一种安全可靠的智能电子式真空引水控制器的制作方法

本发明涉及真空引水控制器技术领域，具体是指一种安全可靠的智能电子式真空引水控制器。

背景技术：

随着各个领域的技术水平不断提高，促进了泵站技术的飞速发展。现在的泵站已经脱离了以前那种粗犷的管理模式，正在向着自动化、安全化、可靠化、节能化发展。所以，要求泵站的控制技术有一个真正的实际提升。离心泵站机组自动抽真空开机系统就是其中最重要的例证。离心式水泵启动前应将进水流道和泵体内充满水，通过叶轮旋转产生的离心力作用形成从水泵的进水口到出水口连续的水流，离心泵的启动过程完毕，进入正常的运行过程。一般多数泵站采用真空管路加装真空引水控制器与机组主电机控制开关联动的启动方法。

虽然现有的离心机启动有了一定的自动化程度，但是，由于结构特点和整个系统的精度和可靠度的要求，影响了泵站工作的实际效果。具体地，由于真空泵工作前泵体内应有一定高度的水，通过叶轮旋转产生离心力的作用，在泵体壁上形成水环，使离心泵能够不断均匀地游进气管将气体转送到排气管排出。由于水在工作时会发热，一部分水和气体一起呗排出，工作中需要不断地补充冷水，以冷却和补充泵内被消耗的水。为了保证真空泵转动部分的严密性，使得外部空气不进入泵内和泵内气体不能外出，在轴套和瓦架间装有填料函，填料函内装有填料，需要干净的冷水进行润滑和冷却。一旦真空泵污水启动或供水中断，将造成真空泵叶轮和填料损坏，不能抽真空或填料损坏漏气，造成机组不能启动。

此外，现有的真空引水控制器还存在真空临界点引水控制器误动或真空形成后拒动问题。真空引水控制器的大致结构为金属管内置干簧管节点和磁性浮漂，当泵体和管路内有气体存在时，此时浮漂不移动，干簧管内接点处于常开状态。当泵体和管路内充满水且空气被排出后，真空引水控制器内充水，此时浮漂浮起，干簧管常开接点闭合，发出开机信号，启动主机组。由于水泵内即将达到真空临界点时，管路中的气水混合物进入真空引水控制器，托起内部浮子，接通引水接点，启动真空形成并启动电器，进而接通主机组开机回路，造成不完全真空的情况下主机组误启动，水泵不能出水，从而增加了机组的启动次数，降低了自动开机的成功率；由于真空引水控制器使用时间过长、内部锈蚀、杂物堵塞，造成其内此行浮漂不能上浮，真空形成后引水接点不能闭合，不能正常开机启动。

基于此，现在的离心泵自动开机系统存在一定的不足，需要加以改进，以达到系统稳定、工作可靠、操作方便快捷的要求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种安全可靠的智能电子式真空引水控制器，在真空泵缺水时及时补水，精确测量真空管道内液体流量数值，判断真空度，以便正确发出开机指令，避免误动和拒动。

为了实现上述目的，本发明具有如下构成：

本发明提供了一种安全可靠的智能电子式真空引水控制器，所述控制器包括流量开关装置和水位检测装置，所述流量开关装置用于根据泵站中真空管路中流体流速自动控制泵站主机组的开启，所述水位检测装置用于检测泵站中气液分离器处的水位，并根据水位检测结果控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀；

所述流量开关装置包括惠斯通电桥检测单元和微处理单元，所述惠斯通电桥检测单元将所述泵站中真空管路中流体流速转换为电压信号，所述微处理单元于所述电压信号达到预设电压阈值时向所述泵站主机组开启回路发送开启信号；

所述水位检测装置包括电子水位计和水位控制单元，所述电子水位计检测所述泵站中气液分离器处的水位，所述水位控制单元读取所述电子水位计的检测数据，于水位数据小于预设水位阈值时，控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀开启，进行补水。

