CN102012120A - 用于太阳能热水器的水温水位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水温水位测量装置，特别涉及一种用于太阳能热水器的水温水位测量装置。其包括温度传感器、水位探头、力传递部件、转轴、信号处理器、水温水位控制面板、导线和外壳，力传递部件从排气管伸入太阳能热水器水箱内部，一端插入水位探头内与水位探头顶部密封连接，另一端连接信号处理器。转轴垂直贯穿力传递部件固定在外壳上。水位探头为圆柱形结构，一端连接力传递部，另一端浸入太阳能热水器水箱内的水中，温度传感器置于水位探头内。本发明的测量数值不受水质的影响，准确度高，水位测量值不受设置电极数的限制，数值连续，便于使用和控制，电气元件与水隔绝，不会发生结垢现象，产品的使用寿命长。

Description

用于太阳能热水器的水温水位测量装置

技术领域

 本发明涉及一种水温水位测量装置，特别涉及一种用于太阳能热水器的水温水位测量装置。

背景技术

目前，市场上用于太阳能热水器的水温水位测量装置，大致可以分为两类：电容式和电阻式。

电容式水位传感器是依据电容原理制作的，电容由两极板和介质组成，改变介质将改变电容量，水作为电容的介质，淹没传感器探头越高，电容量越大，且能随着水位上升呈线性变化，可以通过检测电容量的大小来检测水箱内的水位。但是由于这个电容变化值非常小，通常只有100P左右，加上环境恶劣，测量的准确性和稳定性，很难控制。并且存在以下缺陷。1、受装配工艺直接影响，结构电容的一致性很差，需随机对零水位和满水位点的电容值进行预先设定，但因测量时传感器的潮湿度不同，现场环境不同，其预定值难以保证下一次的准确性。2、电容式水位传感器的温度特性比较差，使用过程中受介质温度和环境温度的影响，其结构电容的大小也随着变化。3、使用一段时间后，受太阳能热水器水箱内的高温蒸汽影响，传感器整体发生潮变后，其结构电容初始值也会越来越大。测量误差可达30%以上。所以，电容式水位传感器测量准确度很难控制，经常出现控制失灵。

电阻式水位传感器是利用水的弱导电性，在探头上设有几个导电的电极，当水位上升漫过电极时，电阻发生变化，以此判断水位的变化，一般探头设有几个电极，就只能测量几个水位，水位不连续。由于水箱体内高温、高湿，电极很容易结水垢，从而影响使用寿命，同时由于全国各地的水质不一样，水的导电性不同，这两个原因直接影响电阻测量的准确度，最终导致传感器失灵。

发明内容

本发明旨在提出一种用于太阳能热水器的水温水位测量装置，它不利用水的导电性，不受水质的影响，准确度高、稳定性好、使用寿命长，而且可以得到连续的水温水位数值，使用更为准确方便。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

一种用于太阳能热水器的水温水位测量装置，包括温度传感器1、水位探头2、信号处理器8、水温水位控制面板12、导线9、导线10和外壳11，其特征在于，还包括力传递部件6和转轴7，其中，所述力传递部件6从排气管5伸入太阳能热水器水箱3内部，一端插入所述水位探头2内与所述水位探头2顶部密封连接，另一端连接所述信号处理器8。

所述转轴7垂直贯穿所述力传递部件6固定在所述外壳11上，力传递部件6绕转轴7在垂直面内转动。

所述水位探头2为圆柱形结构，一端连接力传递部6，另一端浸入太阳能热水器水箱3内的水中，所述温度传感器1置于所述水位探头2内。

所述信号处理器8包括电阻应变测力传感器14、A/D模数转换单片机15和导线16，所述力传递部件6与所述电阻应变测力传感器14连接，所述导线16一端连接所述电阻应变测力传感器14，一端连接所述A/D模数转换单片机15。

所述导线10一端连接所述温度传感器1，另一端连接所述信号处理器8，所述导线9一端连接所述信号处理器8，另一端连接所述水温水位控制面板12。

  所述的水位探头2采用耐高温材料制成，比如硅胶或不锈钢。

本发明的有益效果在于：1、测量数值不受水质的影响，准确度高；2、水位测量值不受设置电极数的限制，数值连续，便于使用和控制；3、电气元件与水隔绝，不会发生结垢现象，延长产品的使用寿命。

附图说明

图1是本发明中实施例1所述的水温水位测量装置的结构示意图；

图2是本发明图1中A方向的部分剖视图；

图3是本发明中实施例2所述的水温水位测量装置的结构示意图；

图4是本发明中所述的信号处理器的结构示意图。

其中，图中所示：1—温度传感器，2—水位探头，3—太阳能热水器水箱，4—密封圈，5—排气管，6—力传递部件，7—转轴，8—信号处理器，9、10、16—导线，11—外壳，12—水温水位控制面板，13—排气口，14—电阻应变测力传感器，15—A/D模数转换单片机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1： 

