內膽漏水檢測系統在電熱水器上的應用研究

趙雪森 孫強 王偉 王錦超

（海爾熱水器開發部 山東青島 266101）

1 引言

當今社會，家電已經成為每個家庭必不可少的組成部分，各個類別的家電產品給人們生活帶來方便的同時也提升了生活質量。隨著高新技術和網絡的高速發展，“智能家居”的概念越來越多的的被提及，而一些企業已經將智能家電的產品從概念變成了現實。隨著技術的更新和人們生活水平的不斷提高，絕大多數的家庭用戶已經告別了“燒水洗澡”的時代，而熱水器成為消費者的首選。近年來，熱水器市場高速增長，城鎮市場以電熱水器和燃氣熱水器為主。電熱水器在我國起步早，目前城市市場中保有量大，但很大部分已經瀕臨或超過使用年限，管路、電路均有老化的安全隱患，急需更新換代。近幾年電熱水器自城市市場逐漸擴大到農村市場，其方便和易用性成為最大優勢。這些都將為電熱水器的發展帶來廣闊前景。

超過安全使用年限，相關的部件銹蝕、老化、失去效力，安裝時水壓不符導致內膽承壓過大，長時間不使用沒有放水排空內膽。以上都會減少內膽的使用壽命，導致或加快內膽漏水，嚴重時會導致室內積水損壞房屋及室內設施，甚至導致電路短路引起火災，引發安全隱患。因此，利用裝配結構和軟件控制方法實現對由于進出水管與熱水器內膽的焊接不良，或內膽的圓柱部分與兩端的弧形過渡部分焊接不良造成的漏水的檢測和及時切斷供水水源已迫在眉睫。

2 內膽漏水檢測系統裝配結構方案設計

2.1 裝配結構模塊圖

如圖1所示，將內膽漏水檢測系統按裝配結構劃分為以下部分：右封頭、內膽中桶、左封頭、排污口、出水管、進水管、加熱管、導水槽、NTC(溫度傳感器)、電磁閥、控制器。

2.2 各部分功能介紹

（1）右封頭、內膽中桶、左封頭、排污口、出水管、進水管、加熱管組成內膽主體。右封頭、內膽中桶、左封頭、排污口、出水管、進水管各部分之間通過焊接連接。加熱管通過螺栓壓緊在右封頭開口法蘭處。

（2）安裝于內膽主體底部的V型導水槽可將內膽漏出的水匯集到一起。

（3）導水槽內底部設置有一個NTC，NTC和位于控制器上的檢測電路可以檢測是否漏水。

（4）電磁閥執行控制器發出的指令，負責進水管水路的通斷。

圖1 裝配結構模塊圖

圖3 優選參數實測數值

圖2 檢測電路

圖4 裝配結構模塊圖(軟件控制優化方案)

2.3 內膽漏水檢測系統工作原理

如圖2，通過調整溫度傳感器的檢測電路參數（可以增加電源或者減小限流電阻），使溫度傳感器上的電流較多，溫度傳感器自身發熱。根據溫度傳感器所處的介質環境不同，熱量耗散速度不同，來判斷其是處于空氣中還是水中，從而知道是否漏水。

3 內膽漏水檢測系統軟件控制方案設計

3.1 內膽漏水檢測系統軟件控制基礎方案

NTC是負溫度系數的傳感器，電阻R，電源U。電源電壓值優選5V，電阻值優選141歐姆。NTC上流過的電流會使其本身溫度升高，在不同的環境中熱耗散速度不同，空氣中會比較慢，水中會比較快。所以可以從NTC的阻值上判斷其所處的環境。圖3是按照優選參數實測的數值。可以看出：在0～45度的條件下，如果NTC阻值在100～200歐姆之間，即處于靜止空氣中；如果NTC阻值在200～500歐姆之間，其處于靜止水中。

3.2 內膽漏水檢測系統軟件控制優化方案

從圖3同時可以看出此方案的缺點：溫度在45度以后兩條曲線會逐漸重合，即無法區分是在水中還是空氣中。要解決此問題有兩個辦法：（1）修改NTC的參數，使之在熱水器合理的工作范圍內（75度）不出現重合；（2）再增加一個NTC2，用來測量NTC1所處的環境溫度。所以上述方案可以優化成方案二，如圖4所示。

如圖4，NTC2靠近NTC1，優選的位置是同一高度的臨近位置。NTC2的限流電阻比NTC1要大很多，使其電流產生的熱量很少（忽略不計），那么NTC2檢測到的溫度即為真實的溫度。有了真實的溫度作為基準，我們很容易就能從圖3的曲線中得出NTC1所處的環境是在水中還是空氣中。

4 內膽漏水檢測系統裝配結構和軟件控制優化設計

圖4所示的方案，可以很可靠地判斷內膽是否漏水，可以通過控制器對電磁閥的控制，實現對進水管路切斷水源，實時避免由于內膽漏水給用戶帶來的損失。

但對于制造商來說，封頭與內膽中桶的焊接處、排污口與內膽中桶的焊接處、進出水管與內膽中桶的焊接處這些最薄弱最易發生漏水的環節，到底是哪個環節發生的漏水故障，從熱水器外部是無法判斷的，這樣對制造水平的加強提高就無從談起了。

如圖5所示，可以把圖4所示方案進一步優化，以上提到的5個最易發生漏水的環節都設計成一個圖4所示方案，即每一易發生漏水的環節都有一套單獨的檢測電路，每一套檢測電路檢測到漏水時都可通過控制器控制電磁閥切斷進水管路的水源。同時增設與控制器相連的顯示器，用來顯示檢測到的漏水環節的位置，如圖5所示。這樣經過售后統計，就可以發現哪個環節漏水的概率最高，制造商可以有目的地控制生產工藝，提高質量水平。在熱水器的應用，在熱水器增設內膽漏水檢測系統，特別是各地水質不同對內膽的腐蝕速度不同，對熱水器的使用習慣是否合理，制造商質量水平是否穩定，這種檢測系統的設置更為必要。當內膽一旦出現漏水問題，內膽漏水檢測系統能可靠的監測到，控制器會立即關閉電磁閥切斷自來水管路水源，封閉式熱水器也就無水可漏，保護消費者免遭財產損失。同時，該系統會把這種內膽漏水位置通過顯示器反映給制造商售后或質量人員，信息反饋給廠家進行統計，可以有針對性地進行工藝、材料、設計的改進，能夠推動整個行業產品質量水平的提升。本論文對于多種原因導致的熱水器內膽漏水提供了十分簡捷、低成本的解決方案。

5 結論

隨著城鎮化程度的深化，城市電熱水器的更新換代和農村市場的不斷擴大，人們對舒適安全使用熱水的需求不斷增加，由于制造材料在一定范圍的不穩定性、制造工藝水平的良莠不齊等因素導致的內膽質量不同，解決由此帶來的內膽漏水致使消費者遭受財產損失已經迫在眉睫。生產企業在優化材料、提升自身質量水平的同時，增設內膽漏水檢測系統來監測熱水器的安全用水變得尤為重要。

因此，通過結構裝配和軟件控制優化設計

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