CN101206134B - 一种监测太阳能热水器水箱内水量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对太阳能热水器水箱内水量进行监测的装置，包括至少一个称重传感器，设置用于感测太阳能热水器水箱的至少部分重量；控制器，基于来自称重传感器的电信号得到表征称重传感器所测重量的测量值，并进一步根据水箱的空载测量值、满载测量值以及当前测量值计算出水箱内当前水量与最大水量的水量百分比。

Description

一种监测太阳能热水器水箱内水量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种对太阳能热水器水箱内水量进行监测的装置和方法。

背景技术

用于测量太阳能热水器水箱内水量的传感器是太阳能热水器的一个重要的部件。太阳能热水器的水量测量和控制都与测量水量的传感器密不可分，稳定工作的传感器是对整个太阳能热水器智能控制的保障。

目前，通常使用水位传感器来测量水面在水箱内所处的位置，其间接反映了水箱内的水量。现有的水位传感器种类繁多，有触点式、浮球式等等。这些传统的传感器都需要放入水箱内并与水接触。由于太阳能热水器水箱内的高温(能长时间处于100℃，无水时能高达200℃)以及在加热过程中容易结上水垢(CaCO₃)，这些水位传感器在开始安装使用的第一年里故障率达到了5％-10％，而三年内的故障率更高达50％。而一旦水位传感器出现了故障，售后工程师就不得不爬上房顶对其进行更换。如此高的故障率造成了用户使用的不方便，并增加了维护成本。

本发明旨在通过下面描述的装置和方法来解决上述及其其它问题。

发明内容

在本发明中，直接使用水箱内的水量百分比(即，水箱内当前水量与满载水量的百分比)来反映水箱内的水量多少。考虑到水箱的形状，水量百分比与传统意义的水位相比能更准确地反映水箱内的水量，有利于用户更准确的了解当前水量以及更准确地进行太阳能热水器的水量控制。

根据本发明的一个方面，提供一种监测太阳能热水器水箱内水量的装置，包括：

-至少一个称重传感器，设置用于感测太阳能热水器水箱的至少部分重量；

-控制器，基于来自称重传感器的电信号得到表征称重传感器所测重量的测量值，且

所述控制器进一步根据水箱空载测量值、满载测量值以及当前测量值计算出水箱内当前水量与最大水量的水量百分比。

所述当前水量为所述当前测量值减去空载测量值，所述最大水量为所述满载测量值减去空载测量值。

所述空载测量值和满载测量值为在工作人员完成太阳能热水器安装后，在水箱空载时和水箱满载时的测量值。

这种称重传感器设置在太阳能热水器水箱之外，其工作环境明显好于水箱内的工作环境，解决了上述水箱内传统水位传感器容易结垢和高温易损的问题，从而获得了极低的故障率并延长了水量测量装置的寿命。

由于上述称重传感器设置在太阳能热水器水箱之外，所以也方便了工程人员的安装以及对传感器的校准工作；另一方面，所述水量测量装置不需要对原太阳能热水器的水箱进行任何改动，所以其对现有的太阳能热水器具有很高的适应性。

根据本发明的监测太阳能热水器水箱内水量的装置还包括显示器，用于显示由控制器计算得出的水量百分比。

由于称重传感器测量精度高，所以根据本发明的装置不但可以象现有太阳能热水器一样为用户提供几个离散的水量显示(例如0％、25％、50％、75％和100％)，还可以实现所述水箱内水量的连续显示。

根据本发明的另一方面，提供一种监测太阳能热水器水箱内水量的方法，包括：

-使用至少一个称重传感器来感测太阳能热水器水箱的至少部分重量；

-使用控制器，基于来自称重传感器的电信号得到表征称重传感器所测重量的测量值，且进一步根据所述水箱空载测量值、满载测量值以及当前测量值计算出水箱内当前水量与最大水量的水量百分比。

