CN2107674U - 液位调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于给水自动控制技术领域，涉及对 锅炉水位调节装置的改进。本实用新型采用申请人 设计的申请号为CN91232693.X号实用新型专利申 请所给出的浮子式液位传感器，液位调节电路由液位 /电压转换器(2)、阀位/电压转换器(6)、开阀控制 器(3)和关阀控制器(4)组成，受控的电动调节阀(5) 安装在给水管路上。本实用新型结构简单工作稳定 可靠。

Description

本实用新型属于给水自动控制技术领域，涉及一种液位调节装置，特别是一种锅炉水位调节装置。

液位调节装置通常由液位传感器、调节电路和执行机构组成。一种公知的液位调节装置由带铁芯的浮子、电感线圈组成液位传感器。液位变化时，铁芯在浮子带动下沿线圈轴线运动，使线圈电感量发生变化，从而改变该电感线圈的端电压，作为液位信号反映液位的变化。用电动调节阀作为执行机构。信号处理电路包括振荡电路、液位及阀位检测电路、检波及放大电路、电压比较及输出电路。安装在给水管路上的电动调节阀上装有一个与液位传感器相同的电感线圈和铁芯，该线圈中的铁芯位置随电动调节阀的开度而改变，当液位处于规定位置时，线路中两个线圈的电感量相等，端电压也相等；当水位偏离规定位置时，液位传感器线圈中的铁芯也偏离原位，使液位传感器线圈的端电压改变，此信号经检波放大，与来自阀位线圈的阀位信号进行比较鉴别后，发出一个调节信号，控制电动调节阀开大或关小，使液位保持在一定范围。这种液位调节装置的缺点是：信号弱易受干扰，工作不够稳定可靠，电路复杂，调整点多，安装调试不便。

本实用新型的目的是，提供一种结构简单、安装调试方便、工作更加稳定可靠的液位调节装置。

本实用新型由安装在锅炉上的液位传感器（1）、安装在控制台上的液位调节电路和安装在给水管路上的电动调节阀（5）组成，其特征在于，液位传感器（1）采用中国专利申请CN91232693.X号所提出的浮子式液位传感器；液位调节电路由液位／电压转换器（2）、阀位／电压转换器（6）、开阀控制器（3）和关阀控制器（4）组成，转换器（2）把液位传感器（1）输出的与液位对应的开关信号变换成幅度随液位变化的直流电压信号U_y，转换器（6）把电动调节阀（5）的阀位开度变换成幅度随阀位变化的直流电压信号U_f，开阀控制器（3）和关阀控制器（4）均由电压比较器、双稳态触发器和继电器串联组成，U_y和U_f分别送入（3）和（4）进行比较，确定双稳态触发器的输出状态，通过继电器控制电动调节阀（5）的开闭。浮子式液位传感器（CN91232693.X）是本实用新型申请人提出的另一件实用新型专利申请，其详细内容已经记载在该申请文件中，这里简述如下：浮子式液位传感器在连通器内有一个内装磁铁的浮子，连通器和液体容器连接，连通器内的液位代表容器的液位，在连通器外部沿液位变化方向按一定间距安装若干个干簧管或湿簧管磁敏开关元件，每个开关信号代表一个液位高度，当磁铁在浮子带动下靠近某个磁敏开关时，该开关接通（或断开），此通断信号作为液位信号经电缆送入液位调节电路。阀位信号由阀位／电压转换器给出，液位调节电路对液位信号和阀位信号进行比较，其输出控制电动调节阀开大或关小阀门使液位和阀门的开度保持平衡。

基于相同的发明构思，本实用新型的另一种技术方案是：一种液位调节装置，特别是一种锅炉水位调节装置，由安装在锅炉上的液位传感器（1）、安装在控制台上的液位调节电路、水位越限报警器（8）、水位显示器（9）、阀位显示器（10）和安装在给水管路上的电动调节阀（5）组成，其特征在于，液位传感器（1）采用中国专利申请CN91232693.X号所提出的浮子式液位传感器，它直接提供水位信号和报警信号驱动水位显示器（9）和报警器（8）；液位调节电路由液位／电压转换器（2）、阀位／电压转换器（6）、开阀控制器（3）和关阀控制器（4）组成，转换器（2）把液位传感器（1）输出的与液位对应的开关信号变换成幅度随液位变化的直流电压信号U_y，转换器（6）把电动调节阀（5）的阀位开度变换成幅度随阀位变化的直流电压信号U_f，开阀控制器（3）和关阀控制器（4）均由电压比较器、双稳态触发器和继电器串联组成，U_y和U_f分别送入（3）和（4）进行比较，确定双稳态触发器的输出状态，通过继电器控制电动调节阀（5）的开闭，阀位／电压转换器（6）提供阀位显示信号驱动阀位显示器（10）。

