液位行程,巧夺天工- 陈静- 职业日志- 价值中国网:网络就是社会 ...

  何为行程开关呢?就是一种由物体的位移来决定电路通断的开关,在日常生活中我们最易碰到的例子就是冰箱了。不知你注意到没有,当你打开冰箱时,冰箱里面的灯就会亮了起来,而关上门就又熄灭了,这是因为门框上有个开关,被门压紧时灯的电路断开,门一开就放松了,于是就自动把电路闭合使灯点亮。这个开关就是行程开关。

  行程开关的应用方面很多,很多电器里面都有它的身影。那这么简单的开关能起什么作用呢?它主要是起连锁保护的作用。最常见的例子莫过于其在洗衣机和录音机(录相机)中的应用了。

  在洗衣机的脱水(甩干)过程中转速很高,如果此时有人由于疏忽打开洗衣机的门或盖后,再把手伸进去,很容易对人造成伤害,为了避免这种事故的发生,在洗衣机的门或盖上装了个电接点,一旦有人开启洗衣机的门或盖时,就自动把电机断电,甚至还要靠机械办法联动,使门或盖一打开就立刻“刹车”,强迫转动着的部件停下来,免得伤害人身。

  在录音机和录像机中,我们常常使用到快进或者倒带,磁带急速地转动,但是当到达磁带的端点时会自动停下来。在这里行程开关又一次发挥了作用,不过这一次不是靠碰撞而是靠磁带的张力的突然增大引起动作的。

  行程开关真正的用武之地是在工业上,在那里它与其它设备配合,组成更复杂的自动化设备。

  机床上有很多这样的行程开关,用它控制工件运动或自动进刀的行程,避免发生碰撞事故。有时利用行程开关使被控物体在规定的两个位置之间自动换向,从而得到不断的往复运动。比如自动运料的小车到达终点碰着行程开关,接通了翻车机构,就把车里的物料翻倒出来,并且退回到起点。到达起点之后又碰着起点的行程开关,把装料机构的电路接通,开始自动装车。总是这样下去,就成了一套自动生产线,用不着人管,日以继夜地工作,节省了人的体力劳动。下图就是由德国西门子公司生产的行程开关。

 
  液位开关,顾名思义,就是用来控制液位的开关,对我们来说,最熟悉的应用莫过于其在全自动洗衣机中的应用。大家都知道全自动洗衣机只需要我们插上电源,接上水龙头就可以了。那洗衣机是如何知道加了多少水,该加多少水呢,这就要依靠液位开关了,它来控制阀门,使得水位到达合适的位置,以达到{zh0}的洗涤效果。液位开关种类很多,考虑到各种因素,洗衣机中一般采用压力式水位开关,它装在洗涤缸的上部,它有一根下端开口的气管通到缸底,进水时管里的空气被封闭在里面出不来,就形成比外界稍高的压力。水位越高压力越高,这样根据压力就可间接测知水位。而压力的测量仍然用弹性元件,靠元件的变形带动触点完成通断动作。该开关具体说来,见图1。

  图中气室入口将水面上的压力引来,作用在膜片下部,膜片中央的硬芯经过簧片控制动接点A,平时A和C通,压力增高以后,A与B通。

  这种测液位的方法叫做“静压法”,在工业中用的不少。但更常用的也是更直接的方法是“浮子法”,相信大家都见过钓鱼吧,那钓鱼线绑的都有浮子,浮子漂在水面上,当鱼咬到鱼饵时,浮子会一上一下的跳动,此时我们就可以拉线了。但工业中用的是更大的浮子,实际上就是一个带杆的球。水涨船高是人所共知的常识,工业上早就利用浮子测量水塔中的水位了。因为水塔有几层楼高,如果用人爬上去观察,那多麻烦。只要用绳索通过滑轮把水面上的浮子和水塔外的重块连起来,就可以在地面上抬头看重块在标尺上的位置,从而知道塔里还有多少水。这是极其简单而又立竿见影的办法。

  靠浮子位移带动触点通断以构成液位开关也很容易,比方说用个精巧的小开关(这样的开关叫做“微动开关”),装在像厕所水箱那种带杆的浮子一端,再把这套装置安在容器的某个高度上。当浮子升到这个高度时,浮子的杆压下开关不就发出通断信号了吗?当然这是可以的,而且市场上也有这样的成套产品。但还有更简单易行的办法,买一个小型磁浮子液位开关装上就行了。它的构造见图2。