可选地，所述惠斯通电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和加热元件，所述第一电阻和第二电阻为热敏电阻，所述加热元件对所述第二电阻进行加热，所述第一电阻和第三电阻串联后与串联的第二电阻和第四电阻并联，通过检测所述第一电阻和第二电阻之间的温度差检测所述真空管路中的流体流态。

可选地，所述第一电阻和所述第三电阻之间为c节点，所述第二电阻和所述第四电阻之间为b节点，所述c节点和b节点分别连接一放大器的两个输入端，所述放大器的输出端经模数转换器后连接所述微处理单元的输入端。

可选地，所述电子水位计为电极式水位开关、悬绳式水位开关和电容式电子水位开关。

可选地，所述电子水位计为电极式水位开关，所述电极式水位开关包括第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极，所述第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极分别设置于所述气液分离器内部的不同高度，且高度依次升高，所述水位控制单元根据所述电子水位计的输出数据判断水位低于第二探测电极时，控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀打开，进行补水，所述水位控制单元根据所述电子水位计的输出数据判断水位高于第三探测电极时，控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀关闭，停止补水，所述水位控制单元根据所述电子水位计的输出数据判断水位低于第一电极时，控制所述泵站的真空泵控制回路断开，使得真空泵停止运行。

可选地，所述第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极分别为不锈钢圆钢制作的电极，所述第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极分别通过一绝缘板固定于所述气液分离器上。

可选地，所述水位控制单元包括九个端子，第一端子、第七端子和第八端子分别连接于所述第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极，第二端子和第四端子为第一继电器的常开点，控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀，第三端子和第九端子为第二继电器的常开点，控制所述真空泵控制回路，第五端子和第六端子接电源。

可选地，所述第二继电器串联于所述真空泵控制回路中。

可选地，所述流量开关装置还包括延时控制模块和输出控制模块；

所述微处理单元获取到所述模数转换器输出的电压信号时，判断所述电压信号是否达到预设阈值，如果未达到，则所述微处理单元控制所述延时控制模块开始计时，且计时范围内，所述微处理单元不向所述输出控制模块发出控制信号，所述微处理单元判断所述电压信号低于预设阈值时，控制所述延时控制模块停止计时，并将计时清零，所述延时控制模块计时达到预设时间阈值时，所述微处理单元向所述输出控制模块发出控制信号，所述输出控制模块向泵站的主机组的自动开机回路发出开机信号，启动所述主机组。

可选地，所述流量开关装置的工作电源连接于真空管路的电磁阀线圈，且所述流量开关装置与所述真空管路的电磁阀线圈并联。

因此，本发明采用电子技术，在真空泵气液分离器上根据真空泵启动运行所需条件，安装电子水位计，控制真空泵进水电磁阀和开机回路，保证达到真空泵缺水时及时补水，监视控制气液分离器在设定时间内未能补水时真空泵停机；精确测量真空管道内液体流量数值，判断真空度，以便正确发出开机指令，避免误动和拒动，从而提供一种灵敏度高、便于安装、推广性好、真空临界点控制精准的真空引水控制器。

附图说明

图1为本发明一实施例的安全可靠的智能电子式真空引水控制器的结构框图；

图2为本发明一实施例的水位控制单元的结构示意图；

图3为本发明一实施例的电子水位计的结构示意图；

图4为本发明一实施例的流量开关装置的检测单元的电路示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

为了实现精准的水位测量，本发明增加了一个精确的水位检测装置。因为真空泵的结构和系统组成局限，真空泵补水只能依靠真空气液分离器，真空气液分离器是一个封闭的金属容器，下部引出真空泵进水管路，上部为真空泵出水管路和排气管路。因此，水位测量优选装在真空气液分离器上。由于传统的水位测量装置大多为浮漂磁钢配合干簧管工作，达到检测水位的目的。但是，由于真空气液分离器体积小，真空泵出口与之相接，真空过程中产生的气水混合物对液面和浮子不断地产生冲击使得浮子上下跳动，造成测量不准确和控制波动，不能使真空系统正常工作，甚至造成真空泵电机反复启动，冲击系统，影响机组使用寿命。因此，必须匹配一套检测灵敏度高，工作稳定可靠，抗干扰能力强，结构简单，耐腐蚀性强的水位控制系统。据此，本发明增加了电子式水位计。由于电子式水位计具有体积小、结构紧凑、安装使用范围广、灵敏度高、工作稳定可靠、安全系数高等优点。因此，适合安装在真空泵气液分离器上，作为离心泵抽真空开机系统的组成部分。

