專利名稱：節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液位控制器，尤其是供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器。
其中，較常用的是如

圖1所示的浮球壓控開關(guān)水箱水位自動(dòng)控制器，該控制器記載在中國(guó)計(jì)量出版社2001年1月出版的《新編電子電路大全》第6卷第9章上。其工作原理是當(dāng)水箱水位降到設(shè)定低水位時(shí)，浮球壓控開關(guān)S2吸合，變壓器T的次級(jí)電路獲得直流電源，三極管T2、T3導(dǎo)通，分別串接該兩三極管集電極上的電磁繼電器K0、K2吸合，其觸點(diǎn)K0-0的吸合使電路得電自保，觸點(diǎn)K2-1、K2-2吸合接通抽水馬達(dá)的市電電源而運(yùn)轉(zhuǎn)抽水進(jìn)水箱。水箱水位上升后浮球壓控開關(guān)S2斷開，水位繼續(xù)升高到設(shè)定高水位時(shí)，另一浮球壓控開關(guān)S1吸合，三極管T1導(dǎo)通，使三極管T2、T3截止，繼電器K0、K2釋放，整個(gè)系統(tǒng)斷電，水箱停止進(jìn)水，不再消耗電能。
這種水箱水位自動(dòng)控制器最大的缺陷在于當(dāng)水箱進(jìn)水中途停電再來電后，因觸點(diǎn)S2和繼電器K0都已釋放斷開而不能恢復(fù)對(duì)水箱進(jìn)水，使其在太陽能熱水器中應(yīng)用會(huì)造成水箱未加滿水，水箱的水量少得到的熱水也少不足供應(yīng)，不能充分有效利用太陽能，發(fā)揮不出太陽能熱水器節(jié)能環(huán)保的功效；而且水箱進(jìn)水遇斷流缺水時(shí)馬達(dá)依舊通電空轉(zhuǎn)，白白浪費(fèi)電能，馬達(dá)也得不到保護(hù)。直接干簧管式和電極探針式水位自動(dòng)控制器又都存在水箱至室內(nèi)控制器之間的水位信號(hào)傳輸線，安裝及維護(hù)都困難，成本高，而且其中的控制電路需要長(zhǎng)期不間斷供電，沒有節(jié)能效果。
本發(fā)明包括水箱、上水管、控制電路，其中，上水管與水箱相通，其特征在于所述的控制電路采用了脈沖繼電器，用于控制電路接通市電后得電自保自鎖，使市電在控制電路正常工作的時(shí)候停電后，控制電路仍保持著與市電線路接通，市電再來電時(shí)控制電路自動(dòng)恢復(fù)得電而工作；設(shè)在水箱下方、與上水管相通的氣壓式水位計(jì)，含有內(nèi)空殼體及其中的磁性浮標(biāo)、調(diào)節(jié)桿，其內(nèi)空殼體使用透明或半透明的對(duì)磁場(chǎng)無屏蔽作用的材料制造；其中，磁性浮標(biāo)與干簧管配合，拾取水箱高、低水位信號(hào)；設(shè)在水箱下方、與上水管相通的缺水信號(hào)閥，含有凹?xì)ぁ⒋判愿∏?、杠桿及其轉(zhuǎn)軸，其凹?xì)な褂脤?duì)磁場(chǎng)無屏蔽作用的材料制造；其中，磁性浮球與干簧管配合，輸出水箱進(jìn)水?dāng)嗔魅彼盘?hào)；缺水保護(hù)電路包括干簧管、時(shí)基集成電路施密特觸發(fā)器、時(shí)基集成電路、施密特觸發(fā)器和三極管一起構(gòu)成的電路；該缺水保護(hù)電路輸出端與驅(qū)動(dòng)三極管輸入端連接。
上述結(jié)構(gòu)的供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控器，在控制電路中采用了脈沖繼電器，能在供水系統(tǒng)水箱水滿達(dá)到設(shè)定高水位時(shí)切斷整個(gè)系統(tǒng)的市電電源，停止進(jìn)水又停止消耗電能，節(jié)約能源，當(dāng)水箱水位降到設(shè)定低水位時(shí)自動(dòng)恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)接通市電電源使水箱進(jìn)水，而且當(dāng)水箱進(jìn)水中途市電停電再來電后也能自動(dòng)恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)接通市電電源使水箱進(jìn)水，使其更適于在太陽能熱水器中應(yīng)用，能保證水箱加滿水生產(chǎn)出充足的熱水供應(yīng)，充分有效地利用太陽能，取得更好的節(jié)能環(huán)保的效果；利用氣壓式水位計(jì)異地拾取水箱的水位信號(hào)，在節(jié)能的基礎(chǔ)上免去水箱與控制器之間長(zhǎng)距離的水位信號(hào)傳輸線，減少安裝工程量，且能從室內(nèi)的水位計(jì)中大概了解水箱中的水量；還具有低成本易維護(hù)的水箱進(jìn)水?dāng)嗔魅彼Ｗo(hù)功能。
圖2所示，是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3所示，是圖2中氣壓式水位計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4所示，是本發(fā)明的水箱水位控制器電路原理圖。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)水箱水位控制器電路原理圖，在前面的背景技術(shù)中已有描述，不再贅述。
