基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，包括壓力傳感器、電流互感器和單片機，所述的壓力傳感器通過放大電路連接單片機的壓力檢測端口，電流互感器通過采樣電路連接單片機的電流檢測端口；水泵的輸入電源線穿過電流互感器，并與繼電器的控制開關串聯，水泵輸入電源經變壓整流電路為繼電器和單片機供電，單片機的控制電路串接在繼電器的供電電路上，本實用新型集壓力檢測，壓力緩沖，壓力控制于一體，具有體積小巧，結構新穎的特點。
【專利說明】基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水泵壓力控制器，具體是一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器。
【背景技術】
[0002]自動泵的誕生給人類的生活帶來了很大的方便，隨著國民經濟的進一步發展，人們對水泵的使用壽命，水泵的自動化控制要求越來越高，目前市場上的水泵壓力控制裝置大概分為以下幾類:
[0003](一)機械式壓力開關+壓力罐；該技術方案是目前最傳統使用最普遍的壓力控制裝置，但是它的主要缺點為:機械噪聲響，壓力調節困難，觸點容易氧化，使用壽命短，控制精度低，存在壓力控制死區，并且在小水流控制場合水泵會頻繁啟動。
[0004](二)電子一體式壓力控制器；該技術方案是將壓力控制、壓力緩沖裝置與線路板控制部分集成在一個塑料罐中，通過線路板中的干簧管跟控制器進水口中的活動磁鐵來感應當前的壓力變化，在性能方面比第一種方案稍有優勢，但是用戶對壓力調節同樣比較麻煩，在小水流控制場合容易出現誤動作，干擾因素多，而且價格昂貴，所以在國內市場的占有率沒有明顯的優勢。
[0005](三)指針式光電原理壓力控制器；該方案是利用光電傳感器、壓力表、集成電路以及若干塑料機械部件組成，通過壓力表中的指針上下回來擺動來控制水泵的開和關。比起前面2種方案，該方案的優點是啟動壓力跟停止壓力可以隨意設定，這樣水泵的啟動點跟停止點之間就存在一定的壓力差，可以有效地防止水泵頻繁啟動，但是他的缺點之一為受光源干擾影響大，特別是太陽光，如果用戶不進行遮光處理，控制器就會出現失靈，缺點二，該方案電路電源部分采用非隔離的阻容降壓方法，其穩定性跟可靠性都有待用戶進一步考驗。缺點三，因為是通過指針來接觸光電傳感器，如果指針相對整個表盤非中心，光電傳感器安裝有偏差，這樣水泵在控制過程中就會出現指針卡住，造成控制器失靈。
[0006](四)指針式霍爾原理壓力控制器；該方案大體上跟第三種方案類似，唯一的區別是第三種方案是通過指針經過光電傳感器中的感應槽然后給出信號，而該方案是在指針前端安裝磁性物體，啟動點跟停止點都裝有霍爾傳感器，當指針靠近霍爾傳感器就會給出控制信號。與第三種方案相比，他的優點是不受光源干擾，缺點是:指針前端的磁鐵磁性大小不好控制，如果磁性太弱就接收不到信號，磁性太強容易誤動作，而且控制精度低，壓力控制存在死區，不適合小揚程水泵。
[0007](五)硅片感應數顯壓力控制器；該方案原理是加在硅片上的壓力大小跟硅片橋臂輸出電壓成比例來實現的，他的優點是在量程范圍內壓力可以連續調節無死區，壓力可以實時用數碼管顯示出來，他的缺點是硅片在長期受力后，穩定性會下降，而且缺水保護功能較難實現，因為很多供水場合在缺水后水泵泵頭部位或者管道中都有殘留壓力，有時候顯示0.2kg，有時候顯示0.5kg，用戶在設定缺水壓力的時候就很難把握。還有，該壓力控制器電路部分采用阻容降壓，在抗雷擊，抗瞬間電壓方面存在一定的缺陷，也不適合1.1kw以上的大功率水泵控制。