电子式水位计中的继电器输出开关量可以控制气液分离器进水管路中的电磁阀，真空泵控制回路中的真空泵开机回路，一达到缺水情况及时补水，缺水一段时间仍得不到补充则停机，有效保证真空泵润滑和冷却用水。

由于真空引水控制器的主要任务是判断水泵内的充水状态，所以，可以把水泵内的充水状态转变为判断真空管路中的液体流量。当水泵中充水未满时，管路中为空气流动；当水泵内充水已满时，真空管路中为水的流动。由于水泵的结构和管路安装等原因，水泵在抽真空过程中，环境中的空气沿水泵密封处和管道泄露处进入泵体，抽出的空气量大于泄露的空气量，所以，泵体内的空气逐渐减少，水逐渐增多，另外，水泵内的水随着抽真空的进行，进入泵体内的水还会产生一定的震荡，在达到一定的程度的时候，会随着抽出的空气一起，进入真空管路中，形成气水混合物，这就是水泵的真空临界点，也就是假真空或不完全真空。若此时启动水泵，水泵运转后不会正常出水，造成机组启动失败。这也就是现有技术中水泵机组容易启动失败的原因。

如图1所示，基于将判断水泵中真空程度归结为判断真空管路中的水的流量的思路，以及基于在气液分离器上进行水位检测的思路，本发明提供了一种安全可靠的智能电子式真空引水控制器，所述控制器包括流量开关装置和水位检测装置，所述流量开关装置用于根据泵站中真空管路中流体流速自动控制泵站主机组的开启，所述水位检测装置用于检测泵站中气液分离器处的水位，并根据水位检测结果控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀；

所述流量开关装置包括惠斯通电桥检测单元和微处理单元，所述惠斯通电桥检测单元将所述泵站中真空管路中流体流速转换为电压信号，所述微处理单元于所述电压信号达到预设电压阈值时向所述泵站主机组开启回路发送开启信号；

所述水位检测装置包括电子水位计和水位控制单元，所述电子水位计检测所述泵站中气液分离器处的水位，所述水位控制单元读取所述电子水位计的检测数据，于水位数据小于预设水位阈值时，控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀开启，进行补水。

因此，本发明能够可靠探测和反应真空泵的充水状况，并能够具有控制真空气液分离器低水位自动补水、高水位自动断水的功能，而且当低水位情况下，断开真空泵控制回路。所以，该水位检测装置工作可靠，并且需要满足抗腐蚀性和抗干扰能力强的特点，安全系数高。

在该实施例中，所述电子水位计为电极式水位开关、悬绳式水位开关和电容式电子水位开关。悬绳式水位开关是利用膜片带动触点原理，当水位达到动作水位时，橡胶膜受压，带动膜片动作，由常开变为常闭，接通采样电路，信号经专用整流滤波处理和放大，变成一个强脉冲，进入内置的微处理系统，发出开关信号，经继电器或三极管，驱动外围电路。悬绳式水位开关具有特性：耐污、耐倾摇、耐酸碱、不怕磁场影响、不怕金属体影响、不怕水压变化影响、不怕光线影响，无盲区，外部无可动部件，不怕漂浮物的影响的特点。但是，普遍造价较高，限制了应用的范围。

电容式电子水位开关是利用电极与金属桶壁两者间的介质所构成一个电容器，然后施加一高频信号在电极，该电极会有一微小电流经由介质回到桶壁(接地端)，电极上物位变化，也会使物位计的电流信号高低比例变化。缺点是造价高、使用成本大、容易造成积垢和堵塞，影响测量效果。

