专利名称：可带大功率负载的防爆水位控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电器领域，尤其涉及一种可带大功率负载的防爆水位控制器
背景技术：
水位控制器是一种广泛应用于工业循环水、环保水处理、电热水器、太阳能热水 器、农村自来水等领域的低压电器，其主要功能是自动控制水位。目前常用的电子式水位控 制器普遍存在以下的技术问题1、感应电极上流通的是直流电流，存在正极电腐蚀、负极结垢而导致的使用寿命 短和水质受金属离子污染的现象。2、负载能力差，只能带动电磁阀、交流接触器一类的小功率负载而不能带动电动 机之类的大功率负载，带动该类大功率负载还需另外的交流接触器。3、触点存在火花，不能在易爆的场合使用。4、只适用于控制自来水、江河水等普通水质的水位，不能控制GB17323-1998瓶装 饮水纯净水，GB6682-92高纯水的水位。发明内容本实用新型针对现有技术的缺陷而提供可直接带动大功率负载，可在易爆场合使 用的可带大功率负载的防爆水位控制器。一种可带大功率负载的防爆水位控制器，由存水容器，控制电路组成，存水容器中 设置有高水位电极和低水位电极以及接地电极；控制电路由降压电路，整流电路，滤波稳 压电路，执行电路，控制信号获取电路，采样及交流平衡电路组成；降压电路与市政220V， 50Hz的交流电连接而为所述防爆水位控制器供电；整流电路的输入端与降压电路的输出 端连接；滤波稳压电路的输入端与整流电路的输出端连接；滤波稳压电路的输出端连接执 行电路；采样及交流平衡电路与高水位电极和低水位电极分别连接，并连接到控制信号获 取电路的输入端；控制信号获取的输出端连接到执行电路。执行电路通过由电极送来的水位控制信号，对负载进行控制当存水容器中的水位低于低水位电极时，负载电路接通；当存水容器中的水位上升，高于低水位电极但低于高水位电极时，负载电路仍然 接通；当存水容器中的水位到达高水位电极时，负载电路断开；当存水容器中的水位下降，再次低于低水位电极时，负载电路再次接通。由采样及交流平衡电路为电极提供微安级的交流电流，从而避免了电极的腐蚀和 结垢。所述水位控制器还具有常闭按钮，只要当水位低于高水位电极时，按下该按钮，水 位控制器开始接通负载。该负载可以为水泵、电动机、电磁阀、交流接触器线包中的一种。[0017]本实用新型实现上述目的所采取的技术方案如图1所示。图1方案的思路为1、在水中插入的电极，在电极上通以微安级的交流信号，该电极将既不产生电腐 蚀，也不会结垢。2、市政220V的交流电在进入用户之前，已将中线(即N线)与大地可靠连接。只 要用适当的电路将此AC220V，50HZ的交流电引入水中，就可以成为信号检测所需要的50HZ交流信号源。3、把水位作为引入50HZ交流信号的开关，当水位高于D时，电极DD与交流信号源 接通，反之则断开；同理，当水位高于G时，电极DG与交流信号源接通，反之则断开。图1所示的技术方案中1、市政220V，50HZ的交流电经降压电路降压，整流电路整流、滤波稳压电路滤波 稳压后，为执行电路提供稳定的直流电压。2、以上的降压电路，整流电路，滤波稳压电路，执行电路除完成各自承担的常规任 务外，还通过虚线所表示的大地，共同为插入水中的电极提供检测所需要的微安级的交流 信号I和I'。3、当容器中的水位低于D时，高水位电极DG和低水位电极DD均未浸没在水中， 50HZ交流信号源与DG，DD断开，故I = I' = 0，执行电路不工作，即图1所示的整个系统 处于K1闭合、K2断开的初始状态，此时功率开关接通，负载起动(泵、电动机、电磁阀、交流 接触器线包等，为叙述方便，以下简称负载为泵)。4、水位上升但仍低于G时，由于K2仍为断开状态，故I = I' =0，泵继续通电抽 水。5、当水位到达G时，高水位电极DG和低水位电极DD均浸没在水中，均与50HZ交 流信号源接通。此时，当市政交流电为负半周(N线为高电位，L线为低电位)时，电流I按 N线一大地一E线一水一DG —系统电路一L线的路径流通并产生控制电压Utl，执行电路受 U0的控制而开始工作，导致K1断开，K2闭合，K1的断开又导致功率开关断开，使泵断电而停 止工作。