CN204854876U - 一种太阳能热水系统水位测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能热水系统水位测量装置，包括芯部中空的主体部件，主体部件的前端设有安装螺纹，后部设有芯体安装位置并装有第一外壳，芯体安装位置内装有硅压压阻传感器，硅压压阻传感器后面用顶丝部件与芯体安装位置的内壁紧固，硅压压阻传感器的引线从顶丝部件的中间通孔内出线并焊接在电路采集板上，电路采集板固定在第一外壳内的两个柱子上，电路采集板的信号线从第一外壳上的传感器出线孔出线，第一外壳的后部装有第二外壳，第二外壳上设有透光槽，信号线设有出气孔。能适应各种水质，不受水垢、高温、水汽腐蚀等问题影响，可根据不同水箱大小进行满量程现场或远程定标，通用性强，稳定性好、可靠性高、智能化的太阳能热水系统水位测量装置。

Description

一种太阳能热水系统水位测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种水位测量装置，尤其涉及一种太阳能热水系统水位测量装置。

背景技术

目前太阳能热水系统的水箱水位测量方法有以下几种：

1、金属电极式水位传感器：

直接利用水的导电性来检测水位，这种传感器一般以不锈金属作为电极，通常用4～6个电极，垂直悬挂在水箱中，通过浸入到水中的电极通过水形成回路导通电流来判断水位的调试。其缺点是：

太阳能热水系统的热水温度较高，且常常由低温到高温再到低温的反复变化，传感器浸泡在水中，其绝缘防护体就有可能造成胀裂渗水，导致内部电路短路、导致检测电路损坏导致检测功能失效；由于水中的无机盐或矿物质在60度以上的高温状态下会形成水垢，特别在电极的作用下会加快水垢的形成，在电极表面形成绝缘带造成采集信号失真，而太阳能热水系统的水温很容易到达60度以上，极易结水垢，因此使用一段时间后就必须更换；传感器信号的采集主要是利用溶解于水中的无机盐或矿物质，不同区域不同流域水的电阻值变化较大，为了解决这个问题需在控制器上增加一个微调开关，往往为了得到一个真实的信号，需反复调试，无疑给安装工作增添了麻烦。若水质中导电质的含量极少(如有的系统为了减少水垢，采用去离子水)，还有可能调试无效；金属电极式水位传感器一般只有的4～6档，水位指示分辨率低，误差大，而且不能实时连续测量水量变化情况，使用很不方便；太阳能热水系统的水箱从几百升到几十吨，大小不同，高低也相差很大，不同高度的水箱，就得采用不同高度的电极式水位传感器，通用性很差。

2、导电硅胶式水位传感器：

导电硅胶水位传感器是利用导电硅胶作为电极制作的，它也是利用水的导电的原理来探测水位的，由于采用了导电硅胶作为导电体，可以有效地减缓传感器表面的结垢，延长传感器的寿命。由于其成本低、安装简便，目前也是使用较多的太阳能水位温度传感器件，普遍用于家用太阳能系统。其缺点是：

无法克服水中泥土的附着，对泥沙较多的水质较容易失效；由于太阳能水箱的温度高低变化大，高的时候可达100℃，低的时候仅在10℃以下，而硅胶的膨胀系数和金属导线的膨胀系数不一致，反复的热胀冷缩现象，将导致导电硅胶体与导线脱离，出现导电不良的现象，在温差大的太阳能热水系统里，硅胶体老化变质加快，寿命较短。在水沸腾时接口处在高压气流作用下振动频率极高，极易造成硅胶体和导电橡胶体粘合连结部位的损伤或开裂。另外，储水箱内的高低温波动产生的热胀冷缩现象，也很容易造成传感器的变形，弯曲或开裂；不同厂家产品阻值不同，引线不同，限制了使用的通用性和灵活性；硅胶导电式水位传感器设计只有的4～6档，水位指示分辨率低，误差大，而且不能实时连续测量水量变化情况，使用很不方便；太阳能热水系统的水箱从几百升到几十吨，大小不同，高低也相差很大，不同高度的水箱，就得采用不同高度的水位传感器，通用性很差。

3、投入式水位传感器：基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，通过压力传感器测量水位.采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号4～20mA。将水位传感器做防水封装，投入到太阳能系统水箱中。其缺点是：