  外面的圆球是个塑料或不锈钢做的空心浮子,它是xx密封的,中间封进了一小块磁铁,这个球体中部有个贯通的直孔使球形浮子更像个大算盘珠,它可以套在固定的柱形芯子外面上下滑动。在柱形芯内部有个“舌簧管”,这是个充氮气的小玻璃管,里面有两根能被磁铁吸引的金属片电极,平时两电极彼此不接触,但当附近有磁场时就相互吸引到一起而把电路接通了。把这个芯柱竖在容器里,舌簧管的两个电极则用导线引出。当液位升降时浮子跟着上下,浮子里的磁铁到达舌簧管附近,两根导线就连通并发出开关信号。这就叫“磁浮子液位开关”。

  上面介绍了浮子在测液位方面的用处,但是它的用处不局限于此。在测液位时,我们只是定性地利用了浮子能浮在水面这一特性,我们还能够定量地利用浮子浮在水面的特性,即在不同的液体中相同的浮子浮出液面的多少与液体的密度有关。在这方面早有古希腊的科学家阿基米德为我们总结出了“阿基米德原理”,即浮在液体表面的物体,其在液面以下的部分所排开的液体重量等于该物体的重量,同一物体浮在密度不同的液体上,如果液体的密度小,它就会多沉入一些。液体密度越大,沉入的部分越少。根据这个原理我们又为浮子找到了新的用途:测液体的密度。

  浮子密度计就是这样的仪器,它是个用玻璃管做成的简单仪器。用它我们就可以方便地测出各种液体的密度了。

 
  浮子在很多领域中常用来测量液位,但是在日常生活中它却常常发挥着其他用途,用它常常可以构成简单的比例调节器,例如最常见的厕所水箱里面装浮子并不是用来测水位,而是用来控制水位的;在汽车的“化油器”中,用来控制油位的高低。还是让我们来细细地道来吧。

  为了节省水,冲厕所必须用足够多的水以足够的冲力一次冲净。为了有足够的冲力,蓄水用的水箱中的水必须有足够的水位,而控制这个水位的任务就交给了水箱中的浮子。其具体原理是:水箱里的浮子通过长柄带动进水阀门,水位低时阀门开大,当水位到达足够使用的高度时,浮子就把进水阀门关闭了。其机构在下图上可以看出。

  图中的装置在水进满以后就不再工作了,这是因为厕所冲水是不定期的,而且是一次性的。但是,假如水箱底部出水处的放水阀(空心橡皮塞)关闭不严的话,水位就不可能维持长久,一旦水位稍低,浮子就会把进水阀门微微的打开一些。这时有了进水补充,若进水和出水能平衡,水位就不再下降,稳定在一个新高度上。如果出水塞破损,水漏得太快,水位必然要下降,浮子也就要降低,进水阀也就会开大,进水流量也就会增加,水位不至于下降太多。你若把出水塞的漏水看成某人在用水,如果没有任何控制进水的装置,肯定很快就要漏光。但现在就不同了。在连续用水的情况下,有了这套装置也会是水位变化不致太大。换句话说,连续用水情况下,它对水位也有自动调节作用。水位偏差越大进水阀的动作幅度也越大,这种特性就叫“比例动作”。只不过在厕所水箱正常使用中体现不出连续调节的作用,只看到它能控制进水终了时的水位。

  比例调节方式是一种广泛使用的控制方式,特别在水位、温度、压力和流量等控制中使用的很多;如果再加上积分和微分控制就构成了PID控制器,其控制效果更好,已被广泛应用于工业控制。只是在日常生活中较少见到罢了。

  再来谈谈汽车发动机上的“化油器”(新式有电喷装置的汽车没有化油器),其功能是“化”汽油用的,但不是化合而是混合。

  活塞在汽缸里运动的吸气过程,会使进气的喉管处形成气流,气流把汽油从浮子室里吸出来并冲成雾状,再加上汽油的挥发作用就和空气充分混合变成易燃气体。为了混合均匀,要保持汽油在进入气流时有恒定的压力,这就必须维持小室里的油位恒定。

  汽油的消耗量随载重量、车速、路况等因素而变,所以浮子室往外送出的汽油流量是会变的,但无论怎么变,浮子室的油位不应该有太大的波动。用浮子控制进油流量就能达到这个要求。耗油多时油位低,浮子下降,把进油针阀开大,油位也就不会太低了。反之,耗油少时进油减少,小室里的油也不会过满。这就是比例调节的效果。

  正是这种简单的比例调节为我们日常生活提供着各种实用的服务。

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