在此过程中，如果不采取其他技术措施，水中仅有电流I流动，那么仍为直流的工 作原理，接地电极E将被电腐蚀，电极DG，DD上将结垢，水质将受金属离子污染。为避免上述情况的发生，本实用新型特别设计了 “采样及交流平衡电路”。由于该 电路的作用，在交流负半周时电流I流动，在交流正半周(L线的电位高于N线的电位)时 电流Γ按下述路径流动L线一系统电路一DG—水一Ε线一大地一N线。并且，I I'， 数值为数微安培。如果以时间为横轴，将I与Γ画在一起，则波形为图2所示的50ΗΖ的正 弦波。由此可知，浸没在水中的电极上流动的是数μ A级的交流电流。因此，电极既不会腐 蚀也不会结垢。6、泵停止工作后，当水位逐渐降至G以下，D以上时，由于低水位电极仍浸在水中， K2仍继续接通，I与I'仍继续流通，Utl仍继续存在，故K1仍断开，功率开关仍截止断开，泵仍停。7、当水位低于D时，DG、DD均露出水面，均与50ΗΖ交流信号源断开，导致I = I' =0,U0 = 0，故执行电路复位，系统回复到K1闭合，功率开关接通，泵工作，K2断开的起始状态。如此周而复始的工作，本实用新型可以控制水位在G(不溢出)与D(不缺水)之间。8、常闭按钮AN的作用当水位低于G时，无论任何时刻，只要按一次按钮，系统就 自动开启泵抽水，直至水位到达G，泵才自动停止。当水位由D向G上涨时，由于1(2是断开的，所以无论按或不按AN，系统均继续抽水， 直至水位到达G，泵自动停。水位处于G时，由于高水位电极DG已浸到水，所以不论按与不按AN，I、Γ、队均 存在，K1总是断开，所以按AN无效不起作用。当水位由G向D下降时，若不按ΑΝ，水位须降至D以下，泵才会启动。若此时用户 希望将水抽满，则只要按一次ΑΝ，系统即复位抽水，直至水位到达G，泵才停止抽水。采用本实用新型可以带来以下的有益效果即通过提供可直接带动大功率负载的 防爆水位控制器，从而克服了现有技术的缺陷，使得水位控制器可在易爆场合使用。
图1为本实用新型的原理方框图；图2为水位传感电极的电流波形图；图3为本实用新型第一实施例的电路原理图；图4为本实用新型第二实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细描述。但应当理解这里的说明并不构成对本 实用新型保护范围的限制。本实用新型第一实施例如图3所示，容器中的水通过接地线E与大地相连，市政电 网的N线通过大地(虚线所表示)和E线也与水相连。R1ZVCp R2//C2组成降压电路，以保 证系统用电的安全性。D1-D4组成电源桥式整流电路，R3为限流电阻，DWpCyC4组成稳压与 滤波电路。以上电路共同作用为执行电路提供稳定的直流电源。V1、继电器JUC1及它们的附属器件共同组成执行电路。继电器J有JK1UK2两组 触点。IC1S电压比较器，其端口 2、端口 3的输入阻抗极大，最小也有1000ΜΩ。因此，两个 端口之间，两个端口对线路地即丄之间，可以认为是互相隔离的，也就是说，端口 2与后续 的信号获取电路、采样及交流平衡电路也是互相隔离的，我们无须担忧Ip I2通过IC1的端 口 2、端口 3窜入IC1中。当端口 3的电压U3大于端口 2的比较电平U2时，端口 1输出高电 平，反之，当端口 3的电压U3小于端口 2的比较电平U2时，端口 1输出低电平。R8, R9, C5, C6, D6组成控制信号获取电路，二极管D6的单向导通特性，IC1的高输入 阻抗特性，可以防止交流平衡电流I2窜入本控制信号获取电路中。C5、C6组成对控制信号的 滤波电路，(6对11有平滑作用，可以保证在々022(^正半周、I1 = 0时，控制信号U3继续存 在。调整R6、R7的阻值，可以获得合适的比较电压，调整&為、Rltl的阻值，可以保证控制信 号I1到来时，U3大于U2。D6、D7、R1Q、JK2以及容器中的三个电极DG、DD、E共同组成采样及交流平衡电路。由 于D7的作用，AC220V负半周时，I1只能通过1 1(1、1 6的路径流通；同样，由于D6的作用，I2只 能通过D7、R1(1的路径流通。