传感器中除传感部分接触水外，引线也浸泡在水中。由于太阳能热水系统中水箱内温度在变化，有时20℃，有时会超过90℃，信号线的呼吸毛细现象，使得信号线被水汽腐蚀，电阻增大甚至腐蚀断信号线，直接导致控制部件失灵；投入式水位传感器测试点放在水箱底部，水垢生成后也沉积在水箱底部，经过一段时间后，大量水垢掩盖住测试点，将导致测量不准产生误差甚至失效；市场上大多传感器的输出信号为模拟量，抗干扰能力差，传输距离短，信息量少，功能简单，并且没有温度测量功能，不适合用于太阳能热水系统的水位测量，此外成本较高。。

4、电容式水位传感器：

采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入水箱内，金属棒作为电容的一个极，水箱壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为水及其上面的空气。由于水的介电常数ε₁和液面上空气的介电常数ε₂不同，则当液位升高时，电容式液位计电容量随着两电极间总的介电常数值变化而变化，通过测量两电极间的电容量来测量水位的高低。其缺点是：

电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε₁和ε₂的恒定才能保证液位测量准确，而水箱中的水由于其水质不同，温度不同都会影响到其介电常数，其水面上的空气介电常数也由于温度和水蒸汽的多少而变化，因此电容测量误差很大，会出现实际水位没有变化，但因温度变化而测量显示水位在发生变化的现象；水垢的影响较大，使用一段时间后，容器壁和电极上会附着大量水垢，造成水位测量误差；水同高度的水箱，传感器长度不同，设置的电容量也不同，无法通用，制作工艺不好把控。

5、浮球式水位传感器：

浮球式水位传感器也叫浮球液位开关，在密闭的金属或塑胶管内，设计一点或多点的磁簧开关，管子上放置内部装有环型磁铁的浮球，并利用固定环控制浮球与磁簧开关在相关位置上，使浮球在一定范围内上下浮动。利用浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的接点，产生开与关的动作，作液位的控制或指示。其缺点如下：

采集的水位信号是离散量；不同量程的传感器制作起来比较麻烦，不可统一；水垢的影响较大，如果因水垢、泥沙等因素卡住某个浮球，就会导致测量数据错误。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具备较强的智能化，抗干扰能力强，使用灵活方便，适应各种水质，在高温环境下保持线性信号输出，避免了水汽腐蚀，大大降低水垢的影响等综合问题的太阳能热水系统水位测量装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的太阳能热水系统水位测量装置，包括芯部中空的主体部件，所述主体部件的前端设有安装螺纹，后部设有芯体安装位置并装有第一外壳，所述芯体安装位置内装有硅压压阻传感器，所述硅压压阻传感器后面用顶丝部件与所述芯体安装位置的内壁紧固，所述硅压压阻传感器的引线从所述顶丝部件的中间通孔内出线并焊接在电路采集板上，所述电路采集板固定在所述第一外壳内的两个柱子上，所述电路采集板的信号线从所述第一外壳上的传感器出线孔出线，所述第一外壳的后部装有第二外壳，所述第二外壳上设有透光槽，所述信号线设有出气间隙。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的太阳能热水系统水位测量装置，包括芯部中空的主体部件，所述主体部件的前端设有安装螺纹，后部设有芯体安装位置并装有第一外壳，所述芯体安装位置内装有硅压压阻传感器，所述硅压压阻传感器后面用顶丝部件与所述芯体安装位置的内壁紧固，所述硅压压阻传感器的引线从所述顶丝部件的中间通孔内出线并焊接在电路采集板上，所述电路采集板固定在所述第一外壳内的两个柱子上，所述电路采集板的信号线从所述第一外壳上的传感器出线孔出线，所述第一外壳的后部装有第二外壳，所述第二外壳上设有透光槽，所述信号线具有正常出气间隙，保持内部大气压与外部一致。不需要利用水的导电性和介电常数，不同水质和温度不影响水位测量；安装在水箱下部侧面的引出管处，避免水垢影响问题和高温问题；具有灵活的满量程定标功能；动态故障信号记录功能；出厂参数保持功能；除了压力传感器的压力片接触水以外，其他电路、引线均在水箱外，与水隔离，没有高温、水汽腐蚀等问题；采用压阻式压力芯体，稳定性好，可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的太阳能热水系统水位测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例应用状态的结构示意图。

