专利名称：电子式水位控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种电子式水位控制器。
背景技术：
水位控制器是一种应用十分广泛的自动化器件，在工业循环水、污水处理、食品加 工、化学工业、汽车工业、太阳能热水器等领域都有大量的应用，在自来水尚未普及的中西 部农村，屋顶水箱更是用其来控制水箱的水位。公知的水位控制方法主要有两种一种是浮子开关，利用浮子随水位的高低作上 下机械运动来控制水位。这种浮子开关的缺点是水中粘性水垢会影响浮子上下运动，使水 位控制系统产生控制错误。另一种是直流电水位控制系统，即利用变压器对220V市政交流电进行降压和隔 离，再利用整流电路将降压后的交流电变成直流电，将电极放入水中，利用水位的高低来控 制电路通断，从而检测和控制水位。但直流控制法存在以下问题1、电镀效应正电极在水 中不断地被消耗；2、负电极上会结上不导电的水垢，使得系统失灵；3、正电极会向水中释 放金属离子，影响水质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是针对上述现有技术的不足，而提供一种直接使用 市政电网AC220V的50Hz交流电的电子式水位控制器。本发明所采用的技术方案如下市政电网使用的是AC220V的50Hz的交流电，可以采用此现成的交流电来检测水 位，这种方法的优点为1、相对于机械结构的浮子开关，而对包含粘性物质的水中具有更高 的使用可靠性；2、相对于直流电水位控制系统，不会引起系统失灵，对水质无任何影响，提 高了可靠性，降低了成本。市政电网是功率较强的电网，虽然其抗干扰能力较好，但直接将其输入水中是非 常危险的。因而本发明的关键就是如何安全地利用市政电网的220V的50Hz市政交流电检 测水位。市政电网的220V，50Hz交流电有两条线路相线L和中线N。且市政电网在输电至 用户的配电箱下方均设置一根接地金属桩，此桩与用户的中线N是相连的，也就是说中线N 都与大地相连接。因而本发明采取的技术方案如图2框图所示接地电极与AC220V的中线N之间的虚线表示大地，通过大地和接地电极，容器中 的水就得到了两种效应第一，与市政交流输电网的中线N相连；第二，已经接地，因而任何 人员与容器中的水接触都是安全的，不会有危险。图2中符号为_L的线路板地线在本发明中起到了两种作用第一，常规作用为 线路板上的整流电路等电路提供公共地线，即线路板接地；第二、特殊作用当容器中的水浸没采样电极时，在AC220V负半周时，接地电极(或称水中中线N)将通过相关电路及该线 路板地线与相线L连通；在AC220V正半周时，相线L也将通过相关电路及该线路板地线与 接地电极(或称水中中线N)连通。因而在本发明中把AC220V交流电当作检测水位的交流信号源，而容器中的水位 相当于接通或断开信号源的开关，当水位高于C时，相当于开关接通，采样电路开始采样； 当水位低于C时，相当于开关断开，采样电路停止采样。下面结合图2具体说明AC220V交流电经降压电路降压，滤波稳压电路滤波和稳 压，为执行电路提供了工作所需的直流电压。当水位高于C时，采样电路获取信号电流I并送至控制信号获取电路，该控制信号 获取电路将电流I转换为控制电压，送至执行电路，执行电路则对系统的相应开关做出开 或关的操作。为了使采样电极和接地电极内流通的电流为交流电流，以避免流通直流电流带来 的诸多缺陷。交流平衡电路则在AC220V正半周时(此时相线L为高电位，中线N为低电位) 输出电流Γ。电流Γ在数值上与电流I相等，相位上相差180°，它们之间的关系如图3 所示。若忽略整流二极管0.7V起始导通电压的影响，以时间为横轴，将1、1'合在一起，则 为50Hz的正弦波交流电流。图3所示的正弦波交流电流就是采样电极和接地电极内流通 的电流。下面结合图4所示的工作原理图，进一步说明本发明。图4中，R1ZVCtl为降压电路，D1-D4为桥式整流电路，Dff1,C1,C2为稳压滤波电路，RL 为执行电路呈现的等效阻抗。R2、R3> c3、C4为控制信号获取电路，R4、D5、D6、D1, D3> R1ZVCtl为 采样及交流平衡电路。AC220V的交流电压经R1ZVCtl降压，桥式整流器整流和C1ZVC2滤波，DW1稳压后，为 执行电路提供了稳压直流电源。当容器中的水位高于A，AC200V处于负半周时(此时相线L为低电位，中线N为高 电位)，图4中的电流I1按下述路径流通
中线N—大地一接地电极一水一采样电极D5 C3//C4滤:波一R3—R2 一02—见//(。一相线1。当容器中的水位高于A，AC200V处于正半周时(此时相线L为高电位，中线N为低 电位)，图4中的电流I2按下述路径流通相线L — R1ZVCtl — D3 — & — D6 — R4 —采样电极一水一接地电极一大地一中线
N0本发明中，R4为高阻值电阻，并且R4远大于R3+R2，R4远大于Rl，因此I2与I1数值 上基本相等，相位差180°。若忽略二极管D5, D6, D2, D3的0. 7V起始导通电压的非线性影响，AC220V与12、I1 的关系可由图5表示。从图5可以看出，采样电极和接地电极中流通的是50Hz的正弦波交 流电流。且从图4可以得出如下结论1、只要适当选取R4、R3、R2的值，就可以获取本发明需要的控制电压U。2、水位高于A时，U > 0，水位低于A时，作为侧使用的信号源AC220V断开，则I1 =0，U = 0。3、有了控制信号U，后续的执行电路就可以对相应的开关做出开或关的控制。4、降压电路R1ZVCtl,整流电路D1-D4以及执行电路，除承担降压、整流、执行的功能 外，还完成了沟通I1U2W功能。 5、AC220V在图4中，有两个输入端口，一个是左边的输入端口，输入AC220V的目 的是为执行电路提供直流稳压电源。另一个是右边输入水中的隐形端口，目的是提供检测 所需的交流信号源，这两个输入端口的公共线是相线L。
