太陽能熱水器水位傳感器

1、對(duì)于太陽能熱水器，控制系統(tǒng)是十分重要的，在我們所遇到的太陽能熱水器故障中，90%以上是由于控制系統(tǒng)的故障引起的，其中由于水位水溫傳感器引起的故障率又占50%，所以深入地了解控制系統(tǒng)的作用，了解控制部件的原理，是掌握太陽能熱水器安裝和維修所必須的。說實(shí)在話，太陽能控制器目前完全過關(guān)的可以說沒有，為此，筆者只能根據(jù)自己在長期實(shí)踐中認(rèn)為比較好的西子牌自尊太陽能控制儀為基本元件來解說這一章的內(nèi)容。當(dāng)然，市面上還有許多太陽能控制儀，質(zhì)量也可能不錯(cuò)，無法一一介紹?？梢载?fù)責(zé)地說，你只要掌握了本書介紹的控制儀和系統(tǒng)，已經(jīng)可以解決絕大部分太陽能的問題了。第一節(jié)水位水溫傳感器目前探測水位的方法很多，但最常用的是導(dǎo)

2、電式方法和浮子式方法，這兩種方法也是太陽能熱水器中使用面最廣的探測方法，所以本書將專門介紹這兩種探測法。（常用的太陽能的水位水溫傳感器如圖7-1-1，圖7-1-2所示） 圖7-1-2浮子式傳感器 圖7-1-1導(dǎo)電式傳感器 太陽能熱水器的水位水溫傳感器是太陽能的眼睛，它將太陽能大部分的信息傳給控制儀，控制儀通過對(duì)這些信息的處理來管理太陽能熱水器，同時(shí)將熱水器的運(yùn)行情況告訴用戶，讓用戶合理正確的利用太陽能。傳感器是太陽能熱水器的重要部件，也是故障經(jīng)常發(fā)生的地方，在太陽能普及的初期，太陽能90%以上的故障來自傳感器。隨著人們不斷總結(jié)、改進(jìn)，太陽能傳感器的質(zhì)量不斷提高，傳感期的壽命也逐步達(dá)到1年以上。

3、一、太陽能水位的控制原理1、導(dǎo)電式探測原理導(dǎo)電式水位傳感器的原理就是利用水的導(dǎo)電性來探測水面的高度，如圖7-1-3，在圖中的水位情況下，0極（公共極）與1、2、3是導(dǎo)通的，與4是不導(dǎo)通的，因此控制系統(tǒng)就可以判斷水面在3、4之間。 圖7-1-3導(dǎo)電式探測水位原理圖實(shí)際使用中的家用太陽能導(dǎo)電式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖7-1-8。2、浮子式探測原理浮子式的原理就是通過不同高度的干簧管通斷的情況來探測水面的高度的。干簧管是一種電子元件，當(dāng)它遇到強(qiáng)烈的磁場時(shí)，內(nèi)部的開關(guān)閉合，電流從干簧管兩端流過，給出位置和溫度的信號(hào)。如圖7-1-4所示。 圖7-1-4浮子式水位傳感器原理圖實(shí)際使用的浮子詳圖如圖7-1-9。3、

4、通用的控制方法太陽能熱水器經(jīng)十幾年的的發(fā)展，已經(jīng)形成一個(gè)被國內(nèi)同行普遍認(rèn)可的控制模式和控制電阻參數(shù)，這方面的控制器已經(jīng)可以互用和替代，其數(shù)量已經(jīng)占新安裝產(chǎn)品的80%以上，為此本書將以介紹通用控制方法為主。不管是導(dǎo)電式還是浮子式，目前太陽能熱水器水位控制普遍采用開關(guān)控制法，利用開關(guān)接通和斷開所造成的電阻的串聯(lián)（并聯(lián)）產(chǎn)生的不同電阻值來傳遞水位信號(hào)，讓控制器判斷水位，水位一般分為4檔。傳感器導(dǎo)電的原理有水導(dǎo)電（利用水的導(dǎo)電特性）和干簧管導(dǎo)電兩種，實(shí)際上就是四個(gè)開關(guān)的開和關(guān)的狀態(tài)。原理如圖7-1-5。 圖7-1-5水位傳感器電路原理圖解說：當(dāng)水位在1格以下時(shí)，所有開關(guān)都處于開的狀態(tài)，1、2端輸出的電

