太陽能熱水器水量水溫的測量方法及其裝置的製作方法

2023-05-03 05:49:01 4

專利名稱：太陽能熱水器水量水溫的測量方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能熱水器水量水溫的測量技術，特別是涉及 一種太陽能熱水器水量水溫的測量方法及其裝置。
背景技術：
目前公知的太陽能熱水器水量的探測方法，是把帶有多個電極的 探頭插入水箱內來測量水量，由於受結垢的影響，探頭的壽命極短。 也有用壓力傳感器放置在太陽能熱水器的水箱的下面來測量水量，但 校正高值費時而且困難，又由於太陽能熱水器受管道等影響及太陽能 熱水器本身受力情況有可能發生改變，常常使測量值發生偏移，而發 生溢水現象。

發明內容
針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是 提供一種能通過壓力傳感器與探水探頭的組合，就能自動校正高值， 杜絕溢水現象發生的太陽能熱水器水量水溫的測量方法及其裝置。
為了解決上述技術問題，本發明提供的一種太陽能熱水器水量水 溫的測量方法，步驟如下
1. 把探水探頭放置於太陽能熱水器水箱內的頂部，用來探測水滿 的信息，並把此信息傳送給室內的測控儀。
2. 把壓力傳感器放置於太陽能熱水器水箱與水箱內膽之間，水箱 與支架之間，或串接於支架中，或放置於支架的最低端作為墊 腳來測量水的毛重，並把此毛重信息傳送給室內的測控儀。
3. 把溫度傳感器放置於太陽能熱水器水箱內或貼在水箱內膽的 外壁上，並把此水溫信息傳送給室內的測控儀。
4. 測控儀中的微型計算機把由壓力傳感器傳送來的水量毛重信 息進行AD轉換，再計算出實際水量值，通過測控儀上的水量數字顯示器以公斤數或公升數顯示出來。
5. 測控儀中的微型計算機把由溫度傳感器傳送來的水溫值，通過 測控儀上的溫度數字顯示器顯示出來。
6. 啟動上水後，當水量達到設定值時，自動停止上水。
7. 啟動上水後，以水量為根據，當水位上升到離探水探頭較近但 未接觸到探水探頭時，自動停止上水。
8. 當水位上升到探水探頭時，自動停止上水並自動進行一次高值 校正。
為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種太陽能熱水器水量 水溫的測量裝置，包括
1. 探水探頭部分，它放置於太陽能熱水器水箱中的頂部，用於探 測水箱中的水量是否已滿。
2. 溫度測量部分，它由溫度傳感器密封在金屬，或陶瓷，或橡塑 材料中，並把其放在水箱內，或把溫度傳感器貼於水箱內膽外 壁上測量水溫。
3. 壓力傳感器部分，把它放置於太陽能熱水器的水箱與水箱內膽 之間，或水箱與支架之間，或串接於太陽能熱水器的支架中或 放置於太陽能熱水器的底部作為墊腳，來測量水的毛重。
4. 傳感器放大部分，它是把壓力傳感器及溫度傳感器的微小信號
進行放大。
5. 測控儀部分，內有微型計算機，通過採集壓力傳感器、探水探 頭、溫度傳感器的信息，再通過運算，在測控儀上顯示出水量 及水溫值，再達到控制上水，控制電加熱等功能。
進一步的，所述的探水探頭是有兩個電極構成的，兩個電極上下 放置或左右排列且相互平行放置，並把兩個電極固定在絕緣材料如橡 塑材料上，兩個電極之間增加橡塑隔離帶。也可以把其中的一個電極 固定在絕緣材料上，另一個電極用水箱本體代替。
進一步的，所述的探水探頭可用微波感應式探頭，微波測距探頭， 電容感應式探頭、電感感應式探頭，超聲波探頭。進一步的，所述的溫度測量部分中的溫度傳感器，可用半導體、
集成測溫元件，如DS18B20、熱敏電阻、金屬材料電阻，如鉑電阻、
銅電阻，鎳電阻，熱電偶等。對溫度傳感器的的封裝增加抗驟冷驟熱 的緩衝層。即溫度傳感器密封在導熱係數低的材料中，或儘量增加密 封材料的厚度，來達到緩衝的目的。 進一步的，所述的壓力傳感器，可以選用有應變片的軸銷式，輪