在圖2所示的本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖中可知，本系統(tǒng)包括水源1、單向閥2、上水管3、電動(dòng)抽水機(jī)4、缺水信號(hào)閥5、氣壓式水位計(jì)6、供水管7和水箱8。其中，上水管3有一部份兼做供水下水管，單向閥2設(shè)在上水管3插入水源1水下部分的下端或前端；電動(dòng)抽水機(jī)4含電動(dòng)機(jī)M，如虛線所框，其輸水管道與上水管3相通；缺水信號(hào)閥5，如虛線所框，設(shè)在抽水機(jī)4后上水管3的中部，并與之相通，它包括凹?xì)?、干簧管10、磁性浮球11、杠桿13及其轉(zhuǎn)軸12；氣壓式水位計(jì)6，如虛線所框，設(shè)在缺水信號(hào)閥5與抽水機(jī)4之間，它包括大小間隔的圓柱形內(nèi)空殼體14，其中，內(nèi)空殼體14通過連通管與上水管3內(nèi)腔相通；高、低水位干簧管15和16設(shè)在貼近內(nèi)空殼體14的外壁a、b點(diǎn)處，a、b點(diǎn)分別與水箱的高水位點(diǎn)A、低水位點(diǎn)B相對(duì)應(yīng)；排氣孔17設(shè)在與內(nèi)空殼體14內(nèi)腔相通的管道上。在內(nèi)空殼體14內(nèi)還設(shè)置有磁性浮標(biāo)、圓形托盤和調(diào)節(jié)桿，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在圖3中進(jìn)一步說明。
從圖2中可知，缺水信號(hào)閥5包括凹?xì)?、磁性浮球11、杠桿13、轉(zhuǎn)軸12；其中，凹?xì)?一側(cè)上下各開一口與上水管3螺紋密封聯(lián)接，內(nèi)腔與上水管3內(nèi)腔相通，磁性浮球11和杠桿13及其轉(zhuǎn)軸12設(shè)在凹?xì)?腔內(nèi)，磁性浮球11固定在杠桿13的一端頭上，杠桿13的另一端伸出凹?xì)?凹腔處于上水管3的通道中，杠桿13的兩端可繞轉(zhuǎn)軸12靈活轉(zhuǎn)動(dòng)；干簧管10設(shè)在凹?xì)?貼近外凸側(cè)外壁下部，其中，干簧管10觸點(diǎn)二端分別與缺水保護(hù)電路的二個(gè)相應(yīng)點(diǎn)連接。當(dāng)缺水信號(hào)閥5內(nèi)腔充滿水且靜止不動(dòng)時(shí)，浮力使磁性浮球11繞轉(zhuǎn)軸12向上轉(zhuǎn)動(dòng)到遠(yuǎn)離干簧管10的地方，磁性浮球11的磁力不能吸合干簧管10的常開觸點(diǎn)；當(dāng)上水管3有水從下往上流過缺水信號(hào)閥5時(shí)，水流的沖力使杠桿13處于上水管3通道中那一端向上轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性浮球11端繞轉(zhuǎn)軸12向下轉(zhuǎn)動(dòng)下沉到底停止，磁性浮球11與干簧管10最靠近，磁性浮球的磁力可作用于干簧管10，使其觸點(diǎn)動(dòng)作吸合。本發(fā)明是利用其常開觸點(diǎn)不閉合時(shí)，向缺水保護(hù)電路輸出缺水信號(hào)。
圖3是圖2中氣壓式水位計(jì)6的結(jié)構(gòu)示意圖。該氣壓式水位計(jì)6包括大小間隔的圓柱形內(nèi)空殼體14、內(nèi)空組件27、下端蓋31、調(diào)節(jié)桿20、磁性浮標(biāo)22及其托盤21；其中，內(nèi)空殼體14由上、中、下三段圓柱形內(nèi)空殼體組成，上、下段空腔23和26的容積較大，中間一段空心管24直徑較小，空心管24內(nèi)壁設(shè)有螺紋，能讓相配合的圓周也有螺紋的托盤21旋入；托盤21在空心管24內(nèi)靠轉(zhuǎn)動(dòng)而或上或下定位，托盤21中心設(shè)有一正六邊形透孔，上下盤面之間也有其他透孔相通，水可從透孔通過托盤21，托盤21的功能是設(shè)定磁性浮標(biāo)22的低水位位置，磁性浮標(biāo)22由圓柱形輕質(zhì)材料在中間嵌磁性環(huán)19而成，兩端球面表面圓滑，中間有圓形透孔套入調(diào)節(jié)桿20的上端，能在水面漂浮靈活升降；內(nèi)空殼體14的下端螺紋密封聯(lián)接“+”字形的內(nèi)空組件27，其一側(cè)端是進(jìn)水口18，通過連通管與上水管3螺紋聯(lián)接相通，水從進(jìn)水口18進(jìn)入水位計(jì)6中；另一側(cè)端的管壁最高點(diǎn)處，設(shè)有排氣孔17，用于初次進(jìn)水時(shí)排出內(nèi)空殼體14以外所有管道、空腔里的空氣，之后塞緊，使水位計(jì)6中被壓縮的空氣僅僅是其內(nèi)空殼體14空腔里一個(gè)大氣壓時(shí)的空氣；內(nèi)空組件27下端開一圓孔30，下端的外側(cè)螺紋密封聯(lián)接有下端蓋31；調(diào)節(jié)桿20上端設(shè)置成正六邊形柱體，與托盤21中心的正六邊形透孔相吻合，調(diào)節(jié)桿20柱體穿過托盤21中心的正六邊形透孔，