在工农业生产中，常常需要对容器中、贮仓中固态料块或颗粒的表面位置进行检测和控制。本文介绍一种用来对料位位面加以限止或控制的料位控制器，它适用于固体颗粒、粉末及低粘度液体的料位控制。
一般来说，对固体料位的控制比对液面控制更为困难。目前习惯上采用的有光电、超声和微波等几种方法，它们各有特点，但也各有局限性。故在大多数场合下仍采用较原始的压力式开关，它使用比较方便，但因它有机械零部件，有时也会卡壳而不起作用。针对以上情况，我们研制了一种音叉式料位控制器，用以控制粮仓的粮位。据实际使用，证明它工作性能稳定，不受外界干扰，使用方便。
工作原理
整个音叉式料位控制器的关键是在一只音叉上（参见图1）。它是在一块簧片上对称地粘上两块压电陶瓷片，继而把簧片固定在另一块基座之上。音叉由压电陶瓷实现声电换能。我们知道，在压电陶瓷上加上某一频率的交变电场后，压电陶瓷将被激发振动，从而带动音叉的簧片产生机械振动。当外加的激励频率和音叉本身的固有振动频率相近时，音叉就会发生共振。音叉在容器中的安装位置示意图见题头图。从图上看出，它可以安装在容器顶部，也可以安装在容器的侧边上。
一旦物料上升漫至音叉，簧片的振动将受到阻尼，从而使音叉的振动频率改变，甚至停振。我们这个控制器是设计为停振的。音叉一旦停振，就会发出一个开关信号去控制进料器和报警器，使进料器停止进料，报警器发出报警信号。
图3给出了电原理图。在图3中，音叉振子和晶体管BG\(_{1}\)、BG2组成一只振荡器，其振荡频率决定于音叉振子。根据理论计算和实际测量，对于本文所给出的音叉，实际振荡频率在6.990KC左右，且很稳定。决定音叉振动频率的是压电陶瓷片的尺寸及音叉簧片的厚薄，簧片的长短不影响振动频率，这一点读者在仿制时是会感觉到的。
由于压电晶体的输出阻抗比较高，故用BG\(_{1}\)组成的射极跟随器完成阻抗变换。BG2组成电平放大器向音叉提供一定的激励电平，维持音叉振动。我们根据实际调试，测得音叉的插入损耗约为10db左右，为维持音叉振动，必须由BG\(_{1}\)、BG2组成的电平放大器加以放大，放大倍数在4倍左右，为此在电路中设置了可调实心电位器W\(_{1}\)来调整BG2的放大量。需要说明的是，过大的放大量将引起波形严重失真，以至于当物体碰到音叉时，音叉不会停振，起不到控制作用。
按图1所示的音叉，在输入、输出间本身已有180°的相移，故对电路来说仅需附加180°相移就能构成振荡，本电路就是按上述方法设计的。另一方面振荡信号通过电容C\(_{2}\)，经二极管D1整流、电容C\(_{3}\)滤波，为晶体管BG3基极提供了一个正向偏流，使EG\(_{3}\)导通、BG4截止。一旦音叉停振，BG\(_{3}\)基极上的直流电压消失，BG3截止、BG\(_{4}\)导通，继电器吸合，完成报警和控制作用。
BG\(_{5}\)及稳压管DW1等组成稳压电源为仪器提供12V直流电源。
元器件选择及制作
本仪器的核心部分是一只音叉振子，图2画出了各零件的尺寸。簧片1是用废钢锯条加以改制的，要求钢条弹性好、内耗小。两片压电晶体2均为φ20×1mm的锆钛酸铅压电陶瓷。基座4用45\(^{#}\)钢制造，上面开了安装糟和引线孔。
制作过程如下：先把簧片1按规定尺寸磨好，然后用铜焊烧入基座4上，待冷却后用砂纸磨去簧片1上所烧出的氧化层，然后用去污粉彻底清洗，同时清洗压电陶瓷片。再用水洗并烘干。其次按图2所示极性把压电陶瓷2用环氧树酯粘合在簧片上，且两面中心对直。待环氧树酯固化后，在压电陶瓷片上引出电极线3。最后，为保护压电陶瓷及引出线，可在音叉表面涂复环氧树酯薄层保护层，但注意不要徐得太厚，以免影响音叉振动。在业余条件下，为检查音叉的好坏，可将压电陶瓷引出线触碰1.5V干电池的两极，音叉应有不大的十分清脆的响声，类似碰刀声。
为缩小体积，电位器W采用了半可变实心电位器，继电器选用JRX—13F700Ω的那一种。二极管D\(_{1}\)我们用的是废三极管3DG6的eb结，用其它检波二极管也是可以的。电源变电器用16×19mm铁芯，初级220V，次级16V、6.3V。
安装和调试
图4给出了印制线路板图。在整个线路中，BG\(_{1}\)、BG2由于强烈的直流负反馈，故工作点稳定。BG\(_{3}\)、BG4工作在开关状态亦无须调整。所以仪器的调整就是调整控制振荡器放大量的电位器W\(_{1}\)就可以了。调试方法如下：先把一团棉丝放在音叉的顶上，调节W1使继电器吸合报警；去掉棉丝，继电器复位即告成功。如反复调几次效果将会更好。这时，只要任何东西一碰上簧片，且与簧片一直接触，则继电器就会吸动。不过如碰音叉的底座，是不会引起任何动作的。仪器调试完毕后就可以视具体情况安装。一般要求仪器尽量靠近音叉，而控制信号可以用继电器长距离传送。
目前，江苏太仓长江仪表厂已生产这种控制器，读者如自制有困难，可以直接与该厂联系购买。（王骏康）