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东莞柏奥电子教你几种自动液位控制的方法


在工农业生产以及日常生活应用中,常常会需要对容器中的液位(水位)进行自动控制。比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量,生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同,精度不同,但基本的控制原理都可以归纳为一般的反馈控制方式,如下图所示,它们的主要区别在于检测液位的方式、反馈形式,以及控制器上的区别。

 1、机电控制式水位控制

下图是这种控制方式的结构示意。

 

漂浮在水面上的浮球与控制器中的“检测机构”通过连杆机构相连,当水位发生变化时,浮球上下运动带动“检测机构”产生位移,这个位移可以直接用来驱动阀门动作,关闭或者开启进水口,调节水位。如果需要控制的水阀较大,浮球的浮力不足以驱动控制水阀动作时,可以在“检测机构”与“阀门控制”之间增加一套机电控制驱动装置,具体控制过程为:①“检测机构”的位移先去带动一个位移开关动作;②位移开关控制电机的转动;③电机驱动水阀门。

这种控制方式结构比较复杂,但可以对大型蓄水装置进行控制,因此常常应用于工农业生产中。

2、全机械结构的水位控制方式

家用抽水马桶是典型的全机械结构水位控制,当用户进行冲水操作之后,蓄水箱的水被排空,浮球下降,这个信号通过连杆机构传递给进水阀门,使进水阀门开启,对蓄水箱补水;随着水量的增加,浮球逐步上移,直至达到设定的某个水位时,正好能够关闭进水阀,停止进水。

由此可见,在这种水位控制系统中,浮球=水位检测器(传感器),连杆机构=控制器,水位的“给定量”通过进水阀门与连杆机构的相对位置来设定。

3、古老的水位控制

山区坡地种植水稻与平原不同,需要依山修筑层叠而上的梯田。

 

这种梯田结构至少有两个作用:其一,保持每一块田地都是平面,以便于耕作,其二,灌溉的水源从最上层引入,逐层注满后又逐层向下浇灌,因此,当水量充足时,只要每一层田埂上的排水口高度合适,就可以确保每块田地中的水位高度适中。其中的水位控制是自动的开环控制方式。

如果水源的水量不够充裕,就需要通过人工控制的方式,以最小的耗水量,维持水位的适中。水量调控过程如下:由于每日的蒸发量不同、水稻生长的耗水量也不同(干扰因素),耕作者对底层出水量的观察(检测),判断梯田的整体供水状态(反馈、比较、控制),调整顶层入水量就可达到调控目的。这时就成了一个闭环的人工水位控制系统。

4、最简单的自动水位控制装置

在工厂化的家禽饲养中,由于饲养的的空间很小,家禽密度很高,饮水槽不可以做的很大,否则将被家禽践踏而使引水受到污染。但又要保持有充足的水量,不断的自动补充新鲜的饮水。解决这个矛盾的办法就是需要一套自动水位控制系统,使得很小、很浅的饮水槽中始终有水而且水位维持不变。

由于蓄水桶上方密闭的空间气压比外界大气压强低,所以能够保持蓄水桶中的水位高于水槽中的水位,当水槽中的水被饮用之后,外部的空气将通过蓄水桶的下方桶口进入到桶上方的密闭区域中,降低了密闭区的压强,蓄水桶中的水位降低,补充了水槽中的水,直至水槽中的水平面高过蓄水桶下方的桶口。

这个水位控制系统,非常可靠,而且极其简单,似乎没有如前所述的检测装置和反馈环节?

其实,这个系统巧妙地利用了空气压力的变化作为“检测信号”,蓄水桶下部桶口的边缘高度就是水位的“给定量”; 进入到桶上方的密闭区域中的空气就是“反馈信号”,通过空气的反馈,达到控制水位的目的,非常巧妙的设计。

5、启示:

以上给出的几种常用的水位控制方式,我们发现在某些特殊应用场合中,最简单的结构却具有最巧妙的设计思想,不仅成本低而且可靠性极高。

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