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)桿20，即可帶托盤21在內(nèi)空殼體14中段空心管24中轉(zhuǎn)動(dòng)而上升或下降，設(shè)定磁性浮標(biāo)22的最低水位位置；在調(diào)節(jié)桿20的六邊形柱體下面，設(shè)有一圓形限位盤25，限制托盤21的下落，調(diào)節(jié)桿20的下端頭29穿過內(nèi)空組件27從下端的圓孔30穿出，圓孔30上方的桿上有定位塊28，起定位的作用；在貼近空心管24外壁a、b點(diǎn)處各設(shè)置有高水位干簧管15、低水位干簧管16，a點(diǎn)、b點(diǎn)與水箱8的高水位A點(diǎn)、低水位B點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，高、低水位干簧管15和16的常開觸點(diǎn)分別與水箱水位控制電路中的相應(yīng)點(diǎn)連接。水位計(jì)6中的內(nèi)空殼體14、組件27用ABS工程塑料分別一次吹塑成型，內(nèi)空殼體14用透明或半透明的材料制作；調(diào)節(jié)桿20連同定位塊28、限位盤25、下端頭29用ABS工程塑料一次注塑成型，握住下端頭29轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)桿20，可帶動(dòng)托盤21轉(zhuǎn)動(dòng)。見圖3的說明。
氣壓式水位計(jì)的設(shè)計(jì)因水箱8具體安裝高度有不同，所以應(yīng)有不同規(guī)格的水位計(jì)的選用。選擇水位計(jì)6時(shí)應(yīng)使水位計(jì)中對(duì)應(yīng)于水箱高低水位A、B點(diǎn)的水位落在空心管24上、下端之間，對(duì)應(yīng)于空心管上、下端位置的水位高度就是水位計(jì)的高低量程，改變水位計(jì)6下段空腔26的容積就得到不同規(guī)格的水位計(jì)，因?yàn)槎嗷蛏倭艘恍┛諝獗粔嚎s。
如圖3所示，設(shè)下段空腔26的容積為V下單位為cm3，上段空腔23的容積為V上單位為cm3，空心管24長(zhǎng)度為1單位為cm，內(nèi)腔半徑為R單位為cm，大氣壓取d1＝10米高水柱，氣壓?jiǎn)挝蝗槊赘咚?。因水位?jì)高度在幾十厘米以下，對(duì)計(jì)算結(jié)果精度的影響不大，故忽略不計(jì)。
當(dāng)氣壓式水位計(jì)6中的氣壓為一個(gè)大氣壓時(shí)，其容積與氣壓之積是d1(V上+πR21+V下) ①結(jié)合圖2，以虛線C為測(cè)量水箱水位高度參考水平線，設(shè)當(dāng)水位高度為H下米時(shí)，水位計(jì)下段空腔26剛好充滿水，其上方腔體內(nèi)的空氣被壓縮，氣壓等于(H下+d1)米高水柱，與此時(shí)的容積之積是(H下+d1)(V上+πR21) ②根據(jù)?！舛傻胐1(V上+πR21+V下)＝(H下+d1)(V上+πR21)展開得
d1(V上+πR21)+d1V下＝H下(V上+πR21)+d1(V上+πR21)化簡(jiǎn)得V下＝H下(V上+πR21)/d1③氣壓式水位計(jì)空心管24內(nèi)腔直徑越小，上段空腔23的容積越大，空心管24管腔中的水位隨水箱水位變化而變化的幅度就越顯著，設(shè)二者容積之比為Q，則有Q＝πR21/V上即V上＝πR21/Q④選定R、1及Q的值后，可求出V上的值，將這些數(shù)值代入③式，即求出V下的值，根據(jù)這些數(shù)據(jù)就可以做出此規(guī)格的水位計(jì)，其最低可量水位高度為H下米。
此規(guī)格的水位計(jì)滿量程水位高度設(shè)為H上米，此時(shí)水位計(jì)6中的水位升高到空心管24內(nèi)腔最高端。
據(jù)同理得(H上+d1)V上＝d1(V上+πR21+V下)化簡(jiǎn)得H上＝(πR21+V下)d1/V上⑤能應(yīng)用此規(guī)格水位計(jì)的水箱水位高度設(shè)為H，則有H上＞H＞H下對(duì)應(yīng)H米高度的水位，水位計(jì)空心管24中的空氣柱長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，同理有d1(V上+πR21+V下)＝(H+d1)(V上+πR2L)化簡(jiǎn)得L＝〔d1(V上+πR21+V下)-(H+d1)V上〕÷πR2(H+d1)⑥本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用制作一個(gè)最低量程為15米高水柱的氣壓式水位計(jì)，參數(shù)計(jì)算如下取R＝1cm；1＝20cm；K＝0.1代入④式得V上＝πR21/Q＝3.14×12×20÷0.1＝628.00cm3將上述數(shù)值和計(jì)算結(jié)果及H下＝15米，d1＝10米代入③式得V下＝H下(V上+πR21)/d1＝15×(628.00+3.14×12×20)÷10＝1036.20cm3
將上述數(shù)值及計(jì)算結(jié)果代入⑤式得此規(guī)格的水位計(jì)最高量程的水位是H上＝d1(πR21+V下)/V上＝10×(3.14×12×20+1036.20)÷628.00＝17.5米一臺(tái)支架高1米，水箱高0.3米的太陽能熱水器安裝在15米高的樓頂(以圖2中虛線C為測(cè)量樓頂高度的水平線)，選用上述規(guī)格的水位計(jì)，空心管腔中的水位處在管的上下二端之間，所以是合適的。
