一種太陽能熱水器半自動控制系統(tǒng)

孟祥晟

摘 要：本控制系統(tǒng)主要是通過智能壓力變送器、智能數(shù)顯表、電磁閥、繼電器、熱電阻，電加熱器、按鈕組成一種太陽能熱水器半自動控制系統(tǒng)，解決了目前太陽能熱水器的液位測量方式存在故障率高和價(jià)格高的問題，沒有易損件，使用電器元件和儀表構(gòu)成，有點(diǎn)電工基礎(chǔ)的人都可以完成。

關(guān)鍵詞：太陽能熱水器半自動上水；太陽能熱水器半自動加熱；太陽能熱水器半自動控制系統(tǒng)

中圖分類號：TK513 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0068-02

1 課題的產(chǎn)生

在現(xiàn)實(shí)生活中，太陽能熱水器使用壽命長，費(fèi)用低廉，得到廣大人民群眾的喜愛。有些家庭安裝太陽能熱水器的時(shí)候，太陽能熱水器的自動控制器價(jià)格高，故障率也比較高，導(dǎo)致安裝的比較少。在冬天洗澡時(shí)不知道水箱的溫度，只能放水試試，看看能不能洗澡。非常不方便。洗完澡后要人為打開上水閥給太陽能上水，看到溢流管流水，再停止上水，如果忘記了，會浪費(fèi)很多水。針對上述問題，我研究了“一種太陽能熱水器半自動控制系統(tǒng)”。目前太陽能熱水器的液位檢測主要有兩種方法，一種是電接點(diǎn)式液位計(jì)，將太陽能熱水器的液位分段顯示，0、1/4、1/2、3/4、1，無法連續(xù)顯示太陽能熱水器液位，目前大多數(shù)太陽能熱水器的液位檢測是采用電接點(diǎn)式液位計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低，控制簡單；缺點(diǎn)是受水質(zhì)影響嚴(yán)重，易結(jié)水垢，水質(zhì)比較好可以用一年左右，水質(zhì)最好的可以使用3-5年；水質(zhì)差的只有1-2個(gè)月，最短的只有10天。正常情況下，可以使用一年左右。雖然電接點(diǎn)式液位計(jì)缺點(diǎn)突出，但由于費(fèi)用低，控制簡單，是目前的主流。還有一種是采用磁浮子的方式連續(xù)測量液位，將磁浮子液位計(jì)安裝在太陽能水箱內(nèi)，但是由于水質(zhì)問題，磁浮子固定桿表面容易形成水垢，最終水垢過多磁浮子位置無法隨著液位的變化而變化，使液位顯示不正常，需要周期性維護(hù)，而且磁浮子液位計(jì)費(fèi)用高，無法大規(guī)模普及應(yīng)用。太陽能熱水器的水溫測量采用熱電阻測量，輔助加熱采用電加熱管加熱的方式。水溫控制采用數(shù)顯表，熱電阻，電加熱管等組合實(shí)現(xiàn)。液位控制采用壓力變送器配合數(shù)顯表等實(shí)現(xiàn)。

