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液位
自动控制
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液位自动控制系统
摘要：本文从液位传感器构成原理的分析出发，详细研究了液位继电器在给排水自动控制中的典型应用，并对液位继电器的技术性能进行了量化分析，从理论上推导出各种不同水质情况下，液位继电器测量（检测）适用的距离范围。
关键词：液位检测；给排水；自动控制
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
For Draining Water Automatic Control Application Research Sun Ping、Lin Chenfei、Chen Guolei、Lin Yahong、Fang Liya (Zhejiang Water conservancy and Hydropower College，Hangzhou 310018 China)
Abstract:

This article embarks from the fluid position sensor constitution principle analysis，gives deep insight into the typical application of fluid position relay in the draining water automatic control. It carries on a quantification analysis of the fluid position relay technical performance，theoretically infers the suitable distance scope of fluid position relay measurement (examination) in each different water quality situation.
Key words: Fluid position examination, For draining water, Automatic control
供水和排水的液位自动控制的方法很多，从控制思想讨论，有开关量的动态液位控制和模拟量的恒值液位控制，前者是将液位控制在一定的变化范围内，后者是用PID调节算法，将液位始终保持几乎恒定状态。开关量的动态液位控制具有结构简单、经济适用等特点，应用非常普遍，下面对其应用原理进行介绍。
液位继电器是一种液位检测和控制的电子器件，用来检测可导电液体的液位，并能通过触点输出，控制水泵电机、电磁阀等执行装置。通常用来配合接触器、继电器、PLC等器件，实现水塔、水箱、水库、水渠供水和排水的液位自动控制。在水利、农业、化工生产、家庭等领域都有着广泛的应用。
一、液位继电器原理分析

JYB-714型晶体管液位继电器参考电路如图1-1所示[1]，电路主要由开关管V1、V2构成的开关电路和小型直流继电器KA输出电路组成，继电器KA输出一个动合（常开）触点、两个动断（常闭）触点，通常小型直流继电器只有一对动合和动断的切换触点，本例采用两个继电器线圈并联工作的方式增加触点个数。电路的工作原理分析如下：假设水箱里面没有水，液位继电器1、8管脚接电源，晶体三极管V2截止、V1饱和导通，继电器KA线圈通电，动断触点3-4、5-6断开，动合触点2-3闭合（动态）。
如果水箱液位逐步提高到高液位点时（KA的5-6动断触点断开），液位检测端子5、7经液体接通，并且液体电阻小于一定值时，晶体三极管V2饱和导通、V1截止，继电器KA线圈断电，动断触点3-4、5-6闭合、动合触点2-3断开（复位）。

如果使水箱液位从高液位点逐步降低，由于KA线圈断电，动断触点5-6闭合，液位在5-6之间变化时，电路仍然维持晶体三极管V2饱和导通、V1截止、KA线圈断电状态，只有液位降到低于低液位点6时，液位检测端子6、7断开，电路重新回到 V2截止、V1饱和导通，继电器KA线圈通电，动断触点3-4、5-6断开、动合触点2-3闭合（动态）。
由上述工作原理分析得知，液位继电器的输出触点2-3低液位时闭合，高液位时断开，适用于供水控制。液位继电器的输出触点3-4高液位时闭合，低液位时断开；适用于排水控制。所以，液位继电器既可以用于供水控制，又可以用于排水控制。液位继电器（Fluid positon）的电气图形和文字符号如图
JYB-714型晶体管液位继电器的底座管脚连线如图所示，1、8脚接电源， 2、3、4脚为继电器的输出触点，5、6、7用作液位检测（7脚为参考电位、6脚为低液位检测端、5脚为高液位检测端）。
二、液位控制应用举例
下面以JYB-714型晶体管液位继电器和接触器控制水泵电动机为例，简单说明水箱供排水的自动抽水和自动排水控制电路的组成及原理。