此太陽能熱水器水箱最低水位高度是HB＝15+1＝16米，代入⑥式，則水位計(jì)空心管24中的空氣柱長(zhǎng)度L1是L1＝〔d1(V上+πR21+V下)-(HB+d1)V上〕/πR2(HB+d1)將數(shù)值代入上式得L1＝11.5cm當(dāng)水箱水加滿后，水位上升了0.3米，即HA＝H1+0.3＝16.3米，代入⑥式，則水位計(jì)中空心管24中的空氣柱長(zhǎng)度L2是L2＝〔d1(V上+πR21+V下)-(HA+d1)V上〕/πR2(HA+d1)將數(shù)值代入上式得L2＝9cm這就知道水位計(jì)中水位高低相差的值，設(shè)其為ΔLΔL＝L1-L2＝11.5-9＝2.5cm也就是說，此太陽能熱水器水箱中的水位升高了0.3米，氣壓式水位計(jì)中的水位跟著也升高了2.5cm。
圖4是本發(fā)明的節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器電原理圖，它包括缺水保護(hù)電路、控制電路。其中，缺水保護(hù)電路包括干簧管J1、電阻R0～R10、電容C0～C7、二極管D1～D5、三極管V1、時(shí)基集成電路施密特觸發(fā)器IC1、時(shí)基集成電路IC2和施密特觸發(fā)器F1、F2、F3構(gòu)成的電路，干簧管J1就是圖2中缺水信號(hào)閥5上的干簧管10?？刂齐娐愤€包括電阻R11～R17、電容C8～C13、二極管D6～D10、控制三極管V2～V4、單線圈脈沖繼電器K、三端負(fù)壓穩(wěn)壓集成塊IC3、雙向可控硅TR、電源變壓器T、固態(tài)繼電器SSR和高、低水位干簧管J2和J3，其中干簧管J2和J3對(duì)應(yīng)于氣壓式水位計(jì)6上的高水位干簧管15和低水位干簧管16；市電相線為L(zhǎng)，零線為N。
上述電路的元器件均為現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，而且品種規(guī)格繁多。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，由于條件有限，干簧管J1～J3采用了國(guó)產(chǎn)的GAG-4、6型干簧管；單線圈脈沖繼電器采用松下電工制造的TX2-L-9V、12V型號(hào)的；時(shí)基集成電路IC1、IC2采用國(guó)產(chǎn)的NE555型號(hào)的；三端固定負(fù)壓輸出穩(wěn)壓集成電路采用國(guó)產(chǎn)的W7905、W7906型號(hào)的。
下面結(jié)合圖2和圖4，對(duì)水箱水位控制電路工作原理進(jìn)行說明，同時(shí)也是整個(gè)供水系統(tǒng)的工作過程。當(dāng)水塔或水箱8中的水位下降到設(shè)定的低水位B點(diǎn)時(shí)，水位計(jì)6空腔中的水位近似按比例也降到相應(yīng)的b點(diǎn)，磁性浮標(biāo)22也降到b點(diǎn)，設(shè)定于b點(diǎn)處水位計(jì)6外壁邊的干簧管16即J3常開觸點(diǎn)被吸合，市電從相線L經(jīng)雙向可控硅主極T1→控制柵極G→限流電阻R17→被吸合的干簧管J3常開觸點(diǎn)→雙向可控硅TR主極T2→變壓器T的初級(jí)→零線N構(gòu)成回路，雙向可控硅TR被觸發(fā)導(dǎo)通，市電加到變壓器T初級(jí)，次級(jí)輸出的交流電經(jīng)二極管D7～D10整流、電容C13、C12電容濾波得到直流電源Vss1向電路供電。通電瞬間，由于電阻R16阻值較大，電容C11上的電壓不能突變，會(huì)有個(gè)初始值較大的脈沖電流流過PNP型控制三極管V4的發(fā)射極和基極，對(duì)電容C11充電，充電回路為電源正極→三極管V4發(fā)射極→基極→電容C11→電源Vss1負(fù)極，三極管V4集電極將輸出更大的脈沖電流流過單線圈脈沖繼電器K對(duì)電容C10充電，因單線圈脈沖繼電器K流過正向的對(duì)電容C10充電的脈沖電流，單線圈脈沖繼電器K被置位，其輸出端即常開觸點(diǎn)K1吸合導(dǎo)通并鎖定于導(dǎo)通狀態(tài)，即使撤掉電源單線圈脈沖繼電器K的輸出端常開觸點(diǎn)K1亦保持著吸合鎖定于導(dǎo)通狀態(tài)，只有反向電流才能使該單線圈脈沖繼電器K釋放，其輸出端即常開觸點(diǎn)K1斷開，這是單線圈脈沖繼電器的特點(diǎn)。單線圈脈沖繼電器K的輸出端觸點(diǎn)K1與干簧管J3的觸點(diǎn)是并聯(lián)關(guān)系，雙向可控硅TR被鎖定導(dǎo)通，控制電路保持得電，這就是控制電路接通市電后得電自保自鎖的原理。電阻R15的阻值很大，僅能補(bǔ)償電容C10的漏電。
整流濾波后的電源Vss1再由三端固定集成穩(wěn)壓電路IC3穩(wěn)壓后，經(jīng)電容C9、C8電容濾波得到電壓穩(wěn)定的直流電源Vss2向后級(jí)電路供電。電源Vss2通過電阻R11加到三極管V2的基極，由于此時(shí)的缺水保護(hù)電路輸出端，即施密特觸發(fā)器F3的輸出端也為高電位，所以NPN型三極管V2飽和導(dǎo)通，集電極電流經(jīng)限流保護(hù)電阻R12流過固態(tài)繼電器SSR的輸入端，其輸出端nn’二端導(dǎo)通，市電經(jīng)nn’二端加到抽水機(jī)4的電動(dòng)機(jī)M上而運(yùn)轉(zhuǎn)抽水進(jìn)水箱。
