自动液位继电器 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。