专利名称：电子式水位控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
发明内容本实用新型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。本实用新型所采用的技术方案如下一种电子式水位控制器，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，采样电极，加热容器组成，所述电子式水位 控制器使用市政交流电提供工作所需的电源电压，其特征在于降压电路和整流电路的输入端与市政交流电电源相连接；整流电路的输出端连接滤波稳压电路；滤波稳压电路的输出端连接执行电路；采样电极与加热容器绝缘后设置在加热容器中，并由采样电极而在加热容器中 预设一个基准水位；采样电极的输出端连接采样及交流平衡电路，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；采样及交流平衡电路的输出端连接控制信号获取电路，采样及交流平衡电路获 取的采样电极的信号电流被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；控制信号获取电路连接执行电路，执行电路根据控制信号获取电路送至执行电 路的控制电压，对系统的加热开关做出开或关的操作。优选地，其使用的市政交流电可以为AC220V的50Hz交流电。[0016]优选地，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。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。因而本实用新型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。因而本实用新型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J_的线路板地线在本实用新型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。因而在本实用新型中把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I'。电流I'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I、 I'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，进一步说明本实用新型。图4中，R1ZVCci为降压电路，D1-D4为桥式整流电路，DWp 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、R1ZVCq为采样及交流平衡电路。[0029]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一R4^D5 C3//C4^->R3-^R2
—D2—Ry/c。—相线 L。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 — R1ZZC0 — D3 — Rl — D6 — R4 —采样电极一水一接地电极一大地一中线N。本实用新型中，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 I2> 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，就可以获取本实用新型需要的控制电压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l·、I2的功能。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为本实用新型原理方框图；图2为本实用新型中的电极电流波形图；图3为本实用新型的工作原理图；图4是交流市电和电极电流的对照波形图；图5是本实用新型第一实施例的电路原理图；图6是本实用新型第二实施例的电路原理图；图7是本实用新型第三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。图6是本实用新型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，ID、14、IG> I3均为零， 且UD = 0，U0 = Oo电压比较器ICi、IC2的1端均为低电平，开关三极管Vi、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(1(1//117支路上，经C1(1//R7降压、 Dltl-D13全波整流、C8-C9滤波，Dw3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 — (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14按照以下 路径流通相线L —C5//R5 —D7 —队一Rl (开关三极管V2、R17、R18 > R19 > R2tl及电 压比较器IC2所呈现的对线路板接地的等效电阻)J_ (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，Ke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，U0 = 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 = O,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。图7是本实用新型第二实施例的电路原理图。如图7所示，第二实施例控制水 位的过程及工作原理与第一实施例完全相同，所不同的是检测用信号源的引入方式稍有 不同，第一实施例中由中线N—大地一接地电极引入，而第二实施例中则直接由中线N 引入。第二实施例中由于中线N与水连接，而交流电网的中线N与大地相连的，所以使用时是十分安全的。图8是本实用新型第三实施例的电路原理图。如图8所示，第三实施例控制水 位的过程及工作原理与第一实施例完全相同，所不同的是ID、^在人€220乂正半周时流 通，13、I4在负半周时流通。且第三实施例中检测信号源由相线L经C5//R5及R24降压后引入水中，因此R24 必须用大阻值的电阻器，才能保证使用时的安全性。在水箱可以接地的场合，使用第一实施例较好，在水箱难以接地的场合，使用
第二或第三实施例较好。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1.一种电子式水位控制器，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，采样电极，加热容器组成，所述电子式水位控 制器使用市政交流电提供工作所需的电源电压，其特征在于降压电路和整流电路的输入端与市政交流电电源相连接；整流电路的输出端连接滤波稳压电路；滤波稳压电路的输出端连接执行电路；采样电极与加热容器绝缘后设置在加热容器中，并由采样电极而在加热容器中预设 一个基准水位；采样电极的输出端连接采样及交流平衡电路，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；采样及交流平衡电路的输出端连接控制信号获取电路，采样及交流平衡电路获取的 采样电极的信号电流被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；控制信号获取电路连接执行电路，执行电路根据控制信号获取电路送至执行电路的 控制电压，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。
专利摘要本实用新型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G05D9/12GK201796300SQ20102015849
公开日2011年4月13日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者汪孟金 申请人:宁波市镇海华泰电器厂