电极式水位开关是一种新型的液位控制器，由于其灵敏度可调，所以对低电导率的液体具有极强的抗结垢能力。电极式液位控制器是利用液体的导电性来侦测液位高低。该控制器可以通过测量电极与导电液体的接触，连通控制电路的电流，再由控制电路把这个电流信号转换为继电器的触点开关输出，从而实现了对液位的传感和控制，其安装调试简单、运行可靠、价格低廉，可通过灵敏度调整适应不同电导率的液体，对于较低电导率的液体具有极强的抗结垢能力。

如图2和图3所示，在该实施例中，所述电子水位计为电极式水位开关。电极式水位开关通过电极接触真空引水控制器内的水，电极从断开状态变为串接水体电阻形成通路，产生电信号，经电气控制回路使控制器内的继电器工作，最后输出开关信号，使得真空气液分离器中的水得到控制。

所述电极式水位开关包括第一探测电极e1、第二探测电极e2和第三探测电极e3，所述第一探测电极e1、第二探测电极e2和第三探测电极e3分别设置于所述气液分离器内部的不同高度，且高度依次升高，所述水位控制单元根据所述电子水位计的输出数据判断水位低于第二探测电极e2时，需要补水，控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀打开，进行补水，所述水位控制单元根据所述电子水位计的输出数据判断水位高于第三探测电极e3时，不需要补水，此时控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀关闭，停止补水，所述水位控制单元根据所述电子水位计的输出数据判断水位低于第一电极e1时，控制所述泵站的真空泵控制回路断开，使得真空泵停止运行，从而保护真空泵，防止它在缺水的状态下运行。

本发明能够可靠探测和反应真空泵的充水状况，并能够具有控制真空气液分离器低水位自动补水、高水位自动断水，而且当低水位情况下，断开真空泵控制回路。

如图4所示，在该实施例中，所述惠斯通电桥包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和加热元件r，所述第一电阻r1和第二电阻r2为热敏电阻，所述加热元件r对所述第二电阻r2进行加热，所述第一电阻和第三电阻串联后与串联的第二电阻和第四电阻并联，通过检测所述第一电阻和第二电阻之间的温度差检测所述真空管路中的流体流态。由于惠斯通电桥的高可靠性，决定了流量传感器的稳定性和可靠性，在此基础上进行相应的优化设计和组合，可以制作出结构紧凑、安装方便、耐腐蚀性强、工作稳定、有较强的抗震和抗干扰能力、灵敏度高、输出稳定、线性好、适用范围广的真空引水控制器。

在该实施例中，所述第一电阻和所述第三电阻之间为c节点，所述第二电阻和所述第四电阻之间为b节点，所述c节点和b节点分别连接一放大器的两个输入端，所述放大器的输出端经模数转换器后连接所述微处理单元的输入端。上电后，加热元件r工作，导致两个标准电阻r1、r2之间产生温度差。当介质不流动时，这个差值是恒定的。如果介质流动，加热元件r上的热量将被带走，并且温度降低。两个热敏电阻：第一电阻r1和第二电阻r2的电压的变化会使测量电桥上b、c的电压也立即变化。电压的变化表示实时流速的变化。

在该实施例中，所述第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极分别为不锈钢圆钢制作的电极，所述第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极分别通过一绝缘板固定于所述气液分离器上。

在该实施例中，所述水位控制单元包括九个端子，第一端子、第七端子和第八端子分别连接于所述第一探测电极、第二探测电极和第三探测电极，第二端子和第四端子为第一继电器的常开点，控制所述气液分离器的进水管路的电磁阀，第三端子和第九端子为第二继电器的常开点，控制所述真空泵控制回路，第五端子和第六端子接电源。进一步地，所述第二继电器串联于所述真空泵控制回路中，以实现对真空泵控制回路的通断的控制。

