專利名稱：電極式液位數控裝置的制作方法
專利說明電極式液位數控裝置 本發明涉及一種自動控制器，尤其涉及一種電極式液位數控裝置。我國現有的液位控制方式、方法很多，目前市場上尚在使用的有1、五、六十年代的浮球式、干簧管式液位控制裝置，都屬有觸點的機械式強電控制，產品檔次低、使用壽命短、工作不穩定、可靠性差，特別是干簧管的成本高，檢修又極不方便。
2、在八十年代末出現氣壓罐式液位強電控制和電子線路的弱電控制。氣壓罐液位控制也是有觸點的機械式強電控制，并屬壓力容器，體積大、成本高、通用性差、檢修也不方便。電子線路弱電控制，由于技術上采用的是對模擬信號放大處理和材料的選擇不當，模擬信號抗干擾能力差，工作穩定性差，故被氣壓氣罐式控制取代。
3、到九十年代變頻式液位控制開始進入市場，變頻器技術含量較高，工作穩定可靠，適用性廣，通用性強，特別對無塔恒壓供水要求比較高的地方，具有較強的優點，但是變頻器液位供水控制設備，成本較高，設備能源損耗相對較大(變頻器自身損耗一般在額定負載的8％左右)，對操作人員和維護人員的技能素質要求比較高，檢修比較困難。本發明的目的在于提供一種運行穩定、操作成本低的電極式液位數控裝置。
本發明的基本原理為本發明采用傳感器探頭電極，將傳感器探頭電極檢測到的微脈沖信號進行處理后傳入模/數轉換電路，轉換成可靠的脈沖數字電平信號，再進入中央控制器進行邏輯運算、判斷處理，從而完成智能化自動控制過程。
本發明所采用的技術方案為這種電極式液位數控裝置，包括一電源電路，其特征在于電源電路與整形電路、信號隔離模/數轉換電路、中央控制器及外設控制電路相連，提供相應的工作電源；整形電路與一個外部工作狀態檢測電路及至少一個水位檢測電路相連，水位檢測電路連接一根接地的水位傳感線及至少另一根水位傳感線，接地的水位傳感線和水位傳感線上分別連有傳感器探頭電極，水位檢測電路接收來自傳感器探頭電極之間的傳感電流，外部工作狀態檢測電路至少接收一個外部設備工作狀態信號，并與信號隔離模/數轉換電路、脈沖整形分頻電路相連；一振蕩電路與外設保護及驅動電路、脈沖整形分頻電路相連，外設保護及驅動電路與外設控制電路相連，外設控制電路與至少一個外部設備(水泵、電機或鍋爐等)相連并控制其工作狀態，脈沖整形分頻電路與中央控制器相連；水位檢測電路和外部工作狀態檢測電路向信號隔離模/數轉換電路輸出模擬信號，經信號隔離模/數轉換電路的模數轉換向中央控制器輸出相應的數字信號，經過中央控制器的處理向外設保護及驅動電路及外設控制電路發出相應的控制信號。
振蕩電路還連接一報警驅動電路，報警驅動電路與報警電路相連，經信號隔離模/數轉換電路的模數轉換向中央控制器輸出相應的數字信號，經過中央控制器的處理同時也向報警驅動電路和報警電路發出相應的控制信號。
報警電路可連接揚聲器；中央控制器上連接有二個觸發開關，其中之一的觸發開關S2的一端接地，觸發開關S1被觸發，中央控制器工作，而觸發開關S2被觸發，中央控制器停止工作；整形電路產生交流脈沖電壓；傳感器探頭電極采用不銹鋼制作。
本發明的有益效果在于在本發明中，采用信號隔離模/數轉換電路的數字化處理，并經過中央控制器的邏輯運算、判斷處理來實現智能化自動控制過程，因而本發明運行穩定，抗干擾能力強，能耗低，能長期在惡劣環境(如潮濕、高溫、低寒、雷電、電磁波的干擾，電源波動的干擾等)下可靠地工作；本發明的集成化設計使得產品更適合批量產生，可相對降低產生成本，且這種集成化設計可使產品預備更大的功能擴展空間，配之以中央控制器的相應控制程序，不僅降低了本發明的操作成本，更使得本發明適用性廣，通用性強，可用于城鄉無塔供水、城市高樓供水、礦山及冶煉行業的集水井的給排水、煤礦防爆式集水井排水、發電站水位控制、河道或水庫水位防洪防訊測報、農村家庭自來水等需要給水和排水的場合，并能實現無人值守智能化自動操作；本發明中采用外設控制電路及報警電路，可使控制過程更直觀，對于外部故障的報警，使外部故障可得以及時排除；中央控制器上附設直接控制中央控制器運行或停止的觸發開關，便于本發明的維修及保養；傳感器探頭電極采用不銹鋼制作，可防腐蝕、耐酸堿，降低維修成本，也使本發明工作更可靠。