[0008](六)流量傳感+微動開關+電子壓力控制器；該方案利用干簧管或者霍爾元件再加上特制磁鐵組成一個流量開關，當龍頭出水的時候，流量開關就發出一個電壓信號，或者一串脈沖波，線路板中的單片機接收到后就自動控制水泵開啟，當龍頭關閉的時候就檢測不到流量開關的信號了，這時，管道內壓力開始上升，觸發了微動開關，當線路板接收到微動開關信號，就自動關閉水泵。該方案結構復雜，缺點繁多，因為它只要檢測到有水流動就啟動水泵，雖然這樣可以有效地避免水泵的頻繁啟動，但是對于自來水供壓用戶，在小水流控制場合就沒有必要啟動水泵，完全可以依托自來水管道本身的壓力來維持水流，這樣節能又省事，還可以延長水泵的使用壽命，再說干簧管也好，霍爾元件也好，對于磁性的大小非常敏感，當磁鐵長期浸泡在不同水質的生活用水中，其磁性能肯定會發生變化，造成控制失靈。
實用新型內容
[0009]本實用新型的目的在于提供一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，采用陶瓷封裝的壓力傳感器為水壓感應源，陶瓷封裝的壓力傳感器與采用單片機連接，在實現各項產品功能的時候都盡可能地依托軟件程序來完成，在產品結構上，本實用新型集壓力檢測，壓力緩沖，壓力控制于一體，具有體積小巧，結構新穎的特點。
[0010]本實用新型對于普通的自動泵只要直接安裝在原來的壓力罐位置即可，對于其他非自動泵，只要在水泵出水口位置外加一個三通就可以配套使用，非常方便。
[0011]為實現上述目的采用以下技術方案:
[0012]一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:包括壓力傳感器、電流互感器和單片機，所述的壓力傳感器通過放大電路連接單片機的壓力檢測端口，電流互感器通過采樣電路連接單片機的電流檢測端口 ；水泵的輸入電源線穿過電流互感器，并與繼電器的控制開關串聯，水泵輸入電源經變壓整流電路為繼電器和單片機供電，單片機的控制電路串接在繼電器的供電電路上。
[0013]所述的單片機的數據輸入接口連接數據燒寫電路。
[0014]所述的單片機上連接有蜂鳴報警電路。
[0015]所述的壓力傳感器包括陶瓷座和陶瓷膜片，陶瓷座和陶瓷膜片整體封裝，陶瓷膜片為彈性體，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的一側，連接成一個惠斯頓電橋，陶瓷膜片另一側直接與被測量介質接觸，惠斯頓電橋通過所述的放大電路連接單片機的壓力檢測端口。
[0016]所述的電流壓力控制器除壓力傳感器和輸入電源線外的其它部件封閉在盒體內部，盒體采用氟膠密封圈密封，盒體通過連接接頭連接在水泵出水口，所述的壓力傳感器容直在連接接頭內。
[0017]本實用新型采用先進的單片機技術，在實現各項產品功能的時候都盡可能地依托軟件程序來完成，省略了多種昂貴的硬件材料，在同類中具有非常高的性價比，在產品結構上，本實用新型集壓力檢測，壓力緩沖，壓力控制于一體，具有體積小巧，結構新穎的特點，在機械密封上采用特制的氟膠密封圈，進線出線采用防水接頭，防護等級為IP65，本實用新型對于普通的自動泵只要直接安裝在原來的壓力罐位置即可，對于其他非自動泵，只要在水泵出水口位置外加一個三通就可以配套使用，非常方便。【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型壓力采樣的電路圖；
[0020]圖3為本實用新型電流采樣的電路圖；
[0021]圖4為本實用新型繼電控制電路。
[0022]圖5為本實用新型單片機及輔助電路圖；
