专利名称：液位开关报警信号适配器的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种由门电路和电压比较器等构成的适配器，是“具有损坏报警功能的液位开关”(申请号91107408.2申请日91年5月27日)的专用报警信号适配器。
目前，在工业部门中使用的液位开关，虽能按液位的高度，给出控制信号，但是在液位开关本身损坏时，不具有报警功能，并给出错误的控制信号，造成控制系统失控。为了解决这个问题，本人构思了一种“具有损坏报警功能的液位开关”，这种液位开关在摆杆芯断裂时，会使装在开关内的辅助微动开关切换，使常开接点接通，可驱动报警指示灯和音响器报警(参见“具有损坏报警功能的液位开关”申请文件)。但是，在液位开关的密封严重泄漏时，进入开关腔内的液体浸没辅助微动开关时，所给出的报警信号是由液体电导构成的，它不能直接驱动报警指示灯和音响器，所以，需要一种信号处理装置来接受和变换该报警信号。
本实用新型的目的，是提供一种专用的适配器。当本实用新型和“具有损坏报警功能的液位开关”相结合时，能达到下述要求(1)当“具有损坏报警功能的液位开关”发生摆杆芯断裂，或密封严重泄漏这两种损坏情况时，本实用新型能立即驱动对应的报警指示灯和音响器，并能根据发光的报警指示灯确定是摆杆芯断裂，还是密封泄漏。(2)当所使用的“具有损坏报警功能的液位开关”分成两组时(一套液位控制系统通常需要几个液位开关配合使用)，能根据发光的指示灯确定是哪一组中的液位开关损坏。(3)为了适应现代计算机控制系统的需要，当本实用新型和计算机控制系统相连，在发生摆杆芯断裂和密封严重泄漏这两种损坏情况时，能立即向计算机发出启动故障处理程序的中断信号。
本实用新型的目的是这样达到的“具有损坏报警功能的液位开关”内有一只辅助微动开关，它的作用是给出该液位开关的状态信号，它的常开接点间的电阻值，代表液位开关的三种不同的状态，称为状态电阻值；a，当液位开关正常工作时，其电阻值＞10兆欧。b，当密封严重泄漏时，其电阻值为几百欧到几百千欧之间。c，当摆杆芯断裂时，其电阻值为零。
图1为本适配器的原理框图。
功能环节1为输入电路，它是由RC滤波电路，多路选择开关，过电压保护电路，分压电阻组和RC积分电路组成。它的作用是把液位开关的状态电阻值，转换为不同的电压值。RC滤波电路的作用是滤去高频脉冲干涉，RC积分电路的作用是在状态电阻值变化并持续零点几秒后，才达到稳定的电压值，避免适配器误动作，过电压保护电路的作用是当输入电压过高时，起保护作用。多路选择开关的作用是选择不同的分压电阻，以适应应不同的液体电导率。在功能环节1中，其技术关键是分压电阻组，它是由按等比数列阻值递增的电阻构成的。对于贮液池中某种特定的液体，闭合多路选择开关中的某一路，那末这一路中的分压电阻就接入电路中，与辅助微动开关的常开接点相串联。由于所选用的分压电阻与特定的液体漏电阻相适应，使由常开接点和分压电阻构成的分压器的输出电压值与辅助微动开关的状态电阻值，有如下的对应关系状态电阻值＞10兆欧－－－－输出电压为零(液位开关正常)。
状态电阻值为几百欧到几千欧之间－－－－输出电压为1.7V到3.3V之间(密封泄漏)。
状态电阻值为零－－－－输出电压大于4.5V(摆杆芯断裂)。
以上输出电压值是实施例电源电压为＋5V时的情况。
这样，功能环节1就完成了把不同的状态电阻值，转换为不同的电压值。
功能环节2为跟随器，它的作用是阻抗变换和驱动电压比较器，它是由具有单位反馈的运算放大器构成的。由于跟随器具有高输入阻抗的特点，它把下一级电路较低的输入阻抗变换为高阻抗，减小了下一级电路对功能环节1输出的分流作用，并提高了功能环节1的驱动能力。