總之，本發明結構緊湊，成本低、可靠性高、通用性強、節能效果好、適用范圍廣，適合于多種給排水場合使用。
圖1為實施例1電路原理圖；圖2為實施例2電路原理圖；圖3為實施例3電路原理圖；圖4為實施例1使用連接示意圖；圖5為實施例2使用連接示意圖6為實施例3使用連接示意圖。下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明實施例1根據圖1和圖4，本實施例包括一電源電路3，電源電路3與整形電路1、信號隔離模/數轉換電路5、中央控制器7及外設控制電路10相連，提供相應的工作電源；整形電路1與一個外部工作狀態檢測電路4及一個水位檢測電路2相連，水位檢測電路2連接一根接地的水位傳感線In及另一根水位傳感線I1，接地的水位傳感線In和水位傳感線I1上分別連有傳感器探頭電極301，水位檢測電路2接收來自傳感器探頭電極301之間的傳感電流，外部工作狀態檢測電路4接收水泵70的工作狀態信號I9，并與信號隔離模/數轉換電路5、脈沖整形分頻電路9相連；一振蕩電路8與外設保護及驅動電路101、脈沖整形分頻電路9相連，外設保護及驅動電路101與外設控制電路10相連，外設控制電路10與水泵70相連并控制其工作狀態，脈沖整形分頻電路9與中央控制器7相連；水位檢測電路2和外部工作狀態檢測電路4向信號隔離模/數轉換電路5輸出模擬信號，經信號隔離模/數轉換電路5的模數轉換向中央控制器7輸出相應的數字信號，經過中央控制器7的處理向外設保護及驅動電路101及外設控制電路10發出相應的控制信號。
中央控制器7上連接有二個觸發開關S1、S2，其中之一的觸發開關S2的一端接地；觸發開關S1被觸發，中央控制器7工作，而觸發開關S2被觸發，中央控制器7停止工作。
有關電路板置于外殼60中，外部工作狀態檢測電路4接收水泵70的工作狀態信號I9，即水泵70的開閉狀態，外設控制電路10控制水泵70的開閉狀態，水泵70通過水管50與水槽30管路相通。
傳感器探頭電極301采用不銹鋼制作，可防腐蝕、耐酸堿，傳感器探頭電極301置于水槽30中，水槽30置于樓房40上面，供家用自動給水。
首先，如圖1所示，電源P可以是50赫220V交流電，合上開關K后，電源電路3工作，產生適當的低壓電供相應各部工作，經整形電路1可產生50赫20V矩形交流脈沖電壓；整個工作運行是在1千赫鐘脈沖的協調下進行，鐘脈沖的產生是NE555組成振蕩電路8產生1千赫的脈沖，然后進入脈沖整形分頻電路9(CC4622B)產生1千赫、0.01千赫雙頻同步脈沖信號，1千赫的脈沖作為中央控制器7各功能模塊的時鐘電平信號，使本控制裝置依序正常工作，0.01千赫作為傳感器探頭電極301的同步取樣脈沖電平信號。
如圖4所示，當水槽30中的水平面低于連接于水位傳感線I1上的傳感器探頭電極301底端時，連接于接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301與連接于水位傳感線I1上的傳感器探頭電極301之間無傳感電流，設此時顯示水槽30中水位低，需充水，相應的信號經水位檢測電路2(CD40109，CD4013)傳至信號隔離模/數轉換電路5(CC4016、CC4023、CC4027)，中央控制器7(CD4031、CD4032、LM339、LM393)根據外部工作狀態檢測電路4接收到的水泵70的工作狀態信號I9，如外部工作狀態檢測電路4此時顯示水泵70關閉，則經中央控制器7的邏輯運算、判斷處理，打開水泵70向水槽30充水，充至一設定時段后，中央控制器7觸發外設保護及驅動電路101(CC40107)，使外設控制電路10重新關閉水泵70，并將水泵70的工作狀態傳至外部工作狀態檢測電路4；若連接于接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301與連接于水位傳感線I1上的傳感器探頭電極301之間有傳感電流，顯示水槽30中有水，則關閉水泵70或使水泵70保持關閉。
這樣，本實施例可以自動控制給水，實現智能化自動控制過程。
