CN102117079B - 一种数显水位自动控制报警仪 - Google Patents

Abstract

一种数显水位自动控制报警仪，包括传感器和显示仪表；传感器包括壳体及装在壳体内的检测线路板，检测线路板上设置有a、b和c、d两组接线端子，其中a、b两端通过两根导线分别对应与显示仪表的e、f两端相连接，检测线路板上的c端与传感测试线L的一端相连接，传感测试线L的另一端垂放在水中；d端与接地探头T的一端连接，接地探头T的另一端与承载水的容器共地连接；显示仪表包括外壳及装在外壳内的电路板，所述电路板上设置有前置放大单元、计数单元、驱动执行单元、24V接线端、与传感器两线传输相连接的e、f两端和高位报警输出端p、q，低位报警输出端m、n和外接水泵控制端x、y、z。本发明设计科学、实用效果甚佳，性能稳定可靠，具有较好的发展前景。

Description

一种数显水位自动控制报警仪

技术领域

本发明涉及的是水位控制装置，具体涉及的是利用仪表电容量的变化控制水位高低的、安装简单、调校方便的一种数显水位自动控制报警仪。

背景技术

水位的高低在人们生活的周围举目可见，因此，人们很早就开始对水位进行测量和控制，目前对水位测量的方式方法多种多样，从原理上讲大体为激光检测、红外线测试、压力检测、电容检测法等等。检测的方法之所以如此繁多就是因为每种方法都或多或少存在着缺点和不足，归纳起来大致为：

1、结构复杂、安装不便；通常精度较高的测量器具的结构从原理到制作都很复杂，尤其安装更需慎重，有时要保证绝对的水平或垂直。成本自然就高，维修量也大。

2、测量精度不一；目前现场实地检测使用的水位测量仪表精度高可达0.1或0.2级，精度低的可达1级或1.5级，相互级差甚大，因精度不同自然带来一系列问题，诸如仪表选型、日常维护、成本支出等，会给使用者额外带来不必要的烦脑。

3、稳定性、可靠性参差不齐；通常精度较底的水位检测器具在长时间的使用过程中，上行和下行的检测数据不统一，变差大，可靠性较差。

目前缺少精度适于现场使用、安装又方便、调校也简单、性能稳定、性价比合适的水位检测仪。

发明内容

本发明的目的是针对目前水位检测仪存在着上述的缺欠和问题，而提供安装方便、调校简单、性能稳定、维护量小的一种数显水位自动控制报警仪。

采用的技术方案是：

一种数显水位自动控制报警仪，包括传感器和显示仪表；所述传感器包括壳体及装在壳体内的检测线路板，所述检测线路板上设置有a、b和c、d两组接线端子，其中a、b两端通过两根导线(即两线制)分别对应与显示仪表的e、f两端相连接，传感器的检测线路板上的c端与传感测试线L的一端相连接，d端与接地探头T的一端连接，接地探头T的另一端与承载水的容器共地连接；传感测试线L为单芯外设有绝缘外皮导线，传感测试线L的另一端垂直放置在承载水容器的水中；

上述显示仪表，包括外壳及装在外壳内的电路板，所述电路板上设置有前置放大单元、计数单元、驱动执行单元、24V接线端、与传感器两线传输相连接的e、f两端和高位报警输出端p、q，低位报警输出端m、n和外接水泵控制端x、y、z；其中z为安全接地端；

上述检测线路板上设置有芯片U6，芯片U6的1脚通过可变电阻VR101与c端相连接；芯片U6的2脚与6脚短接后与c端连接的同时，通过电容C103接地，芯片U6的7脚直接接地；4脚、10脚和14脚同时接二极管D101负极，二极管D101正极连接a端，芯片U6的5脚和9脚分别经电阻R101和R104对应与三极管Q101和Q102的基极相连接，三极管Q101和Q102的发射极分别经二极管D102和D103对应与两线制接线端的a端和二极管D101的负极连接，三极管Q101和Q102的集电极分别经电阻R102和R106接地；检测线路板的c端与传感测试线L的上端连接；检测线路板的d端与接地探头T的一端连接，接地探头T的另一端与承载水的容器共地连接；