在该实施例中，所述流量开关装置还包括延时控制模块和输出控制模块；所述微处理单元获取到所述模数转换器输出的电压信号时，判断所述电压信号是否达到预设阈值，如果未达到，则所述微处理单元控制所述延时控制模块开始计时，且计时范围内，所述微处理单元不向所述输出控制模块发出控制信号，所述微处理单元判断所述电压信号低于预设阈值时，控制所述延时控制模块停止计时，并将计时清零，所述延时控制模块计时达到预设时间阈值时，所述微处理单元向所述输出控制模块发出控制信号，所述输出控制模块向泵站的主机组的自动开机回路发出开机信号，启动所述主机组。可控的延时控制模块有效地克服了假水位造成的控制误动作，使得控制更加可靠，还可以克服液体的泡沫所造成的假液体位的影响。

在该实施例中，所述流量开关装置的工作电源连接于真空管路的电磁阀线圈，且所述流量开关装置与所述真空管路的电磁阀线圈并联。由于该流量开关装置本身并没有使用电感元件，所以，不会受到主电机的磁场影响，增加了抗干扰性能。该流量开关装置的控制部分和检测部分高度集成，采用ac200v供电，增加适用范围，减少了输出电缆的芯数。在该实施例中，所述流量开关装置的工作电源连接于真空管路的电磁阀线圈，且所述流量开关装置与所述真空管路的电磁阀线圈并联。

在该实施例中，所述流量开关装置设置于所述泵站的水泵的蜗壳顶部的抽真空出口管路的顶端，所述第一电阻和第二电阻设置于所述抽真空出口管路中。具体地，在管路的顶端和真空管路的电磁阀线圈的通路上，安装真空引水控制器，其200v交流电源并接于与之相通的电磁阀线圈上，与电磁阀同时工作，检测水泵内的真空形成情况，适时准确地发出开机信号，保证开机成功率。该实施例采用交变电压给电极供电，克服了直流电压供电所产生的电蚀现象，有效地提高了电极的寿命，降低了运行维度费用。

由于所述流量开关装置安装在机组的水泵蜗壳顶部抽真空出气口，要直接承受水泵的震动考验。管道安装的接口要有足够的强度，因此，所述真空引水控制器的外壳采用全合金，整体成型，无活动部件，实现了免维护。考虑到真空引水控制器的探头直接与管道内的水体接触，而且探头为主要感温测量元件，所以，要求选用导热好、耐腐蚀性强的1gr18ni9ti优质奥氏不锈钢材质。

该真空引水控制器的运行环境空气湿度大，夏季电机运转产生的热量造成环境温度很高，因此，该实施例采用内置发热模块，对内部每只电阻都进行温度补偿，保障了各个电阻的工作一致性，避免温度漂移带来的误差。

本发明采用电子技术，在真空泵气液分离器上根据真空泵启动运行所需条件，安装电子水位计，控制真空泵进水电磁阀和开机回路，保证达到真空泵缺水时及时补水，监视控制气液分离器在设定时间内未能补水时真空泵停机；精确测量真空管道内液体流量数值，判断真空度，以便正确发出开机指令，避免误动和拒动，从而提供一种灵敏度高、便于安装、推广性好、真空临界点控制精准的真空引水控制器。

现有的真空开机系统开机成功率很低，根据历史数据统计，此类真空开机系统的开机成功率只有35％～40％，因此有时开启一台泵要开三次甚至三次以上才能成功开启，开启一次要耗电78度，开启三次就要耗电234度，每度电按照0.8元计算，需要187.2元。由此可见，多开两次机就要多耗费124.8元钱。一年一台泵要开50次，就可能浪费6240元。在泵数量很大时，造成的经济损失则更大。此外，多次开机也增加了泵站机组的冲击损耗，每次启动都对电机、水泵以及管路产生很大的冲击，降低了机组和真空系统有效的使用寿命，增加了维修成本。由于启动时间延长，也降低了供水保障率。由于泵站与用户之间为刚性供水，中间又有中继泵站，推迟开机时间将影响整体供水的协调性。而通过本发明的智能化电子式真空引水控制器，保证一次就可以开启成功，一台泵一年至少可以节省6000多元，大大降低了成本。并且本发明的真空引水控制器中结构稳定，安装方便，维修简单，即可以降低采购成本，也可以大大节省后期维护和维修的费用，具有很好的市场前景。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。