图中：

1、主体部件，2、第一外壳，3、第三密封圈，4、第二外壳，5、透光槽，6、电路采集板，7、第四密封圈，8、传感器出线孔，9、第二密封圈，10、硅压压阻传感器，11、第一密封圈，12、顶丝部件，13、传感器的引线。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的太阳能热水系统水位测量装置，其较佳的具体实施方式是：

包括芯部中空的主体部件，所述主体部件的前端设有安装螺纹，后部设有芯体安装位置并装有第一外壳，所述芯体安装位置内装有硅压压阻传感器，所述硅压压阻传感器后面用顶丝部件与所述芯体安装位置的内壁紧固，所述硅压压阻传感器的引线从所述顶丝部件的中间通孔内出线并焊接在电路采集板上，所述电路采集板固定在所述第一外壳内的两个柱子上，所述电路采集板的信号线从所述第一外壳上的传感器出线孔出线，所述第一外壳的后部装有第二外壳，所述第二外壳上设有透光槽，所述信号线设有出气间隙。

所述硅压压阻传感器的前部边缘部位与所述主体部件之间设有第一密封圈和O型密封圈；

所述第一外壳与所述主体部件的后部边缘部位设有第二密封圈；

所述第二外壳与第一外壳的连接部位设有第三密封圈；

所述传感器出线孔与信号线之间设有第四密封圈。

本实用新型的太阳能热水系统水位测量装置，不需要利用水的导电性和介电常数，不同水质和温度不影响水位测量；安装在水箱下部侧面的引出管处，没有水垢问题和高温问题；具有方便灵活的满量程定标功能，可适合不同高度的水箱；除了压力传感器的压力片接触水以外，其他电路、引线均在水箱外，与水隔离，没有高温、水汽腐蚀等问题；采用压阻式压力芯体，稳定性好，可靠性高；1路温度采集接口，可以接入NTC温度传感器，可以同时测量水箱温度；采用三线制数字信号传输；具备标准RS485接口；内部具有数据存储功能；具有工作示灯，可以从外部查看传感器工作状态。

具体实施例：

如图1所示，主体部件1的前端是安装螺纹，后部留有芯体安装位置，硅压压阻传感器10安装在主体部件1的芯体安装位置内并与主体部件1之间通过第一密封圈11和O型密封圈密封共同密封，后面用顶丝部件12紧固，传感器的引线13从顶丝部件12的中间通孔内出线，第一外壳2安装在主体部件1上并与主体部件1之间通过第二密封圈9密封，传感器的引线13焊接在电路采集板6的相应位置，电路采集板6固定在第一外壳2两个柱子上，信号线从第一外壳2上的传感器出线孔8出线，且在传感器出线孔8和信号线之间有第四密封圈7，第二外壳4与第一外壳2连接且在第二外壳4与第一外壳2之间通过第三密封圈3密封，构成内部密封系统，通过信号线上的出气间隙保证内部气压与外部气压平衡。透光槽5能方便用户观察采集板上指示灯的工作状态。

其中电路采集板6的温度采集接口可以采集NTC传感器，在电路的软件功能内预留采集数据的技术要点。电路采集板正常使用信号为数字信号输出，预留的RS485接口可以同时使用。订标功能实现了自动校准测量量程，通过订标点短接、通讯等办法实现，采集板软件在一定时间内自动判断，进行自动标定。

本实用新型具有以下优点：

主体部件与硅压压阻传感器之间增加密封圈，通过顶丝部件的顶力可以使其形成很好的密封；硅压压阻传感器上的O型密封圈与主体部件内壁之间形成悬浮式密封是可靠的静态密封方式；安装被测水箱底部，最大承受压力为满量程的2.5倍；具有组装方便、可靠、密封效果好的特点。

主体部件可以采用304不锈钢材料，主体部件与第一外壳之间及第一外壳与第二外壳之间增加密封圈密封；传感器引线孔和第一外壳之间增加密封圈组合成传感器引线孔处密封；第一外壳和第二外壳为整体注塑而成。透光槽为了方便用户观察采集板上指示灯的工作状态。

