自动液位-压力控制应用电路.doc

自动液位/压力控制应用电路 自动液位/压力控制电路，应用于工业生产的水塔水位、日常生活的小区供水等各个方面，因其应用广泛，一些低压电器生产厂家，往往生产该类产品，如JYB-714型液位晶体管继电器，作为相关配电盘、柜的配套器件。该类产品价格低廉（造价和普通的继电器相差不大），功能实用，用户选用后，具有应用方便，节约人力、提高工效和自动控制能力等优点。一、三线/两线式水位控制器传统的三线式水位自动控制，一般水位探针采用金属导线，因探测回路的电阻较小，其电离作用，易使探针表面产生绝缘性结晶体，使用时间一长，即使探针的接触电阻变大而失效。该例三线式水位控制器，采用集成电路，利用其输入阻抗高的特点，回路电阻达200k以上，信号电流极小，有效地改善了这种状态，延长了控制器的使用寿命，提高了工作可靠性，降低了检修成本。图1中的a）电路，采用555时基电路，将其2、6脚短接在一起，由3脚输出控制信号，这种接法使电路具有“反相器”特性。电路巧妙地运用在输入低电平（等于或小于1/3Vcc）时输出为高电平、输入高电平（等于或大于2/3Vcc）时输出为低电平的特性，利用1、2、3线水位探针随水位变化时造成R1、R2对Vcc电源的分压，形成2、6脚的输入信号，使水位在中心线（1、2线为水体电阻所短接）时，U1的输出状态不变，只有在最高水位时，U1的3脚变为低电平，继电器KA释放，水泵停止工作；在最低水位时，U1的3脚变为高电平，继电器KA得电动作，水泵工作，开始上水（水泵供电的主电路省略未画）。这种控制方式避免了在中水位附近水泵频繁起停的弊端，使装置的使用寿命和工作可靠性得以提高。图1的b）电路，则在Vcc为9V供的情况下，利用555时基电路对1/3Vcc和2/3Vcc电压敏感，而对1/2Vcc电压保持原输出状态不变的特性，用在B探针串联4.5V稳压管的巧妙方法，使控制装置的信号引线由三根减少为两根，将其工作原理简述如下：电容C1的作用是在装置上电期间，在555时基电路的输入端产生一个瞬态高电平，使输出端为低电平，避免水泵在上电期间产生突发性的起动。此后，根据A、B、C探针检测水位的高低，使水泵处于工作或停机状态。a) 三线式水位控制器b) 两线式水位控制器图1 三线式、两线式水位控制器当水塔中的水位处于低水位时，B、C两探针之间因水位低落呈现开路状态，555时基电路的2、6输入脚电路中P点为接地22k“下拉”的低电平，输出端3脚变为高电平，晶体管VT导通，驱动继电器KA，水泵得电上水；随后水塔内水位逐渐上升，至中水位，探针B、C经水体电阻短接，此时电路中P点由低电平变为4.5V（由D1稳压值可知，22k电阻两端电压也为4.5V），555时基电路维持高电平输出状态不变，水泵持续工作，水塔继续上水；水塔中水位上升至高水位时，探针A、B经水体电路短接，电路中P点变为9V高电平，555时基电路输出状态反转，3脚变为低电平，继电器KA掉电释放，水泵停止工作；此后，水塔水位逐渐下降，由高水位至中水位时，探针A、B脱离水体电阻而开路，而B、C探针仍为水体电阻所短接，P点电位由9V降为4.5V，555时基电路维持低电平输出状态不变，水泵仍在停止状态。直到水位下降至最低位，B、C探针脱离水体电阻而开路时，电路中P点由4.5V变为1/3Vcc低电平时，电路输出状态反转，水泵得电开始工作。 水位控制器的电路结构简单，故障多发生在外部接线和继电器触点的接触不良上，因为成本低廉，更换方便，维修价值不大。二、 JYB-714 液位晶体管继电器JYB-714型晶体管液位继电器，为用于液位控制的基本元件，适用于额定控制电源电压不大于380V，额定频率50Hz，约定发热电流不大于3A的控制电路中作液位控制元件。按要求接通或分断水泵控制电路，实现了自动供水和排水的功能，是液位控制电路中的核心元件。本继电器电路具有简便、体积小、重量轻、功耗小、稳定性高的优点，而且采用插拔式插座，维修和代换均十分方便。图2是JYB-714液位晶体管继电器外形图、接线图和原理图。a）JYB-714液位晶体管继电器外形图、端子接线图图2 JYB-714液位晶体管继电器外形图、接线图和原理图将该装置的电路工作原理简述如下：装置利用三线检测探针，和双工作继电器触点自保的特点，信号自保继电器和控制继电器同步动作，前者用于信号保持，后者用于控制输出。