功能环节3为电压比较器，由电压比较器A和电压比较器B组成。它的输入信号为不同的电压值，输出信号为电压比较器A和B的不同输出电平的组合。电压比输器A的门槛电平为1.3V，电压比较器B的门槛电平为3.7V。决定门槛电平值的分压电阻接在电压比较器的同相端，输入信号接在电压比较器的反相端。当液位开关正常工作时，电压比较器A和B的输入电压为零，同时低于A和B的门槛电平值，所以，A和B的输出都为高电平，即都为逻辑1，当液位开关密封严重泄漏时，如上所述，输送到电压比较器A和B的电压值为1.7V到3.3V之间，该电压值高于电压比较器A的门槛电平值，而低于电压比较器B的门槛电平值，所以，A的输出为低电平，即逻辑O，而B的输出仍为高电平，即逻辑1，当液位开关的摆杆芯断裂时，输送到电压比较器A和B的电压值大于4.5V，同时高于A和B的门槛电平值，使A和B的输出都为低电平，即都为逻辑O。
功能环节3的技术关键是具有两个并列的，门槛电平值不同的电压比较器，并且其输入信号接在反相输入端。
功能环节4为解码电路，由反相器和门电路组成。它的作用是把不同的逻辑电平A和B的组合，经过门电路的处理，分别驱动“正常”，“密封泄漏”和“摆杆芯断裂”等信号线。
如上所述，当“具有损坏报警功能的液位开关”正常工作时，功能环节3输出的电平组合是A和B都为逻辑1，即逻辑表达式为A·B。密封严重泄漏时，电平组合是A为0，B为1，即逻辑表达式为A·B。摆杆芯断裂时，电平组合是A和B都为0，即逻辑表达式为A·B。由于密封严重泄漏和摆杆芯断裂两种状态都要驱动报警音响器，所以，驱动音响器的逻辑表达式为A·B＋A·B＝A。
由于现代计算机控制系统中，绝大部分是以低电平作为中断启动信号的，所以要在A和B的电平组合中找出一个在密封严重泄漏或摆杆芯断裂时，都输出低电平的信号线，由上所述，当发生上述两种损坏方式时，电压比较器A的输出都是低电平，满足所需条件，即驱动计算机控制系统的中断信号的逻辑表达式为A。
功能环节4的技术关键是采用尽可能简单的门电路来完成上述的“解码”作用，本申请的实施例，采用的是与门和反相器。
功能环节5为输出和显示电路，它的作用是把功能环节4各信号线送来的信号放大，以驱动各指示灯和音响器，同时使本适配器上对应的发光二极管发光。
本申请的实施例，采用大电流晶体管阵列来完成放大功能。
功能环节1到5组成本适配器的信号处理通道。
为了实现本实用新型目的(2)中所要求的，区别分成两组的“具有损坏报警功能的液位开关”中，是哪一组中有损坏，本实用新型有两组信号处理通道，而其中驱动音响器的部分是合用的。在本申请的后续部分，将结合实施例对这一部分再详述。
功能环节6为电源电路，包括电源变压器，整流，滤波和稳压电路，它向本适配器的各功能环节提供工作电源。
本实用新型是在一块印制电路板上装配电子元器件构成的，在印刷电路板的四个角上，有四个安装孔，以便把本实用新型固定在控制柜上，本实用新型所使用的元器件为双列直插式集成电路，和各种有引线的分立元件。在印制电路板上还有三个插座，通过这三个插座，本实用新型和外部电路相连。这三个插座是(1)报警信号输入插座。(2)交流电源输入插座。(3)驱动信号输出插座。
采用上述技术方案，达到了本实用新型目的中所提出的三点要求。使采用“具有损坏报警能的液位开关”和本实用新型的液位控制系统，不但在摆杆芯断裂时，并且在密封严重泄漏时，也具有损坏报警功能。使操作者在控制室内就可判断控制系统是否正常，并在液位开关损坏时确定损坏的类型和损坏的部位，所以它能提高控制系统的可靠性和检修的方便性，特别适用于要求具有自诊断功能的复杂控制系统，或计算机控制系统。
下面结合实施例和附图对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型实施例的电原理图和外部接线图。