上述显示仪表的前置放大单元由芯片U1所构成，芯片U1的2脚和6脚短接通过电阻R2接地的同时，连接二极管D2的正极和二极管D1的负极，二极管D1的正极同时通过电阻R1与24V电源端连接，又通过稳压管WD1接地，同时又与发光二极管LD5正极连接，发光二极管LD5的负极与e端连接，f端接地；芯片U1的3脚和11脚分别经电容C5和C6接地，7脚接地，4脚和14脚同时接三端自动稳压电源芯片U7的输出端即正电源，三端自动稳压电源芯片U7的输入端与24V电源相连接，芯片U1的8脚和12脚短接的同时，通过电阻R4与芯片U1的13脚相连接，并经电容C4接地。芯片U1的5脚和10脚短接经电容C7接计数单元芯片U2的5脚的同时经电容C9与驱动执行单元芯片U3的15脚相接。

上述显示仪表计数单元包括芯片U2和八段数码管，芯片U2的1、15、14、13、12、3和2脚分别对应与八段数码管U8的相关端脚连接，芯片U2的4、6、8脚分别接地，16脚与三端稳压电源的输出端正电源相连接，5脚和7脚分别通过电阻R5、R7接地。上述八段数码管的驱动端脚经电阻R8与三极管Q2的集电极相连接，三极管Q2的发射极经二极管D6接正电源，三极管Q2的基极经电阻R10与驱动执行单元的芯片U4的9脚相连接；

上述驱动执行单元由芯片U3、U4和U5组成，芯片U3为驱动执行单元的推动极，其输出分为三路，其中两路控制高、低水位报警，另一路控制水泵的开和关；

上述控制高低水位报警电路由两组构件与连接都相同的电路构成，芯片U3的11脚和3脚为两组输出端脚，分别通过二极管D11、D13对应与电阻R21、R24的一端连接的同时分别对应通过电容C18、电阻R20和电容C20、电阻R23接地，电阻R21和电阻R24的另一端对应与芯片U5的2脚和12脚连接，2脚和12脚分别对应通过电容C19、电阻R22和电容C21和电阻R25接地，且分别对应与6脚、8脚短接，芯片U5的3脚、11脚分别通过电容C22、C23接地、7脚直接接地，4脚、10脚、14脚接正电源；芯片U5的5脚和9脚为两组输出回路分别控制高、低水位，分别对应通过继电器J2、J3线圈的一端，继电器J2、J3线圈的另一端分别与接线端p和m相连接，q和n端与正电源连接，5脚和9脚分别通过电容C24和C25接地，同时5脚和9脚与正电源之间分别对应并联电阻R26、发光二极管LD3和电阻R27、发光二极管LD4。

芯片U3的另一路输出，分别由9脚通过二极管D7连接电容C11、C12、电阻R14组成的π型滤波器与芯片U4的2脚连接；和由2脚通过二极管D8分别经电容C13、电阻R17接地的同时，经稳压管WD2与三极管Q3基极连接，Q3的发射地接地，Q3的集电极经电阻R16与芯片U4的6脚连接。

芯片U4的3脚和11脚分别经电容C15、C14接地，7脚直接接地，4脚、14脚、10脚同时接正电源；芯片U4的5脚输出与继电器J1的线圈一端连接的同时，先后通过发光二极管LD2、电阻R19接地，与此同时先后经发光二极管LD1、电阻R18接正电源，5脚同时经电容C17接地。继电器J1的线圈另一端与接线端y连接，接线端x接正电源；

上述芯片U1的10脚经电容C8一路经二极管D5接地，另一路经二极管D4和电阻R9与三极管Q1的基极连接，二极管Q1的发射极接地，Q1的集电极经电阻R11接正电源，Q1的集电极输出与芯片U4的8脚和12脚相连，并经电容C16接地。

上述三极管Q1的基极电阻R9与二极管D4的连接点经电容C10接地的同时，经二极管D3与与二极管D2的负极连接并一同与芯片U4的9脚连接；二极管D2的正极与芯片U2的2脚连接。

工作原理：

容器中的水通过接地探头接地，传感测试线L与水之间通过绝缘层形成电容，因此水位的高低就变成了电容量的大小。此电容量通过集成块U6转换成对应的方波，由三极管Q101送入电源完成了传感器对水位的检测及输出(参见附图1-3)。

显示仪表通过R1、LD5向传感器供电的同时，D1、R2对传感器送来的方波信号进行检测。由芯片U1放大、整形，并转换成数字量参数从芯片U1的9脚输出；芯片U2计数后推动八段数码管显示水位；芯片U3计数后控制芯片U4、U5驱动继电器J1、J2、J3进行水位控制及报警输出。完成了水位数显、控制、报警的功能。显示仪表中由于增加了C8、D4、D5、C10等元件，使传感信号丢失后，产生故障报警作用。给设备的运行提供了安全的保障。

