準確監測太陽能熱水器水箱內水量的方法和裝置的製作方法

2024-02-13 07:57:15

專利名稱：準確監測太陽能熱水器水箱內水量的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種準確監測太陽能熱水器水箱內水量的方法和裝置。
背景技術：
用於測量太陽能熱水器水箱內水量的傳感器是太陽能熱水器的一 個重要的部件。太陽能熱水器的水量測量和控制都與測量水量的傳感 器密不可分，穩定工作的傳感器是對整個太陽能熱水器智能控制的保障。
目前，通常使用水位傳感器來測量水面在水箱內所處的位置，其 間接反映了水箱內的水量。現有的水位傳感器種類繁多，有觸點式、 浮球式等等。這些傳統的傳感器都需要放入水箱內並與水接觸。由於
太陽能熱水器水箱內的高溫(能長時間處於ioo°c,無水時能高達
200。C)以及在加熱過程中容易結上水垢(CaC03),這些水位傳感器在 開始安裝使用的第一年裡故障率達到了 5%-10%,而三年內的故障率 更高達50%。而一旦水位傳感器出現了故障，售後工程師就不得不爬 上房頂對其進行更換。如此高的故障率造成了用戶使用的不方便，並 增加了維護成本。
本發明旨在通過下面描述的方法和裝置來解決上述及其其它問題。

發明內容
在本發明中，直接使用水箱內的水量百分比(即，水箱內當前水 量與滿載水量的百分比)來反映水箱內的水量多少。考慮到水箱的形
狀，水量百分比與傳統意義的水位相比能更準確地反映水箱內的水量， 有利於用戶更準確的了解當前水量以及更準確地進行太陽能熱水器的 水量控制。
本發明利用稱重傳感器來測量太陽能熱水器水箱內水量百分比， 稱重傳感器安裝在太陽能熱水器的水箱外部，所以不需要對原太陽能熱水器的水箱進行任何改動，並由於水箱的外部環境明顯優於水箱內 部的環境，解決了上述水箱內傳感器由於高溫和水垢帶來的高故障率 的問題，從而獲得了極低的故障率並延長了水量測量裝置的壽命。
然而，對於傳感器，尤其是對於稱重傳感器而言，在使用的過程
中經常會出現傳感器漂移的現象。傳感器漂移產生的原因是稱重傳 感器通常都基於一種材料的彈性形變，而該彈性材料在每次彈性回復 之後總會產生一定的彈性疲勞。除了材料本身引起的漂移外，還存在 一種溫度漂移，即由於溫度變化而引起的傳感器輸出變化。可見，傳 感器發生漂移的現象是不可避免的，並且隨著使用時間的增加，漂移 還會越來越顯著。
在稱重傳感器發生漂移的情況下，其所測得的水箱重量值以及計 算得到的水量百分比將變得不準確，而太陽能熱水器根據不準確的水 量百分比對注水進行控制，必將引起過度注水或者向注水不足。由 於太陽能熱水器的水箱通常都是置於房屋頂部，所以在熱水器使用期 間很難對測量水箱重量的稱重傳感器進行檢測和校準，並且如果安排 維護人員定期對其進行檢測和校準，其操作難度和成本都將是很大的。
根據本發明的 一 個方面，提供 一 種準確監測太陽能熱水器水箱內 水量的方法，包括使用至少一個稱重傳感器來實時測量太陽能熱水 器水箱的至少部分重量，以獲得所測重量的測量值；根據所述水箱的 空載測量值、滿載測量值以及當前測量值計算出水箱內當前水量與最 大水量的水量百分比，以及定期對所述稱重傳感器的漂移進行自動校 正。
所述當前水量為所述當前測量值減去空載測量值，所述最大水量 為所述滿載測量值減去空載測量值。
工作人員在完成太陽能熱水器的安裝後，在水箱空載時和水箱滿 載時測得所述空載測量值和滿載測量值，並將其存儲在太陽能熱水器 水量檢測裝置的控制器中。
定期對所述稱重傳感器的漂移進行自動校正的步驟包括向太陽 能熱水器水箱注水，如當前測量值在一數值保持恆定並持續預定時間 則使用該數值來更新滿載測量值，計算更新後滿載測量值與更新前滿 載測量值的比值，以及使用空載測量值與所述比值的乘積來更新空載 測量值。所述定期對所述稱重傳感器的漂移進行自動校正可以每1個月自
動執行一次，優選每2周一次。
上述使用空載測量值與所述比值的乘積來更新空載測量值是基 於某一時刻的特定稱重傳感器對於不同負荷的漂移率基本相同。通 過對滿載測量值和空載測量值的更新，保證了計算得到的水箱內水量 百分比的準確性。