輻式，膜盒式，s型，懸臂式，平行梁式，柱式，橋式等稱重傳感器， 自製的，可製成兩個作用力分別作用在彈性體上下面及兩端的"S" 型結構或兩個作用力分別作用在彈性體一面的中點及另一面兩端的 結構。
由於太陽能熱水器對顯示水量的精度要求不是很高，可以在壓力 傳感器的空隙中充填橡塑材料，或用橡塑材料把壓力傳感器包起來， 來達到抗腐蝕，防止雜質進入的目的。
進一步的，所述的壓力傳感器，選用具有矽晶片的壓阻式壓力傳 感器。
進一步的，所述的測控儀上的數字顯示器件，採用LED或LCD 等離了體，螢光數碼管等顯示，並以公斤或公升數顯示水量。
利用本發明提供的太陽能熱水器水量水溫的測量方法及其裝置， 由於使用了壓力傳感器與探水探頭相結合的方法，當高值發生偏移 時，高值能夠自動校正，而且方便了安裝後的調試，也方便了用戶的 使用，並杜絕了溢水現象的發生。探水探頭除校正高值外，平時不在 水中，所以探水探頭有很好的抗結垢特性。又由於溫度傳感器的封裝 採用了緩衝材料及結構，所以，達到了整個系統長壽的目的。對於壓 力傳感器作為太陽能熱水器的墊腳來測重的技術方案，使成品太陽能 熱水器安裝本裝置極為方便。對於壓力傳感器放置於水箱與水箱內膽 之間，水箱與支架之間，或串接於支架中，把溫度傳感器貼在水箱內 膽外壁上的技術方案，非常適合生產太陽能熱水器廠家配套使用，能 達到整機結構緊湊的目的。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細說明。 圖1為本發明中第一種探水探頭及溫度傳感器實施例的結構剖面 示意圖2為本發明中第二種探水探頭及溫度傳感器實施例的結構剖面
示意圖3為本發明中第一種壓力傳感器實施例的結構剖面示意圖； 圖4為本發明中第二種壓力傳感器實施例的結構剖面示意圖； 圖5為本發明中第三種壓力傳感器實施例的結構剖面示意圖； 圖6為本發明第一種實施例示意圖； 圖7為本發明第二種實施例示意圖； 圖8為本發明第三種實施例示意圖； 圖9為本發明第四種實施例示意具體實施例方式
以下結合

對本發明的實施例作進一步的詳細描述，但本 實施例並不用於限制本發明，凡是採用本發明的相似方法、結構及其 相似變化，均應列入本發明的保護範圍。
本發明實施例所提供的一種太陽能熱水器水量水溫的測量方法把 壓力傳感器放置於太陽能熱水器水箱與水箱內膽之間，或水箱與支架 之間或串接於支架中或放置於支架的底部作為墊腳，來測量水的毛 重，測控儀中的微型計算機把由壓力傳感器傳送來的水量毛重信息進 行AD轉換，再通過算式
(AD轉換值一低值)+[(高值一低值)+水箱容量值] (1)
計算出實際水量值，式中，AD轉換值為當前的壓力傳感器AD轉 換值，高值是指水箱水滿時的壓力傳感器的AD轉換值，低值是指水 箱中的水放空後，壓力傳感器的AD轉換值。
由溫度探頭傳送來的水溫值，通過計算轉換成溫度值。並把溫度 值及水量值在測控儀上的數字顯示器上顯示出來。
當測控儀接收到由探水探頭傳送來的水滿信息時，立即自動關閉上水，並通過算式
AD轉換值一 (AD轉換值一低值)XX%' (2) 計算高值，並把此高值存入存貯器，作為一次高值校正，式中AD 轉換值為當前的壓力傳感器AD轉換值，X。/。是指少上的水量，取值 範圍為(0—20) %，目的是最高水位與探水探頭之間留一些安全距 離，探水探頭在不作高值校正時，始終不與水接觸，達到抗結垢延長 壽命的目的。
本發明實施例所提供的一種太陽能熱水器水量水溫的測量方法， 步驟如下
1. 把探水探頭放置於太陽能熱水器水箱內的頂部，用來探測水滿 的信息，並把此信息傳送給室內的測控儀。'
2. 把壓力傳感器放置於太陽能熱水器水箱與水箱內膽之間，或水 箱與支架之間，或串接於支架中，或放置於支架的最低端，作 為墊腳來測量水的毛重，並把此毛重信息傳送給室內的測控
