CN101957622A - 以市政交流电作测试信号的控水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以市政交流电作测试信号的控水器，由存水容器，控制电路组成，在存水容器中设置有高水位电极和低水位电极以及采样电极，控制电路通过由电极送来的水位控制信号，对负载进行控制；当低水位电极或高水位电极浸没在水中时，相当于开关接通；当低水位电极或高水位电极未浸没在水中时，相当于开关断开，当水位低于低水位电极时，测试信号断开，负载启动；当水位上升至高水位电极时，测试信号通过高水位电极与水接通，负载停止；当水位下降至高水位电极和低水位电极之间时，测试信号仍保持接通，负载停止；当水位下降至低水位电极之下时，测试信号断开，负载重新启动；循环上述步骤，使得控水器完成对存水容器水位的自动控制。

Description

以市政交流电作测试信号的控水器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，尤其涉及一种以市政交流电作测试信号，仅用一个单触点继电器的控水器。

背景技术

电子式水位控制器(简称控水器)是一种广泛应用于工农业生产和家用供水的低压电器。

现有的电子式控水器按测试信号区分，主要有直流式和交流式两种形式。直流式以直流电作测试信号，此种形式的工作原理是：在水中放置探测水位的电极并施加直流信号，该方式存在以下的弊端：第一，与直流正极连接的电极受电镀效应而被腐蚀，与负极连接的电极因结垢而使系统失效。第二，因正极受电腐蚀而使水质受到金属离子的污染。

以交流电作测试信号的交流式控水器是为克服直流式的弊端而设计的另一种形式的控水器，这种控水器克服了直流式控水器的上述缺点，具有电极不腐蚀、不结垢、不污染水质的优点。但是，现有的该类控水器存在以下的缺点：测试信号由专门的信号源产生，因此线路复杂，造价高，可靠性降低。

电子式控水器是广泛应用于农村的小型低压电器，因此不但要求其性能好，而且对价格敏感，要求价格低廉。由于现有交流式控水器的价格相对较高，因此其应用范围反而不如性能差的直流式控水器。

另外，无论直流式还是交流式控水器，控制用的继电器都采用双触点继电器。双触点继电器与单触点继电器相比较，存在价格高、负载能力差的缺点。

发明内容

本发明就是针对现有技术控水器的缺陷，提供一种以市政交流电作测试信号，仅用一个单触点继电器，可带4KW负载，线路简单，造价低的全自动控水器。

一种以市政交流电作测试信号的控水器，由存水容器，控制电路组成，在存水容器中设置有高水位电极和低水位电极以及采样电极，高水位电极设置于高水位处，低水位电极设置于低水位处且其低于高水位处，采样电极设置于低水位以下；控制电路通过由电极送来的水位控制信号，对负载进行控制；当低水位电极或高水位电极浸没在水中时，相当于开关接通；当低水位电极或高水位电极未浸没在水中时，相当于开关断开。

当水位低于低水位电极时，测试信号断开，负载启动；

当水位上升至高水位电极时，测试信号通过高水位电极与水接通，负载停止；

当水位下降至高水位电极和低水位电极之间时，测试信号仍保持接通，负载停止；

当水位下降至低水位电极之下时，测试信号断开，负载重新启动；

循环上述步骤，使得控水器完成对存水容器水位的自动控制。

所述控制电路由降压电路，整流稳压电路，执行电路，采样及采样保持电路，交流平衡电路组成。

交流平衡电路为所述电极提供微安级的交流电流，从而避免了电极的腐蚀和结垢。

所述水位控制器还具有常闭按钮，只要当水位低于高水位电极时，按下该按钮，水位控制器开始接通负载。

所述负载可以为泵。

所述负载可以由单触点继电器控制。

所述降压电路可以由R，C电路网络构成。

所述降压电路可以由双向晶闸管、双向二极管，电阻，电容构成。

本发明实现上述目的所采取的技术方案如图1所示。

图1中，市政供电网AC220V交流电压在本发明中有两个输入端口：即动力输入端口和测试输入端口。动力输入端口显而易见地在图1的左端，AC220V经该端口输入，经降压电路、整流稳压电路后，为执行电路提供其工作所需的稳定直流电压。

所述的降压电路可以用电容、电感、电阻或晶闸管降压，优选R、C网络降压。

测试输入端口是一个隐形的端口，在图1的右端，由开关K，采样电极A₀、高水位电极A₁、低水位电极A₂共同组成。高水位电极A₁置于高水位G处，低水位电极A₂置于低水位D处，采样电极A₀置于低水位D处以下。

本发明把AC220V交流电作为测试信号使用，同时本发明把容器中的水作为开关使用。当高水位电极A₁或低水位电极A₂浸没在水中时，相当于开关接通，测试信号进入本发明中；反之，当高水位电极A₁和低水位电极A₂露出水面时，相当于开关断开，测试信号随之也断开。

本发明进一步的技术措施是：低水位电极A₂受开关K控制。在水位由低水位D涨至高水位G的过程，即上水过程中，开关K的状态为：K₀与K₂接通，与K₁断开，低水位电极A₂等于露在水面上；在水位由高水位G降至低水位D的过程，即用水过程中，开关K的状态为：K₀与K₁一直接通，低水位电极A₂一直浸在水中。