隨著水箱8的水位的上升，水位計(jì)6中的水位也上升，其內(nèi)腔中的磁性浮標(biāo)22也隨之上升，離開原設(shè)定的最低水位位置b點(diǎn)，設(shè)在b點(diǎn)的干簧管J3常開觸點(diǎn)斷開，但雙向可控硅TR的觸發(fā)通路仍有單線圈脈沖繼電器K的輸出端觸點(diǎn)K1保持著吸合鎖定于導(dǎo)通狀態(tài)，如果抽水中途遇到市電停電，當(dāng)市電再來電后雙向可控硅TR能重新被觸發(fā)導(dǎo)通，控制電路重新得電，抽水機(jī)4自動(dòng)恢復(fù)抽水進(jìn)水箱。
當(dāng)水箱8的水位升到設(shè)定高水位A點(diǎn)時(shí)，水位計(jì)6中的水位升到相應(yīng)的a點(diǎn)，其中的磁性浮標(biāo)22也升到a點(diǎn)，設(shè)定在a點(diǎn)的觸點(diǎn)常開型干簧管15即J2被吸合，電源Vss1正極通過觸點(diǎn)J2→電阻R13和R14→Vss1負(fù)極構(gòu)成一個(gè)通路，電阻R14上的分壓使三極管V3飽和導(dǎo)通，已被充滿電的電容C10通過單線圈脈沖繼電器K、飽和導(dǎo)通的三極管V3放電，單線圈脈沖繼電器K因流過足夠大的反向脈沖電流而復(fù)位釋放，其輸出端觸點(diǎn)K1斷開，而與之并聯(lián)的低水位干簧管16，即J3常開觸點(diǎn)早已斷開，所以雙向可控硅TR因觸發(fā)通路關(guān)斷而關(guān)斷，控制電路的電源變壓器T斷電，控制電路斷電，固態(tài)繼電器SSR無輸入電流也關(guān)斷，抽水機(jī)4的電機(jī)M斷電停止抽水，切斷整個(gè)系統(tǒng)的市電電源不再消耗電能。
在缺水保護(hù)電路中，缺水保護(hù)閥5上的干簧管10即J1為常開觸點(diǎn)開關(guān)。控制電路得電瞬間，抽水機(jī)4還未運(yùn)轉(zhuǎn)抽水上來，缺水保護(hù)閥5還未有水流過，其上的干簧管J1沒有被吸合，其常開觸點(diǎn)仍為斷開狀態(tài)，時(shí)基集成電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器IC1輸入腳3和腳6有電阻R1接電源Vss2負(fù)極為低電位，集電極開路輸出腳7為高電位，電源Vss2由正極→電阻R2→二極管D1、R0→電容C2→電源Vss2負(fù)極對(duì)電容C2充電，此充電回路的時(shí)間常數(shù)較大，因電容C2上的電壓不能突變，所以使施密特觸發(fā)器F1的輸入端會(huì)保持一段時(shí)間的低電位，輸出端為高電位，此輸出的高電位通過電容C3耦合到時(shí)基集成電路IC2的觸發(fā)腳2，但不影響時(shí)基電路IC2輸出腳3、7的電位狀態(tài)。也在控制電路得電的瞬間，電源Vss2正極經(jīng)電阻R10對(duì)電容C5充電，此充電回路電源正極→電阻R10→電容C5→電源Vss2負(fù)極，因電容C5上的電壓不能突變故仍處于低電位，此低電位接到時(shí)基電路IC2的強(qiáng)制復(fù)位端腳4，使時(shí)基電路復(fù)位，腳3和腳7為低電位，腳7低電位使腳6為低電位，電源Vss2正極通過電阻R9的電流不會(huì)對(duì)電容C4充電，；腳3的低電位一路接施密特觸發(fā)器F3輸入端，使其輸出端為高電位，此高電位不影響電源正極通過R11使三極管V2飽和導(dǎo)通的工作狀態(tài)，繼電器SSR輸出端nn’二端導(dǎo)通，抽水電機(jī)M得電抽水；腳3的低電位另一路通過電容C7后成負(fù)觸發(fā)脈沖，接到施密特觸發(fā)器F2的輸入端，其輸出高電位使三極管V1飽和導(dǎo)通，將電容C2上的還沒有升高到使施密特觸發(fā)器F1翻轉(zhuǎn)的已充電壓放掉，在三極管V1截止之前，因抽水機(jī)4抽水，有水流通過缺水保護(hù)閥5，其上的干簧管J1被吸合，觸發(fā)器IC1的輸入腳2和腳6接高電位，其輸出腳7為低電位，流過電阻R2的電流被旁路入電源Vss2負(fù)極不能對(duì)已放完電的電容C2充電，使施密特觸發(fā)器F1輸入端在三極管V1截止之后仍保持為低電位，整個(gè)電路保持在抽水工作狀態(tài)。電阻R4、R6為輸入保護(hù)電阻。因時(shí)基電路IC2腳3為低電位，電源正極通過電阻R8對(duì)電容C7的充電，使其電壓上升，達(dá)到觸發(fā)值時(shí)，施密特觸發(fā)器F2翻轉(zhuǎn)使三極管V1截止，為下次動(dòng)作做準(zhǔn)備。正常情況下，三極管V1在干簧管J1被吸合之后才截止，電阻R5是其偏置電阻。