把溫度傳感器放置於太陽能熱水器水箱內，或貼在水箱內膽外 壁上，並把此水溫信息傳送給室內的測控儀。 測控儀中的微型計算機把由壓力傳感器傳送來的水量毛重信 息進行AD轉換，通過算式(1)計算出實際水量值，通過測 控儀上的水量數字顯示器顯示出來。
測控儀中的微型計算機把由溫度傳感器傳送來的水溫值，通過 測控儀上的溫度數字顯示器顯示出來。
啟動上水後，當水量達到設定值時，或水量的AD轉換值達到 或大於高值時，自動停止上水。
啟動上水後， 一旦水位上升到探水探頭時，通過算式(2)計 算出高值，並存入存貯器，作為一次自動高值校正。 啟動強制上水後，水位一直上升到探水探頭時，通過算式(2) 計算出高值，並存入存貯器，作為一次手動高值校正。本發明實施例所提供的一種太陽能熱水器水量水溫的測量裝置， 包括
探水探頭部分及溫度測量部分
在圖1中，是本發明中第一種探水探頭及溫度傳感器實施例的結 構剖面示意圖，它是把探水探頭與溫度傳感器製作成一個組件。電極 4及電極5與橡塑隔離帶3及橡塑件2構成探水探頭。電極4及電極
5左右排列並相互平行固定在橡塑件2上及棒狀橡塑材料6的上端， 電極4及電極5的中間留有橡塑隔離帶3，溫度傳感器7封裝在緩衝 層8中，棒狀橡塑材料6的下端增粗是為了增強溫度傳感器抗驟冷驟 熱的緩衝效果。固定杆1用於把探水探頭及溫度傳感器組件固定在水 箱的溢水口上。
在圖2中，是本發明中第二種探水探頭及溫度傳感器實施例的結 構剖面示意圖，電極4及電極5上下分別固定在橡塑件2上及棒狀橡 塑材料6的上端，電極4及電極5的中間有橡塑隔離帶3，其餘同圖 1。
壓力傳感器部分
在圖3中，是本發明中第一種壓力傳感器實施例的結構剖面示意 圖，圖中上承壓件9一端的凸出部與彈性體10—面的一端固定連接， 彈性體10的另一面的另一端與下承壓件11 一端的凸出部固定連接， 應變片13及應變片14分別貼在彈性體的兩面，橡塑封套12把上承 壓件9，彈性體IO，下承壓件ll，應變片13及應變片14封在其中。
在圖4中，是本發明中第二種壓力傳感器實施例的結構剖面示意 圖，圖中上承壓件9中間的凸出部與彈性體10中間固定連接或滑動 連接，彈性體10的另一面的兩端分別與下承壓件lla及下承壓件lib 的上端固定連接或滑動連接，封蓋15分別與下承壓件lla及下承壓 件llb的下端固定連接。
在圖5中，是本發明中第三種壓力傳感器實施例的結構剖面示意 圖，是一種壓阻式壓力傳感器，圖中壓阻式矽晶片28密封在腔體26 中，把油充在壓阻式矽晶片28及腔體26之間的空隙中形成一層充油 層27。壓力作用在腔體26上時，腔體26的形變經過充油層27傳遞給壓阻式矽晶片28來獲取壓力信息。其中腔體26可用金屬或橡塑材
料製作。
傳感器放大部分
放大器是把壓力傳感器的微小信號進行放大，若溫度傳感器的信 號也需要放大的也經過放大後送給測控儀進行運算處理。在圖6，圖
7，圖8中，放大器18與測控儀21電氣連接，放大器18與探水探頭 及溫度傳感器組件17電氣連接，放大器可選用集成運放，如OP07
測控儀部分
在圖6，圖7，圖8中，測控儀21與放大器18電氣連接，測控儀 21中的微型計算機22與水量數字顯示器23電氣連接，微型計算機 22與水溫數字顯示器24電氣連接。測控儀來完成信號的採集，運算， 顯示，控制外設等功能。微型計算機可選用51系列，PIC系列，AVR 系列等單片機。
對於成品太陽能熱水器最好使用圖6的方案，'圖6是本發明第一 種實施例示意圖，在圖中，把探水探頭及溫度傳感器組件17插入水 箱16中及水箱內膽25中，探水探頭及溫度傳感器組件17與放大器 18電氣連接，壓力傳感器20放置於支架19的下端作為墊腳，壓力 傳感器20與放大器18電氣連接，放大器18與測控儀21電氣連接， 測控儀中的微型計算機22與水量數字顯示器23電連接，測控儀中的 微型計算機22與溫度數字顯示器24電連接。