本发明更进一步的技术措施是，开关K受执行电路控制。

下面简述本发明的工作过程：

1、上水过程：

当水位低于D时，测试信号断开。图1中，采样电流I_S＝0，执行电路控制K₀与K₂接通，负载R_L通电(负载R_L可以是泵、电磁阀、交流接触器线包等，为叙述方便，以下简称负载R_L为泵)，泵起动，水位开始上涨。当水位上涨至高水位G时，测试信号通过高水位电极A₁与水接通，采样电流I_S开始流入采样及采样保持电路中，该电路送出控制信号至执行电路，执行电路则控制开关K，使K₀与K₂断开，与K₁接通，导致泵停止，低水位电极A₂开始浸入水中，至此，上述过程结束。

2、用水过程：

泵停则水位下降，高水位电极A₁露出水面，因K₀与K₁一直接通，低水位电极A₂浸入水中，故测试信号仍通，采样电流I_S仍保持。

水位下降至低水位D以下后，高水位电极A₁和低水位电极A₂均露出水面，测试信号断，采样电流I_S断，系统复位。

3、如此周而复始地工作，可以保证水位在高水位G(不溢水)与低水位D(不断水)之间。

为保证采样电极A₀、高水位电极A₁或低水位电极A₂上流通的测试信号为交流信号。本发明还设置有交流平衡电路。其工作过程为：当高水位电极A₁或低水位电极A₂浸没在水中时：在AC220V的正半周，采样电流I_S经L→R_S1、A₁或R_S2、A₂→A₀→采样及采样保持电路→N这样的路径流通，此时由于交流平衡电路中二极管的单向导通作用而使平衡电流I_P＝0；在AC220V的负半周，由于采样及采样保持电路中二极管的单向导通特性，采样电流I_S＝0，而平衡电流I_P则按N→交流平衡电路→A₀→A₁、R_S1或A₂、R_S2→L这样的路径流通。

只要调整相关电路的参数，就可以保证采样电流I_S与平衡电流I_P大小相等，相位相差180度，即保证采样电极A₀、高水位电极A₁、低水位电极A₂上流通的是交流信号，这样采样电极A₀、高水位电极A₁、低水位电极A₂既不腐蚀也不结垢，水质也不受金属离子污染。

附图说明：

图1为本发明的原理方框图；

图2为本发明第一实施例的电路原理图；

图3为本发明第二实施例的电路原理图；

图4为本发明第三实施例的电路原理图。；

图5为水接大地后的原理分析图。

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。

本发明第一实施例如图2所示，R₁//C₁组成降压电路，D₁、D₂、C₂、C₃、DW₁组成半波整流稳压电路，在AC220V的正半周，D₁截止，正半周电流经D₂对C₂、C₃充电，DW₁起到稳压作用，上述器件共同作用可为后级执行电路提供稳定的直流电压。在AC220V的负半周，D₂截止，负半周电流通过D₁使C₁快速放电。

V₁、IC₁及它们的附属器件共同组成执行电路。IC₁为电压比较器，直流电压经R₄、R₅分压后在IC₁的端口2形成比较电压U₂，信号电压经R₄、R₅分压后在IC₁的端口3形成比较电压U₃。

A₀、D₄为采样电路，C₄、C₅、R₆、R₇为采样保持电路。R₁₀、D₅、A₀为交流平衡电路。

上述电路的工作过程为：

1、当水位低于D时，测试信号处于断开的状态，故I₁＝I₂＝0，U₃＝0，IC₁的输出端口1为低电平，V₁截止，继电器J的常闭触点K₂与K₀接通，负载泵通电泵水，水位逐步上升。

2、当水位到达高水位G时，A₁被水浸没，此时，测试信号接通：在AC220V的正半周，D₅截止，D₄导通，电流I₁按L→R₈(降压、限流)→A₁→水→A₀→AN→D₄→C₄//C₅(滤波)→R₆→R₇→N的路径流动，并在IC₁的端口3产生信号电压U₃。适当地调整R₄、R₅、R₆、R₇、R₈的值，可以使信号电压U₃大于比较电压U₂。此时的IC₁端口1输出高电平，V₁导通，J通电，其常闭触点K₁与K₀断开，泵停，常开触点K₂与K₀接通，A₂等效于接入水中。

3、用水后，水位下降，当降至G以下，D以上时，由于A₂等效于接入水中，故电流I₁继续维持，泵继续停止。

4、当水位降至D以下时，系统复位。

在本实施例中，为使系统更正常、更合理的工作，本实施例采取了以下进一步的技术措施：

1、设置了交流平衡电路D₅、R₁₀、A₁₀。其交流平衡的过程为：交流正半周且测试信号接通时，电流I₁流通，I₂＝0。交流负半周且测试信号接通时，D₄截止，I₁＝0，D₅导通，电流I₂按N→D₅→R₁₀→AN→A₀→水→A₁、R₈或A₂、R₉→L的路径流通。只要适当调整R₁₀的阻值，就可以保证I₁与I₂大小相等，相位相差180度。因此采样电极A₀、高水位电极A₁、低水位电极A₂上流通的是交流电流。

