一种用于电热蒸汽发生器的水位控制器设计

　　当水位慢慢上升到水位探针EH时，相当于在变压器T1副边绕组二端由原来的开路状态变成了接入一个4k～40kΩ左右的电阻，由于变压器T1的电磁效应，使得副边的电路阻抗变化传导到原边，从而使得V1的电压大幅度升高大于Vref，输出低电平，打开Q1，使得继电器K1闭合，继电器K1的常闭触点断开停止注水，常开触点闭合开始加热;随着水位的慢慢下降，当水位到达低水位探针EL以下时，相当于变压器T1副边二端开路，从而使得V1的电压大幅度下降小于Vref，输出高电平，关闭Q1，继电器K1断开。这样连续循环，实现对电加热蒸汽发生器的全自动控制。

　　从图2可以看出，该水位控制器内部的电路通过高频变压器和电热蒸汽发生器里面的水位电极探针完全隔离，这样即使蒸汽发生器的电加热漏电，也不会传导到水位控制器内部的电路中烧坏集成电路芯片，水位继电器仍然能正常工作。利用运算放大器产生的高频信号源，通过高频变压器T1加载到水位探针两端，由于频率高――1kHz，而且二个水位探针上面的电极性快速切换，所以常时间使用不会发生电解水现象，水位探针不会结垢和电化学腐蚀。该水位继电器主要IC仅使用一个双通道的运算放大器U1，而且使用的高频变压器功率很小，线圈线径0.05mm，所以整个水位控制器体积小巧，成本非常低廉。

　　2 该设计方案的元器件选型

　　该水位控制器设计方案的首要条件是产生一个AC9V左右 1kHz左右的正弦波，从图2可以看出，利用运算放大器U1的A通道设计成微分电路，输出1kHz左右的方波通过R5、C5耦合到高频变压器T1的原边上，这样就在变压器T1的副边产生1kHz左右的正弦波。根据理论计算和笔者实际使用经验，图2中的元器件选择如下：

　　R1，R2，R6：390kΩ，1%
　　R3，R5：20kΩ，1%
　　R4，R8：200kΩ，1%
　　R7：180kΩ， 1%
　　R9：1MΩ，5%
　　R11：1kΩ，5%
　　R12：10kΩ，5%
　　C11：22nF
　　C2，C3，C4：47nF
　　U1：LM358
　　Q1：MMBT2907
　　K1：G5V-2-H1-24V (注：欧姆龙，2常开/2常闭继电器)
　　T1：线径0.05mm，W1：W2=1：1，Q=40，L=10H 定制变压器

　　上面的元件中，电阻选择普通的0805封装的片阻即可;电容选择普通的J档的磁片电容;U1选择市场上最常用的运算放大器：LM358，价格低，购买方便;Q1选择普通的PNP型三极管：MMBT2907，也可以选择其他型号的通用PNP三极管;K1可根据实际需要的触点容量选择2常开2常闭功率型继电器即可。高频变压器T1没有固定的型号，笔者根据实际应用经验，联系变压器厂家定做的微型变压器，定制变压器只要参数满足，W1：W2=1：1，Q=40，L=10H左右即可。

　　3 小结

　　本方案设计的新型电子式水位控制器，与传统常规的水位控制器相比，设计方案独特、巧妙。不但避免水位探针易腐蚀、结垢，电热管漏电容易损坏内部IC的缺陷，而且成本低廉，体积小巧安装方便。该设计方案的新型水位控制器大量应用在高温蒸汽灭菌器设备的电热蒸汽发生器上面，运行稳定可靠，长期工作后没有发现探针腐蚀、结垢的现象，也没有发生水位控制器本身烧毁的故障，实际使用情况证明这种新型的水位控制器能适用于各种电热蒸汽发生器。

　　参考文献：
　　[1]LM358 Data Sheet ational Semiconductor
　　[2]马场清太郎.运算放大器应用电路设计.科学出版社,2007
　　[3]张占松.高频开关变换技术教程.机械工业出版社,2010
　　[4]中华人民共和国医药行业标准―医用蒸汽发生器YY0791-2010.中国标准出版社,2011
　　[5]李荻.电化学原理.北京航空航天大学出版社,2008
　　[6]黄国明.电子式水位控制器的原理和检修.家电维修,2010(1)