图3是本实用新型实施例的元器件排列图。
图4是本实用新型实施例的印制电路板布线图。
图2为本实用新型实施例的电原理图和外部接线图。虚线框外，左边是“具有损坏报警功能的液位开关”内的辅助微动开关，它们被分成两组，每组内的各微动开关互相并联，右边是外接的指示灯和音响器。本实施例的元件采用标准的双列直插式集成电路和各种有引线的分立元件。
图中各元件的型号和规格如下IC1－－－－LM358NIC2－－－－LM339IC3－－－－74LS14IC4－－－－74LS08IC5－－－－ULN2003IC6－－－－7806IC7－－－－78L05D1－－－－2CK22AD2－－－－绿色LEDD3，D4，D5－－－－红色LEDD6－－－－1A，100V桥堆C1－－－－0.1微法C2－－－－1微法C3－－－－0.05微法
C4－－－－200微法C5－－－－100微法C6－－－－0.05微法C7－－－－100微法C8－－－－0.05微法R1－－－－47欧R2－－－－470欧R3－－－－1.5千欧R4－－－－4.7千欧R5－－－－15千欧R6－－－－47千欧R7－－－－150千欧R8－－－－500千欧R9－－－－10千欧R10－－－－10千欧R11－－－－12千欧R12－－－－36千欧R13－－－－36千欧R14－－－－12千欧R15,R16－－－－10千欧 R17－－－－1.6千欧 R18－－－－20千欧R19,R20,R21,R22－－－－680欧T1－－－－3DG6N－－－－测试点F－－－－0.5A熔K－－－－六档双列直插式开关 S1－－－－报警信号输入插座S2－－－－交流电源输入插座S3－－－－驱动信号输出插座B－－－－电源变压器初级110V/220V 次级8V图2中，驱动指示灯和音响器的电源电压为＋6V，其它各部分为＋5V。
以下结合图2从整体上说明本实用新型的工作过程在虚线框外的左面，与插座S1相连的是分成两组的“具有损坏报警功能的液位开关”中的辅助微动开关，每组内的辅助微动开关的常开接点相互并联。为了提高可靠性，采用金属屏蔽线作为接线，与S2相连的是110V或220V交流电源输入。在虚线框外的右面，与插座S3相连的是各指示灯及音响器，其中，对应A·B线的是“正常”指示灯，对应A·B线的是“密封泄漏”报警指示灯，对应A·B线的是“摆杆芯断裂”报警指示灯，对应A线的是报警音响器，由A线输出的是启动机计算机系统故障处理程序的中断信号。
辅助微动开关组通过插头S1，与本实用新型相接，其中一端接本实用新型输出的＋5V电压，另一端为输入信号端，接到R1和C1构成的滤波电路，滤去一部分高频脉冲干涉后，与R2－7构成的分压组相串联。本实施例采用由六个阻值按等比数列递增的电阻构成的分压电阻组。通过闭合多路选择开关K中的某一路开关，来选择接入电路的分压电阻。选择方法如下用一只烧杯，盛放与控制系统贮液池中相同的某种特定液体，在小型微动开关(KWX型)的常开接点上焊两根绝缘导线，把微动开关浸入烧杯内的液体中，测量绝缘导线两端的电阻值，并按下表选择应接入电路的分压电阻值<
按上表选择的分压电阻值，当密封泄漏，液体浸没辅助微动开关时，图2测试点N处的电压值为1.7V到3.3V之间。R8和C2为RC积分电路，它的作用是输入信号必须保持零点几秒时间，才能使本实用新型改变输出状态，避免误动作，二个二极管D1，构成过电压保护电路，以免损坏IC1。当“具有损坏报警功能的液位开关”正常工作时，辅助微动开关的常开接点断开，图2中测试点N处的电压为零，当密封泄漏，液体浸没辅助微动开关时，测试点N处的电压值为1.7V到3.3V之间，当摆杆芯断裂时，常开接点闭合，测试点N处的电压值大于4.5V。这样，完成了把状态电阻值转换为电压值的任务。
当电容器C2上的电压超过±15V时，起过电压保护作用的二极管D1导通，使下级电路得到保护。