2、设置了C₄、C₅、R₆、R₇组成的采样保持电路，交流正半周时，I₁对C₄、C₅充电，交流负半周时，I₁＝0，但C₄、C₅已充满电，所以采样信号继续保持。

3、设置了手动按钮AN，在水位低于G时，按AN一次，系统即自动复位，水泵启动，直至水位到达G，水泵自动停止。设置按钮AN的目的是：欲使容器水满，只须按此按钮1次。

安全问题的解决：

1、IC₁为高灵敏电压比较器，只须数μA电流(例如5μA)就足以使IC₁正常工作。我们只要取R₈、R₉为MΩ的高阻值电阻，就可以保证涉水人员的安全。

2、将水或容器按图5所示与大地相连，使水与大地等电位，这样可以彻底解决涉水人员的安全问题。

水接大地后，如图5所示，接地线E线通过大地与输电线的中线N线相连接，E线与N线之间存在一定的连接电阻R。图5中，R₈、R₉为高阻值电阻，R₆、R₇、R₁₀为低阻值电阻。AC220V正半周，D₄导通，D₅截止，测试信号通过A₁或A₂、A₀、E，产生I₁与I₁₀两个电流，我们只要适当地调整R₈、R₉、R₆、R₇的值，就可以使I₁达到我们所需要的值，例如5μA。AC220V负半周时，D₄截止，D₅导通，测试信号产生I₂与I₂₀两个电流，我们只要适当地调整R₁₀的值，就可以使I₁＝I₂，相位差180度，I₁₀＝I₂₀，相位差180度。

至此，可以得出结论，水接大地后，即可以保证安全，又可以保证水中的E、A₀、A₁、A₂四根线上流通交流电流，这些线不腐蚀，不结垢，不污染水体。

本发明第二实施例如图3所示。第二实施例的工作原理与工作过程与第一实施例基本相同，不同之处在于：第一，降压电路不同，第二实施例采用双向晶闸管TR、双向二极管TD，电阻R₁₁，电容C₁₀组成降压网络。调整的值，可以调整TR的导通角，从而获得后级所需的直流电压。第二，测试信号该从电压比较器IC₂的负载端口2输入，当水位低于D时，测试信号I₃＝0，IC₂的端口1输出高电平，V₂导通，继电器J₂通电，其常闭触点K₂断开，常开触点K₁接通，泵抽水。当水位到达G时，I₃流通，电压比较器IC₂输出低电平，V₂截止，继电器J₂断电，其常闭触点K₂接通，常开触点K₁断开，泵停止。该实施例中继电器的常开触点比常闭触点有更强的负载能力，利用同样的继电器，可承负更重的负载。

本发明第三实施例如图4所示。第三实施例的工作原理与工作过程与第一实施例基本相同。当水位低于D时，测试信号I₃₁＝0，V₃₁、V₃₂截止，继电器J₃断电，其常闭触点K₂接通，泵工作泵水；当水位到达G时，I₃₁流通，V₃₁、V₃₂导通，继电器J₃通电，其常开触点K₁接通，常闭触点K₂断开，泵停。本实施例线路简单，成本较低。

本发明巧妙地设计测试信号输入端口，应用AC220V作测试信号，仅用一只可带大功率负载的单触点继电器就解决了水位自动控制问题。具有线路简单，成本低，抗干扰能力强的优点，不但可以用于控制水位，也可以用于控制其它液体的液位。

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 (9)

1.一种以市政交流电作测试信号的控水器，由存水容器，控制电路组成，其特征在于：

存水容器中设置有高水位电极和低水位电极以及采样电极，高水位电极设置于高水位处，低水位电极设置于低水位处且其低于高水位处，采样电极设置于低水位以下；

控制电路通过由电极送来的水位控制信号，对负载进行控制；

当低水位电极或高水位电极浸没在水中时，相当于开关接通；

当低水位电极或高水位电极未浸没在水中时，相当于开关断开。

2.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

当水位低于低水位电极时，测试信号断开，负载启动；

当水位上升至高水位电极时，测试信号通过高水位电极与水接通，负载停止；

当水位下降至高水位电极和低水位电极之间时，测试信号仍保持接通，负载停止；

当水位下降至低水位电极之下时，测试信号断开，负载重新启动；

循环上述步骤，使得控水器完成对存水容器水位的自动控制。

3.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

所述控制电路由降压电路，整流稳压电路，执行电路，采样及采样保持电路，交流平衡电路组成。

4.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

交流平衡电路为所述电极提供微安级的交流电流，从而避免了电极的腐蚀和结垢。

5.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

所述水位控制器还具有常闭按钮，只要当水位低于高水位电极时，按下该按钮，水位控制器开始接通负载。

6.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

所述负载可以为泵。

7.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

所述负载可以由单触点继电器控制。

8.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

所述降压电路可以由R，C电路网络构成。

9.如权利要求1所述的以市政交流电作测试信号的控水器，其特征在于：

所述降压电路可以由双向晶闸管、双向二极管，电阻，电容构成。

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