一種用于電熱蒸汽發生器的水位控制器設計

　　摘要：本文設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原理，實現了對電熱蒸汽發生器水位的完全隔離的自動檢測、報警、控制。實際使用證明：該控制器性能穩定，性價比高，使用方便，可以應用到各種電熱蒸汽發生器上面，具有廣泛的應用前景。

　　引言

　　電熱蒸汽發生器俗成電鍋爐，是利用電力加熱電阻絲產生的熱能把水加熱成蒸汽的機械設備，廣泛應用在醫療、食品、服裝眾多行業。水位控制器是蒸汽發生器的中樞神經系統，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的加熱。常規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，當水位到達高水位探針時，由于水具有導電性，相當于在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遠遠小于Vref，比較器U1輸出低電平，Q1關閉，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EH高水位探針后，繼電器K1又閉合。如此往復循環，實現對電加熱蒸汽發生器的全自動控制。

　　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，長時間使用后，不僅腐蝕水位探針，而且探針上容易結垢，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部的IC芯片――U1，造成水位控制器不可逆損壞，使得整個蒸發器無法工作。本文提出了一種可以解決以上二個常規水位控制器缺陷的新型水位控制器設計方案。

　　1 新型水位控制器的原理和特點

　　針對常規的電子式水位繼電器探針容易腐蝕結垢而損壞、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原理設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V1大于Vref時，輸出低電平，打開Q1，使繼電器K1得電閉合;當V1小于Vref時，輸出高電平，Q1關閉，使繼電器K1斷開。