图1为本发明原理方框图；图2为本发明中的电极电流波形图；图3为本发明的工作原理图；图4是交流市电和电极电流的对照波形图；图5是本发明第一实施例的电路原理图；图6是本发明第二实施例的电路原理图；图7是本发明第三实施例的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述。但应当理解这里的说明并不构成对本发明 保护范围的限制。图6是本发明第一实施例的电路原理图。如图6所示，作为水位检测信号源的 AC220V通过中线N —大地一接地电极引入(图6中，中线N与E之间的虚线表示大地)。当水位低于D时，相当于检测用的信号源断开。此时，^^^込均为零，且队= 0，Ue = 0。电压比较器ICi、IC2的1端均为低电平，开关三极管V1、V2均截止，继电器Je、Jd 均无电流流过，它们各自的常闭触点Ke、Kd均闭合接通。KG,Kd闭合接通后，AC220V被施加到C1(1//R7支路上，经C1(1//R7降压、Dltl-D13全波整 流、C8-C9滤波，Dff3稳压后，该直流电压被施加到继电器J3上，其常开触点K3闭合接通。由于Ke、KD、K3的闭合接通，AC220V被施加到负载(电磁阀、水泵等用电负载，在本 实施例中可以是水泵)上，负载(水泵)通电，开始泵水。当水位高于D但低于G时，信号源AC220V信号源与低水位电极Ad接通，信号 源AC220V负半周时(中线N的电平高于相线L的电平)，电流Id按照以下路径流通中 线N —大地一接地电极一水一低水位电极Ad — R23 — D18 — R22 — R21 — 1 (线路板地 线)一Dltl — C5//R5 —相线 L。信号源AC220V正半周时(相线L的电平高于中线N的电平)，电流I4按照以下路 径流通相线L — C5//R5 — D7 — R6 — RJ开关三极管V2、R17、R18> R19、R2。及电压比较器IC2 所呈现的对线路板接地的等效电阻)1 (线路板地线)一D19 — R23 —低水位电极Ad — 水一接地电极一大地一中线N。本实施例在选择电路元件的参数时，应当特别注意到以下两个方面第一，按满足 Id = I4的条件(数值相等)，选择电路元件；第二，为了不干扰V2与IC2的工作，选择ID、I4为微安级电流。由于Id流过R21，故其两端产生电压UD，当Ud > U3时，电压比较器IC2的1端为高 电平，V2导通，Jd通电，Kd断开。由于K3、Ke仍为闭合导通状态，故水泵继续泵水。当水位超过G时，Ie开始流通，在Ue > U2时，电压比较器IC1输出高电平，V1导通， 继电器Je通电，其常闭触点Ke断开，Kg的断开使J3断电，其常开触点K3也断开，水泵断电 停止泵水，上水过程结束。在用水过程中，随着水位下降，当水位低于G时，Ie = 0,UG = 0，电压比较器IC1输 出低电平，V1截止，继电器Je断电，其常闭触点Ke复位接通，但此时K3、KD都为断开状态，故 水泵仍断电。当水位继续下降到D以下后，Id = 0，UD = 0，继电器Jd断电，Kd复位接通，K3闭合， 水泵泵水。以上过程可以用表1总结。
权利要求
一种电子式水位控制器，其使用市政交流电经降压电路降压，滤波稳压电路滤波和稳压，为执行电路提供工作所需的电源电压，其特征在于在加热容器中预设一个基准水位，当加热容器中的水位高于或低于预设基准水位时，采样及交流平衡电路获取采样电极的信号电流并送至控制信号获取电路，该控制信号获取电路将电流转换为控制电压，送至执行电路，执行电路则对系统的加热开关做出开或关的操作。
2.如权利要求1所述的电子式水位控制器，其特征在于 其使用的市政交流电可以为AC220V的50Hz交流电。
3.如权利要求1所述的电子式水位控制器，其特征在于当加热容器中的水位高于预设基准水位时，开关接通，采样电路开始采样。
4.如权利要求1所述的电子式水位控制器，其特征在于当加热容器中的水位低于预设基准水位时，开关断开，采样电路停止采样。
5.如权利要求1所述的电子式水位控制器，其特征在于加热容器中具有两个采样电极，其一为低水位电极，另一个为高水位电极。
6.如权利要求5所述的电子式水位控制器，其特征在于(1)当加热容器中的水位低于低水位电极时，负载通电；(2)当加热容器中的水位高于低水位电极且低于高水位电极时，负载通电；(3)当加热容器中的水位高于高水位电极时，负载断电；(4)当加热容器中的水位由高到低再次到达高于低水位电极且低于高水位电极时，负 载断电；(5)当加热容器中的水位低于低水位电极时，负载再次通电，并重复步骤(2)-(4)。
全文摘要
本发明涉及一种电子式水位控制器，其使用市政交流电经降压电路降压，滤波稳压电路滤波和稳压，为执行电路提供工作所需的电源电压，在加热容器中预设一个基准水位，当加热容器中的水位高于或低于预设基准水位时，采样及交流平衡电路获取采样电极的信号电流并送至控制信号获取电路，该控制信号获取电路将电流转换为控制电压，送至执行电路，执行电路则对系统的加热开关做出开或关的操作。其使用的市政交流电可以为AC220V的50Hz交流电。
文档编号G05D9/12GK101937239SQ20101014634
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14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