水位控制器论文.docx

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水位控制器论文

继续教育学院毕业设计（论文）

题目：

水位控制器设计

院、系（站）：

渭南工业学校函授站

学科专业：

应用电子技术

学生：

王芳

学号：

107021120229

指导老师：

王桂芳

2012年12月

继续教育学院毕业设计（论文）

题目：

水位控制器设计

摘要

介绍了水箱水位控制中一种新型的实用电路。

它是采用数字电路与模拟电路相结合、集成电路与分立元件相结合的方法，通过红外光电传感器将水箱水位的高低信号转换成开关数字信号，然后在控制电路和驱动电路的作用下实现对水箱水位的自动控制和故障报警。

该电路具有简单、经济、稳定可靠，容易实现的特点，适用于城镇居民楼房，特别是农村住宅楼房生活用水水箱的水位自动控制。

关键词：

水箱水位自动控制故障报警

绪论

在以大量运用现代化的社会中，各种感应（测）器的发明与使用大幅地改变了我们的世界，日常生活中的抽水马桶便是利用浮球开关水位控制的最好例子。

浮球式水位控制器的原理不但很简单且材料也很低廉，但利用浮球开关所做的水位控制器也有缺点，其浮球连杆的支点常故障且容易生锈腐蚀，经人们改善后，工业已制作出压力式、直读式、机械式、微波式、重量式、重锤式、辐射线式、电容式、电极式、超音波式等水位控制电路系统；化学工厂，钢铁工厂、面粉工厂、饲料工厂、水泥工厂等工业可用使得生产得以自动化。

本专题之主要目的在于协助本科新成立之感测实验室设计适合教学之感测系统，使学子们能熟悉类比式水位控制回路系统，使用三支水位感测电极棒，来感测出水位高低并且将讯号传送到控制器中，再利用继电器接收讯号，并启动光电感应器与电磁阀，以达成水位控制目的。

经由操作本系统后，可以了解到家庭中的浮球式抽水马桶与本系统有何差别，并且可使学子们从系统中得知电子组件的特性。

为了让教学上有更好的效果，本专题设计了直立式广告牌，使老师授课时可以方便说明，进一步激发学子们之学习兴趣。

第一章任务与要求

1．接通电源后，若水箱中无水，水箱进水，水位上升到正常水位。

2．当用户开始用水时，水箱内水位不断下降，一旦水位低于低水位，电磁阀开始新一轮供水工作，周而复始。

3．在上述工作过程中，若出现低水位不能正常供水的情况，电路报警，提醒用户引起注意，在进水过程中，若水位超过了高水位，后级报警电路同样会发出报警讯响。

第二章水位控制器的概念和特点

2-1水位控制器的概念

全自动水位控制器是专门针对现有水塔、高位水箱设计生产的配套供水系统，其工作原理是通过水塔或高位水箱内水位的水位自动控制水泵的工作状态。

即：

当水位达预先设定的上限时，水泵自动关闭，而当水位达到预先设定的下限时，自动启动水泵，一直到水位升高到上限时水泵停止运转。

这可使水塔或高位水箱保持一定的水位，同时达到无人操作的目的。

它有置于水箱中并与水箱连接的管状体，管状体下部有进水口与水箱相通，上部管口有外螺纹与夹紧螺母的内螺纹连接，管状调节体下端插入管状体上端内，管状调节体内有能上下移动的水浮球，管状调节体上部壁上有排水孔，顶端有隔水橡胶膜密封，膜上方有微动开关，微动开头的A、C两个接线端与水泵电源开关和水泵串联于电源线路，水泵出水口与水箱间有管道连接。