5、阻值R1+R2+R3+R4=60K很大，控制儀顯示水位為一格20%以下。當(dāng)水位到達(dá)格時(shí)，開關(guān)K1由于水的導(dǎo)電作用（或者干簧管在磁鐵的作用下）導(dǎo)通，電阻R1被短路，端口1、2的電阻值為R2+R3+R4=30K，控制儀顯示水位為20%；當(dāng)水位到達(dá)2格時(shí)，開關(guān)K2導(dǎo)通，電阻R2也被短接，端口1、2的電阻值為R3+R4=20K，控制儀顯示水位為50%；當(dāng)水位到達(dá)3格時(shí)，開關(guān)K3導(dǎo)通，電阻R3也被短接，端口1、2的電阻值為R4=10K，控制儀顯示水位為80%；當(dāng)水位到達(dá)4格時(shí)，開關(guān)K4導(dǎo)通，電阻R4也被短接，端口1、2的電阻值接近為0?？刂苾x顯示水位已滿。水位低于1格時(shí)，控制儀輸出12V的電壓，啟動(dòng)電磁

6、閥等打開進(jìn)水，水位高于4格時(shí)，控制儀關(guān)閉電磁閥等停止進(jìn)水。二、溫度控制原理1、溫度傳感器采用熱敏電阻，目前統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是Rt=10K的NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻，B值在3800左右，精度在3%左右即可。溫度傳感探頭一般是和水位傳感器裝在一起，一般放在水位傳感器的中間部位，它表示太陽能水箱中間部分的溫度。也有一些溫度傳感器是單獨(dú)做成單一配件的，比如部分浮子式傳感器。圖7-1-6是溫度傳感器的溫度曲線。圖7-1-7是一種常用的溫度傳感器的外形。 圖7-1-6溫度傳感器 圖7-1-710K熱敏電阻的溫度曲線三、太陽能熱水器常用的水位水溫傳感器要正確使用和靈活安裝太陽能熱水器，就必須充分了解太陽能熱水器傳

7、感器的原理和結(jié)構(gòu)。1、導(dǎo)電式水位水溫傳感器（探頭）：在傳感器中間還帶有溫度探頭，目前50%以上的太陽能熱水器的傳感器是采用導(dǎo)電式傳感器，優(yōu)點(diǎn)是成本低，安裝簡便；最大的缺點(diǎn)是受水的質(zhì)量影響大，易結(jié)垢，水質(zhì)好的地方可以用一年以上，最好的使用5年都見過；差的只有幾十天，最短的只有兩個(gè)星期。一般情況下，壽命在一年左右。雖然導(dǎo)電式傳感器有致命的缺點(diǎn)，但由于成本低、安裝簡便，目前還是使用最廣泛的太陽能的水位溫度器件。其結(jié)構(gòu)如圖7-1-8。 圖7-1-8導(dǎo)電式水位水溫傳感器結(jié)構(gòu)圖傳感器的探頭是由熱縮套管和不銹鋼管做成的，里面安裝由4個(gè)電阻和一個(gè)熱敏電阻Rt組成的電子電路（實(shí)際為等效電路），其水位原理如圖7-

8、1-5，溫度原理如圖7-1-7，安裝方法見第四章的圖4-1-8。2、浮子式水位控制傳感器（探頭）：這種傳感器的水位和溫度是分開的。安裝如第四章圖-1-9，有一個(gè)浮子和四個(gè)浮子之分，一般采用4個(gè)浮子的為多，浮子式方案中，采用浮子和溫度探頭分開的安裝方式，這樣各自在不同的位置進(jìn)行探測，比較準(zhǔn)確，浮子又與水箱分離，利用同水位原理探測水位，傳感器的環(huán)境溫度比太陽能水箱內(nèi)的溫度低，這樣延長了傳感器的壽命。這種傳感器一般做成可以拆卸的，如果浮子臟了，或是結(jié)垢了，可以拆下來清洗，還可以反復(fù)使用，這樣可以達(dá)到在太陽能有效的生命期內(nèi)不用更換水位傳感器的目的。溫度探頭另外安裝，可以安裝在熱水出水口附近，溫度顯示比