實施例2根據圖2和圖5，本實施例與上一實施例的區別在于，整形電路1與另一個水位檢測電路21相連，水位檢測電路21連有一根接地的水位傳感線In及二根水位傳感線I5、I6，該接地的水位傳感線In和水位傳感線I5、I6上分別連有傳感器探頭電極301置于蓄水池80中，連接于該接地的水位傳感線In的傳感器探頭電極301置于相對最低處，連接于水位傳感線I6的傳感器探頭電極301置于相對最高處，水泵70從蓄水池80中抽水；外部工作狀態檢測電路4接收水泵70的工作狀態信號I9，即水泵70的開閉狀態，還接收水泵70是否空抽狀態信號I10、電機701是否過熱狀態信號I11、電機701是否缺相狀態信號I12；振蕩電路8還連接一報警驅動電路61，報警驅動電路61與報警電路6(EL961、D382)相連，經信號隔離模/數轉換電路5的模數轉換向中央控制器7輸出相應的數字信號，經過中央控制器7的處理同時也向報警驅動電路61和報警電路6發出相應的控制信號；報警電路6連接揚聲器20，報警時，揚聲器20發出聲音；外設控制電路10與水泵70及電機701相連并控制其相應工作狀態。
如圖5，接入蓄水池80中的接地的水位傳感線In置于相對最低處，水位傳感線I6置于相對最高處，連接于該接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301和連接于水位傳感線I6上的傳感器探頭電極301之間若有傳感電流，則應顯示蓄水池80中尚有水，但在實際使用中，由于蓄水池80中的水面波動，若水平面恰處于連接于水位傳感線I6上的傳感器探頭電極301的底端部，水面波動使得連接于該接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301和連接于水位傳感線I6上的傳感器探頭電極301之間的傳感電流被檢測得可能時有時無，影響系統的工作穩定性；在前述的水面波動情況中，連接于該接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301和連接于水位傳感線I5上的傳感器探頭電極301之間有穩定的傳感電流，可顯示為蓄水池80中尚有水，若在一有效時間段內連續測得連接于該接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301和連接于水位傳感線I6上的傳感器探頭電極301之間無傳感電流，則可判定顯示為水池80中無水，使水泵70工作或保持工作狀態，這樣就提高了系統的工作穩定性。
如圖2和圖5，若外部工作狀態檢測電路4接收到水泵70是空抽狀態信號110、電機701是過熱狀態信號I11或電機701是缺相狀態信號I12之一時，外部工作狀態檢測電路4會立即向中央控制器7發出一個中斷請求信號，中央控制器7通過外設保護及驅動電路101(CC40107)和外設控制電路10使運行中的電機701和水泵70立即停止，并顯示出相應的故障或故障原因；同時，中央控制器7向報警驅動電路61和報警電路6發出相應的報警控制信號，揚聲器20發出聲音，對于不同的故障信號所發出的聲音可以不同。
這樣，本實施例可以自動控制給水，并且可即時反映系統故障，通過有關的故障顯示和故障報警，有助于系統的維護和保養。
實施例3根據圖3和圖6，本實施例包括一電源電路3，電源電路3與整形電路1、信號隔離模/數轉換電路5、中央控制器7及外設控制電路10相連，提供相應的工作電源；整形電路1與一個外部工作狀態檢測電路4及一個水位檢測電路2相連，水位檢測電路2連接一根接地的水位傳感線In及四根水位傳感線I1、I2、I3、I4，接地的水位傳感線In和水位傳感線I1、I2、I3、I4上分別連有傳感器探頭電極301，水位檢測電路2接收來自傳感器探頭電極301之間的傳感電流，外部工作狀態檢測電路4接收水泵70的工作狀態信號I9，即水泵70的開閉狀態、鍋爐90是否缺相狀態信號I13、鍋爐90電源是否斷保險狀態信號I14，并與信號隔離模/數轉換電路5、脈沖整形分頻電路9相連；一振蕩電路8與外設保護及驅動電路101、脈沖整形分頻電路9相連，外設保護及驅動電路101與外設控制電路10相連，外設控制電路10與水泵70及鍋爐90相連并控制其相應工作狀