如果水井或水源1缺水，抽水機(jī)4抽不上水或水流有斷續(xù)，缺水保護(hù)閥5中的干簧管10即J1不被吸合或斷續(xù)被吸合，即干簧管J1觸點(diǎn)斷開或一開一合。在干簧管J1觸點(diǎn)斷開的時(shí)候，集成觸發(fā)器IC1的輸入腳2和腳6由電阻R1接電源Vss2負(fù)極為低電位，其輸出腳7為高電位，電源Vss2正極經(jīng)電阻R2→二極管D1和電阻R0→電容C2→電源Vss2負(fù)極對(duì)電容C2充電；在干簧管J1觸點(diǎn)接通的時(shí)候，觸發(fā)器IC1輸出腳7為低電位，但由于二極管D1的存在，電阻R0的阻值又很大，比R2大，電容C2上的已充電壓下降很慢，延遲保護(hù)時(shí)間通過調(diào)整電阻R0阻值來設(shè)定，經(jīng)過多次反復(fù)之后(斷流時(shí)無反復(fù)過程)，電容C2上的充電電壓累積升高到使觸發(fā)器F1翻轉(zhuǎn)的電位，F(xiàn)1輸出端變?yōu)榈碗娢唬说碗娢唤?jīng)過電容C3后成負(fù)觸發(fā)脈沖輸入給時(shí)基集成電路IC2觸發(fā)腳2，其輸出端腳3、腳7變?yōu)楦唠娢?。腳3的高電位一路使電容C7通過電阻R8、二極管D4放電，為下次動(dòng)作做準(zhǔn)備，但不影響施密特觸發(fā)器F2和三極管V1的工作狀態(tài)；另一路使施密特觸發(fā)器F3輸出端為低電位，三極管V2截止，無集電極電流，固態(tài)繼電器SSR無輸入電流其輸出端nn’關(guān)斷，抽水機(jī)4的電動(dòng)機(jī)M斷電停止抽水，等待水源1水滿；腳7高電位使電源Vss2正極能通過電阻R9給電容C4充電，延時(shí)抽水開始。經(jīng)過一段時(shí)間之后，電容C4上的充電電壓升高到腳6動(dòng)作的閥值電壓，集成電路IC2的腳3和腳7又變成低電位；腳3的低電位一路使觸發(fā)器F3輸出端為高電位，電源又能通過R11使三極管V2飽和導(dǎo)通，固態(tài)繼電器SSR的輸出端nn’導(dǎo)通，抽水機(jī)4的電機(jī)M得電抽水，另一路使觸發(fā)器F2輸出高電位三極管V1導(dǎo)通，電容C2放電，觸發(fā)器F1輸入端變?yōu)榈碗娢唬敵龆俗優(yōu)楦唠娢?，電容C3通過電阻R7、二極管D3放電，為下次動(dòng)作做準(zhǔn)備；腳7的低電位使電容C4通過腳7放電，使集成電路IC2的腳6變?yōu)榈碗娢?，為下次?dòng)作做準(zhǔn)備。如此循環(huán)，直至水箱水滿切斷整個(gè)系統(tǒng)的電源，不再消耗電能。
發(fā)光二極管D2指示工作狀態(tài)，電阻R3為限流電阻；分別并聯(lián)在電阻R8、R7上的二極管D4和D3分別為電容C7和C3的加速放電二極管；分別并聯(lián)在電阻R10、R16上的二極管D5、D6分別為電容C5、C11的加速放電二極管。
R10C5充電回路時(shí)間常數(shù)大于R7C3充電回路時(shí)間常數(shù)，保證電容C3上的電壓從控制電路得電開始充至1/3Vss2時(shí)，IC2復(fù)位端腳4仍為低電位，輸出端腳3可靠復(fù)位于低電位為止。改變R9C4充電回路的時(shí)間常數(shù)，可以調(diào)整延時(shí)抽水的時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器，包括水箱(8)、上水管(3)、控制電路，其中，上水管(3)和水箱(8)相通，其特征在于所述的控制電路采用了脈沖繼電器(K)，用于控制電路接通市電后得電自保自鎖，使市電在控制電路正常工作的時(shí)候停電后，控制電路仍保持著與市電線路接通，市電再來電時(shí)控制電路自動(dòng)恢復(fù)得電而工作；設(shè)在水箱(8)下方、與上水管(3)相通的氣壓式水位計(jì)(6)，含有內(nèi)空殼體(14)及其中的磁性浮標(biāo)(22)、調(diào)節(jié)桿(20)，其內(nèi)空殼體(14)使用透明或半透明的對(duì)磁場(chǎng)無屏蔽作用的材料制造；其中，磁性浮標(biāo)(22)與干簧管(15、16)配合，拾取水箱高、低水位信號(hào)；設(shè)在水箱(8)下方、與上水管(3)相通的缺水信號(hào)閥(5)，含有凹?xì)?9)、磁性浮球(11)、杠桿(13)及其轉(zhuǎn)軸(12)，其凹?xì)?9)使用對(duì)磁場(chǎng)無屏蔽作用的材料制造；其中，磁性浮球(11)與干簧管(10)配合，輸出水箱進(jìn)水?dāng)嗔魅彼盘?hào)；缺水保護(hù)電路包括干簧管(J1)、時(shí)基集成電路施密特觸發(fā)器(IC1)、時(shí)基集成電路(IC2)、施密特觸發(fā)器(F1、F2、F3)和三極管(V1)一起構(gòu)成的電路；該缺水保護(hù)電路輸出端與驅(qū)動(dòng)三極管(V2)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器，其特征在于所述的控制電路還包括電源變壓器(T)、濾波電容(C12和C13)、整流二極管(D7、D8、D9、D10)、單線圈脈沖繼電器(K)、復(fù)位電容(C10)、控制三極管(V3和V4)和雙向可控硅(TR)，以及高、低水位干簧管(J2、J3)；其中，PNP型三極管(V4)的集電極與NPN型三極管(V3)的集電極和單線圈脈沖繼電器(K)的線圈一端連接，單線圈脈沖繼電器(K)線圈的另一端通過復(fù)位電容(C10)與電源(Vss1)負(fù)極連接；三極管(V4)的基極通過一電阻(R16)與電源正極連接，通過一電容(C11