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冲洗厕所靠水箱 水位高低要适当
——浮子式液位控制

  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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