[0023]圖6為本實用新型數碼管電路圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1-6所示，一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，包括壓力傳感器、電流互感器、輸入電源線和單片機，除壓力傳感器和輸入電源線外的其它部件封閉在盒體I內部，盒體I采用氟膠密封圈密封，盒體I通過連接接頭2連接在水泵出水口，所述的壓力傳感器包括陶瓷座和陶瓷膜片，陶瓷座和陶瓷膜片整體封裝，陶瓷膜片為彈性體，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的一側，連接成一個惠斯頓電橋，陶瓷膜片另一側直接與被測量介質接觸，惠斯頓電橋通過所述的放大電路連接單片機的壓力檢測端口，所述的壓力傳感器容置在連接接頭內，陶瓷座與連接接頭配合起定位密封作用，陶瓷膜片作用感應水泵出水口的壓力將壓力信號轉化成電信號。
[0025]所述的壓力傳感器通過放大電路連接單片機的壓力檢測端口，電流互感器通過采樣電路連接單片機的電流檢測端口 ；水泵的輸入電源線穿過電流互感器，并與繼電器的控制開關串聯，水泵輸入電源經變壓整流電路為繼電器和單片機供電，單片機的控制電路串接在繼電器的供電電路上，所述的單片機的數據輸入接口連接數據燒寫電路、蜂鳴報警電路、數碼管電路和過欠壓檢測電路。
[0026]本實用新型以特種陶瓷膜片為彈性體，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的一側，連接成一個惠斯頓電橋，陶瓷膜片另一側直接與被測量介質接觸，由于特種陶瓷材料有很好的化學穩定性，不需要增加對陶瓷膜片的保護，被測介質直接沖擊陶瓷膜片的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的毫伏級電壓信號，再通過材料配方、調零與溫補，傳感器輸出信號在時間穩定性與溫度穩定性方面具有較好的一致性。
[0027]由于陶瓷壓力傳感器出來的信號非常微弱，為了讓單片機能夠更好的識別它，本實用新型采用LM2904對該信號進行線性放大，它價格便宜，線性度高，工作溫度范圍廣。另夕卜，在信號放大的同時，增加了抗干擾模塊，對共模信號進行了有效抑制。由于LM2904自身存在著2MV左右的偏移電壓，而陶瓷壓力傳感器出來的信號為(T10MV，在壓力比較小的情況下，一般放大電路不能進行有效的識別。但是我們在設計上把零點抬高到2.5V附近，從而解決了這個技術難題。為了能把壓力控制精度做到0.1KG，在單片機選型上我們也反復掂量，最終決定采用STM8S系列，它內置A/D轉換器，A/D采樣精度10位，片內自帶RC振蕩電路，完全滿足本實用新型要求，在提高穩定性的同時也降低了產品的成本。在電流采樣上本實用新型采用了精密整流電路，解決了傳統二極管整流電路帶來的小電流無法識別的問題，并且在算法上采用了逐個比較法來確定電流的最大值，然后用最大值和有效值的關系式得到實際電流。本實用新型五個按鈕中的中間按鍵為功能鍵，長按功能鍵5秒，本實用新型就進行壓力清零動作，除了清零、輔助功能選擇和密碼解鎖功能外，此鍵還可以用來切換中間數碼管顯示當前壓力或者顯示當前電流。其余4個按鍵為“ + 一”調節功能，當實際壓力小于啟動壓力時，本實用新型控制水泵啟動；當實際壓力超過停止壓力時，本實用新型關閉水泵。當用戶按下功能鍵切換到電流顯示界面時，把右邊數碼管調成‘08’用戶就可以修改過載電流設定值；把右邊數碼管調成‘11’用戶就可以選擇是否開啟延時功能；把右邊數碼管調成‘12’，用戶就可以選擇是否開啟過欠壓保護功能；把右邊數碼管調成‘13’用戶就可以選擇是否開啟缺水保護功能；把右邊數碼管調成‘14’用戶就可以設定缺水檢測時間。本實用新型輸出控制部分采用三極管驅動繼電器的方案，且帶續流二極管，確保繼電器線圈不受反向電動勢的影響。