特点：

1、绝缘导线检测水位：利用传感测试线L与水之间的电容检测水位的方法，使安装更加简单，调整方便、寿命更长。

2、二线制传感：利用传感器的供电线传输水位信号，节约了导线。

3、故障报警功能：利用C8、D4、D5、C10对传感器反回的水位信号进行检测，如果水位信号消失，U4的9脚将在延时后变为低电位而报警，并自锁。确保设备的安全运行。

4、采用数码显示水位、工作状态、报警等，显示清晰直观。

5、检测传感器工作状态：LD5为传感器工作状态显示发光二极管，正确接入传感线后，它的状态是先亮后暗，若不亮或亮后不暗为传感器和显示仪表之间的连接线反接或开路或短路。

本发明设计科学、合理、富有创意、实用效果甚佳，效率高，安装简单，维护方便，性能稳定可靠，具有较好的发展前景。

附图说明

图1是本发明安装连接示意图。

图2是本发明传感器的检测线路板电路原理图。

图3是本发明显示仪表的电路板电路图。

具体实施方式

实施例

一种数显水位自动控制报警仪，包括传感器1和显示仪表2；所述传感器1包括壳体3及装在壳体3内的检测线路板4，所述检测线路板4上设置有a、b和c、d两组接线端子，其中a、b两端通过两根导线(即两线制)分别对应与显示仪表2的e、f两端相连接，传感器1的检测线路板4上的c端与传感测试线L的一端相连接，d端与接地探头T的一端连接，接地探头T的另一端与承载水的容器共地连接；传感测试线L为单芯外设有绝缘外皮导线，传感测试线L的另一端垂直放置在承载水容器的水中；

上述显示仪表2，包括外壳5及装在外壳5内的电路板6，电路板6上设置有前置放大单元、计数单元、驱动执行单元、24V接线端、与传感器1两线传输的e、f两端和高位报警输出端p、q，低位报警输出端m、n和外接水泵控制端x、y、z；其中z为安全接地端；

上述检测线路板4上设置有芯片U6，芯片U6采用556型号的集成电路，芯片U6的1脚通过可变电阻VR101与c端相连接；芯片U6的2脚与6脚短接后与c端连接的同时，通过电容C103接地，芯片U6的7脚直接接地；4脚、10脚和14脚同时接二极管D101负极，二极管D101正极连接a端，芯片U6的5脚和9脚分别经电阻R101和R104对应与三极管Q101和Q102的基极相连接，三极管Q101和Q102的发射极分别经二极管D102和D103对应与两线制接线端的a端和二极管D101的负极连接，三极管Q101和Q102的集电极分别经电阻R1 02和R106接地；检测线路板4的c端与传感测试线L的上端连接；检测线路板4的d端与接地探头T的一端连接，接地探头T的另一端与承载水的容器共地连接；

上述显示仪表2的前置放大单元由芯片U1所构成，芯片U1采用556型号的集成电路，芯片U1的2脚和6脚短接通过电阻R2接地的同时，连接二极管D2的正极和二极管D1的负极，二极管D1的正极同时通过电阻R1与24V电源端连接，又通过稳压管WD1接地，同时又与发光二极管LD5正极连接，发光二极管LD5的负极与e端连接，f端接地；芯片U1的3脚和11脚分别经电容C5和C6接地，7脚接地，4脚和14脚同时接三端自动稳压电源芯片U7的输出端即正电源，三端自动稳压电源芯片U7的输入端与24V电源相连接，芯片U1的8脚和12脚短接的同时，通过电阻R4与芯片U1的1 3脚相连接，并经电容C4接地。芯片U1的5脚和10脚短接经电容C7接计数单元芯片U2的5脚的同时经电容C9与驱动执行单元芯片U3的15脚相接。

上述显示仪表2计数单元包括芯片U2和八段数码管，芯片U2采用40110型号的集成电路，芯片U2的1、15、14、13、12、3和2脚分别对应与八段数码管U8的相关端脚连接，芯片U2的4、6、8脚分别接地，16脚与三端稳压电源的输出端正电源相连接，5脚和7脚分别通过电阻R5、R7接地。上述八段数码管的驱动端脚经电阻R8与三极管Q2的集电极相连接，三极管Q2的发射极经二极管D6接正电源，三极管Q2的基极经电阻R10与驱动执行单元的芯片U4的9脚相连接；

