表示。從圖5可以看出，采樣電極和接地電極中流通的是50Hz的 正弦波交流電流。且從圖4可以得出如下結(jié)論1、只要適當(dāng)選取R4、R3、R2的值，就可以獲取本實(shí)用新型需要的控制電壓U。2、水位高于A時(shí)，U>0，水位低于A時(shí)，作為側(cè)使用的信號(hào)源AC220V斷 開，則 I1 = 0，U = 0。3、有了控制信號(hào)U，后續(xù)的執(zhí)行電路就可以對(duì)相應(yīng)的開關(guān)做出開或關(guān)的控制。4、降壓電路R1ZVCtl,整流電路D1-D4以及執(zhí)行電路，除承擔(dān)降壓、整流、執(zhí)行 的功能外，還完成了溝通l·、I2的功能。5、AC220V在圖4中，有兩個(gè)輸入端口，一個(gè)是左邊的輸入端口，輸入AC220V
的目的是為執(zhí)行電路提供直流穩(wěn)壓電源。另一個(gè)是右邊輸入水中的隱形端口，目的是提 供檢測(cè)所需的交流信號(hào)源，這兩個(gè)輸入端口的公共線是相線L。

圖1為本實(shí)用新型原理方框圖；圖2為本實(shí)用新型中的電極電流波形圖；圖3為本實(shí)用新型的工作原理圖；圖4是交流市電和電極電流的對(duì)照波形圖；圖5是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的電路原理圖；圖7是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。但應(yīng)當(dāng)理解這里的說明并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。圖6是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的電路原理圖。如圖6所示，作為水位檢測(cè)信號(hào) 源的AC220V通過中線N —大地一接地電極引入(圖6中，中線N與E之間的虛線表示 大地)。當(dāng)水位低于D時(shí)，相當(dāng)于檢測(cè)用的信號(hào)源斷開。此時(shí)，ID、14、IG> I3均為零， 且UD = 0，U0 = Oo電壓比較器ICi、IC2的1端均為低電平，開關(guān)三極管Vi、V2均截 止，繼電器Je、Jd均無電流流過，它們各自的常閉觸點(diǎn)Ke、Kd均閉合接通。Kg, Kd閉合接通后，AC220V被施加到(1(1//117支路上，經(jīng)C1(1//R7降壓、 Dltl-D13全波整流、C8-C9濾波，Dw3穩(wěn)壓后，該直流電壓被施加到繼電器J3上，其常開觸 點(diǎn)K3閉合接通。由于Ke、KD、K3的閉合接通，AC220V被施加到負(fù)載(電磁閥、水泵等用電負(fù) 載，在本實(shí)施例中可以是水泵)上，負(fù)載(水泵)通電，開始泵水。當(dāng)水位高于D但低于G時(shí)，信號(hào)源AC220V信號(hào)源與低水位電極Ad接通，信號(hào) 源AC220V負(fù)半周時(shí)(中線N的電平高于相線L的電平)，電流Id按照以下路徑流通 中線N —大地一接地電極一水一低水位電極Ad — R23 — D18 — R22 — R21 — (線路板 地線)一Dltl — C5//R5 —相線 L。信號(hào)源AC220V正半周時(shí)(相線L的電平高于中線N的電平)，電流14按照以下 路徑流通相線L —C5//R5 —D7 —隊(duì)一Rl (開關(guān)三極管V2、R17、R18 > R19 > R2tl及電 壓比較器IC2所呈現(xiàn)的對(duì)線路板接地的等效電阻)J_ (線路板地線)一D19 — R23 —低水 位電極Ad —水一接地電極一大地一中線N。本實(shí)施例在選擇電路元件的參數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意到以下兩個(gè)方面第一，按 滿足Id = I4的條件(數(shù)值相等)，選擇電路元件；第二，為了不干擾V2與IC2的工作， 選擇ID、I4為微安級(jí)電流。由于Id流過R21，故其兩端產(chǎn)生電壓UD，當(dāng)Ud > U3時(shí)，電壓比較器IC2的1端 為高電平，V2導(dǎo)通，Jd通電，Kd斷開。由于K3、Ke仍為閉合導(dǎo)通狀態(tài)，故水泵繼續(xù)泵水。當(dāng)水位超過G時(shí)，Ie開始流通，在Ue > U2時(shí)，電壓比較器IC1輸出高電平， V1導(dǎo)通，繼電器Je通電，其常閉觸點(diǎn)Ke斷開，Ke的斷開使J3斷電，其常開觸點(diǎn)K3也 斷開，水泵斷電停止泵水，上水過程結(jié)束。在用水過程中，隨著水位下降，當(dāng)水位低于G時(shí)，Ie = 0，U0 = 0,電壓比較 器IC1輸出低電平，V1截止，繼電器Je斷電，其常閉觸點(diǎn)Ke復(fù)位接通，但此時(shí)K3、Kd 都為斷開狀態(tài)，故水泵仍斷電。當(dāng)水位繼續(xù)下降到D以下后，Id = 0，Ud = O,繼電器Jd斷電，Kd復(fù)位接通， K3閉合，水泵泵水。