整个装置的结构进行巧妙的设计，前端与实际应用的水箱进行结合，利用水箱热水传导，达到防冻的目的，后端进行工业外壳的密封处理，采用密封条和内部防水处理，室外使用环境下有很好的防雨、防水效果。

预留1路温度采集接口，可以接入NTC温度传感器，可以根据测温点安装位置体要求安装传温度感器,同时具备水箱水温和水位同时测量，方便用于太阳能热水系统。

采用三线制数字信号输出，采用DC-DC电源芯片宽电压输入范围。信号为脉冲调制信号。解决一般传感器输出的是模拟量信号，抗干扰能力差问题，采用数字信号传输，数字信号传输具有抗干扰性强，数据传输准确的优点。

具备标准RS485接口，利用总线传输形式可以接入较多的水位测量装置，RS485信号的特点可以使传输距离达到1000米，解决了中距离的传输问题。

采用硅压压阻传感器具有以下优点：

感应芯片封装在316L不锈钢外壳中，外加压力通过不锈钢膜片，内部密封的硅油传递到敏感芯片上，感应芯片不直接接触被测介质，形成压力测量的全固态结构，可以使用在情况比较恶略的条件下；硅压压阻传感器采用佛橡胶“O”型圈进行压力密封；具有宽温度补偿功能减小了水箱温度变化对测量数据的影响；不需要利用水的导电性和介电常数，根据容器内水位高度变化进而引起水对箱底部的压力变化并实时输出信号，可以实现对水位实时线性数据测量.

本实用新型具有灵活的满量程定标功能，可以方便应用于不同高度的水箱：

安装在水箱底部侧面引出管上后，将水箱水加满后，通过外置的两根导线短路，或者通过RS485接口发送定标指令，CPU自动记录水箱满水的压力值，在以后的使用过程中，CPU将自动根据测量的水位和满水压力值进行比较，得到水量百分比，方便用户了解水箱水量多少，并且可以实现溢水报警。通过外置两根导线短路实现满量程定标，不需要任何设备，方便现场操作。通过RS485定标，便于远程操作；

具备唯一产品标识码，可反复定标，定标次数、标定值、出厂的基本参数可自动存储，自动判断各种故障，并将故障时的数据自动存储在存储器中，以便查询。存储容量可以根据需求在一定范围内扩展

具有电源指示灯，脉冲调制信号传输指示灯，定标功能指示灯。通过三个指示灯可以清楚显示整个装置当前的工作状态，方便用户使用等优点。

具体实施例的最佳安装位置如图2所示，优点有：

a.测量装置垂直向上安装在水箱底部引出管上，由于后盖与外壳为防水结构，有效的减少了室外安装后的进水。

b.测量装置垂直向上安装在水箱底部引出管上，可以方便安装和维护。

c.测量装置安装在水箱侧面，减少水箱水产生的水垢对测量装置的影响。

d.测量装置安装在水箱侧面，减少水箱水温对测量装置测量数据的的影响。

e.测量装置安装在水箱侧面,可以方便观察测量装置的工作状态。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种太阳能热水系统水位测量装置，其特征在于，包括芯部中空的主体部件，所述主体部件的前端设有安装螺纹，后部设有芯体安装位置并装有第一外壳，所述芯体安装位置内装有硅压压阻传感器，所述硅压压阻传感器后面用顶丝部件与所述芯体安装位置的内壁紧固，所述硅压压阻传感器的引线从所述顶丝部件的中间通孔内出线并焊接在电路采集板上，所述电路采集板固定在所述第一外壳内的两个柱子上，所述电路采集板的信号线从所述第一外壳上的传感器出线孔出线，所述第一外壳的后部装有第二外壳，所述第二外壳上设有透光槽，所述信号线设有出气间隙。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水系统水位测量装置，其特征在于，所述硅压压阻传感器的前部边缘部位与所述主体部件之间设有第一密封圈和O型密封圈；

所述第一外壳与所述主体部件的后部边缘部位设有第二密封圈；

所述第二外壳与第一外壳的连接部位设有第三密封圈；

所述传感器出线孔与信号线之间设有第四密封圈。