本实用新型的优点是：液位和阀位信号强，装置抗干扰能力强，结构简单，调整方便，工作稳定可靠。

附图1是本实用新型结构原理方框图。图2是另一种方案的原理方框图。图3是以电位器为分压元件的液位／电压转换器结构图。图4是以稳压二极管为分压元件的液位／电压转换器结构图。图5是以二极管为分压元件而且带有电子开关的液位／电压转换器结构图。图6是阀位／电压转换器结构图。图7是开阀控制器和关阀控制器结构图。图8是带有选择延时电路的开阀和关阀控制器结构图。图9是用集成电路556构成的开阀、关阀控制器结构图。图10是本实用新型一种实施例的完整结构图。下面结合附图详细说明本实用新型的结构细节。

参见图1。液位传感器（1）采用了申请人发明的浮子式液位传感器，其中有若干个磁敏开关可以在浮子内的磁铁作用下闭合（或断开），因此某个开关的闭合（或断开）可以代表一定高度的液位。这些开关的开闭信号经转换器（2）变换成直流电压U_y，一定高度的液位对应一定幅度的电压。（5）是电动调节阀，安装在给水管路上控制对锅炉的补水量。其阀门开度被转换器（6）变换成直流电压U_f，一定的阀门开度对应一定幅度的电压。U_y和U_f同时送入控制器（3）和（4）进行比较鉴别，控制器的输出驱动电动调节阀（5）使液位和阀位保持平衡。图2给出了带有水位越限报警器（8）、水位显示器（9）和阀位显示器（10）的液位调节装置，调节部分与图1的方案完全相同。报警器和显示器可以采用市售的成品元件，例如用蜂鸣器或语言合成集成电路和扬声器等发声元件作为报警器，用发光二极管或指针式表头或数字式表头作为液位和阀位显示。由于U_y和U_f都足够强，可以直接驱动报警器和显示器。

图3、图4、图5给出了液位／电压转换器（2）的三种实施例。图3中由W₁～W_n共n个电位器作为分压元件接在V_＋与地之间，其滑动臂对地电压自W₁至W_n依次升高。传感器（1）中有S₁～S_n共n个开关。转换器中还有D′₁～D′_n共n个二极管组成选通门。每个电位器的滑动臂与一个开关S和一个二极管D串联成一个支路与三极管射极输出器的基极相连。实际使用时必有一个开关S受浮子作用而闭合，该支路导通，BG输出一定的直流电压。这样一定高度的液位就与一定幅度的电压相对应，完成了液位／电压转换。图4中采用稳压二极管串联的办法构成分压支路，只要适当选择稳压二极管的反向击穿值即可获得所需要的分压。由图3和图4可知，液位／电压转换器（2）由一个串联分压支路、一组二极管门电路和一个三极管射极输出器组成，分压元件可以是电阻或电位器或二极管，其数量与液位传感器（1）中的开关数相同，每个开关的一端与一个分压节点相连，开关的另一端分别与二极管门电路中对应的二极管的正极相连，二极管门的负极与三极管的基极相连。图5给出的液位／电压转换器中，由正向串联的二极管组DW₁～DW_n构成分压支路，在DW₁～DW_n与二极管门D′₁～D′_n之间有一组由三极管BG₁～BG_n组成的电子开关，每个三极管的集电极分别接串联分压支路的对应节点，发射极分别接二极管门中D′₁～D′_n的正极，基极分别接液位传感器中开关S₁～S_n的一端，S₁～S_n的另一端接电源。

阀位电压转换器（6）可以用多种形式构成，图6给出一种简单的形式，由电位器R_p组成，电位器的滑动臂固定在电动调节阀的转轴上与转轴同步旋转运动。电位器的固定端接电源。当阀门由小开大时，电位器滑动臂上的电压由大变小。在电位器固定端可以串联隔离二极管防干扰，还可以串联发光二极管作指示。