自动抽水（向水箱内加水）时，液位控制的自动抽水电路如图1-4（a）所示[3]，图中液位继电器输出的动合触点（2-3脚）用于驱动水泵电动机（或电磁阀）。在低液位时，输出动合触点（2-3脚）闭合，接触器KM线圈通电，水泵电动机M启动，往水箱内泵水；在高液位时，动合触点（2-3脚）断开，接触器KM线圈断电，水泵电动机M停止泵水，液位控制电路根据液位变化，始终将水位高度控制在高、低液位检测端的两点距离之间，实现抽水的自动控制。
自动排水（向水箱外排水）时，自动排水控制如图，图中液位继电器输出的动断触点（3-4脚）用于驱动水泵电动机（或电磁阀）。在高液位时，输出动断触点（3-4脚）闭合，接触器KM线圈通电，水泵电动机M启动，从水箱向外排水；在低液位时，动断触点（3-4脚）断开，接触器KM线圈断电，水泵电动机M停止排水，电路根据液位变化，实现排水的自动控制。

三、液位控制电路的技术性能分析
由于晶体管液位继电器产品的生产厂家多，电源变压器的电压等级各有不同（初级有380V和220V，次级有13V和24V），元件型号、规格有所出入，如某JYB-714型晶体管液位继电器产品的元件型号、规格的参考值如表1-1所示，电路的技术性能分析[4]如下：
表1-1JYB-714型晶体管液位继电器（220V）参考数据

晶体管V2的饱和导通时， 晶体管V1截止，忽略V1、V2发射级电阻R1且液位检测输入端5-7间的液体电阻等于零时，晶体管V2的集电极的饱和导通电流和基极的最大驱动电流分别为：
设β=50， V2的饱和导通时，基极需要的最小驱动电流为： 近似取基极最小驱动电流 24 ，晶体管V2的饱和导通允许的液体电阻为：
由以上分析可知，液位继电器利用液体本身的导电性，构成晶体管V2基极驱动电流的电流通道，液体电阻≤370KΩ时JYB-714型晶体管液位继电器均可以正常使用。实际应用时，由于液体的不同，以及各种水质的阻值不同，液位继电器液位检测输入端5-7的测量检测距离范围有所不同。

比如自来水的单位长度电阻值为48.5KΩ/m，湖泊水的单位长度电阻值为44.5KΩ/m，河道水的单位长度电阻值为3.5KΩ/m（以杭州地区采样为参考）。其中自来水和湖泊水较为清洁干净，单位长度的电阻值较大，河道水相对污染，增加了许多有机分子，单位长度的电阻值较小。如果用于更纯净的液体，单位长度的电阻值将更大。
JYB-714型晶体管液位继电器最高液位点到参考液位点（5-7脚间）适用的有效检测距离为：7.6米/自来水，83米/湖泊水，105米/河道水。如果用于更纯净的液体，有效检测距离将会缩短。液位继电器的有效检测距离表征液位调节的动态范围，使用液位继电器可以将液位控制在高液位检测点（5）和低液位检测点（6）之间，低液位检测点（6）应略高于参考液位点（7）。由实验和分析数据得知，达到数米深的有效检测距离基本能够满足动态液位变化的要求，将液位控制在一定的变化范围内。
四、结束语
由以上分析可知，JYB-714型晶体管液位继电器具有信号电流等级小（μA级）、液位检测灵敏度高等优点，广泛适用于具有导电性能液体的液位检测。并且具有液位检测和控制输出的双重功能。既可以独立控制给、排水电动机或电磁阀，也可以和PLC等控制器相配合，组成较为复杂、功能更强的液位控制系统。由于晶体管液位继电器结构简单，造价低廉[2]，本文介绍的给水控制电路尤其适用于农村家庭生活用水的自动供给（水箱式），具有很高的推广应用价值。技术性能分析及适用的高低液位测量（检测）距离范围可供用户使用参考。

参 考 文 献
[1] 孙平，电气控制与PLC（“十一五”国家级规划教材）[M]..北京：高等教育出版社，2004
[2] 施耐德电气（中国）投资有限公司，施耐德电器产品价格表[M]. 北京：2008.5
[3] GB 6988.1—86，电气制图及图形符号国家标准汇编[S]. 北京：中国标准出版社，1989
[4] 康华光电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2006.1 作者简介：孙平（1955-），男，江苏徐州人，教授，从事电气教学工作 林陈飞（男）、陈国磊（男）、林雅红（女）、方丽雅（女）在校大三电气自动化技术专业学生。

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