上述驱动执行单元由芯片U3、U4和U5组成，芯片U3采用4017型号的集成电路，芯片U4采用556型号的集成电路，芯片U5采用556型号的集成电路，芯片U3为驱动执行单元的推动极，其输出分为三路，其中两路控制高、低水位报警，另一路控制水泵的开和关；

上述控制高低水位报警电路由两组构件与连接都相同的电路构成，芯片U3的11脚和3脚为两组输出端脚，分别通过二极管D11、D13对应与电阻R21、R24的一端连接的同时分别对应通过电容C18、电阻R20和电容C20、电阻R23接地，电阻R21和电阻R24的另一端对应与芯片U5的2脚和12脚连接，2脚和12脚分别对应通过电容C19、电阻R22和电容C21和电阻R25接地，且分别对应与6脚、8脚短接，芯片U5的3脚、11脚分别通过电容C22、C23接地、7脚直接接地，4脚、10脚、14脚接正电源；芯片U5的5脚和9脚为两组输出回路分别控制高、低水位，分别对应通过继电器J2、J3线圈的一端，继电器J2、J3线圈的另一端分别与接线端p和m相连接，q和n端与正电源连接，5脚和9脚分别通过电容C24和C25接地，同时5脚和9脚与正电源之间分别对应并联电阻R26、发光二极管LD3和电阻R27、发光二极管LD4。

芯片U3的另一路输出，分别由9脚通过二极管D7连接电容C11、C12、电阻R14组成的π型滤波器与芯片U4的2脚连接；和由2脚通过二极管D8分别经电容C13、电阻R17接地的同时，经稳压管WD2与三极管Q3基极连接，Q3的发射地接地，Q3的集电极经电阻R16与芯片U4的6脚连接。

芯片U4的3脚和11脚分别经电容C15、C14接地，7脚直接接地，4脚、14脚、10脚同时接正电源；芯片U4的5脚输出与继电器J1的线圈一端连接的同时，先后通过发光二极管LD2、电阻R19接地，与此同时先后经发光二极管LD1、电阻R1 8接正电源，5脚同时经电容C17接地。继电器J1的线圈另一端与接线端y连接，接线端x接正电源；

上述芯片U1的10脚经电容C8一路经二极管D5接地，另一路经二极管D4和电阻R9与三极管Q1的基极连接，二极管Q1的发射极接地，Q1的集电极经电阻R11接正电源，Q1的集电极输出与芯片U4的8脚和1 2脚相连，并经电容C16接地。

上述三极管Q1的基极电阻R9与二极管D4的连接点经电容C10接地的同时，经二极管D3与与二极管D2的负极连接并一同与芯片U4的9脚连接；二极管D2的正极与芯片U2的2脚连接。

上述显示仪表2安装在现场的支架上或控制室的仪表盘上。

Claims (1)

1.一种数显水位自动控制报警仪，包括传感器(1)和显示仪表(2)；其特征在于：所述传感器(1)包括壳体(3)及装在壳体(3)内的检测线路板(4)，所述检测线路板(4)上设置有a、b和c、d两组接线端子，其中a、b两端通过两根导线分别对应与显示仪表(2)的e、f两端相连接，传感器(1)的检测线路板(4)上的c端与传感测试线L的一端相连接，d端与接地探头T的一端连接，接地探头T的另一端与承载水的容器共地连接；传感测试线L为单芯外设有绝缘外皮导线，传感测试线L的另一端垂直放置在承载水容器的水中；