)與電源(Vss1)負(fù)極連接，發(fā)射極與電源正極連接，二極管(D6)正極與三極管(V4)基極連接，負(fù)極與電源正極連接；三極管(V3)的基極通過串接的高水位干簧管(J2)和電阻(R13)與電源正極連接，通過電阻(R14)與電源(Vss1)負(fù)極連接，發(fā)射極與電源(Vss1)負(fù)極連接；低水位干簧管(J3)與限流電阻(R17)串接后，并接于雙向可控硅(TR)的控制極(G)與主極(T2)之間；雙向可控硅(TR)的一個(gè)主極(T1)與市電的相線(L)連接；另一個(gè)主極(T2)與電源變壓器(T)的初級(jí)線圈一端連接，電源變壓器(T)的初級(jí)線圈另一端與市電零線(N)連接；單線圈脈沖繼電器(K)的常開觸點(diǎn)(K1)與干簧管(J3)兩端并接；二極管(D7)的負(fù)極和二極管(D8)的正極與變壓器(T)的次級(jí)線圈一端連接，二極管(D9)的正極和二極管(D10)的負(fù)極與變壓器(T)的次級(jí)線圈另一端連接，二極管(D8)和(D9)的負(fù)極與電源正極連接，二極管(D7)和(D10)的正極與電源(Vss1)的負(fù)極連接；電容(C12)的一端和電容(C13)的正極與電源的正極連接，此二電容的另一端與電源(Vss1)負(fù)極連接；三極管(V4)飽和導(dǎo)通通過單線圈脈沖繼電器(K)對(duì)復(fù)位電容(C10)充電時(shí)，單線圈脈沖繼電器(K)流過正向電流置位吸合，其常開觸點(diǎn)(K1)閉合并鎖定于閉合導(dǎo)通狀態(tài)；三極管(V3)飽和導(dǎo)通，電容(C10)通過單線圈脈沖繼電器(K)和三極管(V3)放電時(shí)，單線圈脈沖繼電器(K)流過反向電流復(fù)位，其常開觸點(diǎn)(K1)斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器，其特征在于所述的控制電路還包括三端固定負(fù)壓穩(wěn)壓集成電路(IC3)、電容(C9、C8)固態(tài)繼電器(SSR)、驅(qū)動(dòng)三極管(V2)；其中，穩(wěn)壓集成電路(IC3)輸入端(1)腳與電源(Vss1)負(fù)極連接，接地端(2)腳與電源正極連接，輸出端(3)腳與電源(Vss2)負(fù)極連接；電容(C9)的正極和電容(C8)的一端與電源正極連接，此二電容另一端與電源(Vss2)負(fù)極連接；NPN型驅(qū)動(dòng)三極管(V2)發(fā)射極與電源(Vss2)負(fù)極連接，基極一路與保護(hù)電路中的施密特觸發(fā)器(F3)的輸出端連接，另一路通過電阻(R11)與電源正極連接，集電極通過電阻(R12)與固態(tài)繼電器(SSR)負(fù)輸入端(-)連接，固態(tài)繼電器(SSR)的正輸入端(+)與電源正極連接；固態(tài)繼電器輸出端(n)與市電電源相線(L)連接，另一輸出端(n’)與單相抽水電動(dòng)機(jī)(M)一個(gè)電源輸入端連接，該電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)電源輸入端與市電零線(N)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器，其特征在于氣壓式水位計(jì)(6)包括大小間隔的圓柱形內(nèi)空殼體(14)、內(nèi)空組件(27)、下端蓋(31)、調(diào)節(jié)桿(20)、磁性浮標(biāo)(22)及其托盤(21)；其中，內(nèi)空殼體(14)由上、中、下三段圓柱形內(nèi)空殼體組成，上、下段空腔(23)和(26)的容積較大，中間一段空心管(24)直徑較小，空心管(24)內(nèi)壁設(shè)有螺紋，能讓相配合的圓周也有螺紋的托盤(21)旋入；托盤(21)中心設(shè)有一正六邊形透孔，上下盤面之間也有其他透孔相通，磁性浮標(biāo)(22)由圓柱形輕質(zhì)材料在中間嵌磁性環(huán)(19)而成，兩端球面表面圓滑，中間有圓形透孔套入調(diào)節(jié)桿(20)的上端，能在水面漂浮靈活升降；內(nèi)空殼體(14)的下端螺紋密封聯(lián)接“+”字形的內(nèi)空組件(27)，其一側(cè)端是進(jìn)水口(18)，通過連通管與上水管(3)螺紋聯(lián)接相通，另一側(cè)端的管壁最高點(diǎn)處，設(shè)有排氣孔(17)，用于初次進(jìn)水時(shí)排出內(nèi)空殼體(14)以外所有管道、空腔里的空氣，之后塞緊，使水位計(jì)(6)中被壓縮的空氣僅僅是其內(nèi)空殼體(14)空腔里一個(gè)大氣壓時(shí)的空氣；內(nèi)空組件(27)下端中心開一圓孔(30)，下端的外側(cè)螺紋密封聯(lián)接有下端蓋(31)；調(diào)節(jié)桿(20)上端設(shè)置成正六邊形柱體，與托盤(21)中心的正六邊形透孔相吻合，調(diào)節(jié)桿(20)柱體穿過托盤(21)中心的正六邊形透孔，在調(diào)節(jié)桿(20)的六邊形柱體下面，設(shè)有一圓形限位盤(25)，限制托盤(21)的下落，調(diào)節(jié)桿(20)的下端頭(29)穿過內(nèi)空組件(27)從下端的圓孔(30)穿出，圓孔(30)上方的桿上有定位塊(28)，起定位的作用；在貼近空心管(24)