开阀控制器（3）和关阀控制器（4）可以由运算放大器或电压比较集成电路如LM339构成，用R－S触发器、或D触发器、JK触发器等构成双稳态触发器，用三极管作输出驱动管控制继电器J。当双稳态触发器的输出为高电平时，J吸合。若开阀控制器中的J₁吸合，则电动调节阀作开阀运动；若关阀控制器中的J₂吸合，电动调节阀作关阀运动。由于555时基电路内含有电压比较和双稳态触发两部分电路，用它组成控制器更为方便。参见图7。开阀控制器（3）和关阀控制器（4）由555时基电路构成电压比较器和双稳态触发器，其输出端V₀接驱动三极管BG的基极，继电器J串联在BG的集电极回路中，555的TH端与 TR端之间以及 TR端与地之间分别接有阻值相等的电阻R，在开阀控制器（3）中，液位信号U_y输入TH端，阀位信号U_f输入V_c端，在关阀控制器（4）中，液位信号U_y输入V_c端，阀位信号U_f输入TH端。

为了防止控制器受水位波动的影响而频繁动作，在其输出部分可以增加选择延时网络。参见图8。开阀控制器（3）〔关阀控制器（4）〕由两个555时基电路IC₁、IC₂〔IC₃、IC₄〕构成，IC₁〔IC₃〕构成电压比较器和双稳态触发器，IC₂〔IC₄〕驱动继电器J，IC₁〔IC₃〕与IC₂〔IC₄〕之间有由R₁₁〔R₁₅〕、D₂₁〔D₂₂〕和C₁〔C₂〕构成的选择延时网络，R₁₁〔R₁₅〕与D₂₁〔D₂₂〕并联后，D₂₁〔D₂₂〕的正极接IC₁〔IC₃〕的V₀端，负极接IC₂〔IC₄〕的TH和 TR端，C₁〔C₂〕接在D₂₁〔D₂₂〕的正极与地之间。

图9给出用556集成电路构成开阀或关阀控制器的方案。每片556中含有两个555，使电路更加简洁。其电路连接方式实质上与图8相同。

图10给出本实用新型一个完整的实施例。液位／电压变换器（2）采用图5给出的结构，开阀控制器（3）和关阀控制器（4）采用图8的结构，分别用两个555电路构成。下面结合图10简述该实施例的工作过程。变换器（2）输出端A点输出液位信号电压U_y，变换器（6）输出端B点输出阀位信号电压U_f。U_y送入IC₁的信号电压输入端TH，由于R₈接在TH端与另一信号输入端 TR端之间，R₉接在 TR与地之间，而且R₈＝R₉，故 TR端同时得到0.5U_y的电压。同时U_y又送到IC₃的基准电压输入端V_c。U_f送入IC₁的基准电压输入端 (V_C)/(TR) ，同时又送入IC₃的信号电压输入端TH，由于R₁₂＝R₁₃，故IC₃的 亦得到0.5U_f的电压。J₁串在IC₂的输出端V₀与电源V_＋之间，J₂串在IC₄的输出端V₀与电源V_＋之间。当IC₂（或IC₄）的V₀为高电平时，J₁（J₂）吸合，电动调节阀（5）作开阀（关阀）运动。在IC₁和IC₂之间以及IC₃和IC₄之间，有由R₁₁（R₁₅）、D₂₁（D₂₂）和C₁（C₂）组成的选择延时网络。当IC₁（或IC₃）的V₀由低电平变高电平时，经R₁₁、C₁（R₁₅、C₂）的延时后传递到IC₂（IC₄）；当IC₁（IC₃）的V₀由高电平变低电平时，经D₂₁（D₂₂）立即送入IC₂（IC₄）。本调节装置的工作过程如下：当液位与阀位处在平衡状态时，U_y＝U_f，IC₁、IC₃输出低电平，IC₂、IC₄输出高电平，J₁、J₂释放，电动调节阀（5）不动作。如果液位降低，使U_y下降，以致U_y小于U_f，IC₁翻转输出高电平，经延时后使IC₂输出变成低电平，J₁吸合，电动调节阀（5）作开阀运动，使U_f开始下降，同时随着补充水使锅炉水位上升，U_y开始上升。当U_y大于U_f时，IC₁再次翻转，输出低电平，使IC₂的输出变成高电平，J₁释放，电动调节阀（5）不再开大。同时由于U_y大于U_f，使IC₃翻转输出高电平，经延时使IC₄输出低电平，J₂吸合，电动调节阀（5）开始关阀运动，此时U_y在上升，U_f也在上升，但U_f的上升速度更快，当U_f略大于U_y时，IC₃再次翻转成低电平，立即使IC₄翻转成高电平，J₂释放，电动调节阀（5）停止运动，液位和阀位达到新的平衡。图10的实施例中液位传感器（1）有5个开关S₁～S₅，相应的有5组分压二极管D₁～D₁₀，每两只二极管一组。有5个三极管电子开关BG₁～BG₅，5个二极管门D₁₃～D₁₇。D₁₁、D₁₈、R₇为射极输出管BG₆的偏置元件，D₁₂为发光管起指示作用。电动调节阀（5）由交流电源供电。