2 原理分析

在太陽能熱水器下水管上安裝一臺智能壓力變送器，利用水的壓力與液位的對應(yīng)關(guān)系（1米水的壓力等于9.8千帕的原理），將壓力變送器與數(shù)顯表配套使用，根據(jù)壓力變送器的量程在數(shù)顯表內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的液位。測量壓力變送器到太陽能水箱頂部的距離，再乘以9.8就是壓力變送器的量程。將壓力變送器的量程設(shè)置比太陽能水箱最高點(diǎn)的液位對應(yīng)壓力設(shè)定高20%，預(yù)防壓力變送器超過量程報(bào)警，使液位顯示異常。在數(shù)顯表內(nèi)部設(shè)置0-120對應(yīng)壓力變送器的零點(diǎn)和量程，在太陽能熱水器液位顯示100的時(shí)候是已經(jīng)上滿了，在數(shù)顯表內(nèi)部設(shè)置液位的上限報(bào)警點(diǎn)，利用報(bào)警點(diǎn)的通斷控制上水。一般情況下上限報(bào)警點(diǎn)設(shè)定在95，防止水箱滿了溢流。熱電阻與數(shù)顯表配套使用即可實(shí)現(xiàn)的顯示水溫。圖1是太陽能熱水器溫度顯示數(shù)顯表，圖2是太陽能熱水器液位顯示數(shù)顯表，圖3是詳細(xì)說明，SXB1報(bào)警點(diǎn)對應(yīng)水箱上限溫度設(shè)定值，SXB2報(bào)警點(diǎn)對應(yīng)是水箱的上限溫度設(shè)定值，SXB3報(bào)警點(diǎn)對應(yīng)水箱的液位上限設(shè)定值，SXB4報(bào)警點(diǎn)的液位比電加熱管的位置低，SXB5報(bào)警點(diǎn)的液位比壓力變送器的位置高，比SXB4的位置低。圖4是太陽能熱水器半自動控制系統(tǒng)的原理圖，圖5是太陽能熱水器的管路連接圖。太陽能熱水器半自動控制系統(tǒng)的控制原理是在太陽能熱水器的溫度不夠，需要加熱的時(shí)候，按下SB1按鈕，SXB4、SXB1處于閉合狀態(tài)，KM1得電吸合，自鎖，KM1常開觸電閉合，SXB5處于閉合狀態(tài)，EF得電，開始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)SXB1斷開，KM1斷電，SXB2閉合，延時(shí)繼電器KT得電，KT常閉觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，蜂鳴器得電報(bào)警，延時(shí)20S，KT常閉觸點(diǎn)斷開，蜂鳴器斷電，報(bào)警停止，在太陽能熱水器的液位低于SXB4時(shí)或SXB5時(shí)，加熱控制回路斷電，電熱管不會干燒損壞。在洗澡時(shí)太陽能熱水器的液位低于SXB5，加熱控制回路也斷電，保證洗澡時(shí)電加熱不會啟動工作，防止漏電傷人。當(dāng)太陽能熱水器需要上水的時(shí)候，按下SB2按鈕，SXB3處于閉合狀態(tài)，KM2得電，自鎖，KM2常開觸點(diǎn)閉合，電磁閥YV得電吸合，開始上水，當(dāng)液位高于設(shè)定值時(shí)，SXB3斷開，KM2斷電，導(dǎo)致YV斷電，停止上水。

3 測試及結(jié)論

對太陽能水箱熱水器半自動上水及半自動加熱控制系統(tǒng)進(jìn)行測試，半自動上水，半自動加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過多次，達(dá)到預(yù)期的效果。特別是液位的準(zhǔn)確、穩(wěn)定的測量解決了目前各種太陽能水箱液位檢測方式缺陷。本作品可操作性強(qiáng)，穩(wěn)定可靠，達(dá)到預(yù)期效果。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

利用一些簡單的電器元件和數(shù)顯表就實(shí)現(xiàn)了太陽能水箱半自動上水的及半自動加熱的功能。解決太陽能水箱的液位不能長期穩(wěn)定測量、故障率高和價(jià)格高的問題，沒有易損件，使用電器元件和儀表構(gòu)成，有點(diǎn)電工基礎(chǔ)的人都可以完成。水溫控制數(shù)顯表，熱電阻，電加熱管等組合實(shí)現(xiàn)。液位控制稱量采用壓力變送器配合數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)。

5 市場前景

本系統(tǒng)解決了目前太陽能熱水器的液位測量方式存在故障率高和價(jià)格高的問題，沒有易損件，使用電器元件和儀表構(gòu)成，有點(diǎn)電工基礎(chǔ)的人都可以完成。并且利用智能壓力變送器、智能數(shù)顯表、電磁閥、繼電器、熱電阻，電加熱器、按鈕實(shí)現(xiàn)了太陽能熱水器的半自動上水，半自動加熱的功能，解決了太陽能熱水器上水必須有人監(jiān)控，在溢流管流水時(shí)再停止上水的問題，如果忘記了，會浪費(fèi)很多水。解決了冬天洗澡時(shí)不知道水箱的溫度，只能放水試試，看看能不能洗澡，非常不方便。