[0028]缺水保護功能的實現:在正常用水過程中，當實際壓力少于下限啟動點的時候水泵會自動打開，在水源充足的前提下，管道內水壓會逐漸上升或者接近啟動點壓力，而當出水壓力小于用戶下限啟動壓力設定值的60%，并且持續5秒，本實用新型就判斷出現缺水情況了，這時蜂鳴器開始報警，故障指示燈開始閃爍，當缺水時間達到3分鐘，本實用新型強制關閉水泵，顯示屏提示‘00’代碼，告知用戶出現缺水故障。缺水關泵后，本實用新型會控制水泵每隔30分鐘重新檢測供水是否恢復。
[0029]過載過流功能的實現:本實用新型可以設置水泵電機的過載電流，當電機發生堵轉、葉輪卡死、水泵超負荷工作的情況下，當前電流達到用戶設定值的f 1.5倍，并且持續5秒時，本實用新型的蜂鳴器開始報警，故障指示燈開始閃爍，當過載時間超過20秒時，本實用新型強制關閉電機，并且提示‘55’ ；當前電流達到設定的工作電流的1.5?2倍，并且持續5秒時，本實用新型的蜂鳴器開始報警，故障指示燈開始閃爍，當過載時間超過10秒時，本實用新型強制關閉電機，并且提示‘88’ ；當前電流達到設定工作電流的2倍以上，并且持續2秒時，本實用新型強制關閉電機，并且提示‘99’ ；
[0030]過欠壓功能的實現；本實用新型對水泵電機的工作電壓進行了限制，范圍從175V175V。當電壓超過275V，并且持續5秒時，本實用新型的蜂鳴器開始報警，故障指示燈開始閃爍，當過壓時間超過20秒時，本實用新型強制關閉水泵，并且提示‘77’ ；當電壓低于175V，并且持續5秒時，本實用新型的蜂鳴器開始報警，故障指示燈開始閃爍，當欠壓時間超過20秒時，本實用新型強制關閉電機，并且提示‘11’。
[0031]由于本實用新型采用先進的單片機技術，在實現各項產品功能的時候都盡可能地依托軟件程序來完成，省略了多種昂貴的硬件材料，在同類中具有非常高的性價比，在產品結構上，本實用新型集壓力檢測，壓力緩沖，壓力控制于一體，具有體積小巧，結構新穎的特點，在機械密封上采用特制的氟膠密封圈，進線出線采用防水接頭，防護等級為IP65，本實用新型對于普通的自動泵只要直接安裝在原來的壓力罐位置即可，對于其他非自動泵，只要在水泵出水口位置外加一個三通就可以配套使用，非常方便。
[0032]另外由于本實用新型線路板采用足功率隔離變壓器作為控制電源，在防雷擊、防電網浪涌方面有著明顯的優勢，繼電器采用大功率30A復合銀觸點，觸點保護采用壓敏電阻消弧，觸點壽命可達15萬次以上，實際負載功率可以達到2200W，其他同類產品只能做到1500W甚至IlOOff以下。
[0033]本實用新型以人性化操作為設計出發點，啟動壓力、當前壓力、停止壓力均獨立數碼顯示，并且當前壓力特地用綠色數碼管來實時顯示，非常直觀，明了。啟動壓力、停止壓力可根據用戶的實際用水情況通過四個獨立按鍵來調高或者調低，這樣的設定方式既能有效地避免水泵的頻繁啟動又能達到一定的恒壓效果，解決了用戶出水量的忽大忽小，熱水器淋浴的忽冷忽熱問題。并且在量程范圍內，本實用新型可以實現連續無死區調節，既滿足了小流量壓力控制場合也適用于大流量壓力控制場合。
[0034]在控制精度跟適用場合方面；由于本實用新型采用自帶10位高精度A/D采樣通道的單片機，在壓力控制精度方面可以達到0.1kg，該數據明顯高于同類產品，使得本實用新型可以應用于高精度壓力控制場合。由于陶瓷傳感器的良好化學性能，所以本實用新型不僅適合冷水控制場合也適合熱水控制場合，不僅適用于普通的家用增壓泵還適用于潛水泵、深井泵，以及排污泵等。