I2对检测而言是“无用”的电流，但为了保证E、DG、DD三个电极中的电流为“交流”，所以I2也必须存在，12被称为交流平衡电流。为保证系统其他电路正 常工作，I” I2必须非常小，为微安级。因此，I^ltl必须非常大，取兆欧级。Rltl采用大阻值电 阻的另一个作用是进入电极中的电流为微安级的微弱电流，可以确保人身安全。双向晶闸管Vs、双向二极管VinJK1及电阻R、电容C组成功率开关。当JKJ^合时， AC220V通过电阻R对电容C充电，当电容C上的电压高于双向二极管Vd的击穿电压时，电 容C就通过双向二极管Vd向双向晶闸管Vs的控制极放电，触发双向晶闸管Vs导通，负载泵 得电工作。当JK1断开时，双向晶闸管Vs无触发电流，便截止关断，泵停止工作。此种功率开关有以下优点第一，流过JK1的触发电流很小，只有数毫安，但流过负 载、双向晶闸管Vs的电流却可高达上百安培。第二，导通与关断时，无火花且动作快捷，适 宜在防爆防火的场合使用。本实施例的工作过程为1、当水位低于D时，电极DD、DG均未与50HZ交流信号源接通，所以I1 = I2 = 0，U3 = 0，JK2断，JK1通，双向晶间管Vs导通，泵通电工作。2、当水位高于D，但低于G时，I1 = I2 = 0，U3 = 0，JK2仍断，JK1仍通，双向晶闸管 Vs仍导通，泵继续通电工作。3、当液位到达G时，在AC220V 负半周信号电流I1按以下路径流通N 线一大地一E 线一水一DG — R10 -D6-R9-R8 —线路地丄一D4 — R1ZVC1 (降 压)一L线，由于I1的流动，使U3大于U2的条件成立，IC1的1端输出高电平,V1导通，继电 器线包J通电，JK1断，双向晶闸管Vs截止关断，泵停，同时JK2接通，电极DG、DD连接接通。 在该状态下，二极管D7反向偏置，交流平衡电流I2 = 0。在AC220V正半周时由于二极管D6处于反向偏置状态，故I1 = 0，但由于C5、C6已充满电，因此U3大于 U2的条件仍保持，V1仍导通，JK1仍断，双向晶间管Vs仍关断，JK2仍接通。此时，交流平衡电流I2按下述路径流通R4 ^ R5
R6 — R7 DW1线路板地丄一D7 — R10 — DG//DD水一E —大地一N至此，我们应注意到以下的情况第一，在AC220V负半周时流动的控制信号I1和在AC220V正半周流动的交流平 衡电流I2虽然路径略有不同，但由于Rltl是大阻值的电阻，I” I2的值主要由该Rltl决定，故 Ii I2。若以时间为横轴将Ip I2画在同一座标上，就是图2所示的正弦波交流电。因此， 三个电极上流动的是交流电流，不腐蚀，也不结垢。第二，本实用新型采用AC220V市政交流电作为检测用的信号源，由于市政交流电相对强大，稳定。因此，本实用新型抗干扰能力强，虚警或漏警率低。第三，由于Iiltl为高阻值电阻，I1U2为微安级电流，因此，它们的流动对路径中的电 路影响甚微，不会对这些电路的工作产生干扰。第四，由于Rltl为高阻值电阻，在容器中放置GB17323-1998瓶装饮用纯净水或 GB6682-92高纯水(二级)时，电极E与电极DG、DD之间呈现的阻抗远小于Rltl的阻值。因 此，本实用新型也可用于上述两种水的水位控制。以上叙述的是本实施例在水位由低水位D上涨至高水位G时的控制过程，下面叙 述水位由高水位G下降至低水位D时的控制过程1、当水位低于G但高于D时，贝2仍闭合，I1, I2继续流通，U3大于U2的条件仍成 立，JK1仍断，JK2仍通，双向晶间管Vs仍关断，泵仍停止。2、当水位下降至D以下时，系统复位，如此周而复始的工作，可以保持水位始终在 D与G之间。本实用新型第二实施例如图4所示，该实施例的控制过程与第一实施例相同，此 处不再重复。与第一实施例不同之处是功率开关。其功率开关由两个单向晶闸管VS1、VS2构 成。控制过程为当JK3闭合接通时，在AC220V的正半周，单向晶闸管Vs2的阳极A与阴极 K之间施加了反向电压，故其截止不导通，但其阴极K与控制极G之间存在一定的电阻，交流 正半周电压通过该电阻向单向晶闸管Vsi提供触发电流与电压，使其导通。同理，在AC220V 的负半周，单向晶间管Vsi截止，单向晶间管^2导通。