下面将参照附图来描述本发明的示例性实施例。

附图说明

图1示出了太阳能热水器中传统的水位传感器；

图2示出了根据本发明实施例的使用称重传感器的太阳能热水器水箱内水量监测装置。

参照以下描述的示例性实施例，本发明的这些及其其它方面将变得更加清楚。

具体实施方式

图1示出了太阳能热水器使用的传统水位传感器，其中传统水位传感器2位于太阳能热水器水箱1的内部，其伸入到水面以下一直到接近水箱底部的位置，传统水位传感器2能直接感测水位，即水面所处位置的变化。

图1所示的传统水位传感器工作于太阳能热水器水箱内，由于真空管的得热量大，传递给热水器很多的热量，使得水箱温度能长时间达到100℃，在无水时甚至能高达200℃，如此高的温度增加了水位传感器的故障率，降低了水位传感器的寿命。

另一方面，很多地方的水质都存在着不同程度的问题，在加热过程中产生的水垢附着在传感器上，造成了传感器感测水位不准确。

图2示出了根据本发明的使用称重传感器的太阳能热水器水箱内水量监测装置。水箱具有多个重力支撑点7，在其中一个重力支撑点上设置有一个称重传感器3，其承受了水箱的部分重量。称重传感器3将所承受的重量转换为mV级的电信号，并提供给控制器4。控制器4包含有放大器、低通滤波器、A/D转换器以及单片机(微处理器)。在控制器4中，来自称重传感器3的电信号经过放大、滤波、A/D转换，然后由单片机进行处理得到表征称重传感器所承受重量的测量值。使用单片机处理来自称重传感器的电信号以得到表征称重传感器所承受重量的测量值对于本领域技术人员而言是一项成熟的已知技术，在这里就不再赘述。

在工作人员完成对太阳能热水器的安装后，在太阳能热水器水箱为空时测得表征称重传感器所承受重量的测量值，即水箱的空载测量值G_N；在水箱装满水时测得表征称重传感器所承受重量的测量值，即水箱的满载测量值G_F。在单片机中存储所测得的空载测量值G_N和满载测量值G_F。

应注意到，虽然在本实施例中称重传感器感测到的是水箱的部分重量，但是一旦完成太阳能热水器的安装，在水箱内水量处于任何位置时，称重传感器所感测的水箱部分重量与水箱总重量之间的比例是恒定的，所以可直接使用称重传感器的测量值来计算水箱内的水量百分比。

结合上述水箱空载测量值G_N、水箱满载测量值G_F以及所测得的水箱当前测量值G_C，由单片机根据下列公式计算出当前水箱内的水量百分比W_L，即水箱内的当前水量与最大水量的百分比：

$W_L=\frac{G_C-G_N}{G_F-G_N}\×100\%.$ (公式1)

可以看出，本实施例提出了一种全新的测量太阳能热水器水箱内水量的方案。由于使用的称重传感器位于太阳能热水器水箱外部，彻底解决了传统的处于水箱内的传感器由于遭受高温和水垢而造成的高故障率问题。另外，现有称重传感器技术成熟，成本较低，所以也降低了太阳能热水器整体上的成本。

单片机可以将计算得到的水箱水量百分比W_L输出到显示装置5，显示给用户。由于现在的称重传感器已经具有很好的灵敏度，所以通过上述方法得到的水量百分比也具有足够的精确度。与现有技术中的水位测量装置相比较，根据本发明的水量监测装置不但能够在几个离散的水量百分比值，例如0％、25％、50％、75％和100％显示水量，而且还能向显示装置实时输出连续变化的水量百分比值。

计算得到的水量百分比值除了显示给用户，而且还能用于对水箱内水量的自动控制。在控制器内，可以根据用户所需设置一个预定水量百分比，当上述计算得到的水量百分比低于该预定水量百分比时，控制器打开太阳能热水器的上水电磁阀6向水箱注水，并且当计算得到的水量百分比达到该预定水量百分比时，控制器能够关闭所述上水电磁阀6以停止向水箱注水。

