一種電子式雙水位報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、一種電子式雙水位報(bào)警器的設(shè)計(jì)。摘 要 介紹了一種電子式雙水位報(bào)警器的結(jié)構(gòu)及工作原理,并對(duì)其有關(guān)參數(shù)的選定進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞 電子式雙水位報(bào)警器;工作原理;參數(shù)選定為適應(yīng)天旱時(shí)適時(shí)播種而研制的施水播種機(jī),要求其工作時(shí)不得斷水作業(yè)。然而,由于裝于播種機(jī)上的水箱為密閉式,機(jī)具手在機(jī)具工作時(shí)很難了解到水箱水位的情況,從而不可避免地造成斷水播種的現(xiàn)象,為此應(yīng)對(duì)水箱配置水位報(bào)警裝置,以顯示水箱水放盡及對(duì)水箱充水時(shí)水已充滿(mǎn)的情況,雙水位報(bào)警器是根據(jù)此種需要而研制的一種簡(jiǎn)易式電子水位報(bào)警器。1 水位報(bào)警器的組成及工作原理1.1 報(bào)警器的組成水位報(bào)警器的組成見(jiàn)圖1。其主要組件為2個(gè)工作點(diǎn)穩(wěn)定的直流放大器、1

2、個(gè)蜂鳴器及2個(gè)小功率繼電器。2個(gè)放大器中的晶體管的基極b、集電極c間各聯(lián)接一個(gè)由相互絕緣的雙金屬片組成的探頭s1和s2,s1和s2分別固聯(lián)于水箱的頂部及底部。接于晶體管BG1上的繼電器J1之觸點(diǎn)為常開(kāi)觸點(diǎn)。接于晶體管BG2上的繼電器J2之觸點(diǎn)為常閉觸點(diǎn)。蜂鳴器一端聯(lián)接于電源正極,另一端與繼電器J1,J2的兩觸點(diǎn)相聯(lián)。1.2 報(bào)警器的工作原理報(bào)警器工作過(guò)程參照?qǐng)D1。當(dāng)水箱水位處于水箱注滿(mǎn)水的位置a-a處時(shí),由于水的導(dǎo)電作用,使探頭s1導(dǎo)通,晶體管BG1有基極偏壓產(chǎn)生,從而產(chǎn)生基流Ib1,經(jīng)BG1放大后形成集電極電流Ic=1Ib,1為BG1管的電流放大系數(shù),此電流流經(jīng)繼電器J1使其常開(kāi)觸頭閉合,電

3、源Ec電流流經(jīng)該常開(kāi)觸頭、蜂鳴器,蜂鳴器工作,告示水箱水已充滿(mǎn)。當(dāng)水箱水位處于a-a位置以下而高于水箱水已放盡的b-b位置時(shí),觸頭s1不導(dǎo)通,晶體管BG1失去偏壓而不工作,繼電器J1無(wú)電流流過(guò),其常開(kāi)觸頭斷開(kāi),無(wú)電流流過(guò)蜂鳴器,于此同時(shí),由于觸頭s2處于液體內(nèi)而導(dǎo)通,晶體管BG2有偏壓存在而導(dǎo)通,產(chǎn)生集電極電流Ic2,流經(jīng)繼電器J2使其常閉觸頭斷開(kāi),亦無(wú)電流流經(jīng)蜂鳴器,故蜂鳴器不工作。當(dāng)水位低于b-b位置時(shí),晶體管BG1仍處于截止?fàn)顟B(tài),而晶體管BG2由于觸頭s2不導(dǎo)通,無(wú)偏壓存在,亦不工作,繼電器J2斷電,其常閉觸頭閉合,電源Ec電流流經(jīng)該觸頭、蜂鳴器,蜂鳴器工作,告示水箱水已放盡。綜上所述,

4、當(dāng)水箱水注滿(mǎn)使水位處于a-a位置時(shí),蜂鳴器工作;當(dāng)水箱水放盡使水位處于b-b位置以下時(shí),蜂鳴器亦工作,否則,蜂鳴器不工作,實(shí)現(xiàn)了高低水位的報(bào)警。2 元件及有關(guān)參數(shù)的選定2.1 電源及執(zhí)行元件的選定施水播種機(jī)的配套動(dòng)力為小四輪拖拉機(jī),該類(lèi)動(dòng)力機(jī)一般不配置蓄電瓶,為應(yīng)用方便,放大器電源選為6 V,相應(yīng)地選用6 V或小于6 V的電子蜂鳴器,5 V繼電器。已選用的繼電器動(dòng)作電流為32 mA,內(nèi)阻為76。2.2 放大器元件參數(shù)的選定由于2個(gè)放大器工作狀況完全相同,故電路元件參數(shù)也就完全相同。以下僅對(duì)晶體管BG1構(gòu)成的放大器(圖2)的元件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算選定。初選晶體管BG1型號(hào)為3AX31B,其相關(guān)參數(shù)為:

5、集電極允許電流Icm=125 mA,集電極最大允許耗散功率Pcm=125 mW,電流放大系數(shù)=50651。根據(jù)電路結(jié)構(gòu),綜合考慮繼電器的動(dòng)作電流值、電路功耗及電源電壓下降會(huì)引起集電極電流Ic降低諸因素,取晶體管BG1集電極設(shè)計(jì)電流Ic=34 mA。按照參考文獻(xiàn)2所述的電路設(shè)計(jì)方法,選定晶體管BG1的基極偏壓Ub=-2 V?？紤]到Ic Ib及Ie=Ic-Ib(Ie意義見(jiàn)圖2),故有IeIc。由圖2,有:Ie= (Ube-Ub)/Re(1)式中,Ube為晶體管BG1基極與發(fā)射極間電壓,其值常為-0.20.3 V。以下計(jì)算取Ube=-0.2 V。由(1)式解得:Re= (Ube-Ub)/Ie(Ube

6、-Ub)/Ic= (- 0.2 + 2)V/34 mA = 50取=55,則基極電流Ib為:Ib=Ic/=34 mA/55=0.62 mA取I1=5Ib3(I1意義見(jiàn)圖2),則:I1=5×0.62 mA=3.1 mA因?yàn)镮b I1,由圖2有:R1+R2=Ec/I1(2)代 Ec =6 V,I1=3.1 mA, Ub =2 V于(2),(3)式,解之得R1=0.65 k,R2=1.3 k。晶體管功耗Pc驗(yàn)算如下:Uce=Ec+IcRc+IeReEc+Ic(Rc+Re) (4)式中,Rc為繼電器內(nèi)阻,其值為76。代Ec=-6 V,Ic=34 mA及Re=50于式(4),解得Uce=-1.72 V,所以Pc=IcUec=34 mA×1.72 V=58 mW<Pcm=125 mW。以上計(jì)算中,選用=55,若所選晶體管值不為55,放大器的工作性能基本不變。這是因?yàn)榇颂幩捎玫姆糯箅娐分?Ub是固定的,進(jìn)而Ie,Ic也是穩(wěn)定的,與晶體管的參數(shù)如,Ubc等幾乎無(wú)關(guān)。這樣不僅可換用同類(lèi)不同批的管子,放大器的工作點(diǎn)基本不變,且電路工作性能很少受溫度變化的影響。3 結(jié) 論根據(jù)上述介紹及實(shí)際應(yīng)用,表明該水位報(bào)警器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、造價(jià)低廉、易于制作。它不僅適用于文中所提及的情況,也適用于太陽(yáng)能熱水器、水塔等容器的水位報(bào)警。參考文獻(xiàn)1 李