自动排灌站

本刊1961年第4期曾发表“半导体自动排灌站”一文。经过一段时期的实验，现在有不少改进。为了答复一些读者的询问，这里把改进后的电路及制作、运用有关的资料作一补充介绍。

整个控制电路如图1所示。晶体管继电电路的“开通”或“闭锁”，是由传感器的金属片H\(_{1}\)～H3间是否被水接通来控制的。我们都知道，晶体三极营的基极与发射极之间必须加上正向电压，集电极才会有较大的输出电流。否则集电极输出电流极小，晶体管处于“截止”或“闭锁”状态。若将三极管T\(_{1}\)的电路简化成图2，不难看出，当H浸入水中后，基极b通过电阻R1接到电源负极，而发射极与电源正极相连，对P-N-P型晶体管而言，这样在发射极与基极之间便加上了正向电压，因而发射极电流I\(_{e}\)与集电极电流Ic显著增大，使三极管“开通”。与此相反，当H未侵入水中时，基极与电源断开，因而集电极电流与发射极电流都极小，三极管处于“闭锁”状态。

三极管T\(_{2}\)的工作是由T1来控制的。当T\(_{1}\)闭锁时，T1的集电极和发射极间相当于开路，对T\(_{2}\)的工作没有影响，因此T2开通，它的集电极电流可达7～10毫安，使继电器RL吸动。当T\(_{1}\)开通时，由于T1集电极电流增大，在R\(_{2}\)两端产生一个很大的电压降。从电流方向可知，这个电压降使T2基极电位升高，从而使T\(_{2}\)基极与发射极间的正向电压减小，使T2的集电极电流减小。在适当选择R\(_{2}\)数值的条件下，T2的集电极电流可以减到很小（0.5毫安以下），即T\(_{2}\)处于闭锁状态，使继电器RL不能吸动。

调整R\(_{1}\)、R2阻值，可改变电路的灵敏度。电路中的R\(_{3}\)、R4是作稳定T\(_{2}\)的工作点用的，可减小温度变化的影响。

整个电路的动作程序如下：

（1）如果被控制的水位（例如水田、水塔中的水层高度）达到最高限定水位时，H\(_{1}\)H2H\(_{3}\)金属片均浸入水中，A、B两点接通。根据前述原理，T1应“开通”，T\(_{2}\)“闭锁”，RL处于释放状态，因此接点y1不能接通。这时因三相交流接触器的吸引线圈K的电路被切断，开关K\(_{1}\)～K3被弹簧拉开，所以水泵电机停车。

（2）水位逐渐下降时，H\(_{1}\)与H2之间首先因断水而被切断。但是这时H\(_{2}\)H3仍在水中，H\(_{2}\)通过K4接到A点因此T\(_{1}\)基极电路仍处在接通状态，情况与程序（1）相同。

（3）水位继续下降，低于最低限定水位时，H\(_{2}\)与H3间因断水而被切断。这时T\(_{1}\)基极电路切断，T1呈闭锁状态，因而T\(_{2}\)三极管开通，继电器RL吸动，接点Y1闭合线圈K的电路，线圈K即吸动开关棒，开关K\(_{1}\)～K3闭合水泵电机的电源，开始送水，使水位不断回升。

（4）水位回升时，H\(_{2}\)与H3首先被水接通。但是由于K\(_{4}\)已被吸引线圈K拉开，T1基极电路被K\(_{4}\)切断，T1仍然处于闭锁状态，T\(_{2}\)开通，水泵继续工作。

（5）当水位升到最高限定水位时，H\(_{1}\)H2H\(_{3}\)均又侵入水中，电路回复到程序（1）的状态，水泵停车。

控制电路中的PT\(_{1}\)是热继电器。它的作用是保护水泵电机不过载运行。如果电动机过载，电动机电流必然超过额定值，流过PT1的电流就会使其中的双金属片弯曲，通过脱扣机构顶开常闭接点PT2，切断吸引线圈K的电路，K1～K\(_{3}\)复原，开断电动机的电源，防止电动机长时间在过载下运行而烧毁。

（1）晶体管T\(_{1}\)T2可选用任何一种小功率低频三极管，如Л\(_{6}\)、2N109等都很适用。晶体管的电流放大系数β最好在30以上。

（2）继电器RL这个继电器的直流电阻不宜过大，一般可在几百欧到4K之间选用。1K以上的有成品出售，例如可采用中国继电器厂出品的GDZ—401等型号。继电器在未安装前应先进行检验，观察其动作电流与吸力是否符合要求。如果灵敏度不够，则应加大电源电压或调松继电器衔铁的弹簧。

（3）三相交流接触器 接触器的规格应根据水泵电机的输出功率大小而定。开关接点容许通过的电流应不小于电动机的工作电流，而且应带有常团的辅助接点（即K4），例如QC－20型（上海出品，20是指接点容许通过的最大电流为20安培）。

