CN101957621A - 自动液位继电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动液位继电器及自动液位控制方法，在包括电源，负载，至少一个降压电路，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等组成的电路的容器中设置多个电极，其每个电极可以预设为表示不同水位高低的电极，其至少包括高水位电极，低水位电极各一个；当所述容器中的水位低于低水位电极时，负载启动；当所述容器中的水位上升时，处于高于低水位电极但仍低于高水位电极时，负载仍保持启动；当所述容器中的水位上升抵达高水位电极时，负载停止；当所述容器中的水位下降时，处于低于高水位电极但仍高于低水位电极时，负载仍保持停止；当所述容器中的水位下降抵达低水位电极时，负载启动。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种用于液位控制的自动继电器及自动液位控制方法。
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、化工行业、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。
公知的水位控制器件主要有两种：
一种是浮子开关，利用浮子随水位的高低漂浮而做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，从而导致无法顺利的进行水位控制。
另一种是电子水位控制系统，其中应用最普遍的是直流控制法，即利用变压器对市政220V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，将电极接入水中，利用水位的高低来控制电路通断，从而检测水位。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、结垢效应：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。
为了克服直流控制法的缺点，又出现了采用交流电的交流控制法，即在直流控制法的基础上增加了一个振荡信号电路，把直流信号变成高频交流信号，然后将电极安装在水中。由于采用的是交流电，因而克服了直流控制法的上述缺点。但由于增加了振荡信号电路，因而成本较高，且由于采用了高频信号因而容易受干扰，因此其应用受到制约。
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，而提供一种用于液位控制的自动继电器。
本发明所采用的技术方案如图1所示：
在阐述图1方案之前，我们首先应注意到如下的事实：市政50HZ，220V的交流输电网在进入用户之前，已将中线即N线与大地良好地接地连接。因此，图1所示的容器中的接地电极通过大地与N线连接在一起。
本发明涉及一种自动液位继电器，其包括电源，负载，至少一个降压电路，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，多个电极，容器等组成，其特征在于：电源与负载及所述至少一个降压电路相连接；所述至少一个降压电路的输出端与整流电路相连接；整流电路的输出端与滤波稳压电路相连接；滤波稳压电路的输出端与执行电路相连接；采样及交流平衡电路与多个电极中至少一个相连接，并由此获得水位高低的控制信号，其输出端与控制信号获取电路相连接；控制信号获取电路获取来自于采样及交流平衡电路的控制信号，其输出端与执行电路相连接，并将该控制信号送至执行电路；执行电路根据所述控制信号，控制电路中的开关通断，从而达到控制水位的目的。
所述多个电极可以预设为表示不同水位高低的电极，其至少包括高水位电极，低水位电极各一个。
图1所示的技术方案中：
1、市政50HZ、220V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、当容器中的液位低于D时，高液位电极DG和低液位电极DD均未被液体浸没，因此I＝I’＝0，执行电路不工作，即处于K1接通、K2断开的初始状态，此时负载(泵、交流接触器线包、中间继电器线包等，为叙述方便，下面简称负载为泵)启动。
3、当液位上升但仍低于G时，由于K2仍为断开状态，故I、I’仍为零，泵继续通电工作。
4、当液位抵达G时，高液位电极DG和低液位电极DD均浸没在液体中，此时，当市政交流电为负半周(N线高电位，L线低电位)时，电流I流通并产生控制电压U0，执行电压受U0的驱动而开始工作，导致K1断开，K2闭合，K1的断开使泵断电而停止工作。