結合準確的水量百分比，太陽能熱水器的控制裝置能夠準確地控 制向水箱內注水，解決上述過度注水或注水不足的問題。
根據本發明的另 一方面，還提供了 一種準確監測太陽能熱水器水 箱內水量的裝置，包括至少一個稱重傳感器，設置用於實時感測太 陽能熱水器水箱的至少部分重量；控制器，基於來自稱重傳感器的電 信號得到表徵稱重傳感器所測重量的測量值，並將水箱的空載測量值、 滿載測量值存儲在控制器中；所述控制器根據水箱的當前測量值和所 存儲的空載測量值、滿載測量值計算出水箱內當前水量與最大水量的 水量百分比；所述控制器進一步定期對所述稱重傳感器的漂移進行自 動校正。


圖1示出了根據本發明實施例的使用稱重傳感器的太陽能熱水器
水箱內水量監測裝置；
圖2示出了根據本發明自動校正稱重傳感器漂移的方法的流程圖。 參照以下描述的示例性實施例，本發明的這些及其其它方面將變
得更加清楚。
具體實施例方式
下面將參照附圖來描述本發明的示例性實施例。
圖1示出了根據本發明的使用稱重傳感器的太陽能熱水器水箱內
水量監測裝置。水箱具有多個重力支撐點7,在其中一個重力支撐點上 設置有一個稱重傳感器3，其承受了水箱的部分重量。稱重傳感器3將 所承受的重量轉換為mV級的電信號，並提供給控制器4。控制器4包 含有放大器、低通濾波器、A/D轉換器以及單片機(微處理器)。在控 制器4中，來自稱重傳感器3的電信號經過放大、濾波、A/D轉換，然後由單片機進行處理得到表徵稱重傳感器所承受重量的測量值。使用 單片機處理來自稱重傳感器的電信號以得到表徵稱重傳感器所承受重 量的測量值對於本領域技術人員而言是一項成熟的已知技術，在這裡 就不再贅述。
在工作人員完成對太陽能熱水器的安裝後，在太陽能熱水器水箱 為空時測得表徵稱重傳感器所承受重量的測量值，即水箱的空載測量
值Minvalue;在水箱裝滿水時測得表徵稱重傳感器所承受重量的測量 值，即水箱的滿載測量值Maxvalue。在單片機中存儲所測得的空載測 量值Minvalue和滿載測量值Maxvalue。
應注意到，雖然在本實施例中稱重傳感器感測到的是水箱的部分 重量，但是一旦完成太陽能熱水器的安裝，在水箱內水量處於任何位 置時，稱重傳感器所感測的水箱部分重量與水箱總重量之間的比例是 恆定的，所以下面將直接使用稱重傳感器的測量值來計算水箱內的水 量百分比。
在太陽能熱水器的使用過程中，結合所存儲的水箱空載測量值
Minvalue、水箱滿載測量值Maxvalue以及即時測得的水箱當前測量值
Curvalue,由控制器4根據下列公式計算出當前水箱內的水量百分比
W,，即水箱內的當前水量與最大水量的百分比
^C謂to-M"v氣應。 (公式D
當傳感器發生漂移時，上述即時測得的水箱當前測量值將相對於
實際值變大或變小。由於公式1中的水箱空載測量值Minvalue、水箱 滿載測量值Maxvalue都是從控制器4中直接讀取的已存儲測量值，所 以傳感器的漂移必然導致所計算得出的水量百分比相對於實際水量百 分比將變大或變小。
圖2示出了根據本發明自動校正稱重傳感器漂移的方法的流程圖。 太陽能熱水器的控制器每一個月自動執行一次上述稱重傳感器的自動 校正，優選每兩周執行一次。在為水箱注水時，持續對稱重傳感器所 承載的水箱重量進行測量，在本實施例中，Weight (i)表示在時刻i的 測量值，而Weight (i + l)表示在後一時刻的測量值。控制器4對前後時 刻的測量值進行判斷"Weight (i + l) = Weight (i) ，，。如果Weight (i+l) 不等於(在注水過程中，不等於的情況應該為大於)Weight (i)，則控
7制器4繼續對後面時刻的測量值進行上述判斷；如果Weight (i + l)等於 Weight (i),則控制器開啟一計時器，同時繼續對後面時刻的測量值進 行上述判斷。開啟計時器後，如果控制器4判斷在後面時刻的 Weight (i+l)持續等於前一時刻的Weight (i)，並且此相等的情況持續 n秒(n為大於零的整數)以上，優選為6秒以上，則控制器4判斷水 箱上水已滿，即已經滿載。由於在水箱滿載後如果還繼續上水，多餘 的水將通過溢水管流出，所以水箱內的水量將不再增加。