从插座S1到C2的上端，组成本实用新型实施例的功能环节1。
IC1是一块包含两个运算放大器的集成电路，分别构成两个信号处理通道的跟随器，它的作用是减小下级电路对分压电路的分流作用和增大分压电路的驱动能力。
IC1构成本实用新型实施例的功能环节2。
IC2是一块包含四个电压比较器的集成电路，分成两组构成两个信号处理通道的电压比较器A和B。R13和R14构成的分压电路，提供电压比较器A的门槛电平，该门槛电平为1.3V，R11和R12提供电压比较器B的门槛电平，该门槛电平为3.7V。R9和R10是电压比较器A和B的输入限流电阻，R15和R16是电压比较A和B的输出负载电阻。输入信号接在两个电压比较器A和B的反相输入端，所以，当输入电压低于门槛电平时，电压比较器的输出为高电平，当输入电压高于门槛电平时，电压比较器的输出为低电平。
如上所述，当“具有损坏报警功能的液位开关”正常工作时，测试点N的电压为零，跟随器的输出也为零，同时低于两个电压比较器A和B的门槛电平，所以，电压比较器A和B的输出都是高电平，即都为逻辑1。当密封严重泄漏，浸没辅助微动开关时，测试点N处的电压为1.7V到3.3V之间，高于电压比较器A的门槛电平，低于电压比较器B的门槛平，电压比较器A的输出为低电平，即为逻辑0，电压比较器B的输出仍为高电平，即为逻辑1。当摆杆芯断裂时，测试点N的电压大于4.5V，同时高于两个电压比较器A和B的门槛电平，电压比较器A和B的输出都是低电平，即都是逻辑0。这样完成了把不同的输入电压值转变为不同的电平组合的任务。
R9－R16和IC2构成本实用新型实施例的功能环节3。
IC3是一块包含六个反相器的集成电路，IC4是一块包含四个与门的集成电路，本实用新型实施例，采用一块IC3和二块IC4集成电路，组成二个信号处理通道的解码电路。从图2中可看到，电压比较器A的输出，通过两个反相器，驱动信号线A，即信号线A与电压比较器A的输出端同电位。驱动信号线A·B的与门，其输入端接到电压比较器A和B的输出端，即该与门的输出为A·B。驱动信号线A·B的与门的一个输入端，经过一个反相器接到电压比较器A的输出端，另一个输入端接电压比较器B的输出端，即该与门的输出为A·B。驱动信号线A·B的与门的二个输入端，分别经过反相器，接到电压比较器A和B的输出端，即该与门的输出为A·B。由于两组“具有损坏报警功能的液位开关”中任何一个损坏了都要驱动音响器报警，所以，驱动音响器的报警电路是两个信号处理通道合用的。其工作过程如下当全部“具有损坏报警功能的液位开关”正常工作时，两个信号处理通道中的电压比较器A的输出都是高电平，该信号送到驱动音响器的电路的与门，使该与门的输出为高电平，晶体管T1饱和导通，晶体管T1的集电极为低电平，即A信号线为低电平。R18为输入限流电阻，R17为输出负载电阻。IC5为包含七个大电流晶体管阵列的集成电路，具有输出和输入反相和电流放大作用。当晶体管T1输出端为低电平时，与T1相接的1／7IC5的输出端为高电平，音响器两端同电位，所以不发音。与此相反，当任何一个“具有损坏报警功能的液位开关”发生密封严重泄漏或摆杆芯断裂损坏时，两组信号处理通道中必有一个电压比较器A的输出为低电平，使驱动A信号线的与门的输出为低电平，使晶体管T1截止，T1输出端为高电平，即A信号线为高电平，使由A信号线驱动的1／7IC5的输出端为低电平，报警音响器发音，同时，发光二极管D5发光。以上叙述了反相器和与门组合电路产生信号A，A·B，A·B，A·B，A和两个信号处理通道合用一个音响器的电路。
一块IC3中的四个反相器和二块IC4集成电路，电阻R17，R18，晶体管T1构成本实用新型实施例的功能环节4。