而当JK3断开时，单向晶间管VS1、Vs2 均因得不到触发电流而截止关断。上述无触点的交流开关电路仅有数毫安的电流流过开关JK3,却能控制单向晶闸 管VS1、Vs2的通断，并可向负载提供数百安培的电流，且无火花、动作迅速，特别适合在防火 防爆的场合使用。本实用新型的功率开关也可以采用另外的扩容继电器J1，即当继电器J的触点闭 合时，扩容继电器J1的线包通电，其触点闭合，泵通电工作；反之，当继电器J的触点断开 时，导致扩容继电器J1断开，泵断电停止工作。扩容继电器J1为全密封的防爆型继电器，因此也可以在需防爆的场合使用。本实用新型重点采用了以下两项技术措施一、安全技术措施本实用新型采用220V、50HZ市政电压作为检测用的交流信号源引入水中，但采取 了以下方法，保证涉水人员的用电安全1、L线或N线端口用R、C降压网络降压。2、电极DG、DD均与大阻值电阻(图3中的1 1(1、图4中的1 19)连接，用此大阻值的 电阻进一步降压并限流。3、50HZ的检测信号源系通过浸在水中的接地线E线而引入水中，因此水是接地 的，可确保涉水人员的人身安全。水接大地后，本实用新型方可正常工作，否则，水中无50HZ的交流信号源，本实用 新型不能工作。此技术措施强制用户必须将水接大地。这样，可以确保电热水器一类高危 涉水电器的用水安全性。二、防爆技术措施[0079]1、流过手动按钮AN触点的电流为微安级的电流，触点通断时无火花发生。2、本实用新型的执行电路中包括一个双触点继电器，其一组触点用于控制水中低 水位电极与高水位电极之间的通与断，触点电流为微安级电流，无火花产生；另一组触点用 于控制晶闸管或另一继电器线包的导通与截止，触点电流为微安级电流，也不会产生火花。最后应该说明，以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型的技术 方案，所以，本领域的技术人员应当理解，虽然在理解本实用新型技术方案的基础上，可以 对本实用新型进行修改或等同替换，但一切不脱离本实用新型的实质和范围的技术方案及 改进，均应在本实用新型的权利要求所涵盖的范围内。
权利要求1.一种可带大功率负载的防爆水位控制器，由存水容器，控制电路组成，其特征在于 所述存水容器中设置有高水位电极和低水位电极以及接地电极；所述控制电路由降压电路，整流电路，滤波稳压电路，执行电路，控制信号获取电路，采 样及交流平衡电路组成；降压电路与市政220V，50Hz的交流电连接而为所述防爆水位控制器供电； 整流电路的输入端与降压电路的输出端连接； 滤波稳压电路的输入端与整流电路的输出端连接； 滤波稳压电路的输出端连接执行电路；采样及交流平衡电路与高水位电极和低水位电极分别连接，并连接到控制信号获取电 路的输入端；控制信号获取的输出端连接到执行电路。
2.如权利要求1中所述的可带大功率负载的防爆水位控制器，其特征在于由采样及交流平衡电路为电极提供微安级的交流电流，从而避免了电极的腐蚀和结垢。
3.如权利要求1中所述的可带大功率负载的防爆水位控制器，其特征在于所述水位控制器还具有常闭按钮，只要当水位低于高水位电极时，按下该按钮，水位控 制器开始接通负载。
专利摘要本实用新型涉及一种可带大功率负载的防爆水位控制器，由存水容器，控制电路组成，存水容器中设置有高水位电极和低水位电极以及接地电极；控制电路由降压电路，整流电路，滤波稳压电路，执行电路，控制信号获取电路，采样及交流平衡电路组成；降压电路与市政220V，50Hz的交流电连接从而为所述防爆水位控制器供电；整流电路的输入端与降压电路的输出端连接；滤波稳压电路的输入端与整流电路的输出端连接；滤波稳压电路的输出端连接执行电路；采样及交流平衡电路与高水位电极和低水位电极连接，并连接到控制信号获取电路的输入端；控制信号获取的输出端连接到执行电路。
文档编号G05D9/12GK201837899SQ20102020732
公开日2011年5月18日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者孙浙胜, 朱亮, 李玮, 汪孟金 申请人:宁波市镇海华泰电器厂