態，脈沖整形分頻電路9與中央控制器7相連；水位檢測電路2和外部工作狀態檢測電路4向信號隔離模/數轉換電路5輸出模擬信號，經信號隔離模/數轉換電路5的模數轉換向中央控制器7輸出相應的數字信號，經過中央控制器7的處理向外設保護及驅動電路101及外設控制電路10發出相應的控制信號；振蕩電路8還連接一報警驅動電路61，報警驅動電路61與報警電路6相連，經信號隔離模/數轉換電路5的模數轉換向中央控制器7輸出相應的數字信號，經過中央控制器7的處理同時也向報警驅動電路61和報警電路6發出相應的控制信號；報警電路6連接揚聲器20，報警時，揚聲器2 0發出聲音。
中央控制器7上連接有二個觸發開關S1、S2，其中之一的觸發開關S2的一端接地；觸發開關S1被觸發，中央控制器7工作，而觸發開關S2被觸發，中央控制器7停止工作。
有關電路板置于外殼60中，外設控制電路10控制水泵70的開閉狀態及鍋爐90的開閉狀態，水泵70通過水管50與鍋爐90管路相通。
傳感器探頭電極301采用不銹鋼制作，可防腐蝕、耐酸堿，傳感器探頭電極301置于鍋爐90中。
首先，如圖3所示，電源P可以是50赫220V交流電，合上開關K后，電源電路3工作，產生適當的低壓電供相應各部工作，經整形電路1可產生50赫20V矩形交流脈沖電壓；整個工作運行是在1千赫鐘脈沖的協調下進行，鐘脈沖的產生是NE555組成振蕩電路8產生1千赫的脈沖，然后進入脈沖整形分頻電路9(CC4622B)產生1千赫、0.01千赫雙頻同步脈沖信號，1千赫的脈沖作為中央控制器7各功能模塊的時鐘電平信號，使本控制裝置依序正常工作，0.01千赫作為傳感器探頭電極301的同步取樣脈沖電平信號。
如圖6所示接入鍋爐90中的接地的水位傳感線In置于相對最低處，水位傳感線I4置于相對最高處，傳感器探頭電極301在鍋爐90中的位置由低到高的次序依次為連接于該接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301、連接于水位傳感線I1上的傳感器探頭電極301、連接于水位傳感線I2上的傳感器探頭電極301、連接于水位傳感線I3上的傳感器探頭電極301、連接于水位傳感線I4上的傳感器探頭電極301。
當鍋爐90中的水平面低于連接于水位傳感線I2上的傳感器探頭電極301且高于連接于水位傳感線I1上的傳感器探頭電極301底端時，連接于接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301與連接于水位傳感線I2上的傳感器探頭電極301之間無傳感電流，鍋爐90中的水位低，需充水。
當鍋爐90中的水平面低于連接于水位傳感線I1上的傳感器探頭電極301底端時，連接于接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301與連接于水位傳感線I1上的傳感器探頭電極301之間無傳感電流，此時顯示鍋爐90中水位超低。
當鍋爐90中的水平面高于連接于水位傳感線I3上的傳感器探頭電極301但低于連接于水位傳感線I4上的傳感器探頭電極301底端時，連接于接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301與連接于水位傳感線I3上的傳感器探頭電極301之間有傳感電流，此時顯示鍋爐90中水位已滿。
當鍋爐90中的水平面高于連接于水位傳感線I4上的傳感器探頭電極301底端時，連接于接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301與連接于水位傳感線I4上的傳感器探頭電極301之間有傳感電流，此時顯示鍋爐90中水位超高。