本实用新型实施例的功能环节5是由集成电路IC5，电阻R19－22，集成电路IC3中的二个反相器，和发光二极管D2－5构成的。驱动报警音响器的电路原理已叙述如上。集成电路IC5的其他六个大电流晶体管，分成两组驱动各指示灯。本实施例中功能环节5的作用如下当“具有损坏报警功能的液位开关”正常工作时，A B信号线为高电平，使对应的1／7IC5的输出端为低电平，由其驱动的指示灯和发光二极管D2发光，表示正常状态。同时，A信号线也为高电平，即不向计算机控制系统发中断信号。其他各信号线均为低电平，对应的指示灯不发光，音响器不发音。当密封严重泄漏时，A·B信号线为高电平，对应的指示灯和发光二极管D3发光，同时，音响器发音和发光二极管D5发光，该声光报警信号表示密封泄漏状态。与此同时，A·B信号线和A信号线转变为低电平，对应的指示灯和发光二极管D2熄灭，同时计算机控制系统可在A信号线变为低电平时，启动故障处理程序。同样，当摆杆芯断裂时，A·B信号线为高电平，对应的指示灯和发光二极管D4发光，音响器发音和发光二极管D5发光，表示摆杆芯断裂状态。与此同时，发光二极管D2，D3和对应的指示灯熄灭，A信号线为低电平，发中断信号。
总之，IC5的作用是分别驱动各指示灯，发光二极管和音响器。R19－22是限流电阻。
由于本实用新型有两个信号处理通道，所以可以从发光的指示灯的位置，来确定是哪一组中的液位开关，发生了何种类型的损坏。
本实用新型实施例的功能环节6是由电源变压器B，桥式整流堆D6，电容C3－8，三端稳压集成电路IC6和IC7构成的。桥式整流堆D6起整流作用，电容C3－8起滤波作用，集成电路IC6和IC7起稳压作用，其＋6V输出端，供给指示灯和音响器，＋5V输出端，供给本实用新型的IC1，IC2，IC3，IC4和其他各部分。
图3是本实用新型实施例的元器件在印制电路板上的排列图，全部元器件装配在一块尺寸约为100×140毫米的印制电路板上。
图4是本实用新型实施例的印制电路板布线图。这是一块双面敷铜箔的印制电路板，实线为焊接面的布线，虚线为插元器件面的布线。图4中有一类焊接点，这一类焊接点既与实线相连，又与虚线相连，这种焊接点是连接两面布线的金属化孔。
权利要求1.一种适配器，它是在一块印制电路板上，装配双列直插式集成电路和有引线的分立元件，输入信号通过插座S1，接入本适配器后，依次和RC滤波电路，分压电阻组，RC积分电路，过电压保护电路，跟随器，电压比较器，解码电路，输出和显示电路相连，驱动信号通过插座S3和外接的指示灯，音响器或计算机相连，插座S2把交流电源接入本适配器，一套装配在同一块印制电路板上的电源装置，供给本适配器工作所需的电源，其特征是a.分压电阻组是由按等比数列阻值递增的电阻构成的；b.有两个并列的，门槛电平值不同的电压比较器，其输入信号接在反相输入端上。c.解码电路是由与门和反相器构成的。
2.根据权利要求1所述的适配器，是在一块印制电路板上，由所装配的电子元器件，构成两组信号处理通道和一套电源装置。
专利摘要本实用新型是一种由电压比较器和门电路等构成的液位开关报警信号适配器。使用“具有损坏报警功能的液位开关”的控制系统，由液位开关内的辅助微动开关，给出表示液位开关正常和损坏的信号。该信号经过本适配器的处理，分别驱动“正常”，“密封泄漏”和“摆杆芯断裂”指示灯，在密封泄漏和摆杆芯断裂时，同时驱动音响器，并可向计算机控制系统发出执行故障处理程序的中断信号，使用本适配器可以提高液位控制系统的可靠性和故障检查的方便性，本适配器特别适合于复杂的，要求具有自诊断功能的控制系统，或计算机控制系统。
文档编号G05D9/00GK2101274SQ9121565
公开日1992年4月8日 申请日期1991年7月5日 优先权日1991年7月5日
发明者童晓枫 申请人:童晓枫