一种采用交流电检测水位的自动抽水装置设计

明鑫 张钰玲

摘 要：设计了一种采用交流电检测水位的自动抽水装置，此装置由变压器、继电器、三根水位探测线、三极管等基本元件组成，能够控制水泵在设置的水位范围内往复自动抽水。实验表明，此方案成本低廉稳定可靠，利于推广。

关键词：自动抽水;三极管;继电器

1 引言

采用直流电检测水位的自动抽水装置，由于水位探测线的电流为单向流动，水位探测线与水接触的端点易产生极化，其导通电阻渐变大，易导致检测水位失效。现有方案中，有采用交流电检测水位的方法，克服了直流电检测水位易使水位探测线的端点极化的弊端[1]。但此专利的电路用到了四个运放，电路较复杂，电路成本也较高。

为了解决上述问题，设计了一种采用交流电检测水位的自动抽水装置，装置采用交流电检测水位，提高了自动抽水装置的使用寿命，同时电路主要采用三极管完成，电路较简单，电路成本也较低[2]。

2 电路方案

本方案的电路如图1所示：

此交流电检测水位的自动抽水装置电路由：变压器TR1、继电器RL1、三根水位探测线、三极管Q1～Q6、二极管D1～D4、电阻R1～R6、电容C1～C4、连接端口K1和K2组成。其中变压器TR1的两个输入端接至交流电源220V的两端，一个输出端接地，另一个输出端接二极管D1的正极和第一水位探测线的一端，第一水位探测线的另一端置于水池底部A点;电容C1的正极、三极管Q1和Q3的集电极、电阻R5的一端、二极管D4的负极、继电器RL1线圈的一端都接至二极管D1的负极，电容C1的负极接地;第二水位探测线的一端置于水池水位1/3处B点，另一端接电阻R2的一端和二极管D2的正极，电阻R2的另一端接地;二极管D2的负极接电容C2的正极和电阻R3的一端，电阻R3的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极和电容C2的负极都接地;第三水位探测线的一端置于水池顶部的C點，另一端接电阻R1的一端和二极管D3的正极，电阻R1的另一端接地;二极管D3的负极接电容C3的正极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极和电容C3的负极都接地;电阻R5的另一端接三极管Q2的集电极和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接三极管Q4的集电极、三极管Q5的基极、三极管Q6的集电极和电容C4的正极，三极管Q5的发射极和电容C4的负极都接地;三极管Q6的基极接三极管Q5的集电极，发射极接二极管D4的正极和继电器RL1线圈的另一端，继电器RL1的常开开关的一端接至连接端口K1，另一端接至连接端口K2，连接端口K1和K2串接于水泵的供电线路。

3 电路功能分析

二极管D1进行半波整流，电容C1进行滤波，给电路提供正直流电源;三极管Q5和Q6模仿单向可控硅的内部连接，当触发三极管Q5导通后，通过正反馈作用，使三极管Q5和Q6维持导通。

当水位低于B点时，第二水位探测线和第三水位探测线与第一水位探测线断开了连接，电阻R1和电阻R2两端都无电压，二极管D2和电容C2组成的整流和滤波电路无电压输出，使三极管Q1和Q2截止，同理，二极管D3和电容C3组成的整流和滤波电路也无电压输出，使三极管Q3和Q4也截止。此时，正直流电源经电阻R5和R6给三极管Q5的基极提供触发电流，三极管Q5和Q6导通，继电器RL1吸合，水泵开始抽水。

当水位高于B点但低于C点时，通过水的导电，第二水位探测线与第一水位探测线接通，电阻R2两端获得交流电压，经二极管D2、电容C2进行整流和滤波，输出电压驱动三极管Q1导通，三极管Q1再驱动三极管Q2导通。三极管Q2导通后，电阻R5和R6连接处的电位降至约为0V，正直流电源无法继续给三极管Q5的基极提供驱动电流，但由于三极管Q5和Q6导通后具自我维持导通能力，因此，三极管Q5和Q6维持导通状态，水泵维持抽水状态。

当水池满水，水池水位到达C点后，通过水导电，第三水位探测线也与第一水位探测线接通，电阻R1两端获得交流电压，经二极管D3、电容C3进行整流和滤波，输出电压驱动三极管Q3导通，三极管Q3再驱动三极管Q4导通。三极管Q4导通后，三极管Q5的基极电位降至接近0V，使三极管Q5截止，进而使三极管Q6截止，继电器RL1恢复常开状态，水泵停止抽水[3]。

当水池水位由最高点回落，但水位还高于B点时，三极管Q1和Q2维持导通状态，三极管Q3和Q4处于截止状态，三极管Q5和Q6得不到触发电流，也维持截止状态，继电器RL1维持常开状态，水泵继续处于停止抽水状态。

当水池水位继续回落，一旦水位低于B点，水泵又进入抽水状态。

4 结语

设计了一种自动抽水装置设计，通过反复多次实验表明，这种方案采用纯电路的控制方法，电路简单稳定可靠，不易受到干扰。同时此方案成本低廉，性价比高利于推广。

参考文献

[1]陈露.MCU的智能鱼缸换水系统[J].科技创新与应用，2019（21）：83-84.

[2]吕鑫，朱毖微，吴茜.基于C8051F040的智能型电接点水位探头二次仪表设计[J].测控技术，2018，37（11）：82-85.

[3]宋友保.实用自动抽水控制器[J].电子制作，2000（06）：22-24.