 参见图1、图2和图4，用于太阳能热水器的水温水位测量装置，安装于太阳能热水器水箱3的侧面排气管5处，其包括温度传感器1、水位探头2、力传递部件6、转轴7、信号处理器8、水温水位控制面板12、导线9、导线10和外壳11。力传递部件6从排气管5伸入太阳能热水器水箱3内部，一端插入水位探头2内与水位探头2顶部密封连接，另一端连接信号处理器8。转轴7垂直贯穿力传递部件6固定在外壳11上，力传递部件6绕转轴7在垂直面内转动。水位探头2为圆柱形结构，一端连接力传递部6，另一端浸入太阳能热水器水箱3内的水中，温度传感器1置于水位探头2内。水位探头2采用耐高温材料制成，比如硅胶或不锈钢。信号处理器8包括电阻应变测力传感器14、A/D模数转换单片机15和导线16，力传递部件6与电阻应变测力传感器14连接，导线16一端连接所述电阻应变测力传感器14，一端连接A/D模数转换单片机15。导线10一端连接所述温度传感器1，另一端连接信号处理器8，导线9一端连接信号处理器8，另一端连接水温水位控制面板12。

测量水位的原理和过程如下：水位探头2在垂直方向上，受到三个力的作用，自身重力、水的浮力及力传递部件的拉力。水位探头2的自身重力略大于水的浮力。平衡时，力的关系为：自身重力=水的浮力+力传递部件6的拉力。水的浮力的大小等于水位探头2排开的水的重力的大小。水位变化时，通过测量水位探头2所受到的浮力的变化，可以计算出水位的变化。水位上升，水的浮力变大，水位探头2的自身重力为定值，要达到平衡，力传递部件6的拉力变小；水位下降，水的浮力变小，力传递部件6的拉力变大。由此，根据力传递部件6的拉力的大小变化可以判断水箱3内水位的高低变化。

假设水位探头2自身重力G，水位探头2浸在水中时水位高度为H，水位探头2横截面积S，水的密度ρ，重力加速度为g，水位探头2受到力传递部件6的拉力为F1，水位探头受到水的浮力为F2，电阻应变测力传感器14测到的力为F3,力传递部件6的总长度为L，转轴7到力传递部件6与水位探头2连接端的长度为L1，计算公式如下：

F2 = ρ×S×H×g；

F1 = G-F2 = G-ρ×S×H×g (G＞F2)；

所以，H = (G-F1) /(ρ×S×g)。——————（1）

根据上述计算公式，根据杠杆原理可以得出，本发明安装于太阳能热水器水箱3的侧面排气管5处时，F1 =[(L- L1)/ L1]×F3，所以，H = (G-[(L- L1)/ L1]×F3)/(ρ×S×g)。力传递部件6将其拉力变化的信号传递给电阻应变测力传感器14，电阻应变测力传感器14将力信号转换成电信号，并将电信号通过导线16传递到A/D模数转换单片机15，A/D模数转换单片机15将电信号转换成数字信号，计算出水箱水位，并将水位值通过导线9传递到水温水位控制面板12。

测量水温的原理和过程如下：水位探头2采用导热材料制成，温度传感器1将温度信号转换成电信号通过导线10传递到A/D模数转换单片机16，A/D模数转换单片机16将电信号转换成数字信号，计算出水箱3内水的温度，并将温度值通过导线9传递到水温水位控制面板12。

实施例2：

本实施例中，水温水位测量装置的安装位置与实施例1不同。

参见图3和图4，用于太阳能热水器的水温水位测量装置，安装于太阳能热水器水箱3顶部的排气管5处。在本实施例中，力传递部件6可以采用不锈钢绳等柔性材料，力传递部件6连接与电阻应变测力传感器14。

测量水温及水位的原理和过程与实施例1相同。只是本发明安装于太阳能热水器水箱3顶部的排气管5处时，F1 = F3，所以，H =（G-F3）/(ρ×S×g)。

Claims (3)

1.一种用于太阳能热水器的水温水位测量装置，包括温度传感器（1）、水位探头（2）、信号处理器（8）、水温水位控制面板（12）、导线（9）、导线（10）和外壳（11），其特征在于，还包括力传递部件（6）和转轴（7），其中，

所述力传递部件（6）从排气管（5）伸入太阳能热水器水箱（3）内部，一端插入所述水位探头（2）内与所述水位探头（2）顶部密封连接，另一端连接所述信号处理器（8）；

所述转轴（7）垂直贯穿所述力传递部件（6）固定在所述外壳（11）上；

所述水位探头（2）为圆柱形结构，一端连接力传递部件（6），另一端浸入太阳能热水器水箱（3）内的水中，所述温度传感器（1）置于所述水位探头（2）内；

所述信号处理器（8）包括电阻应变测力传感器（14）、A/D模数转换单片机（15）和导线（16），所述力传递部件（6）与所述电阻应变测力传感器（14）连接，所述导线（16）一端连接所述电阻应变测力传感器（14），一端连接所述A/D模数转换单片机（15）。

2.根据权利要求1所述的用于太阳能热水器的水温水位测量装置，其特征在于，所述导线（10）一端连接所述温度传感器（1），另一端连接所述信号处理器（8），所述导线（9）一端连接所述信号处理器（8），另一端连接所述水温水位控制面板（12）。

3.根据权利要求1所述的用于太阳能热水器的水温水位测量装置，其特征在于，所述的水位探头（2）采用耐高温材料制成，比如硅胶或不锈钢。

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