在此情况下，当市政交流电为正半周时，由于采样及交流平衡电路的作用，电路系统产生图1所示方向流动的电流I’并且I’≈I，数值为数微安培。如果以时间为横轴，将I’与I画在一起，则波形为图2所示的50HZ正弦波。由此，可以看出，浸在液体中的电极上流动的是数μA级的交流电流，因此电极既不会腐蚀也不会结垢。
5、泵停止工作，当液位逐步降至G以下，D以上时，由于低液位电极DD仍浸在液体中，K2仍继续接通，仍继续流通，U0仍继续存在，故K1仍断开，泵仍停。
6、当液位低于D时，I＝I’＝0，导致U0＝0，故执行电路复位，本系统回复到K1闭合，泵工作，K2断开的起始状态。
7、常闭按钮AN的作用：如图1所示，如果把容器称为“桶”，把桶中的液体特定为水，则当水位低于D时，泵启动开始上水，当水位到达G时，泵自动停止抽水。在接下来的放水过程中，水位将逐渐降低，只要水位不低于D，泵一直停止不启动。在此情况下，若恰好遇到将要停电，用户希望将桶盛满水，如果没有按钮AN，水泵将无法启动，有了按钮AN，只要轻按一次AN，I与I’随即变为零，导致U0＝0，K1复位闭合接通，K2也复位断开，水泵立即开始抽水，直至水位到达G，水泵自动停止抽水。因此，按钮AN具有手动上水的作用。只要水位低于G，每按一次AN，本发明的自动液位控制器就自动地将水桶泵满。
本发明还揭露了一种自动液位控制方法，其特征在于：
在包括电源，负载，至少一个降压电路，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等组成的电路的容器中设置多个电极，其每个电极的预设位置代表水位的高低；
(1)当所述容器中的水位低于低水位电极时，负载启动；
(2)当所述容器中的水位上升时，处于高于低水位电极但仍低于高水位电极时，负载仍保持启动；
(3)当所述容器中的水位上升抵达高水位电极时，负载停止；
(4)当所述容器中的水位下降时，处于低于高水位电极但仍高于低水位电极时，负载仍保持停止；
(5)当所述容器中的水位下降抵达低水位电极时，重新进入步骤(1)。
附图说明
图1为本发明的原理方框图；
图2为液位传感电极的电流波形波图；
图3为本发明第一实施例的电路原理图；
图4是本发明第二实施例的电路原理图。
具体实施方式
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。
第一实施例：
如图3所示，容器中的液体与大地相连，市政电网的N线通过大地也与液体相连。
R1//C1、R2//C2组成降压电路，D1-D4组成桥式整流电路，R3为限流电阻，C3、C4、DW1组成稳压与滤波电路，以上电路共同作用，可为后续电路提供稳定的直流电源。
V1、IC1及它们的附属器件共同组成执行电路。继电器J具有JK1和JK2两组触点。IC1为电压比较器，其端口2、端口3的输入阻抗趋向于无穷大。因此，这两个端口之间，这两个端口对线路地，即⊥
之间，几乎是互相隔离的；当端口3的电压U3大于端口2的比较电压U2时，端口1输出高电平。反之，当U3小于U2时，端口1输出低电平。
D6、D7、R10、JK2以及容器中的三个电极共同组成采样及交流平衡电路。为保证市政输电系统及本实施例各电路的正常工作，R10取用兆欧姆级的大阻值电阻器。由于降压电路和R10，尤其是R10的作用，使控制信号电流I1、交流平衡电流I2均为数微安培级的微弱电流，对人体及系统电路的影响甚微。
R8、R9、C5、C6、D6组成控制信号获取电路。二极管D6的单向特性、IC1高输入阻抗的特性，可以防止交流平衡电流I2窜入控制信号获取电路中。调整R6、R7的阻值，可以获得合适的比较电压U2，调整R8、R9、R10的值，可以保证控制信号I1到来时，U3＞U2。
本实施例的工作过程为：
1、液位低于D时，I1＝I2＝0，U3＝0，JK2断开，JK1接通，负载(例如泵)通电。
2、当液位高于D，但低于G时，I1＝I2＝0，U3＝0，JK2断开，JK1接通，泵继续通电工作。
3、当液位到达G时：
(1)当AC220V负半周时，即N端为高电平，L端为低电平，信号电流I1按下列途径流通：
中线N→大地→E→液体→高液位电极DG→R10→D6→R9→R8→R21→线路板地⊥
→D4→C1//R1→相线L
由于I1的流动，使U3＞U2的条件成熟，IC1的1端输出高电平，V1导通，继电器线包J通电，JK1断开，负载断电，泵停止工作，JK2接通，电极DG与DD连接。在本状态下，由于D7的作用，使I2＝0。
(2)当AC220V正半周时，即L端为高电平，N端为低电平，由于D6的作用，此时I1＝0，但由于C5、C6已充满电，U3＞U2的条件仍保持，JK1仍然断开，JK2仍然接通。此时，交流平衡电流I2按下列途径流通：相线L→R1//C1→D1→R3→R4、R5//R6、R6等→线路板地⊥
