1. 传感器结构和原理
传感器结构（图1）：包括探头、管座和电路板、防雨帽。探头由导电电极、软管、温度二极管、引线组成。导电电极用5节不锈钢管件制成，电极间绝缘部分用5节医用硅橡胶软管裁制，导电电极和软管以及传感器管座插接在一起。传感器电路板1～5输入端分别和导电电极1～5用塑铜软线对应相连，塑铜软线一端和电路板输入端子焊接在一起，另外一端焊到弹性磷铜涨接片上，各装入不锈钢电极管内和电极撑接连通在一起。
传感器电路工作原理（图2）：
水位传感部分由IC4四运放LM324和分压及取样电阻组成。运放正向输入端子2～5和导电电极2～5分别对应连接，取样电压端子1和导电电极1连接，取样电压经R25、R26、R27分压得到，选择低的取样电压，在使用中电极间不会引起水电解和水中阳离子的沉积。工作时，探头浸没在热水器水箱中，当水位达到某一电极（比如电极2）时，1端经过水电阻和2端连通，使IC4-1同相输入端电压高于反相输入端电压，输出端呈高电位，此电压经R35和R36分压后，d端输出对应电极2、水位1的固定电压。又如当水位达到电极5时，1端经过水电阻和2、3、4、5端连通，使IC4-1到IC4-4同相输入端电压都高于反相输入端电压，各输出端均呈高电位，这些输出电压分别经R32～R36分压后，d端则输出对应电极5、水位4的固定电压。选择阻值合适的R32～R36，可使水箱中水位分别达到电极1～5时，d端分别输出固定电压：0V、0.7V、1.3V、1.9V、2.6V，这些系列电压就是仪表电路对传感器在不同水位时的参照电压。
温度传感部分使用VDt（温度二极管82TA）感温，将其用硅胶封装在探头顶端电极管1内，正负极引出线分别接到电路板端子的7和6。当探头浸没在水中，二极管PN结压降将随水温而变化，这个变化的电压提供给仪表电路作为水温传感信号。
2. 仪表电路工作原理（图3）
水温指示电路：
VD6、R3、R4、VT3组成恒流源，通过端子a和c为传感器温度二极管VDt提供稳定的工作电流，保证管子温度变化和结电压变化的线性关系和测温精度。结电压随水温的变化通过IC2-1放大后，送到双积分式A/D转换器ICL7107模拟量输入端IN+，经A/D转换后驱动LED数码管显示2位测量温度，测温范围0°C～99℃。R21、C3和IC3内电路组成时钟振荡器。RP1、R6和RP2、R22分别是0℃和90℃校准电路。C4是基准电容，C5是自动调零电容、C6是积分电容。的V-电压由IC2-2、IC2-3、IC2-4并联后和C7、C8、VD11、VD12将IC3的振荡信号经驱动倍压整流得到。
水位指示电路：
传感器电路的d端电压送入IC1-1到IC1-4反相输入端。由于IC1-1到IC1-4的正相输入端电压被R11～R15分别设定为0.5V、1V、1.6V、2.3V四段，因此当水箱水位分别达到电极2～5，d端分别输出固定电压为：0.7V、1.3V、1.9V、2.6V时，IC1各反相输入端分别高于各段同相输入端电压时，则相应各运放输出低电位，对应发光二极管被点亮，指示相应的水位。如水箱水位达到电极2时，d端输出0.7V，比IC1-1同相输入端电压（0.5V）高，IC1-1输出低电位，VD7发光二极管被点亮，指示水位1，水箱有1个水位。依此当水位达到电极3、4或5时，VD8、VD9或VD10点亮，指示水箱分别有2个、3个或4个水位。
自动上水电路：
当水箱水位下降到电极2后时，d端电压为0V，IC1-1输出端呈高电位，电压通过R16加到VT1基极，VT1导通，继电器K吸合，开关K-1闭合；此时由于IC1-4输出高电压，所以VT2导通使得继电器自锁保持；同时K-2闭合后，接电磁水阀的端子m、n即获得9V交流电压，电磁水阀得电打开，自来水通过阀为水箱上水。当水位达到电极5时，IC1-4输出转为低电位，VT2基极呈低电位，VT2截止，继电器断开、K-2断开，电磁水阀失电关闭，停止上水。
手动上水电路：
当水箱水位低于电极4而高于电极2时，VT2导通，VT1截止，此时按下上水开，继电器K吸合，电磁水阀打开，水箱上水。按下上水关，继电器K断开，电磁水阀关闭，上水停止。或水位达到电极4时，VT2截止，电磁水阀关闭，上水自动停止。
3. 调试和安装
探头放入0°C冰水混合物中，温度平衡后，调电位器RP1使数码管显示00°C；将探头放入90°C以上水中，用标准水银温度表监测水温，温度平衡后，调RP2使数码管显示的数值和温度表指示温度一致，调试后的测量误差在0°C～99°C范围内不超过±1.5°C。安装时参照图1进行。
编者注：有关ICL7107的原厂英文资料可上网查询：pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/ICL7106-IC7107.pdf。
（张伟）