資源簡介

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會需要對容器中的液位（水位）進(jìn)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(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)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(qū)別在于檢測液位的方式、反饋形式，以及控制器上的區(qū)別。
1、機電控制式水位控制
　　下圖是這種控制方式的結(jié)構(gòu)示意。
　　漂浮在水面上的浮球與控制器中的“檢測機構(gòu)”通過連桿機構(gòu)相連，當(dāng)水位發(fā)生變化時，浮球上下運動帶動“檢測機構(gòu)”產(chǎn)生位移，這個位移可以直接用來驅(qū)動閥門動作，關(guān)閉或者開啟進(jìn)水口，調(diào)節(jié)水位。如果需要控制的水筏較大，浮球的浮力不足以驅(qū)動控制水閥動作時，可以在“檢測機構(gòu)”與“閥門控制”之間增加一套機電控制驅(qū)動裝置，具體控制過程為：①“檢測機構(gòu)”的位移先去帶動一個位移開關(guān)動作；②位移開關(guān)控制電機的轉(zhuǎn)動；③電機驅(qū)動水閥門。
　　這種控制方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但可以對大型蓄水裝置進(jìn)行控制，因此常常應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。
2、全機械結(jié)構(gòu)的水位控制方式
　　家用抽水馬桶是典型的全機械結(jié)構(gòu)水位控制，以下是原理示意圖：
　　當(dāng)用戶進(jìn)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(gòu)傳遞給進(jìn)水閥門，使進(jìn)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(dá)到設(shè)定的某個水位時，正好能夠關(guān)閉進(jìn)水閥，停止進(jìn)水。
　　由此可見，在這種水位控制系統(tǒng)中，浮球=水位檢測器（傳感器），連桿機構(gòu)=控制器，水位的“給定量”通過進(jìn)水閥門與連桿機構(gòu)的相對位置來設(shè)定。
3、古老的水位控制
　　山區(qū)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(huán)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(diào)控過程如下：由于每日的蒸發(fā)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(tài)（反饋、比較、控制），調(diào)整頂層入水量就可達(dá)到調(diào)控目的。這時就成了一個閉環(huán)的人工水位控制系統(tǒng)。
4、最簡單的自動水位控制裝置
　　在工廠化的家禽飼養(yǎng)中，由于飼養(yǎng)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(tǒng)，使得很小、很淺的飲水槽中始終有水而且水位維持不變。
　　這個水位控制系統(tǒng)其實非常的簡單，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示
　　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(dāng)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(jìn)入到桶上方的密閉區(qū)域中，降低了密閉區(qū)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(tǒng)，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(huán)節(jié)？
　　其實，這個系統(tǒng)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(jìn)入到桶上方的密閉區(qū)域中的空氣就是“反饋信號”，通過空氣的反饋，達(dá)到控制水位的目的，非常巧妙的設(shè)計。
5、啟示：
　　以上給出的幾種常用的水位控制方式，我們發(fā)現(xiàn)在某些特殊應(yīng)用場合中，最簡單的結(jié)構(gòu)卻具有最巧妙的設(shè)計思想，不僅成本低而且可靠性極高。因此設(shè)計是一項極具創(chuàng)造性的工作。

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