外壁a、b點(diǎn)處各設(shè)置有高水位干簧管(15)、低水位干簧管(16)，高、低水位干簧管(15)和(16)的常開觸點(diǎn)分別與水箱水位控制電路中的相應(yīng)點(diǎn)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器，其特征在于缺水信號(hào)閥(5)包括凹?xì)?9)、磁性浮球(11)、杠桿(13)、轉(zhuǎn)軸(12)；其中，凹?xì)?9)一側(cè)上下各開一口與上水管(3)螺紋密封聯(lián)接，內(nèi)腔與上水管(3)內(nèi)腔相通，磁性浮球(11)和杠桿(13)及其轉(zhuǎn)軸(12)設(shè)在凹?xì)?9)腔內(nèi)，磁性浮球(11)固定在杠桿(13)的一端頭上，杠桿(13)的另一端伸出凹?xì)?9)凹腔處于上水管(3)的通道中，杠桿(13)的兩端可繞轉(zhuǎn)軸(12)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)；干簧管(10)設(shè)在凹?xì)?9)貼近外凸側(cè)外壁下部，其中，干簧管(10)觸點(diǎn)二端分別與缺水保護(hù)電路的二個(gè)相應(yīng)點(diǎn)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器，其特征在于所述的缺水保護(hù)電路包括干簧管(J1)、時(shí)基集成電路施密特觸發(fā)器(IC1)、時(shí)基集成電路(IC2)、施密特觸發(fā)器(F1、F2、F3)和NPN型三極管(V1)；其中，時(shí)基集成電路施密特觸發(fā)器(IC1)腳(2)和腳(6)并接后一路通過電阻(R1)與電源(Vss2)負(fù)極連接，一路通過干簧管(J1)與電源正極連接，腳(4)和腳(8)與電源正極連接，腳(1)與電源(Vss2)負(fù)極連接，腳(5)通過電容(C1)與電源(Vss2)負(fù)極連接，腳(3)與發(fā)光二極管(D2)負(fù)極連接，發(fā)光二極管正極通過電阻(R3)與電源正極連接，腳(7)一路與二極管(D1)正極連接，一路通過電阻(R2)與電源正極連接，一路通過電阻(R0)與三極管(V1)集電極、電容(C2)正極、二極管(D1)負(fù)極連接，電容(C2)的另一端與電源(Vss2)負(fù)極連接；NPN型三極管(V1) 集電極通過電阻(R4)與施密特觸發(fā)器(F1)輸入端連接，發(fā)射極與電源(Vss2)負(fù)極連接，基極一路通過電阻(R5)與電源(Vss2)負(fù)極連接，一路與施密特觸發(fā)器(F2)輸出端連接；施密特觸發(fā)器(F2)輸入端通過電阻(R6)一路與電容(C7)正極連接，一路與二極管(D4)正極連接，一路通過電阻(R8)與電源正極連接，二極管(D4)負(fù)極與電源正極連接，電容(C7)另一端與時(shí)基電路(IC2)腳(3)連接；時(shí)基集成電路(IC2)腳(1)與電源(Vss2)負(fù)極連接，腳(5)通過電容(C6)與電源(Vss2)負(fù)極連接，腳(2)一路與二極管(D3)正極和電容(C3)正極交接點(diǎn)連接，一路通過電阻(R7)與電源正極連接，二極管(D3)負(fù)極與電源正極連接，電容(C3)另一端與施密特觸發(fā)器(F1)輸出端連接，腳(4)一路與電容(C5)正極連接，該電容另一端與電源(Vss2)負(fù)極連接，一路通過電阻(R10)與電源正極連接，一路與二極管(D5)正極連接，該二極管負(fù)極與電源正極連接，腳(6)和腳(7)并接后一路通過電阻(R9)與電源正極連接，一路與電容(C4)正極連接，該電容另一端與電源(Vss2)負(fù)極連接，腳(8)與電源正極連接，腳(3)與施密特觸發(fā)器(F3)輸入端連接，觸發(fā)器(F3)輸出端與驅(qū)動(dòng)三極管(V2)基極連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種節(jié)能式供水系統(tǒng)水箱水位自動(dòng)控制器，它包括水箱、控制電路、上水管，其中，上水管和水箱相通，其特點(diǎn)為所述的控制電路采用了脈沖繼電器；含有磁性浮球和干簧管的缺水信號(hào)閥；其中，磁性浮球與干簧管配合，輸出水箱進(jìn)水?dāng)嗔魅彼盘?hào)；含圓柱形上中下空腔殼體及其中的磁性浮標(biāo)、調(diào)節(jié)桿的用于異地拾取水箱水位信號(hào)的氣壓式水位計(jì)；其中，磁性浮標(biāo)與干簧管配合，拾取水箱高、低水位信號(hào)，本電路與缺水信號(hào)閥和水位計(jì)配合，可實(shí)現(xiàn)在水箱水滿后無能耗的、水箱進(jìn)水中途市電停電再來電后也能自動(dòng)恢復(fù)進(jìn)水的水箱水位自動(dòng)控制和水箱進(jìn)水缺水保護(hù)。它包括適用于各種液位控制。
文檔編號(hào)H01H36/02GK1456951SQ03118949
公開日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2003年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月8日
發(fā)明者李瓊禹 申請(qǐng)人:李瓊禹