以上過程可以用表1總結(jié)。圖7是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的電路原理圖。如圖7所示，第二實(shí)施例控制水 位的過程及工作原理與第一實(shí)施例完全相同，所不同的是檢測(cè)用信號(hào)源的引入方式稍有 不同，第一實(shí)施例中由中線N—大地一接地電極引入，而第二實(shí)施例中則直接由中線N 引入。第二實(shí)施例中由于中線N與水連接，而交流電網(wǎng)的中線N與大地相連的，所以使用時(shí)是十分安全的。圖8是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的電路原理圖。如圖8所示，第三實(shí)施例控制水 位的過程及工作原理與第一實(shí)施例完全相同，所不同的是ID、^在人€220乂正半周時(shí)流 通，13、I4在負(fù)半周時(shí)流通。且第三實(shí)施例中檢測(cè)信號(hào)源由相線L經(jīng)C5//R5及R24降壓后引入水中，因此R24 必須用大阻值的電阻器，才能保證使用時(shí)的安全性。在水箱可以接地的場(chǎng)合，使用第一實(shí)施例較好，在水箱難以接地的場(chǎng)合，使用
第二或第三實(shí)施例較好。最后應(yīng)該說明，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型而并非限制本實(shí)用新型的技 術(shù)方案，所以，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在理解本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ) 上，可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或等同替換，但一切不脫離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍的 技術(shù)方案及改進(jìn)，均應(yīng)在本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電子式水位控制器，由降壓電路，整流電路，濾波穩(wěn)壓電路，執(zhí)行電路，控 制信號(hào)獲取電路，采樣及交流平衡電路，采樣電極，加熱容器組成，所述電子式水位控 制器使用市政交流電提供工作所需的電源電壓，其特征在于降壓電路和整流電路的輸入端與市政交流電電源相連接；整流電路的輸出端連接濾波穩(wěn)壓電路；濾波穩(wěn)壓電路的輸出端連接執(zhí)行電路；采樣電極與加熱容器絕緣后設(shè)置在加熱容器中，并由采樣電極而在加熱容器中預(yù)設(shè) 一個(gè)基準(zhǔn)水位；采樣電極的輸出端連接采樣及交流平衡電路，當(dāng)加熱容器中的水位高于或低于預(yù)設(shè) 基準(zhǔn)水位時(shí)，采樣及交流平衡電路獲取采樣電極的信號(hào)電流；采樣及交流平衡電路的輸出端連接控制信號(hào)獲取電路，采樣及交流平衡電路獲取的 采樣電極的信號(hào)電流被送至控制信號(hào)獲取電路，該控制信號(hào)獲取電路將電流轉(zhuǎn)換為控制 電壓；控制信號(hào)獲取電路連接執(zhí)行電路，執(zhí)行電路根據(jù)控制信號(hào)獲取電路送至執(zhí)行電路的 控制電壓，對(duì)系統(tǒng)的加熱開關(guān)做出開或關(guān)的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的電子式水位控制器，其特征在于其使用的市政交流電可以為AC220V的50Hz交流電。
3.如權(quán)利要求1所述的電子式水位控制器，其特征在于加熱容器中具有兩個(gè)采樣電極，其一為低水位電極，另一個(gè)為高水位電極。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電子式水位控制器，其使用市政交流電經(jīng)降壓電路降壓，濾波穩(wěn)壓電路濾波和穩(wěn)壓，為執(zhí)行電路提供工作所需的電源電壓，在加熱容器中預(yù)設(shè)一個(gè)基準(zhǔn)水位，當(dāng)加熱容器中的水位高于或低于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)水位時(shí)，采樣及交流平衡電路獲取采樣電極的信號(hào)電流并送至控制信號(hào)獲取電路，該控制信號(hào)獲取電路將電流轉(zhuǎn)換為控制電壓，送至執(zhí)行電路，執(zhí)行電路則對(duì)系統(tǒng)的加熱開關(guān)做出開或關(guān)的操作。其使用的市政交流電可以為AC220V的50Hz交流電。
文檔編號(hào)G05D9/12GK201796300SQ20102015849
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者汪孟金 申請(qǐng)人:寧波市鎮(zhèn)海華泰電器廠