装置上电后，当水罐或水塔处于最低水位时，相当于电阻R1左端“悬空”，晶体管Q1偏流回路断路，Q1截止，Q2导通，继电器KA1、KA2同步动作，中、低信号线被KA1触点所短接，使R1左端保持“悬空”状态，Q1维持截止状态，水泵工作持续上水；直至水位升至最高位，中、高、低探针被水体电阻所短接，R1左端变为低电位，Q1获得基极正向偏流而导通，Q2失去正向偏压而截止，继电器KA1、KA2同步释放，水泵停止工作；此后水位由高水位到中水位，Q1仍然保持导通状态，Q2无导通条件，水泵停止；水位持续下降至低水位时，中、低探针脱离水体电阻呈现开路状态时，Q1恢复截止状态，Q2导通，水泵重新开始工作。 该类产品，如同普通继电器一样，是做为一个独立部件来使用的，一般损坏时不予维修（不值得浪费维修工时），采用直接代换的方法进行故障修复。三、小区供水管网压力控制器电接点压力表的应用，使用户可以灵活根据生产或生活供水压力要求，灵活设置压力上限和压力下限，而获得所需求的管网压力，又因其外部控制电路非常简单，可方便地构成自动压差控制系统。在位式（压差）控制电路中，应用较为广泛。一般应用方法，是利用压力表的表针接点本身，做为控制信号输出接点，直接控制继电器或交流接触器线圈电源的通断，实现自动压差的控制。因表针接点的电流容量小，线圈本身又为电感性负载，接点开断时易“跳弧”产生烧灼，大大缩短电接点压力表的使用寿命，造成短期内频繁更换，维修成本上升，浪费人力、物力的现象发生。为了弥补以上缺点，延长电接点压力表的使用寿命，避免人力和物力的浪费，图3电路，用低廉的电路成本（仅为电接点压力表成本的三分之一），改变利用指针接点提供线圈驱动电流的做法，只利用电接点压力表的指针接点，提供电压信号（将信号电流减小为uA级别，几乎可以忽略不计），附加电路处理压力信号，并输出控制信号。经此改进后，外部控制电路的配线也大为简化，不须用继电控制线路来完成工作状态的自锁。经实践验证：应用该装置后，电接点压力表的使用寿命延长了5倍以上，节约人力和物力成本达几十倍以上，取得了很好的应用效果。图3 小区供水管网压力控制器电路原理图该装置的设计要点是：因为管网压力随时在变动中，电接点压力表其实只能提供一个“瞬态”的压力上限和压力下限信号，因而后续信号处理电路，必须具有：1）依据压力上限信号的到来，产生“输出锁定”的“锁定信号”压力上限信号消失后，能保持高电平输出状态；2）依据压力下限信号的到来，产生令电路输出状态翻转的“开锁信号”压力下限信号消失后，能保持低电平输出状态，直到压力上限信号的再一次到来。采用迟滞电压比较器电路，恰恰能满足这项控制功能的完成。电路工作原理简述如下：1N、2N电压比较器，其输出电平反映电接点压力表的工作状态，另外，用户人为拨动指针，可根据“上限”、“下限”发光二极管的相应指示，判断压力表的指针接点的接触状态是否良好，方便检验压力表的好坏。虚线框内电路，可以接入超压报警信号，用于压力表（或相关控制电路）失灵时管网超压的停机保护。当压力下限信号到来时，压力表的1、2端子被短接，迟滞电压比较器2N的同相输入端3脚输入高电平信号，输出端1脚变为高电平，输出端串联的发光二极管点亮，指示“工作”状态，晶体管Q1导通，从RUN、COM端子输出“开关闭合”信号，也可从RUN、12V端子外接DC12V继电器，输出触点闭合信号。同时2N输出端的高电平信号经电阻R7反馈回同相输入端，使2N在压力下限的瞬态信号消失后，3脚仍保持为高于反相端2脚由R5、R6对供电电源分压形成的基准电压，2N能稳定保持于高电平输出状态，产生了“高电平输出的锁定动作”。当瞬态的压力下限信号到来时，压力表的1、3端子被瞬时短接，电压比较器3N的输出端8脚变为高电平，晶体管Q2短时导通，将2N同相输入端的高电平信号短路入地，产生了一个针对2N原有状态的“开锁信号”，2N输出状态反转，晶体管Q1由导通变为截止，从RUN、COM端子输出“开关断开”信号。此后，压力上限信号消失，Q2恢复为截止状态，但2N的同相输入端仍由电阻R4“下拉作用”，保持为低电平状态。（参见虚线框内电路）当超压信号存在时，晶体管Q3处于导通状