[0035]在缺水保護判斷方面；在缺水保護方面，本實用新型通過不斷的實驗和市場走訪，結合用戶的反饋意見，編譯了一套新穎的缺水保護代碼。當水泵啟動后，當前出水壓力低于用戶啟動壓力設定值的60%，并且該狀態持續3分鐘，才判斷缺水。而傳統的缺水判斷依據是要管道里面達到真正O壓力，可是這樣的判斷的方法非常不合理，由于管路里面空氣的存在，壓力控制器安裝位置的多樣性，在很多用水場合即使出現缺水狀況，壓力控制點也會存在殘留壓力，達不到O壓力，而本實用新型就能解決這類情況。
[0036]在輔助功能與密碼保護方面；本實用新型突破了傳統的壓力控制器單一的壓力控制功能，在實現壓力自動控制的同時，本實用新型還提供了多項輔助功能讓用戶自主選配，通過精密電流互感器和單片機模塊對水泵運行時的電流進行實時采樣監控，一旦出現堵轉、卡死，電流急劇上升，本實用新型會及時關閉水泵，在電網電壓出現大范圍波動，過欠壓達到20%以上時，本實用新型也會及時關閉水泵，有效地避免了水泵電機的燒毀。為保障各用戶正確使用本實用新型，在水泵過載電流的設定上，本實用新型采用了密碼保護功能來防止用戶隨意修改過載電流值，在缺水保護功能、過欠壓功能、停泵延時功能發面，本實用新型可以根據用戶實際控制場合來進行選配。
[0037]以上所述為本實用新型的一個較佳實施案例，在不脫離本實用新型的構思和基本功能前提下，進行任何顯而易見的變型和替換均屬本實用新型保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:包括壓力傳感器、電流互感器和單片機，所述的壓力傳感器通過放大電路連接單片機的壓力檢測端口，電流互感器通過采樣電路連接單片機的電流檢測端口 ；水泵的輸入電源線穿過電流互感器，并與繼電器的控制開關串聯，水泵輸入電源經變壓整流電路為繼電器和單片機供電，單片機的控制電路串接在繼電器的供電電路上。
2.如權利要求1所述的一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:所述的壓力傳感器包括陶瓷座和陶瓷膜片，陶瓷座和陶瓷膜片整體封裝，陶瓷膜片為彈性體，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的一側，連接成一個惠斯頓電橋，陶瓷膜片另一側直接與被測量介質接觸，惠斯頓電橋通過所述的放大電路連接單片機的壓力檢測端口。
3.如權利要求2所述的一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:所述的電流壓力控制器除壓力傳感器和輸入電源線外的其它部件封閉在盒體內部，盒體采用氟膠密封圈密封，盒體通過連接接頭連接在水泵出水口，所述的壓力傳感器容置在連接接頭內。
4.如權利要求1所述的一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:所述的單片機的數據輸入接口連接數據燒寫電路。
5.如權利要求1所述的一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:所述的單片機上連接有蜂鳴報警電路。
6.如權利要求1所述的一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:所述的單片機上連接有數碼管電路。
7.如權利要求1所述的一種基于陶瓷壓力傳感器的水泵電流壓力控制器，其特征在于:所述的單片機上連接有過欠壓檢測電路。
【文檔編號】F04D15/00GK203730348SQ201420150698
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】滕軍華 申請人:臺州科比電子科技有限公司