→D7→R10→DG//DD→液体→E→大地→中线N。
至此，我们应注意到两个情况：第一，本实施例中实测的电流I1≈I2，均为数μA，如此微小的I2不会对V1与IC1的工作产生影响。第二，R10为MΩ级电阻，其阻值远大于I1、I2流通路径中的其它阻抗，即I1、I2的电流值主要由R10决定。因此I1≈I2。三个电极DG、DD、E中流通的是图2所示的正弦交流电流(忽略了硅二极管0.7V的导通电压)。因此，三个电极不腐蚀，不结垢。
以上叙述的是本实施例在液位由低向上高上涨时的工作情况。下面再叙述液位由高向低下落时的工作过程。
4、液位低于G但高于D时，I1、I2继续流通，U3＞U2的条件仍保持，JK2仍闭合，JK1仍断泵仍停。
5、当液位低于D时，系统复位。如此周而复始地工作，可以保持液位始终在D与G之间。
6、手动控制：本实施例设置了手动常闭按钮AN。
(1)在液位上涨的过程中，无论按或不按AN，泵将继续工作，直至液位到达高液位G，泵才自动停止工作。换言之，在此情况下，AN不起作用。
(2)在液位下降的过程中，无论液位处于何处，只要轻按AN一次，JK2就断开，JK1就闭合，泵即起动，直到液位到达G，泵才自动停止工作。
保证安全的技术措施：
本实施例采取了以下的安全技术措施：
1、L线与N线的输入端均采用R//C降压电路降压。
2、R10大阻值电阻进一步降压。
3、容器中的液体采用接地的技术措施。
由前已述的工作原理可知，本发明只有液体接大地才能保证系统正常工作，用户将自觉地为液体设置接地导线，而液体接地，又彻底地保证了用户的安全。综上所述，大地是本发明控制信号的来源，也是保证安全的有效技术环节。
第二实施例：
如图4所示，本实施例的工作原理与工作过程与第一实施例相同。不同之处有两点：第一，省略了N线的降压电路；第二，由V2、V3及附属器件组成执行电路，当控制信号U4到来时，V2、V3导通，继电器线包J2通电，其一组常闭触点JK3断开，另一组常开触点JK4闭合。
如图4所示，容器中的液体与大地相连，市政电网的N线通过大地也与液体相连。
R11//C7组成降压电路，D8-D11组成桥式整流电路，R13为限流电阻，C8、C9、DW2组成稳压与滤波电路，以上电路共同作用，可为后续电路提供稳定的直流电源。
由V2、V3及附属器件组成执行电路，当控制信号U4到来时，V2、V3导通，继电器线包J2通电，其一组常闭触点JK3断开，另一组常开触点JK4闭合。
D14、D13、R16、JK4以及容器中的三个电极共同组成采样及交流平衡电路。为保证市政输电系统及本实施例各电路的正常工作，R16取用兆欧姆级的大阻值电阻器。由于降压电路和R16，尤其是R16的作用，使控制信号电流I1、交流平衡电流I2均为数微安培级的微弱电流，对人体及系统电路的影响甚微。
本实施例的工作过程为：
1、液位低于D时，负载(例如泵)通电。
2、当液位高于D，但低于G时，泵继续通电工作。
3、当液位到达G时：
(1)当AC220V负半周时，即N端为高电平，L端为低电平，负载断电，泵停止工作；
(2)当AC220V正半周时，即L端为高电平，N端为低电平，负载断电，泵停止工作。
以上叙述的是本实施例在液位由低向上高上涨时的工作情况。下面再叙述液位由高向低下落时的工作过程。
4、液位低于G但高于D时，泵仍停。
5、当液位低于D时，系统复位。如此周而复始地工作，可以保持液位始终在D与G之间。
6、手动控制：本实施例设置了手动常闭按钮AN。
(1)在液位上涨的过程中，无论按或不按AN，泵将继续工作，直至液位到达高液位G，泵才自动停止工作。换言之，在此情况下，AN不起作用。
(2)在液位下降的过程中，无论液位处于何处，只要轻按AN一次，JK4就断开，JK3就闭合，泵即起动，直到液位到达G，泵才自动停止工作。
保证安全的技术措施：
本实施例采取了以下的安全技术措施：
1、L线与N线的输入端均采用R//C降压电路降压。
2、R10大阻值电阻进一步降压。
3、容器中的液体采用接地的技术措施。
由前已述的工作原理可知，本发明只有液体接大地才能保证系统正常工作，用户将自觉地为液体设置接地导线，而液体接地，又彻底地保证了用户的安全。综上所述，大地是本发明控制信号的来源，也是保证安全的有效技术环节。
最后应该说明，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明的技术方案，所以，本领域的技术人员应当理解，虽然在理解本发明技术方案的基础上，可以对本发明进行修改或等同替换，但一切不脱离本发明的实质和范围的技术方案及改进，均应在本发明的权利要求所涵盖的范围内。
Claims (8)