依照图9的接线方式可以方便地把图10中的两个555电路换成单片的556，这样只用两片556即可构成开阀、关阀控制器，使电路更加简洁。

Claims (10)

1、一种液位调节装置，特别是一种锅炉水位调节装置，由安装在锅炉上的液位传感器(1)、安装在控制台上的液位调节电路和安装在给水管路上的电动调节阀(5)组成，其特征在于，

[1]、液位传感器(1)采用中国专利申请CN91232693.X号所提出的浮子式液位传感器，

[2]、液位调节电路由液位/电压转换器(2)、阀位/电压转换器(6)、开阀控制器(3)和关阀控制器(4)组成，转换器(2)把液位传感器(1)输出的与液位对应的开关信号变换成幅度随液位变化的直流电压信号U_y，转换器(6)把电动调节阀(5)的阀位开度变换成幅度随阀位变化的直流电压信号U_f，开阀控制器(3)和关阀控制器(4)均由电压比较器、双稳态触发器和继电器串联组成，U_y和U_f分别送入(3)和(4)进行比较，确定双稳态触发器的输出状态，通过继电器控制电动调节阀(5)的开闭。

2、一种液位调节装置，特别是一种锅炉水位调节装置，由安装在锅炉上的液位传感器（1）、安装在控制台上的液位调节电路、水位越限报警器（8）、水位显示器（9）、阀位显示器（10）和安装在给水管路上的电动调节阀（5）组成，其特征在于，

［1］、液位传感器（1）采用中国专利申请CN91232693.X号所提出的浮子式液位传感器，它直接提供水位信号和报警信号驱动水位显示器（9）和报警器（8），

［2］、液位调节电路由液位／电压转换器（2）、阀位／电压转换器（6）、开阀控制器（3）和关阀控制器（4）组成，转换器（2）把液位传感器（1）输出的与液位对应的开关信号变换成幅度随液位变化的直流电压信号U_y，转换器（6）把电动调节阀（5）的阀位开度变换成幅度随阀位变化的直流电压信号U_f，开阀控制器（3）和关阀控制器（4）均由电压比较器、双稳态触发器和继电器串联组成，U_y和U_f分别送入（3）和（4）进行比较，确定双稳态触发器的输出状态，通过继电器控制电动调节阀（5）的开闭，

［3］、阀位／电压转换器（6）提供阀位显示信号驱动阀位显示器（10）。

3、根据权利要求1所述的液位调节装置，其特征在于，

［1］、所说的液位／电压转换器（2）由一个串联分压支路、一组二极管门电路和一个三极管射极输出器组成，分压元件可以是电阻或电位器或二极管，其数量与液位传感器（1）中的开关数相同，每个开关的一端与一个分压节点相连，开关的另一端分别与二极管门电路中对应的二极管的正极相连，二极管门的负极与三极管的基极相连，

［2］、所说的阀位电压转换器（6）由电位器R_P组成，电位器的滑动臂固定在电动调节阀（5）的转轴上与之同步旋转运动，电位器的固定端接电源。

4、根据权利要求1或3所述的液位调节装置，其特征在于，所说的液位／电压转换器（2）中，由正向串联的二极管组DW₁～DW_n构成分压支路，在DW₁～DW_n与二极管门D′₁～D′_n之间有一组由三极管BG₁～BG_n组成的电子开关，每个三极管的集电极分别接串联分压支路的对应节点，发射极分别接二极管门中D′₁～D′_n的正极，基极分别接液位传感器中开关S₁～S_n的一端，S₁～S_n的另一端接电源。