接下來，控制器4判斷這是否為安裝完熱水器後的第一次為水箱 注水，如果判斷結果為"是"，則控制器將所述持續恆定的測量值 Weight (i + l)設定為水箱滿載測量值Maxvalue,並存儲在控制器4中； 如果這不是第一次注水，則控制器4將所述持續恆定的測量值 Weight (i + l)與控制器4中存儲的滿載測量值Maxvalue進行比較，判 斷"Maxvalue*Kl〉 Weight (i + l) >Maxvalue*K2 ，，這裡Kl和K2分另'J 為大於1和小於1的兩個漂移係數，優選分別為1. 3和0. 7。如果判斷 結果為"否"，則表示該傳感器的漂移過大，已不適於繼續使用，控 制器4將建議用戶更換稱重傳感器；如果判斷結果為"是"，則控制 器4將所存儲的水箱滿載測量值Maxvalue更新設置為所述持續恆定的 測量值，即Maxvalue， = Weight (i+l)。最後，關閉上水閥。
對於稱重傳感器在一定範圍的漂移而言，其對於不同的負荷呈現 基本相等的漂移率。在本實施例中，根據更新的水箱滿載測量值 Maxvalue，，傳感器4將其存儲的水箱空載測量值Minvalue更新為新的 載測量值Minvalue，
formula see original document page 8 (公式2 )
在完成了對控制器4所存儲的水箱空載、滿載測量值的更新後， 再使用公式1來計算水箱內的水量百分比，可以發現稱重傳感器當前 產生的漂移量被消除，得到了準確的當前水量百分比。
控制器可以將計算得到的水箱水量百分比^^輸出到顯示裝置5, 顯示給用戶。由於現在的稱重傳感器已經具有很好的靈敏度，所以通 過上述方法得到的水量百分比也具有足夠的精確度。根據本發明的水 量監測裝置不但能夠在幾個離散的水量百分比值，例如0%、 25%、 50 %、 75%和100%顯示水量，而且還能向顯示裝置實時輸出連續變化的水量百分比值。
計算得到的水量百分比值除了顯示給用戶，而且還能用於對水箱 內水量的自動控制。在控制器內，可以根據用戶所需設置一個預定水 量百分比，當上述計算得到的水量百分比低於該預定水量百分比時，
控制器打開太陽能熱水器的上水電磁閥6向水箱注水，並且當計算得 到的水量百分比達到該預定水量百分比時，控制器能夠關閉所述上水 電》茲閥6以4亭止向水箱注水。
同時，控制器內還設置有一個例如為5%的警戒水量百分比，當所 述水箱內水量百分比低於該警戒水量百分比時，控制器打開太陽能熱
水器的上水電磁閥6以向水箱注水，直到水量達到上述預定水量百分 比。
通過預定水量百分比和警戒水量百分比的設置，結合實時測得的 水量百分比，就能夠實現水箱內水量的自動控制。通過上述對傳感器 漂移的校正，保證了計算得出的水量百分比的準確性。控制器根據準 確的水量百分比來對水箱內水量進行自動控制，避免了水箱內水量過 高或過低，既保證了熱水器的加熱效率又保證了熱水器的安全。
請注意，在太陽能熱水器平時為水箱上水的過程中，控制器根據 預定水量百分比和警戒水量百分比來對上水量進行控制；而在定期對 傳感器漂移進行校正的上水過程中，控制器不再根據預定水量百分比 來對上水量進行控制，而是讓水箱上水到滿載，控制器在判斷水箱已 滿載時自動關閉上水電》茲閥。
上述實施例中使用一個稱重傳感器來測量當前水箱的部分重量， 但本發明不限於此，也可以使用多個稱重傳感器。使用不同數量的稱 重傳感器的區別僅在於所使用的每個稱重傳感器所承受的重量不同而 已，可以使用任意一個稱重傳感器的測量值來計算所述水量百分比， 也可以使用多個稱重傳感器的測量值之和來計算所述水量百分比。因 此，根據安裝現場的情況以及特別的需要，可以使用其它數量的稱重 傳感器來對水箱進行稱重。同樣，對於校正傳感器的漂移而言，在使 用任意一個稱重傳感器的測量值來計算所述水量百分比的情況下，僅 對該稱重傳感器的測量值進行校正；而在使用多個稱重傳感器的測量 值之和來計算所述水量百分比的情況下，則對所述多個稱重傳感器的 測量值之和進行校正。