相應的信號經水位檢測電路2(CD40109，CD4013)傳至信號隔離模/數轉換電路5，中央控制器7(CD4031、CD4032、LM339、LM393)根據外部工作狀態檢測電路4接收到的水泵70的工作狀態信號I9、鍋爐90是否缺相狀態信號I13、鍋爐90電源是否斷保險狀態信號I14，如外部工作狀態檢測電路4此時顯示鍋爐90是缺相狀態信號I13、鍋爐90電源是斷保險狀態信號I14，或者鍋爐90中水位超低(高)，外部工作狀態檢測電路4會立即向中央控制器7發出一個中斷請求信號，中央控制器7通過外設保護及驅動電路101(CC40107)和外設控制電路10使運行中的電機701和水泵70立即停止，并顯示出相應的故障或故障原因；同時，中央控制器7向報警驅動電路61和報警電路6發出相應的報警控制信號，揚聲器20發出聲音，對于不同的故障信號所發出的聲音可以不同。
當鍋爐90中的水位低，需充水，則經中央控制器7的邏輯運算、判斷處理，打開水泵70向鍋爐90充水，充至連接于接地的水位傳感線In上的傳感器探頭電極301與連接于水位傳感線I3上的傳感器探頭電極301之間有傳感電流，此時顯示鍋爐90中水位已滿，中央控制器7觸發外設保護及驅動電路101(CC40107)，使外設控制電路10關閉水泵70，并將水泵70的工作狀態信號I9傳至外部工作狀態檢測電路4。
在本實施例中，本實施例應用于像鍋爐90這種對于實時控制高求較高的場合，同樣，本發明還可應用于水庫水位監測防洪防汛以及其他給排水場合，充分體現了本發明在功能擴展方面的優勢，本發明可以實現智能化自動控制過程。
權利要求
1.一種電極式液位數控裝置，包括一電源電路，其特征在于電源電路(3)與整形電路(1)、信號隔離模/數轉換電路(5)、中央控制器(7)及外設控制電路(10)相連，提供相應的工作電源；整形電路(1)與一個外部工作狀態檢測電路(4)及至少一個水位檢測電路(2)相連，水位檢測電路(2)連接一根接地的水位傳感線(In)及至少另一根水位傳感線(I1)，接地的水位傳感線(In)和水位傳感線(I1)上分別連有傳感器探頭電極(301)，水位檢測電路(2)接收來自傳感器探頭電極(301)之間的傳感電流，外部工作狀態檢測電路(4)至少接收一個外部設備工作狀態信號(I9)，并與信號隔離模/數轉換電路(5)、脈沖整形分頻電路(9)相連；一振蕩電路(8)與外設保護及驅動電路(101)、脈沖整形分頻電路(9)相連，外設保護及驅動電路(101)與外設控制電路(10)相連，外設控制電路(10)與至少一個外部設備相連并控制其工作狀態，脈沖整形分頻電路(9)與中央控制器(7)相連；水位檢測電路(2)和外部工作狀態檢測電路(4)向信號隔離模/數轉換電路(5)輸出模擬信號，經信號隔離模/數轉換電路(5)的模數轉換向中央控制器(7)輸出相應的數字信號，經過中央控制器(7)的處理向外設保護及驅動電路(101)及外設控制電路(10)發出相應的控制信號。
2.根據權利要求1所述的電極式液位數控裝置，其特征在于所述的振蕩電路(8)還連接一報警驅動電路(61)，報警驅動電路(61)與報警電路(6)相連，經信號隔離模/數轉換電路(5)的模數轉換向中央控制器(7)輸出相應的數字信號，經過中央控制器(7)的處理同時也向報警驅動電路(61)和報警電路(6)發出相應的控制信號。
3.根據權利要求2所述的電極式液位數控裝置，其特征在于所述的報警電路(6)可連接揚聲器(20)。
4.根據權利要求1或2所述的電極式液位數控裝置，其特征在于所述的中央控制器(7)上連接有二個觸發開關(S1)、(S2)，其中之一的觸發開關(S2)的一端接地；觸發開關(S1)被觸發，中央控制器(7)工作，而觸發開關(S2)被觸發，中央控制器(7)停止工作。
5.根據權利要求1所述的電極式液位數控裝置，其特征在于所述的整形電路(1)產生交流脈沖電壓。
6.根據權利要求1所述的電極式液位數控裝置，其特征在于所述的傳感器探頭電極(301)采用不銹鋼制作。
全文摘要
本發明公開了一種電極式液位數控裝置,本發明采用傳感器探頭電極,將傳感器探頭電極檢測到的微脈沖信號進行處理后傳入模/數轉換電路,轉換成可靠的脈沖數字電平信號,再進入中央控制器進行邏輯運算、判斷處理,從而完成智能化自動控制過程,本發明運行穩定、操作成本低,抗干擾能力強,能耗低,可應用于各種給排水場合,實現智能化自動控制過程。
文檔編號G05D9/00GK1339728SQ0111457
公開日2002年3月13日 申請日期2001年7月8日 優先權日2001年7月8日
發明者黃武源 申請人:黃武源