1.一种自动液位继电器，其包括电源，负载，至少一个降压电路，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，多个电极，容器等组成，其特征在于：
所述多个电极可以预设为表示不同水位高低的电极，其至少包括高水位电极，低水位电极各一个；
当所述容器中的水位低于低水位电极时，负载启动；
当所述容器中的水位上升时，处于高于低水位电极但仍低于高水位电极时，负载仍保持启动；
当所述容器中的水位上升抵达高水位电极时，负载停止；
当所述容器中的水位下降时，处于低于高水位电极但仍高于低水位电极时，负载仍保持停止；
当所述容器中的水位下降抵达低水位电极时，负载启动。
2.如权利要求1所述的自动液位继电器，其特征在于：
所述自动液位继电器还具有一个常闭按钮，当按下该按钮后，水位处于低于高水位电极的情况下，负载启动。
3.如权利要求1中所述的自动液位继电器，其特征在于：
在多个电极上流动的电流为交流电。
4.如权利要求1中所述的自动液位继电器，其特征在于：
所述负载可以为水泵。
5.一种自动液位控制方法，其特征在于：
在包括电源，负载，至少一个降压电路，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等组成的电路的容器中设置多个电极，其每个电极的预设位置代表水位的高低；
(1)当所述容器中的水位低于低水位电极时，负载启动；
(2)当所述容器中的水位上升时，处于高于低水位电极但仍低于高水位电极时，负载仍保持启动；
(3)当所述容器中的水位上升抵达高水位电极时，负载停止；
(4)当所述容器中的水位下降时，处于低于高水位电极但仍高于低水位电极时，负载仍保持停止；
(5)当所述容器中的水位下降抵达低水位电极时，重新进入步骤(1)。
6.如权利要求5所述的自动液位控制方法，其特征在于：
还可以设置一个常闭按钮，当按下该按钮后，水位处于低于高水位电极的情况下，负载启动。
7.如权利要求5中所述的自动液位控制方法，其特征在于：
在多个电极上流动的电流为交流电。
8.如权利要求5中所述的自动液位控制方法，其特征在于：
所述负载可以为水泵。
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Owner name: JIAOZUO POWER SUPPLY COMPANY, STATE GRID HUNAN ELE Effective date: 20140730 Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Free format text: FORMER OWNER: NINGBO ZHENHAI HUATAI ELECTRIC FACTORY Effective date: 20140730 |
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 315200 NINGBO, ZHEJIANG PROVINCE TO: 100031 XICHENG, BEIJING |
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Effective date of registration: 20140730 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Patentee after: State Grid Corporation of China Patentee after: Jiaozuo Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company Patentee after: JIAOZUO LIGHT SOURCE TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Address before: 315200 Zhejiang province Zhenhai District of Ningbo City Jiao Chuan Ying Shi Qiao Zhu No. 74 Patentee before: Ningbo Zhenhai Huatai Electric Factory |
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Granted publication date: 20120926 Termination date: 20180528 |
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