對於太陽能熱水器生產廠家最好使用圖7，圖8，圖9的方案，圖 7是本發明第二種實施例示意圖，在圖中，電極4及電極5與橡塑隔 離帶3及橡塑件2構成探水探頭，放置在水箱16及水箱內膽25內的 上端，溫度傳感器7放置於水箱內膽25的外壁上，壓力傳感器20串 接於支架19中，其餘同圖6。
在圖8中，是本發明第三種實施例示意圖，在圖中，壓力傳感器 20放置於水箱16與支架19之間，其餘同圖7。在圖9中，是本發明第四種實施例示意圖，在圖中由壓阻式矽芯
片28，腔體26，及充油層27構成壓阻式壓力傳感器，腔體26的底 面與水箱16緊密接觸，腔體26的上面託起保溫層29及水箱內膽25。 其餘同圖6。
最好的實施方式是
電極3及電極4可用不鏽鋼或矽導電橡膠製作。-
應變片13及應變片14可分別貼在彈性體10的兩面，或貼在彈性 體10的同一面，也可貼在彈性體10的側面。
當壓力傳感器20放置於水箱16與支架19之間，或串接於支架 19中上承壓件9及下承壓件11，可根據太陽能熱水器的具體結構 來設計形狀及安排固定孔。 '
當把壓阻式壓力傳感器，放置於水箱16與水箱內膽25之間，或 放置於水箱16與支架19之間時腔體26靠水箱內膽25或水箱16 的一面製作成弧形狀，使之與水箱內膽25或水箱16緊貼在一起。
當把壓阻式壓力傳感器，放置於水箱16與水箱內膽25之間時， 可以把壓阻式壓力傳感器腔體26的上面與水箱內膽25緊密接觸，壓 阻式壓力傳感器腔體26的下面與保溫層29緊密接觸。
可以在所有的水箱與支架連接點之間放置一個壓力傳感器，或在 所有支架的底部放置一個壓力傳感器作為墊腳，來提高測量靈敏度， 此是，低值可以高值為基準來自動校正低值，計算公式為
新低值=原低值+ (新高值-原高值)
通過計算後，把新低值存入存貯器作為低值。
如果探水探頭使用測距式微波探頭，當距離測量值等於探水探頭 至水箱底的距離時，把此時的壓力傳感器的AD轉換值，存入存貯器 作為低值。
圖3中的橡塑封套12可以不用，圖4中可參考圖3加上橡塑封套。 在圖7，圖8中溫度傳感器7可增加緩衝層，及製作一個固定夾， 便於把溫度傳感器固定在水箱內膽外壁上，在圖9中，也可以採用同 樣的方法把溫度傳感器改為貼在水箱內膽外壁上來測量水溫。放大器與測控儀的電氣連接可以使用無線電方式傳輸，放大器的 電源可以有太陽能電池提供。
權利要求
1、一種太陽能熱水器水量水溫的測量方法，其特徵在於，方法的步驟如下1)把探水探頭放置於太陽能熱水器水箱內的頂部，用來探測水滿的信息，並把此信息傳送給室內的測控儀。2)把壓力傳感器放置於太陽能熱水器水箱與水箱內膽之間，或水箱與支架之間，或串接於支架中，或放置於支架的最低端作為墊腳來測量水的毛重，並把此毛重信息傳送給室內的測控儀。3)把溫度傳感器放置於太陽能熱水器水箱內或貼在水箱內膽的外壁上，並把此水溫信息傳送給室內的測控儀。4)測控儀中的微型計算機把由壓力傳感器傳送來的水量毛重信息進行AD轉換，再由微型計算機計算出實際水量值，通過測控儀上的水量數字顯示器把數字顯示出來。5)測控儀中的微型計算機把由溫度傳感器傳送來的水溫值，通過測控儀上的溫度數字顯示器顯示出來。6)啟動上水後，當水量達到設定值時，自動停止上水。7)啟動上水後，以水量為根據，當水位上升到離探水探頭較近，但未接觸到探水探頭時，自動停止上水。8)當水位上升到探水探頭時，自動停止上水並進行一次高值校正。
2、 根據權利要求1所述的太陽能熱水器水量水溫的測量方法，其 特徵是，所述的步驟4)的數字顯示，是以公斤或公升數顯示水
3、 一種太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其特徵在於，包括1) 探水探頭部分，它放置於太陽能熱水器水箱中的頂部，用於 探測水箱中的水量是否已滿。2) 溫度測量部分，它由溫度傳感器密封在金屬，或陶瓷，或橡塑 材料中，並放置在水箱內，或把溫度傳感器貼於水箱內膽外壁 上測量水溫。3) 壓力傳感器部分，把它放置於太陽能熱水器的水箱與水箱內膽 之間，或水箱與支架間，或串接於太陽能熱水器的支架中，或 放置於太陽能熱水器的底部作為墊腳，來測量水的毛重。4) 傳感器放大部分，它是把壓力傳感器及溫度傳感器的微小信號 進行放大。5) 測控儀部分，內有微型計算機，通過採集壓力傳感器，探水探頭，溫度傳感器的信息，再通過運算，在測控儀的數字顯示器 上，顯示出水量及水溫，再達到控制上水，控制電加熱等功能。
