一種太陽能熱水器半自動控制系統

孟祥晟

摘 要：本控制系統主要是通過智能壓力變送器、智能數顯表、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，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格高的問題，沒有易損件，使用電器元件和儀表構成，有點電工基礎的人都可以完成。

關鍵詞：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

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

1 課題的產生

在現實生活中，太陽能熱水器使用壽命長，費用低廉，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候，太陽能熱水器的自動控制器價格高，故障率也比較高，導致安裝的比較少。在冬天洗澡時不知道水箱的溫度，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”。目前太陽能熱水器的液位檢測主要有兩種方法，一種是電接點式液位計，將太陽能熱水器的液位分段顯示，0、1/4、1/2、3/4、1，無法連續顯示太陽能熱水器液位，目前大多數太陽能熱水器的液位檢測是采用電接點式液位計，優點是費用低，控制簡單；缺點是受水質影響嚴重，易結水垢，水質比較好可以用一年左右，水質最好的可以使用3-5年；水質差的只有1-2個月，最短的只有10天。正常情況下，可以使用一年左右。雖然電接點式液位計缺點突出，但由于費用低，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測量液位，將磁浮子液位計安裝在太陽能水箱內，但是由于水質問題，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，而且磁浮子液位計費用高，無法大規模普及應用。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。水溫控制采用數顯表，熱電阻，電加熱管等組合實現。液位控制采用壓力變送器配合數顯表等實現。

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關系（1米水的壓力等于9.8千帕的原理），將壓力變送器與數顯表配套使用，根據壓力變送器的量程在數顯表內設置相應的液位。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置比太陽能水箱最高點的液位對應壓力設定高20%，預防壓力變送器超過量程報警，使液位顯示異常。在數顯表內部設置0-120對應壓力變送器的零點和量程，在太陽能熱水器液位顯示100的時候是已經上滿了，在數顯表內部設置液位的上限報警點，利用報警點的通斷控制上水。一般情況下上限報警點設定在95，防止水箱滿了溢流。熱電阻與數顯表配套使用即可實現的顯示水溫。圖1是太陽能熱水器溫度顯示數顯表，圖2是太陽能熱水器液位顯示數顯表，圖3是詳細說明，SXB1報警點對應水箱上限溫度設定值，SXB2報警點對應是水箱的上限溫度設定值，SXB3報警點對應水箱的液位上限設定值，SXB4報警點的液位比電加熱管的位置低，SXB5報警點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的控制原理是在太陽能熱水器的溫度不夠，需要加熱的時候，按下SB1按鈕，SXB4、SXB1處于閉合狀態，KM1得電吸合，自鎖，KM1常開觸電閉合，SXB5處于閉合狀態，EF得電，開始加熱，當溫度達到設定值時SXB1斷開，KM1斷電，SXB2閉合，延時繼電器KT得電，KT常閉觸點處于閉合狀態，蜂鳴器得電報警，延時20S，KT常閉觸點斷開，蜂鳴器斷電，報警停止，在太陽能熱水器的液位低于SXB4時或SXB5時，加熱控制回路斷電，電熱管不會干燒損壞。在洗澡時太陽能熱水器的液位低于SXB5，加熱控制回路也斷電，保證洗澡時電加熱不會啟動工作，防止漏電傷人。當太陽能熱水器需要上水的時候，按下SB2按鈕，SXB3處于閉合狀態，KM2得電，自鎖，KM2常開觸點閉合，電磁閥YV得電吸合，開始上水，當液位高于設定值時，SXB3斷開，KM2斷電，導致YV斷電，停止上水。

3 測試及結論

對太陽能水箱熱水器半自動上水及半自動加熱控制系統進行測試，半自動上水，半自動加熱系統實驗過多次，達到預期的效果。特別是液位的準確、穩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，穩定可靠，達到預期效果。

4 創新點

利用一些簡單的電器元件和數顯表就實現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定測量、故障率高和價格高的問題，沒有易損件，使用電器元件和儀表構成，有點電工基礎的人都可以完成。水溫控制數顯表，熱電阻，電加熱管等組合實現。液位控制稱量采用壓力變送器配合數顯表實現。

5 市場前景

本系統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格高的問題，沒有易損件，使用電器元件和儀表構成，有點電工基礎的人都可以完成。并且利用智能壓力變送器、智能數顯表、電磁閥、繼電器、熱電阻，電加熱器、按鈕實現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控，在溢流管流水時再停止上水的問題，如果忘記了，會浪費很多水。解決了冬天洗澡時不知道水箱的溫度，只能放水試試，看看能不能洗澡，非常不方便。