一種用于電熱蒸汽發(fā)生器的水位控制器設(shè)計

　　摘要：本文設(shè)計了一種基于運算放大器的新型的水位控制器，該水位控制器利用變壓器的電磁變化和傳導(dǎo)原理，實現(xiàn)了對電熱蒸汽發(fā)生器水位的完全隔離的自動檢測、報警、控制。實際使用證明：該控制器性能穩(wěn)定，性價比高，使用方便，可以應(yīng)用到各種電熱蒸汽發(fā)生器上面，具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　引言

　　電熱蒸汽發(fā)生器俗成電鍋爐，是利用電力加熱電阻絲產(chǎn)生的熱能把水加熱成蒸汽的機械設(shè)備，廣泛應(yīng)用在醫(yī)療、食品、服裝眾多行業(yè)。水位控制器是蒸汽發(fā)生器的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，電子式水位控制器通過三根高低不一的水位電極探針來檢測水位，從而控制注水泵的供水和電加熱管系統(tǒng)的加熱。常規(guī)的電子式水位控制器的大致原理如圖1所示，采用市電AC220V通過一個工頻變壓器變壓產(chǎn)生AC18V左右、50Hz的交流電源，串接整流橋后加載到水位探針EC和EH的二端，當(dāng)水位到達(dá)高水位探針時，由于水具有導(dǎo)電性，相當(dāng)于在EC和EH探針間串接一個大約4k～40kΩ的電阻，這樣整流橋電路構(gòu)成回路，使得電壓V1大于參考電壓Vref，從而比較器U1輸出高電平，打開三極管Q1，使繼電器K1得電閉合。繼電器K1的一組常開觸點閉合驅(qū)動電加熱管，常閉觸點斷開注水泵停止注水;繼電器K1的另一組觸點只用了常開觸點，當(dāng)K1打開后，這組常開觸點閉合，使得低水位探針電極EL也接入到工頻變壓器變換出來的交流電源電路中。隨著蒸汽的消耗，水位慢慢降低，當(dāng)水位降到EL探針以下時，EC和EL、EH之間交流回路斷開，從而使得V1遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Vref，比較器U1輸出低電平，Q1關(guān)閉，繼電器K1斷開，使得注水泵開始注水，電加熱管停止加熱。隨著水位慢慢上升到達(dá)EH高水位探針后，繼電器K1又閉合。如此往復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)對電加熱蒸汽發(fā)生器的全自動控制。

　　由于這種常用的電子式水位控制器加在水位電極探針上面是AC8～24V、50Hz的正弦波，電極切換時間慢，形成電解水效應(yīng)，長時間使用后，不僅腐蝕水位探針，而且探針上容易結(jié)垢，這樣使用一段時間后就必須更換探針。另一方面，由于電熱蒸發(fā)器是采用AC220V/380V交流電直接加熱放到水里的電加熱管，從圖1所示可以看出，探針上面的電信號直接連接到內(nèi)部的比較器U1，所以一旦加熱管漏電，那么高電壓就直接進入到內(nèi)部的IC芯片――U1，造成水位控制器不可逆損壞，使得整個蒸發(fā)器無法工作。本文提出了一種可以解決以上二個常規(guī)水位控制器缺陷的新型水位控制器設(shè)計方案。

　　1 新型水位控制器的原理和特點

　　針對常規(guī)的電子式水位繼電器探針容易腐蝕結(jié)垢而損壞、加熱管漏電造成水位控制器永久損壞這些缺陷，筆者利用二通道運算放大器和小型高頻變壓器電磁感應(yīng)原理設(shè)計了一種新型的水位控制器，其原理如圖2所示。雙通道運算放大器U1的A通道運用運算大器的基本原理產(chǎn)生AC 9V 1kHz的正弦波，通過電容C2耦合加載到高頻變壓器T1的原邊上。高頻變壓器的副邊直接接到水位探針上，這樣就使得水位探針和水位控制器內(nèi)部電路完全隔離。運算放大器的B通道用于電壓比較器，用于比較電壓V1和參考電壓Vref，當(dāng)V1大于Vref時，輸出低電平，打開Q1，使繼電器K1得電閉合;當(dāng)V1小于Vref時，輸出高電平，Q1關(guān)閉，使繼電器K1斷開。