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1、第17卷第3期浙江水产学院学报Vol117 , No131 9 9 8年9月JOURNAL OF ZHEJ IANG COLLEGE OF FISHERIESSept1,1 9 9 8收稿日期: 1998203226研究简报水箱水位检测控制方法研究 ON TESTING AND CONTROLLING WATER LEVEL IN WATER TANK尹 伟 YIN W EI何林娜 HE L INNA(浙江海洋学院,舟山316101)(Zhejiang Ocean College , Zhoushan 316101)水是生产、生活中必不可少的物质,如对水塔、水箱及机舱水柜中水位的检测与控制显得
2、十分重要,它关系到生产、生活正常进行。对水位检测控制方法有很多,按原理分常用的 方法有继电器开关式、电容式、超声波式、压力传感器式。选用何种方法,要根据系统的具 体要求,选择技术上可行,最经济的方案。随着计算机技术、自动控制技术、信息技术的高 速发展,数字化、智能化产品开发应用日趋广泛。液位的检测与控制已进入数字化世界。传 感器输出的模拟信号,在噪声源干扰作用使信噪比明显下降的情况下,就不能直接传送到计算机控制系统。解决这个问题的最有效办法之一,直接在传感器上把模拟量转换成数字量, 制成“水深 频率器” 。下面就水位检测控制方法进行讨论。1 水位检测控制原理1. 1 继电器开关式1. 1. 1
3、 杠杆式 利用液体的浮力,通过杠杆传动,水位上升到设定高度使触头发生切换,从而达到控制 水位的目的,该方法简单、经济。1. 1. 2 电极式利用水的导电性,设置上限位、下限位电极,当水位浸没上限位电极,上、下电极导通 而引起继电器动作。防止电极在水中长期通直流电发生极化腐蚀,取样电路要采用交流源。1. 2 电容式在水中放入两根平行的电极,其中一根电极表面敷有绝缘层,这样在两根电极间便构成一 个电容C,其容量与电极没入水中的深度成正比。用C构成的振荡器周期T亦与水深成正比。1. 3 超声波式由超声波发射装置和超声波接受装置组成,发射装置发射恒定的40KHz超声波信号, 当超声波迂到水位表面反射回
4、来被超声波接受装置接受。根据水位不同,接受的信号强弱就 不同,距离远信号弱,距离近信号强。1. 4 压力传感器压力传感器安装于水箱的底部,根据流体的性质,传感器检测的压力大小只与水箱中水 位的高度成正比,而与水箱的截面积无关。防爆型、防腐型压力传感器可检测易燃性液体、 腐蚀性液体液位。用压力传感器检测船舶机舱内液柜的液位,可减少船舶摇摆带来的误差。 压力传感器与智能数字仪表或计算机系统组成的控制系统可精确控制液位的高度,并适时地显示打印各测点液位数值。这是当今技术发展的潮流,也是自动化工厂采取的方案。2 水位检测控制应用2. 1 继电器开关式水位控制该方法使水位波动较大,不适合液位控制要求严格
5、的场合,但该控制方法简单,便于实 现和检修,能满足一般生产、生活的需要。如图1所示是一种实用电路。由BG1等组成水 位自动控制部分,由CJ等组成水泵电动机的启、停控制部分,按钮AN1、AN2主要供维修 试车用。Fig11 Relay switch control circuit232浙江水产学院学报 17卷212 电容式水位计如图2电路所示。采用CMOS74C14N和74C74N芯片。利用水位电容C与74C14N的一个施密特触发器组成水位振荡器,电容C0与另一个施密特触发器组成标准时钟振荡器,产生周期T0。利用D触发器确保T0 ?内只能通过一个水位振荡器产生脉冲。50微安直流表指示水位连续变化
6、, W2用于调整量程。Fig12 Water depth capacitometer2. 3 压力传感器 数字控制系统首先根据水箱或水塔的高度选择压力传感器的压力范围。一般来说水箱或化学容器远离控制中心,传送导线很长,容易受到噪声干扰,信噪比下降,直接传输模拟信号给数字系统不合适。最有效的办法之一就是在传感器上把模拟信号变换数字信号,也就是采用“液位 电压 频率转换器” 。这样抗干扰性能增加,与计算机之间易于光电隔离,采用光纤传送可免受电磁干扰。转换器系统包括二部分电路。一部分是供电及数据放大电路,另一部分是电压 频率变换电路。图3为供电及数据放大电路, LT1121是一个带关断功能的微功耗、
7、低压降线性稳压Fig13 Power and data amplifier3323期 尹 伟等:水箱水位检测控制方法研究器,从电池或市电输入12V电源,输出9V直流电源供给系统工作。L T1121具有单脚关断 电源的能力,通过5脚进行控制。L T1034和U1d为压力传感器提供115MA电流源。由R4、R5、R8、及10K电位器分压参考电压后送至V2 ,补偿电源波动影响。运放U1a、U1b 和U2组成数据放大器,放大压力传感器的输出信号,使液位的变化变换成05V电压输 出。图4是电压 频率转换电路,输入05V直流电压,输出05KHz的频率。V/ F采 用电荷平衡转换原理, TL1004及相关元
8、件作温度补偿作用。100F电容充电到固定电压, 发生切换而反向充电,这时与比较器C1 ?输入电压完全成比例,输出频率与输入电压精确 对应。将该频率输入计算机系统,经计算机运算,可精确控制液位的数字控制系统。Fig14 Voltagefreqence convertor3 结束语在一般生产过程中,对水位控制要求不高的场合,我们建议采用继电器开关控制式,该 方案简单易行,价格便宜,便于生产维护和检修。在有条件的地方尽量选用压力传感器数字 液位检测控制系统。它易于组成分布式控制系统甚至自动化工厂。随着技术的发展,硬件成 本将会下降,管理水平将会提高,新技术的应用也是社会发展的必然趋势。在工业控制过程 中防止干扰,提高前端的信噪比是非常重要的,我们应该认真对待。参 考 文 献1 中国自动化控制系统总公司编 1 自控制系统成套设备选型样本71 西安:陕西科学技术出版社, 198711520432浙江水产学院学报 17卷
