一種采用交流電檢測水位的自動抽水裝置設計

明鑫 張鈺玲

摘 要：設計了一種采用交流電檢測水位的自動抽水裝置，此裝置由變壓器、繼電器、三根水位探測線、三極管等基本元件組成，能夠控制水泵在設置的水位范圍內往復自動抽水。實驗表明，此方案成本低廉穩定可靠，利于推廣。

關鍵詞：自動抽水;三極管;繼電器

1 引言

采用直流電檢測水位的自動抽水裝置，由于水位探測線的電流為單向流動，水位探測線與水接觸的端點易產生極化，其導通電阻漸變大，易導致檢測水位失效。現有方案中，有采用交流電檢測水位的方法，克服了直流電檢測水位易使水位探測線的端點極化的弊端[1]。但此專利的電路用到了四個運放，電路較復雜，電路成本也較高。

為了解決上述問題，設計了一種采用交流電檢測水位的自動抽水裝置，裝置采用交流電檢測水位，提高了自動抽水裝置的使用壽命，同時電路主要采用三極管完成，電路較簡單，電路成本也較低[2]。

2 電路方案

本方案的電路如圖1所示：

此交流電檢測水位的自動抽水裝置電路由：變壓器TR1、繼電器RL1、三根水位探測線、三極管Q1～Q6、二極管D1～D4、電阻R1～R6、電容C1～C4、連接端口K1和K2組成。其中變壓器TR1的兩個輸入端接至交流電源220V的兩端，一個輸出端接地，另一個輸出端接二極管D1的正極和第一水位探測線的一端，第一水位探測線的另一端置于水池底部A點;電容C1的正極、三極管Q1和Q3的集電極、電阻R5的一端、二極管D4的負極、繼電器RL1線圈的一端都接至二極管D1的負極，電容C1的負極接地;第二水位探測線的一端置于水池水位1/3處B點，另一端接電阻R2的一端和二極管D2的正極，電阻R2的另一端接地;二極管D2的負極接電容C2的正極和電阻R3的一端，電阻R3的另一端接三極管Q1的基極，三極管Q1的發射極接三極管Q2的基極，三極管Q2的發射極和電容C2的負極都接地;第三水位探測線的一端置于水池頂部的C點，另一端接電阻R1的一端和二極管D3的正極，電阻R1的另一端接地;二極管D3的負極接電容C3的正極和電阻R4的一端，電阻R4的另一端接三極管Q3的基極，三極管Q3的發射極接三極管Q4的基極，三極管Q4的發射極和電容C3的負極都接地;電阻R5的另一端接三極管Q2的集電極和電阻R6的一端，電阻R6的另一端接三極管Q4的集電極、三極管Q5的基極、三極管Q6的集電極和電容C4的正極，三極管Q5的發射極和電容C4的負極都接地;三極管Q6的基極接三極管Q5的集電極，發射極接二極管D4的正極和繼電器RL1線圈的另一端，繼電器RL1的常開開關的一端接至連接端口K1，另一端接至連接端口K2，連接端口K1和K2串接于水泵的供電線路。

3 電路功能分析

二極管D1進行半波整流，電容C1進行濾波，給電路提供正直流電源;三極管Q5和Q6模仿單向可控硅的內部連接，當觸發三極管Q5導通后，通過正反饋作用，使三極管Q5和Q6維持導通。

當水位低于B點時，第二水位探測線和第三水位探測線與第一水位探測線斷開了連接，電阻R1和電阻R2兩端都無電壓，二極管D2和電容C2組成的整流和濾波電路無電壓輸出，使三極管Q1和Q2截止，同理，二極管D3和電容C3組成的整流和濾波電路也無電壓輸出，使三極管Q3和Q4也截止。此時，正直流電源經電阻R5和R6給三極管Q5的基極提供觸發電流，三極管Q5和Q6導通，繼電器RL1吸合，水泵開始抽水。

當水位高于B點但低于C點時，通過水的導電，第二水位探測線與第一水位探測線接通，電阻R2兩端獲得交流電壓，經二極管D2、電容C2進行整流和濾波，輸出電壓驅動三極管Q1導通，三極管Q1再驅動三極管Q2導通。三極管Q2導通后，電阻R5和R6連接處的電位降至約為0V，正直流電源無法繼續給三極管Q5的基極提供驅動電流，但由于三極管Q5和Q6導通后具自我維持導通能力，因此，三極管Q5和Q6維持導通狀態，水泵維持抽水狀態。

當水池滿水，水池水位到達C點后，通過水導電，第三水位探測線也與第一水位探測線接通，電阻R1兩端獲得交流電壓，經二極管D3、電容C3進行整流和濾波，輸出電壓驅動三極管Q3導通，三極管Q3再驅動三極管Q4導通。三極管Q4導通后，三極管Q5的基極電位降至接近0V，使三極管Q5截止，進而使三極管Q6截止，繼電器RL1恢復常開狀態，水泵停止抽水[3]。

當水池水位由最高點回落，但水位還高于B點時，三極管Q1和Q2維持導通狀態，三極管Q3和Q4處于截止狀態，三極管Q5和Q6得不到觸發電流，也維持截止狀態，繼電器RL1維持常開狀態，水泵繼續處于停止抽水狀態。

當水池水位繼續回落，一旦水位低于B點，水泵又進入抽水狀態。

4 結語

設計了一種自動抽水裝置設計，通過反復多次實驗表明，這種方案采用純電路的控制方法，電路簡單穩定可靠，不易受到干擾。同時此方案成本低廉，性價比高利于推廣。

參考文獻

[1]陳露.MCU的智能魚缸換水系統[J].科技創新與應用，2019（21）：83-84.

[2]呂鑫，朱毖微，吳茜.基于C8051F040的智能型電接點水位探頭二次儀表設計[J].測控技術，2018，37（11）：82-85.

[3]宋友保.實用自動抽水控制器[J].電子制作，2000（06）：22-24.