(整理)[通用技术必修 技术与设计2] 几种自动液位(水位)控制的方法介绍

几种自动液位（水位）控制的方法介绍
在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。

比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。

虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以归纳为一般的反馈控制方式，如下图所示，它们的主要区别在于检测液位的方式、反馈形式，以及控制器上的区别。

1、机电控制式水位控制
下图是这种控制方式的结构示意。

漂浮在水面上的浮球与控制器中的“检测机构”通过连杆机构相连，当水位发生变化时，浮球上下运动带动“检测机构”产生位移，这个位移可以直接用来驱动阀门动作，关闭或者开启进水口，调节水位。

如果需要控制的水筏较大，浮球的浮力不足以驱动控制水阀动作时，可以在“检测机构”与“阀门控制”之间增加一套机电控制驱动装置，具体控制过程为：①“检测机构”的位移先去带动一个位移开关动作；
②位移开关控制电机的转动；③电机驱动水阀门。

这种控制方式结构比较复杂，但可以对大型蓄水装置进行控制，因此常常应用于工农业生产中。

2、全机械结构的水位控制方式
家用抽水马桶是典型的全机械结构水位控制，以下是原理示意图：
当用户进行冲水操作之后，蓄水箱的水被排空，浮球下降，这个信号通过连杆机构传递给进水阀门，使进水阀门开启，对蓄水箱补水；随着水量的增加，浮球逐步上移，直至达到设定的某个水位时，正好能够关闭进水阀，停止进水。

由此可见，在这种水位控制系统中，浮球=水位检测器（传感器），连杆机构=控制器，水位的“给定量”通过进水阀门与连杆机构的相对位置来设定。

3、古老的水位控制
山区坡地种植水稻与平原不同，需要依山修筑层叠而上的梯田。

这种梯田结构至少有两个作用：其一，保持每一块田地都是平面，以便于耕作，其二，灌溉的水源从最上层引入，逐层注满后又逐层向下浇灌，因此，当水量充足时，只要每一层田埂上的排水口高度合适，就可以确保每块田地中的水位高度适中。

其中的水位控制是自动的开环控制方式。

如果水源的水量不够充裕，就需要通过人工控制的方式，以最小的耗水量，维持水位的适中。

水量调控过程如下：由于每日的蒸发量不同、水稻生长的耗水量也不同（干扰因素），耕作者对底层出水量的观察（检测），判断梯田的整体供水状态（反馈、比较、控制），调整顶层入水量就可达到调控目的。

这时就成了一个闭环的人工水位控制系统。

4、最简单的自动水位控制装置
在工厂化的家禽饲养中，由于饲养的的空间很小，家禽密度很高，饮水槽不可以做的很大，否则将被家禽践踏而使引水受到污染。

但又要保持有充足的水量，不断的自动补充新鲜的饮水。

解决这个矛盾的办法就是需要一套自动水位控制系统，使得很小、很浅的饮水槽中始终有水而且水位维持不变。

这个水位控制系统其实非常的简单，基本结构如下图所示
由于蓄水桶上方密闭的空间气压比外界大气压强低，所以能够保持蓄水桶中的水位高于水槽中的水位，当水槽中的水被饮用之后，外部的空气将通过蓄水桶的下方桶口进入到桶上方的密闭区域中，降低了密闭区的压强，蓄水桶中的水位降低，补充了水槽中的水，直至水槽中的水平面高过蓄水桶下方的桶口。

这个水位控制系统，非常可靠，而且极其简单，似乎没有如前所述的检测装置和反馈环节？
其实，这个系统巧妙地利用了空气压力的变化作为“检测信号”，蓄水桶下部桶口的边缘高度就是水位的“给定量”；进入到桶上方的密闭区域中的空气就是“反馈信号”，通过空气的反馈，达到控制水位的目的，非常巧妙的设计。

5、启示：
以上给出的几种常用的水位控制方式，我们发现在某些特殊应用场合中，最简单的结构却具有最巧妙的设计思想，不仅成本低而且可靠性极高。

因此设计是一项极具创造性的工作。