（4）热继电器 热继电器是与接触器合并组成“电磁开关”成套供应的。如果单独选用，可采用TK2-1型（KПM型）。热继电器的脱扣电流应根据实际保护需要选定。为求简单起见，也可不用热继电器（这时应将PT1、PT2处全部短接）。

（5）单刀双掷开关 应选用有0位的单刀双掷开关，否则要用单刀三掷开关代替。总之要使其有“停止”、“自动”“手动”三个位置。

（6）水位传感器 H\(_{1}\)H2H\(_{3}\)传感器必须自制，制作方法可参照图3。也可根据实际情况自行设计。

H\(_{1}\)H2H\(_{3}\)用不锈钢片做成环形，套在玻璃捧上。环的高度约1厘米，内径略大于玻璃棒外径，环腰的宽度约1毫米（没有严格要求）。金属环由可调节高度的厚橡皮及橡皮筋托住。根据不同需要，调节H1H\(_{2}\)H3间的距离，H\(_{1}\)调节在欲控制的水层的最高限定水位，H2调节在最低限定水位，H\(_{3}\)和H2间的距离应为2－3厘米。

在作田间水位控制时，H\(_{1}\)H2H\(_{3}\)均安装在保护罩内成一整体，以便牢固地安装在田间。

此外，导线与不锈钢环相联必须采用焊接，并在焊接处涂漆保护。不能借用螺丝或铆钉使导线与钢环相连，这样容易产生电腐蚀。

（7）电源电压 晶体管电源可用2号或4号电池串联，也可用硒整流器整流供给。电源电压为15～22.5伏，根据RL的阻值选定。一般RL为2K可选用15伏。

晶体管继电电路的零件排列与布线可参照图4进行。安装时R\(_{2}\)先暂用100K电位器串联20K电阻接入，待调整后换用固定电阻。R3可选用500K～1M的固定电阻，R\(_{4}\)选用100Ω－2O0Ω的固定电阻（均为1/2瓦炭膜电阻）。安装完毕后，进行以下调整。

调整时在图1×处串联一只毫安表（0-10mA），ABC接线柱暂不连线，然后接通电源（开关SW\(_{1}\)可利用电位器R1上附带的开关）。首先调节R\(_{2}\)使RL工作，这时电流约为7-10mA（在灵敏度许可范围内，尽可能调小发射极电流，以节约电能)。 然后在AB接线柱上分别连接一根导线，并将这两根导线直接碰触（这时R1电位器应放在阻值较大的位置）。当导线碰触时，T\(_{1}\)应开通而T2应闭锁，电流表上的读数应下降至0.5mA以下。如果碰触后电流下降不大，应调节R\(_{2}\)。最后将AB上二导线放入水中试验，如果灵敏度有所降低，可减小R1阻值，并再细调R\(_{2}\)。调整完毕，R2即可用相应的固定电阻代入。

调整时，AB二导线在水中的距离至少应大于 H\(_{1}\)与H3之间的距离，使结果与实际应用情况相符。

灵敏继电器的衔铁动作应“干净利索”，不“拖泥带水”。适当调整衔铁弹簧与接点y\(_{1}\)的间隙，即能达到目的。

水泵机组的主电路可按图5连接。接好后，先将开关SW\(_{2}\)扳在手动控制件置，电动机应转动，然后再将开关SW2扳在自动控制位置。

将传感器安装在实地，通过控制线与水泵机房内的控制电路相连。如果由于控制线过长等原因而降低灵敏度，可再调小R\(_{1}\)阻值。

传感器与电路相连的控制线有三根，相互间不能漏电，不然会引起水泵机组错动。

在工厂、企业、农牧场给水站都可应用这种装置来自动控制水塔水量，也可以应用于农田水沟、水渠水位的控制，或者用于自动保持稻田的水层。

由于排水与灌水是两个相反的过程，因此用来控制排水时，图1中RL的接点y\(_{1}\)应改用常闭接点y2，而K\(_{4}\)则应改为常开接点。

涉及自动排灌站正常工作的有关问题还很多，兹对一些重要问题作一简要说明：

（1）水泵（离心泵）在无引水情况下空转，不但不能完成自动给水的任务，而且对泵体有害。因此吸水管的阀门必须良好，漏水很少，并且要作定期检查，避免日久因漏水太甚，使泵壳与吸水管内的“引水”太少而抽不出水。从实际运行经验来看，使进水管平放或向下倾（如图6），能在较长时期内保持“引水”。

（2）为求稳妥起见，可以装一无水自动保护器（图6），电路原理与前述相同。传感器可安装在进水管F\(_{1}\)F2处（或将F\(_{1}\)移在泵体内）。由于进水管不能漏水，因此装配必需严密，可采用汽车上用旧的火花塞当传感器。这里只需一只晶体管即能满意地工作。继电器RL2的常闭接点应接在图1中记号△处。当进水管无水时，切断线圈K的电路，使电机水泵不能工作。

（3）水泵功率如果很大，在几十千瓦时，由于电动机不能直接启动，因此主电路中接触器应调换。根据实际需要采用磁力控制的星一三角启动器，或磁力补偿启动器。(俞祖山)