上述显示仪表(2)，包括外壳(5)及装在外壳(5)内的电路板(6)，所述电路板(6)上设置有前置放大单元、计数单元、驱动执行单元、24V接线端、与传感器(1)两线传输相连接的e、f两端和高位报警输出端p、q，低位报警输出端m、n和外接水泵控制端x、y、z；上述检测线路板(4)上设置有芯片U6，芯片U6的1脚通过可变电阻VR101与c端相连接；芯片U6的2脚与6脚短接后与c端连接的同时，通过电容C103接地，芯片U6的7脚直接接地；4脚、10脚和14脚同时接二极管D101负极，二极管D101正极连接a端，芯片U6的5脚经电阻R101与三极管Q101的基极相连接，三极管Q101的发射极经二极管D102与两线制接线端的a端连接，三极管Q101的集电极经电阻R102接地；芯片U6的9脚经电阻R104与三极管Q102的基极相连接，三极管Q102的发射极经二极管D103的负极连接，二极管D103的正极与二极管D101的负极连接，二极管D101的正极接两线制接线端的a端，三极管Q102的集电极经电阻R106接地；检测线路板(4)的c端与传感测试线L的上端连接；上述显示仪表(2)的前置放大单元由芯片U1所构成，芯片U1的2脚和6脚短接通过电阻R2接地的同时，连接二极管D2的正极和二极管D1的负极，二极管D1的正极同时通过电阻R1与24V电源端连接，又通过稳压管WD1接地，同时又与发光二极管LD5正极连接，发光二极管LD5的负极与e端连接，f端接地；芯片U1的3脚和11脚分别经电容C5和C6接地，7脚接地，4脚和14脚同时接三端自动稳压电源芯片U7的输出端即正电源，三端自动稳压电源芯片U7的输入端与24V电源相连接，芯片U1的8脚和12脚短接的同时，通过电阻R4与芯片U1的13脚相连接，并经电容C4接地，芯片U1的5脚和10脚短接经电容C7接计数单元芯片U2的5脚的同时经电容C9与驱动执行单元芯片U3的15脚相接；上述显示仪表(2)计数单元包括芯片U2和八段数码管，芯片U2的1、15、14、13、12、3和2脚分别对应与八段数码管U8的相关端脚连接，芯片U2的4、6、8脚分别接地，16脚与三端稳压电源的输出端正电源相连接，5脚通过电阻R5接地、7脚通过电阻R6接地，上述八段数码管的驱动端脚经电阻R8与三极管Q2的集电极相连接，三极管Q2的发射极经二极管D6接正电源，三极管Q2的基极经电阻R10与驱动执行单元的芯片U4的9脚相连接；上述驱动执行单元由芯片U3、U4和U5组成，芯片U3输出分为三路，其中两路控制高、低水位报警，另一路控制水泵的开和关；上述控制高低水位报警电路由两组构件与连接都相同的电路构成，芯片U3的11脚和3脚为两组输出端脚，芯片U3的11脚通过二极管D11与电阻R21的一端连接的同时分别通过电容C18、电阻R20接地，电阻R21的另一端与芯片U5的2脚连接，芯片U5的2脚分别通过电容C19、电阻R22接地，且与芯片U5的6脚短接，芯片U3的3脚通过二极管D13与电阻R24的一端连接的同时，分别通过电容C20、电阻R23接地，电阻R24的另一端与芯片U5的12脚连接，且与8脚短接，芯片U5的3脚、11脚分别通过电容C22、C23接地、7脚直接接地，4脚、10脚、14脚接正电源；芯片U5的5脚和9脚为两组输出回路分别控制高、低水位，分别对应通过继电器J2、J3线圈的一端，继电器J2线圈的另一端与接线端p连接，继电器J3线圈的另一端与接线端m连接，q和n端与正电源连接，5脚通过电容C24接地，并通过电阻R26、发光二极管LD3接正电源，9脚通过电容C25接地，并通过电阻R27、发光二极管LD4接正电源；

芯片U3的另一路输出，分别由9脚通过二极管D7连接电容C11、C12、电阻R14组成的π型滤波器后与芯片U4的2脚连接；和由芯片U3的2脚通过二极管D8连接芯片U4的2脚，并通过二极管D8后分别经电容C13、电阻R17接地的同时，经稳压管WD2与三极管Q3基极连接；Q3的发射极接地，Q3的集电极经电阻R16与芯片U4的6脚连接；

芯片U4的3脚经电容C15接地、11脚经电容C14接地，7脚直接接地，4脚、14脚、10脚同时接正电源；芯片U4的5脚输出与继电器J1的线圈一端连接的同时，先后通过发光二极管LD2、电阻R19接地，与此同时先后经发光二极管LD1、电阻R18接正电源，5脚同时经电容C17接地；继电器J1的线圈另一端与接线端y连接，接线端x接正电源；上述芯片U1的10脚经电容C8一路经二极管D5接地，另一路经二极管D4和电阻R9与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，Q1的集电极经电阻R11接正电源，Q1的集电极输出与芯片U4的8脚和12脚相连，并经电容C16接地；上述三极管Q1的基极电阻R9与二极管D4的连接点经电容C10接地的同时，经二极管D3与二极管D2的负极连接并一同与芯片U4的9脚连接；二极管D2的正极与芯片U1的2脚连接；上述的芯片U1为556集成电路，芯片U2为40110集成电路，芯片U3为4017集成电路，芯片U4为556集成电路，芯片U5为556集成电路，芯片U6为556集成电路。

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