自動水位控制方法介紹 |
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在工農業生產以及日常生活應用中，常常會需要對容器中的液位(水位)進行自動控制。比如自動控制水箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動補水控制、自動電熱水器、電開水機的自動進水控制等。雖然各種水位控制的技術要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以歸納為一般的反饋控制方式，如下圖所示，它們的主要區別在于檢測液位的方式、反饋形式，以及控制器上的區別。 1、機電控制式水位控制 漂浮在水面上的浮球與控制器中的“檢測機構”通過連桿機構相連，當水位發生變化時，浮球上下運動帶動“檢測機構”產生位移，這個位移可以直接用來驅動閥門動作，關閉或者開啟進水口，調節水位。如果需要控制的水筏較大，浮球的浮力不足以驅動控制水閥動作時，可以在“檢測機構”與“閥門控制”之間增加一套機電控制驅動裝置，具體控制過程為：①“檢測機構”的位移先去帶動一個位移開關動作;②位移開關控制電機的轉動;③電機驅動水閥門。 這種控制方式結構比較復雜，但可以對大型蓄水裝置進行控制，因此常常應用于工農業生產中。 2、全機械結構的水位控制方式 當用戶進行沖水操作之后，蓄水箱的水被排空，浮球下降，這個信號通過連桿機構傳遞給進水閥門，使進水閥門開啟，對蓄水箱補水;隨著水量的增加，浮球逐步上移，直至達到設定的某個水位時，正好能夠關閉進水閥，停止進水。 由此可見，在這種水位控制系統中，浮球=水位檢測器(傳感器)，連桿機構=控制器，水位的“給定量”通過進水閥門與連桿機構的相對位置來設定。 3、古老的水位控制 山區坡地種植水稻與平原不同，需要依山修筑層疊而上的梯田。 這種梯田結構至少有兩個作用：其一，保持每一塊田地都是平面，以便于耕作，其二，灌溉的水源從最上層引入，逐層注滿后又逐層向下澆灌，因此，當水量充足時，只要每一層田埂上的排水口高度合適，就可以確保每塊田地中的水位高度適中。其中的水位控制是自動的開環控制方式。 如果水源的水量不夠充裕，就需要通過人工控制的方式，以最小的耗水量，維持水位的適中。水量調控過程如下：由于每日的蒸發量不同、水稻生長的耗水量也不同(干擾因素)，耕作者對底層出水量的觀察(檢測)，判斷梯田的整體供水狀態(反饋、比較、控制)，調整頂層入水量就可達到調控目的。這時就成了一個閉環的人工水位控制系統。 4、最簡單的自動水位控制裝置 在工廠化的家禽飼養中，由于飼養的的空間很小，家禽密度很高，飲水槽不可以做的很大，否則將被家禽踐踏而使引水受到污染。但又要保持有充足的水量，不斷的自動補充新鮮的飲水。解決這個矛盾的辦法就是需要一套自動水位控制系統，使得很小、很淺的飲水槽中始終有水而且水位維持不變。 由于蓄水桶上方密閉的空間氣壓比外界大氣壓強低，所以能夠保持蓄水桶中的水位高于水槽中的水位，當水槽中的水被飲用之后，外部的空氣將通過蓄水桶的下方桶口進入到桶上方的密閉區域中，降低了密閉區的壓強，蓄水桶中的水位降低，補充了水槽中的水，直至水槽中的水平面高過蓄水桶下方的桶口。 這個水位控制系統，非常可靠，而且極其簡單，似乎沒有如前所述的檢測裝置和反饋環節? 其實，這個系統巧妙地利用了空氣壓力的變化作為“檢測信號”，蓄水桶下部桶口的邊緣高度就是水位的“給定量”; 進入到桶上方的密閉區域中的空氣就是“反饋信號”，通過空氣的反饋，達到控制水位的目的，非常巧妙的設計。 5、啟示： 以上給出的幾種常用的水位控制方式，我們發現在某些特殊應用場合中，最簡單的結構卻具有最巧妙的設計思想，不僅成本低而且可靠性極高。因此設計是一項極具創造性的工作。 |