9本領域技術人員應清楚本發明不限於上述示例性的實施例，本發 明可體現為不偏離本發明實質的其它形式。因此，本發明所請求保護 的範圍由後面的權利要求進行限制，而非上述說明書的內容，而且所 有屬於權利要求等同物範圍內的各種變型都包括在其中。另外，權利 要求中詞語"包括"不排除其它元件或者步驟，詞語"一個"不排除 多個。權利要求書中的任何附圖標記不應解釋來限制所涉及的權利要 求。
權利要求
1、一種準確監測太陽能熱水器水箱內水量的方法，包括使用至少一個稱重傳感器(3)來實時測量太陽能熱水器水箱(1)的至少部分重量，以獲得所測重量的測量值；根據所述水箱的空載測量值、滿載測量值以及當前測量值計算出水箱內當前水量與最大水量的水量百分比，以及定期對所述稱重傳感器的漂移進行自動校正。
2、 如權利要求l所述的方法，其中所述當前水量為所述當前測量值減去空載測量值，所述最大水量 為所述滿載測量值減去空載測量值。
3、 如權利要求1或2所述的方法，其中定期對所述稱重傳感器的 漂移進行自動校正的步驟包括向太陽能熱水器水箱注水，如當前測量值在一數值保持恆定並持續預定時間則使用該數值來 更新滿載測量值，計算更新後滿載測量值與更新前滿載測量值的比值，以及 使用空載測量值與所述比值的乘積來更新空載測量值。
4、 如權利要求3所述的方法，其中定期對所述稱重傳感器的漂移 進行自動校正的步驟每一個月執行一次。
5、 如權利要求l-3之任一所述的方法，還包括 向用戶顯示計算得出的水量百分比。
6、 如權利要求5所述的方法，其中向用戶連續地顯示所述水量百分比。
7、 如權利要求5所述的方法，其中 僅在幾個離散點向用戶顯示所述水量百分比。
8、 一種準確監測太陽能熱水器水箱(1)內水量的裝置，包括 至少一個稱重傳感器(3)，設置用於實時感測太陽能熱水器水箱(1)的至少部分重量；控制器(4),基於來自稱重傳感器的電信號得到表徵稱重傳感器 所測重量的測量值，並將水箱的空載測量值、滿載測量值存儲在控制 器(4)中；所述控制器根據水箱的當前測量值和所存儲的空載測量值、滿載測量值計算出水箱內當前水量與最大水量的水量百分比；所述控制器進一步定期對所述稱重傳感器的漂移進行自動校正。
9、 如權利要求8所述的裝置，其中所述當前水量為所述當前測量值減去空載測量值，所述最大水量 為所述滿載測量值減去空載測量值。
10、 如權利要求8或9所述的裝置，所述控制器定期對所述稱重 傳感器的漂移進行自動校正包括控制器打開上水電磁閥向水箱注水，如當前測量值在一數值保持恆定並持續預定時間則使用該數值來更新控制器中存儲的滿載測量值，計算更新後滿載測量值與更新前滿載測量值的比值，以及使用控制器中存儲的空載測量值與所述比值的乘積來更新所存儲的空載測量值。
11、 如權利要求10所述的裝置，控制器對所述稱重傳感器的漂移 每個月進行一次自動校正。
12、 如權利要求8-10之任一所述的裝置，還包括 顯示器(5),用於顯示由控制器計算得出的水量百分比。
13、 如權利要求12所述的裝置，其中 所述顯示器連續地顯示所述水量百分比。
14、 如權利要求12所述的裝置，其中 所述顯示器僅在幾個離散點顯示所述水量百分比。
全文摘要
本發明提供了一種對太陽能熱水器水箱內水量進行準確監測的方法，包括使用至少一個稱重傳感器來測量太陽能熱水器水箱的至少部分重量，以獲得所測重量的測量值；根據所述水箱的空載測量值、滿載測量值以及當前測量值計算出水箱內當前水量與最大水量的水量百分比，以及定期對所述稱重傳感器的漂移進行自動校正，從而獲得準確的水量百分比。
文檔編號G01G23/00GK101561306SQ20081009173
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月14日 優先權日2008年4月14日
發明者劉冠軍, 孫文龍, 潔 高 申請人:霍尼韋爾(中國)有限公司