5、根据权利要求4所述的液位调节装置，其特征在于，所说的开阀控制器（3）和关阀控制器（4）由555时基电路构成电压比较器和双稳态触发器，其输出端V₀接驱动三极管BG的基极，继电器J串联在BG的集电极回路中，555的TH端与 TR端之间以及 TR端与地之间分别接有阻值相等的电阻R，在开阀控制器（3）中，液位信号U_y输入TH端，阀位信号U_f输入V_c端，在关阀控制器（4）中，液位信号U_y输入V_c端，阀位信号U_f输入TH端。

6、根据权利要求4所述的液位调节装置，其特征在于，所说的开阀控制器（3）〔关阀控制器（4）〕由两个555时基电路IC₁、IC₂〔IC₃、IC₄〕构成，IC₁〔IC₃〕构成电压比较器和双稳态触发器，IC₂〔IC₄〕驱动继电器J，IC₁〔IC₃〕与IC₂〔IC₄〕之间有由R₁₁〔R₁₅〕、D₂₁〔D₂₂〕和C₁〔C₂〕构成的选择延时网络，R₁₁〔R₁₅〕与D₂₁〔D₂₂〕并联后，D₂₁〔D₂₂〕的正极接IC₁〔IC₃〕的V₀端，负极接IC₂〔IC₄〕的TH和 TR端，C₁〔C₂〕接在D₂₁〔D₂₂〕的正极与地之间。

7、根据权利要求2所述的液位调节装置，其特征在于，［1］、所说的液位／电压转换器（2）由一个串联分压支路、一组二极管门电路和一个三极管射极输出器组成，分压元件可以是电阻或电位器或二极管，其数量与液位传感器（1）中的开关数相同，每个开关的一端与一个分压节点相连，开关的另一端分别与二极管门电路中对应的二极管的正极相连，二极管门的负极与三极管的基极相连，

［2］、所说的阀位／电压转换器（6）由电位器R_P组成，电位器的滑动臂固定在电动调节阀（5）的转轴上与之同步旋转运动，电位器的固定端接电源。

8、根据权利要求2或7所述的液位调节装置，其特征在于，所说的液位／电压转换器（2）中，由正向串联的二极管组DW₁～DW_n构成分压支路，在DW₁～DW_n与二极管门D′₁～D′_n之间有一组由三极管BG₁～BG_n组成的电子开关，每个三极管的集电极分别接串联分压支路的对应节点，发射极分别接二极管门中D′₁～D′_n的正极，基极分别接液位传感器中开关S₁～S_n的一端，S₁～S_n的另一端接电源。

9、根据权利要求8所述的液位调节装置，其特征在于，所说的开阀控制器（3）和关阀控制器（4）由555时基电路构成电压比较器和双稳态触发器，其输出端V₀接驱动三极管BG的基极，继电器J串联在BG的集电极回路中，555的TH端与 TR端之间以及 TR端与地之间分别接有阻值相等的电阻R，在开阀控制器（3）中，液位信号U_y输入TH端，阀位信号U_f输入V_c端，在关阀控制器（4）中，液位信号U_y输入V_c端，阀位信号U_f输入TH端。

10、根据权利要求8所述的液位调节装置，其特征在于，所说的开阀控制器（3）〔关阀控制器（4）〕由两个555时基电路IC₁、IC₂〔IC₃、IC₄〕构成，IC₁〔IC₃〕构成电压比较器和双稳态触发器，IC₂〔IC₄〕驱动继电器J，IC₁〔IC₃〕与IC₂〔IC₄〕之间有由R₁₁〔R₁₅〕、D₂₁〔D₂₂〕和C₁〔C₂〕构成的选择延时网络，R₁₁〔R₁₅〕与D₂₁〔D₂₂〕并联后，D₂₁〔D₂₂〕的正极接IC₁〔IC₃〕的V₀端，负极接IC₂〔IC₄〕的TH和 TR端，C₁〔C₂〕接在D₂₁〔D₂₂〕的正极与地之间。

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