一种用于电热蒸汽发生器的水位控制器设计

　　摘要：本文设计了一种基于运算放大器的新型的水位控制器，该水位控制器利用变压器的电磁变化和传导原理，实现了对电热蒸汽发生器水位的完全隔离的自动检测、报警、控制。实际使用证明：该控制器性能稳定，性价比高，使用方便，可以应用到各种电热蒸汽发生器上面，具有广泛的应用前景。

　　引言

　　电热蒸汽发生器俗成电锅炉，是利用电力加热电阻丝产生的热能把水加热成蒸汽的机械设备，广泛应用在医疗、食品、服装众多行业。水位控制器是蒸汽发生器的中枢神经系统，电子式水位控制器通过三根高低不一的水位电极探针来检测水位，从而控制注水泵的供水和电加热管系统的加热。常规的电子式水位控制器的大致原理如图1所示，采用市电AC220V通过一个工频变压器变压产生AC18V左右、50Hz的交流电源，串接整流桥后加载到水位探针EC和EH的二端，当水位到达高水位探针时，由于水具有导电性，相当于在EC和EH探针间串接一个大约4k～40kΩ的电阻，这样整流桥电路构成回路，使得电压V1大于参考电压Vref，从而比较器U1输出高电平，打开三极管Q1，使继电器K1得电闭合。继电器K1的一组常开触点闭合驱动电加热管，常闭触点断开注水泵停止注水;继电器K1的另一组触点只用了常开触点，当K1打开后，这组常开触点闭合，使得低水位探针电极EL也接入到工频变压器变换出来的交流电源电路中。随着蒸汽的消耗，水位慢慢降低，当水位降到EL探针以下时，EC和EL、EH之间交流回路断开，从而使得V1远远小于Vref，比较器U1输出低电平，Q1关闭，继电器K1断开，使得注水泵开始注水，电加热管停止加热。随着水位慢慢上升到达EH高水位探针后，继电器K1又闭合。如此往复循环，实现对电加热蒸汽发生器的全自动控制。

　　由于这种常用的电子式水位控制器加在水位电极探针上面是AC8～24V、50Hz的正弦波，电极切换时间慢，形成电解水效应，长时间使用后，不仅腐蚀水位探针，而且探针上容易结垢，这样使用一段时间后就必须更换探针。另一方面，由于电热蒸发器是采用AC220V/380V交流电直接加热放到水里的电加热管，从图1所示可以看出，探针上面的电信号直接连接到内部的比较器U1，所以一旦加热管漏电，那么高电压就直接进入到内部的IC芯片――U1，造成水位控制器不可逆损坏，使得整个蒸发器无法工作。本文提出了一种可以解决以上二个常规水位控制器缺陷的新型水位控制器设计方案。

　　1 新型水位控制器的原理和特点

　　针对常规的电子式水位继电器探针容易腐蚀结垢而损坏、加热管漏电造成水位控制器永久损坏这些缺陷，笔者利用二通道运算放大器和小型高频变压器电磁感应原理设计了一种新型的水位控制器，其原理如图2所示。双通道运算放大器U1的A通道运用运算大器的基本原理产生AC 9V 1kHz的正弦波，通过电容C2耦合加载到高频变压器T1的原边上。高频变压器的副边直接接到水位探针上，这样就使得水位探针和水位控制器内部电路完全隔离。运算放大器的B通道用于电压比较器，用于比较电压V1和参考电压Vref，当V1大于Vref时，输出低电平，打开Q1，使继电器K1得电闭合;当V1小于Vref时，输出高电平，Q1关闭，使继电器K1断开。