9、較準(zhǔn)確。根據(jù)實(shí)踐得出的結(jié)論，溫度傳感器的故障率很小，一般在5%以下，壽命在10年以上。浮子式方案的缺點(diǎn)是成本比較高，安裝比較復(fù)雜。所以目前用的不多。但隨著人們對(duì)太陽能熱水器可靠性的要求提高，浮子式的使用量可能會(huì)增加。浮子式傳感器的電子線路原理圖同導(dǎo)電式的原理圖7-1-5，結(jié)構(gòu)圖如圖7-1-9。 圖7-1-9浮子式水位傳感器和溫度傳感器傳感器上有4個(gè)浮子，帶有磁鐵的浮子浮在水面上，當(dāng)水位上升時(shí)浮子跟著上升，當(dāng)它浮到干簧管附近時(shí)，被浮子上擋圈擋住，傳感器內(nèi)部相應(yīng)干簧管導(dǎo)通，送出水位信號(hào)給控制系統(tǒng)，告知水面的位置。實(shí)際中家用太陽能浮子式傳感器的浮子是4個(gè)的，主要考慮的是實(shí)際使用中斷電時(shí)的狀況和浮子浮

10、動(dòng)范圍不能太大。傳感器內(nèi)部的電子原理與導(dǎo)電式一樣，不再贅述。溫度探頭就是一個(gè)熱敏電阻Rt，安裝在一邊封死的探頭體內(nèi)，溫度傳感器的故障率很低，一般不超過2%，只要探頭體不漏水，壽命可達(dá)10年以上。3、硅膠導(dǎo)電式水位傳感器（探頭）：硅膠水位傳感器是利用硅膠的的導(dǎo)電特性制作的（如圖7-1-10），它也是利用水的導(dǎo)電的原理來探測水位的，由于采用了硅膠作為導(dǎo)電體，可以有效地減緩傳感器表面的結(jié)垢，延長傳感器的壽命，它的電子線路原理同以上兩種傳感器。但部分產(chǎn)品阻值有所不同（如比華麗公司的產(chǎn)品，引線只有2根，設(shè)計(jì)更為先進(jìn)，但也一定程度上限制了它使用的靈活性）。由于其成本低、安裝簡便，目前也是使用較多的太陽能水

11、位溫度傳感器件。其缺點(diǎn)是無法克服水中泥土的附著，對(duì)泥沙較多的水質(zhì)較容易失效。在溫度傳感方面，由于硅膠的導(dǎo)熱性差，所以溫度顯示起伏大，不能準(zhǔn)確的顯示水箱的當(dāng)前溫度。另外，由于太陽能水箱的溫度高低變化大，高的時(shí)候達(dá)100，低的時(shí)候僅在10以下，而硅膠的膨脹系數(shù)和金屬導(dǎo)線的膨脹系數(shù)不一致，導(dǎo)電硅膠體與導(dǎo)線容易產(chǎn)生脫離，出現(xiàn)導(dǎo)電不良的現(xiàn)象，在溫差大的太陽能水箱里，硅膠體老化變質(zhì)加快，它的壽命也是比較短的。 圖7-1-10硅膠傳感器4、電子線路探測方案：目前，國內(nèi)已經(jīng)自然形成了較為統(tǒng)一的電子線路探測方案，為各種控制儀的傳感器的互換創(chuàng)造了好的條件。了解了水位溫度傳感器的原理，可以知道：傳感器的輸出一般是4

12、條線（有部分是2條的），其中兩條是傳遞溫度信號(hào)的，兩條是傳遞水位的。用萬用表的100K以上的檔測量，能量出電阻的（阻值在7-10K）是溫度線，另外兩條就是水位線，水位線的阻值一般在60K左右。水位和溫度的電子線路都是由電阻組成，所以它是沒有極性的，接頭可以互調(diào)。下面舉一個(gè)例子說明是如何靈活應(yīng)用傳感器原理的：例7-1-1：有一臺(tái)承壓式太陽能熱水器，水位不需要控制，水箱側(cè)面留有探測溫度的盲孔，以便控制溫度，手頭上有一臺(tái)普通的“西子牌”控制儀，如何達(dá)到控制太陽能溫度的目的？解決的辦法：1）用10K，B值為3800左右的熱敏電阻兩端焊上導(dǎo)線，用熱縮套管將熱敏電阻保護(hù)起來（其他保護(hù)方法也可以），做成一個(gè)簡易的水溫探頭，將它插入測溫孔中。將導(dǎo)線與控制儀傳感器導(dǎo)線連接，如果沒有標(biāo)記，可以試著連接傳感器導(dǎo)線中的兩條，有溫度出現(xiàn)，且與水溫相近的就是了，其他兩條同時(shí)可斷定為水位線。2）將