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 IS ＝ 0， 执行电路控制 K0 与 K2 接通， 负载 RL 通电 ( 负载 RL 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 RL 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 IS 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 IS 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 IS 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 IS 经 L → RS1、 A1 或 RS2、 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 IP ＝ 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 IS ＝ 0， 而平衡电流 IP 则按 N →交流平衡电路→ A0 → A1、 RS1 或 A2、 RS2 → 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 IS 与平衡电流 IP 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， D 1、 D2、 C 2、 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。