2-2水位控制器的特点

主要应用于太阳能热水器的温度温差。

控温精度高，抗干扰能力强，自由设定两温区的温差启动及温差停止的参数，及自动加热的温度设定值，自带水位检测控制。

两路传感器带自检功能，温度误差带修正功能（两温区各独立校正），强大的控制功能，便于用户使用。

第三章水位控制器的分类

3-1浮球式

以往，一般家庭所用之水位自动控制器，皆为如3-1-1（a）（b）所示之浮球开关。

水位低时浮球开关的接点闭合，抽水机抽入水塔，水位高时，接点打开，抽水机停止抽水。

其动作情形如下：

1.当水位低于L时，浮球B与浮球A两者之重量和使接点闭合，电路接通，抽水机抽水入水塔。

2.水位高达L后，虽然浮球B随着水面上浮，但是浮球A的重量使接点保持闭合，因此抽水机继续抽水。

3.水位升高至H后，浮球A亦随着水面上浮，则浮球A及B均不加重量于接点，接点靠弹簧的力量打开。

4.当打开水龙头用水，而使水塔的水面降至H以下L以上时，虽然浮球A对接点施以重力，但浮球B还浮于水面上（被水托住），因此接点保持打开。

5.直至水位低于L时，浮球A与浮球B之重量和使接点闭合，使抽水机再度过电抽水。

（a）浮球开关之实体图（b）浮球开关之原理图

图3-1-1浮球开关

3-2目测式（直读式）

目测式液位感测器是目前市面上最简单的。

如图3-2-1，而在工业中，量测时，插入一根杆子（附有刻度）于容器中，然后拔出之后，在观察杆子上的刻度。

或者利用有刻度的容器直接观察，如图3-2-2。

此方式与本专题制作的涵意相似，都是为了让人们能直接了解液位的高低。

图3-2-1目测式液位传感器图3-2-2目测式液位传感器

目测式液位量测中还有两种，（a）置换式，（b）带球式。

如图3-2-3，置换式是采用阿基米德原理，利用一物体在水中减少的重量，等于它排开液体体积之重量。

如3-2-4，带球式则是利用浮球在液面上，且由一条带子绑住，带子的尾端就是指出器，当液面升高时，带子会使指针往下移。

在这几种的液位控制告诉本专题以简单的方式及利用清楚的容器展现出水位高低会有何改变。

图3-2-3置换式

图3-2-4带球式

3-3机械式

如图3-3-1，利用浮球做液位的侦测器再结合杠杆原理来控制入水口的启闭。

并且将连杆与控制电路连线组成一套回路。

从此回路中本专题得知利用电磁阀也可以有如上的效果。

电磁阀是运用电磁铁的吸引力，使阀瓣切换，作为水的控制。

图3-3-1机械式液位控制器

3-4压力式

如图3-4-1，利用装置在容器右下方的压力感测器来检测流体的静止压力，因为液体的高度等于被液体所分配的压力。

此种方式应用水的压力来得到数值，但却无法让学子们亲自观察到水压的变化，故本专题利用透明的容器呈现水的高低位置，及利用有刻度的容器将水位的高低展示出来，好让学子们知道其过程。

图3-4-1压力式液位控制器

3-5电容式

利用检出对象和空气的介电系数不同，而用电极将设定位准以电容的变化而检出。

电容值的变化可经由一个振荡器及AC电桥测出经电子电路变换成电流或电压信号。

电容式液位控制最适用于工业用水、化学纯水的液位控制、饲料漏斗内的食物、汽油、柴油、NH3等器爆性物质、塑化原料等。

电容式液位控制因大部份使用在高危险性的工业上，及卫生性高的工厂。

故此在成本上当然也相对的增加，但电容式却为大众提高了安全性的生活。

表1-1各式水位控制之综合比较

名称：

优点：

缺点：

浮球式

简便、廉价

支点容易锈蚀、易故障、精确度低。

目测式

简便、廉价

无法记录、不适合做控制连线、精确度低。

机械式

简便、可做控制连线。

支点容易锈蚀、易故障、精确度低。

压力式

可做控制连线、简便。

成本较高、无法观察及记录。

电容式

可做控制连线、可观察、可记录。

成本较高、较复杂。

致谢

本研究及学位论文是在我的导师王老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。

她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到项目的最终完成，王老师都始终给予我细心的指和不懈的支持。

两年多来，王老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过的全部高应电的同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

特别感谢我的好朋友，她对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。

谢谢你们!

参考文献

【1】童诗白华成英《模拟电子技术基础》[M]北京：

高等教育出版社

【2】张义和《ProtelDXP电路设计大全》[M]北京：

中国铁道出版社

【3】黄继昌《电子元器件应用手册》[M]北京：

人民邮电出版社

【4】蔡忠法主编《电子技术实验与课程设计》浙江大学出版社

【5】康华光《数字电子技术基础》高等教育出版社

【6】《全国大学生电子设计竞赛》北京理工大学出版社