同时，控制器内还设置有一个例如为5％的警戒水量百分比，当所述水箱内水量百分比低于该警戒水量百分比时，控制器打开太阳能热水器的上水电磁阀6以向水箱注水，直到水量达到上述预定水量百分比。

通过预定水量百分比和警戒水量百分比的设置，结合实时测得的当前水量百分比，就能够实现水箱内水量的自动控制，避免了水箱内水量过高或过低，既保证了热水器的加热效率又保证了热水器的安全。

上述实施例中使用一个称重传感器来测量当前水箱的部分重量，但本发明不限于此，也可以使用多个称重传感器。使用不同数量的称重传感器的区别仅在于所使用的每个称重传感器所承受的重量不同而已，可以使用任意一个称重传感器的测量值来计算所述水量百分比，也可以使用多个称重传感器的测量值之和来计算所述水量百分比。因此，根据安装现场的情况以及特别的需要，可以使用其它数量的称重传感器来对水箱进行称重。

本领域技术人员应清楚本发明不限于上述示例性的实施例，本发明可体现为不偏离本发明实质的其它形式。因此，本发明所请求保护的范围由后面的权利要求进行限制，而非上述说明书的内容，而且所有属于权利要求等同物范围内的各种变型都包括在其中。另外，权利要求中词语“包括”不排除其它元件或者步骤，词语“一个”不排除多个。权利要求书中的任何附图标记不应解释来限制所涉及的权利要求。

Claims (12)

1.一种监测太阳能热水器水箱(1)内水量的装置，包括：

至少一个称重传感器(3)，设置用于感测太阳能热水器水箱(1)的至少部分重量；

控制器(4)，基于来自称重传感器的电信号得到表征称重传感器所测重量的测量值，且

所述控制器进一步根据水箱的空载测量值、满载测量值以及当前测量值计算出水箱内当前水量与最大水量的水量百分比。

2.如权利要求1所述的装置，其中

所述当前水量为所述当前测量值减去空载测量值，所述最大水量为所述满载测量值减去空载测量值。

3.如权利要求1或2所述的装置，还包括

显示器(5)，用于显示由控制器计算得出的水量百分比。

4.如权利要求3所述的装置，其中

所述显示器连续地显示所述水量百分比。

5.如权利要求3所述的装置，其中

所述显示器仅在几个离散点显示所述水量百分比。

6.如权利要求1或2所述的装置，其中

所述控制器(4)设置有一个预定水量百分比和一个警戒水量百分比，当所述水箱内水量百分比低于该警戒水量百分比时，控制器打开太阳能热水器的上水电磁阀(6)以向水箱注水，且当所述水箱内水量百分比到达该预定水量百分比时，控制器关闭所述上水电磁阀以停止向水箱注水。

7.一种监测太阳能热水器水箱内水量的方法，包括

使用至少一个称重传感器(3)来感测太阳能热水器水箱(1)的至少部分重量；

使用控制器(4)，基于来自称重传感器的电信号得到表征称重传感器所测重量的测量值，且

进一步使用所述控制器，根据所述水箱的空载测量值、满载测量值以及当前测量值计算出水箱内当前水量与最大水量的水量百分比。

8.如权利要求7所述的方法，其中

所述当前水量为所述当前测量值减去空载测量值，所述最大水量为所述满载测量值减去空载测量值。

9.如权利要求7或8所述的方法，还包括

使用显示器(5)向用户显示由控制器计算得出的水量百分比。

10.如权利要求9所述的方法，其中

所述显示器连续地显示所述水量百分比。

11.如权利要求9所述的方法，其中

所述显示器仅在几个离散点显示所述水量百分比。

12.如权利要求7或8所述的方法，其中

所述控制器(4)设置有一个预定水量百分比和一个警戒水量百分比，当所述水箱内水量百分比低于该警戒水量百分比时，控制器打开太阳能热水器的上水电磁阀(6)以向水箱注水，且当所述水箱内水量百分比到达该预定水量百分比时，控制器关闭所述上水电磁阀以停止向水箱注水。

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