4、 根據權利要求3所述的太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其 特徵是，所述的探水探頭是兩個電極上下放置或左右排列且相互 平行放置，兩個電極之間有橡塑隔離帶，或其中一個電極用水箱 內膽代替。
5、 根據權利要求3所述的太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其 特徵是，所述的探水探頭用微波感應式探頭，或用微波測距探頭， 或用電容感應式探頭，或用電感感應式探頭，或用超聲波探頭。
6、 根據權利要求3所述的太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其 特徵是，所述的探水探頭是把探水探頭與溫度傳感器製作成一個 組件。
7、 根據權利要求3所述的太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其 特徵是，所述的溫度測量部分中的溫度傳感器，可用半導體、集 成測溫元件，如DS18B20，熱敏電阻，金屬材料電阻，如鉑電阻， 銅電阻，鎳電阻，熱電偶等。
8、 根據權利要求3所述的太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其 特徵是，所述的壓力傳感器，用具有應變片的軸銷式，輪輻式，膜 盒式，S型，懸臂式，平行梁式，柱式，橋式等稱重傳感器，自 制的可製成兩個作用力分別作用在彈性體上下面及兩端的"S"型 結構或兩個作用力分別作用在彈性體一面的中點及另一面兩端的 結構，應變片分別貼在彈性體的兩面，或貼在彈性體的同一面， 或貼在彈性體的側面。
9、 根據權利要求3所述的太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其 特徵是，所述的壓力傳感器，在壓力傳感器的空隙中充填橡塑材 料，或用橡塑材料把壓力傳感器包起來。
10、 根據權利要求3所述的太陽能熱水器水量水溫的測量裝置，其 特徵是，所述的壓力傳感器，用具有矽晶片的壓阻式壓力傳感器， 當把壓阻式壓力傳感器，放置於水箱與水箱內膽之間時，壓阻式 壓力傳感器腔體的底面與水箱緊密接觸，壓阻式壓力傳感器腔體 的上面託起保溫層及水箱內膽，或把壓阻式壓力傳感器腔體的上 面與水箱內膽緊密接觸，壓阻式壓力傳感器腔體的下面與保溫層 緊密接觸，壓阻式壓力傳感器腔體與水箱內膽，或與水箱緊貼的 一面製作成弧形狀。
全文摘要
本發明公開一種太陽能熱水器水量水溫的測量方法及其裝置，涉及到測量技術領域，所要解決的是水量水溫測量的技術問題，測量方法的步驟如下1)探水探頭置於水箱頂部來檢測水滿信息，2)壓力傳感器置於水箱與水箱內膽之間，或置於水箱與支架之間，或串接於支架中，或作為墊腳來測量水的毛重信息，3)把溫度傳感器置於水箱中或水箱內膽外壁上，4)通過微機運算，用數字顯示水量值及溫度值。5)上水時，當水量達到設定值時，或水位上升到離探水探頭較近但未接觸到水時，停止上水。6)水位一旦上升到探水探頭時，停止上水並自動進行一次高值校正。本發明具有水量顯示精度高，杜絕了溢水，高值能夠自動及手動校正，壽命長久的特點。
文檔編號F24J2/40GK101625167SQ200810022749
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月10日 優先權日2008年7月10日
發明者姜維林 申請人:姜維林