CN220012818U - 一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及腐蚀在线监测技术领域，本实用新型提供一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，包括：保护端和监测端，所述保护端包括镁合金棒和电子阳极，所述镁合金棒和所述电子阳极分别接入电热水器内胆，所述监测端包括数据收发器、服务器和故障报警器，监测数据经所述数据收发器上传到所述服务器，并在故障时通过所述故障报警器发出报警。本实用新型能对电热水器内胆腐蚀情况进行在线监测，当发现的监测数据出现异常时，触发远程报警，从而提升使用过程的安全性能；进一步的，本实用新型采用双重阴极保护法对电热水器内胆进行保护，保护方式更为全面，同时，镁合金棒的使用寿命也更加持久。
Description
技术领域
本实用新型涉及腐蚀在线监测技术领域，特别是涉及一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置。
背景技术
随着近年来电热水器的普及，用电环境安全问题、速热、节能等方面基本做到用户满意，但电热水器最突出的问题还是防腐蚀，腐蚀问题处理不好影响用电安全，如果内胆或加热管腐蚀穿孔漏水、漏电，将危害用户的生命和财产安全，对于电热水器内胆的防腐蚀而言，目前普遍采用两种类型的阴极保护法：牺牲阳极的阴极保护法，或者，外加电流的阴极保护法。
牺牲阳极的阴极保护法，常用镁棒(或镁合金棒)作为阳极，即在电热水器中内胆中安装镁棒，将镁棒作阳极，金属内胆做阴极，两者形成原电池，镁棒代替金属内胆发生氧化反应被消耗，从而防止内胆被腐蚀，有使用方便、保护电流大、成本低、驱动电压高，电容量大等优点，由于镁棒在水中会发生化学反应，不断地被消耗，寿命有限，会对水质造成污染，因此需要定期更换，传统电热水器缺乏镁棒消耗速率和寿命监测功能，镁棒的更换太频繁会增加维护成本和造成浪费，镁棒的更换不及时则起不到内胆防腐蚀的作用。
外加电流的阴极保护法，使用电子阳极，具有结构简单可靠，使用寿命长(可达10年以上)，等同电子元件寿命，电热水器维护成本低，在进行电解反应时不产生分解产物，不污染水质，体积小，可独立使用，也可与原机电路板配套设计等优点，但传统电热水器采用两电极恒电位极化模式，无法精确跟踪内胆腐蚀和水质变化状态，不能精确控制保护电位，无法监测内胆的腐蚀电位、阴极保护电位和阳极输出电流，由于缺乏相应的内胆保护电位达标指示和监测手段，运行过程可能会导致水的电解，在内胆中积存大量氢气和氧气，有发生爆炸危险；另外，外加电流的阴极保护法只在通电的情况下才能起到内胆防腐蚀的作用，一旦停电或停用，则起不到内胆防腐蚀的作用。
可以看出，上述传统的阴极保护方式各有利弊，但作为共同的，上述传统的阴极保护方式在在线监测方面则相对缺乏，使用过程安全性能低。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型针对传统的阴极保护方式中对电热水器在线监测方面相对缺乏，使用过程安全性能低的技术问题提供一种解决方案。
进一步的，本实用新型针对传统的阴极保护方式中对电热水器保护不全面的技术问题提供一种解决方案。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型提供一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，包括：
用于对电热水器内胆起保护作用的保护端；以及，
用于对电热水器内胆的使用情况进行在线监测的监测端；其中，
所述保护端包括镁合金棒和电子阳极，所述镁合金棒和所述电子阳极分别接入电热水器内胆；所述监测端包括数据收发器、服务器和故障报警器，所述数据收发器、所述服务器和所述故障报警器分别与所述电子阳极通信连接，监测数据经所述数据收发器上传到所述服务器，并在故障时通过所述故障报警器发出报警。
优选的，所述电子阳极内置MCU控制器、电位监测电路和电流监测电路，所述MCU控制器分别与所述电位监测电路和所述电流监测电路连接；
其中，所述电位监测电路用于监测电热水器内胆的自腐蚀电位和保护电位，所述电流监测电路用于监测电热水器内胆的自腐蚀电流和保护电流。
优选的，所述MCU控制器内置第一数模转换器、模数转换器和第二数模转换器，所述第一数模转换器、所述模数转换器和所述第二数模转换器分别与所述MCU控制器连接；
其中，所述第一数模转换器和所述模数转换器与所述电位监测电路构成回路，所述第二数模转换器和所述模数转换器与所述电流监测电路构成回路。
优选的，所述电位监测电路包括信号加法器和电位放大器，所述信号加法器和所述电位放大器连接；
其中，所述信号加法器与所述模数转换器连接，所述电位放大器与镁合金棒的电极连接。
优选的，所述电位监测电路还包括电压跟随器，所述电压跟随器与所述第一数模转换器连接；
其中，在电热水器通电时，所述电压跟随器与电热水器内胆的电极导通。
优选的，所述电流监测电路包括零阻电流计，所述零阻电流计与所述第二数模转换器连接；其中，所述零阻电流计与电子阳极的电极连接。
优选的，所述电子阳极的电极为不溶性氧化物电极；
其中，在所述电子阳极接入电热水器内胆时，通过所述不溶性氧化物电极接入电热水器内胆。
优选的，所述镁合金棒距离电热水器内胆底端的距离为25-35cm。
优选的，所述数据收发器为无线数据收发器。
优选的，所述故障报警器为远程声光故障报警器。
针对现有技术中的不足，本实用新型所能取得的有益效果为：
本实用新型能对电热水器内胆腐蚀情况进行在线监测，通过内置的电位/电流监测电路，可以分别测量电热水器内胆的自腐蚀电位、保护电位和保护电流，实现对电热水器内胆的精准保护，当发现的监测数据出现异常时，还可触发远程报警，从而提升使用过程的安全性能。
进一步的，本实用新型能结合电热水器通电和断电情况，采用双重阴极保护法对电热水器内胆进行保护，通电时采用外加电流的阴极保护法，断电时采用牺牲阳极的阴极保护法，保护方式更为全面，同时，镁合金棒的使用寿命也更加持久。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的连接设计示意图；
图2是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的电路设计示意图；
图3是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的电热水器内部结构示意图；
图4是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的电热水器侧视结构示意图。
在附图中，相同的附图标记用来表示相同的部件或结构，其中：
1：故障报警器，2：电子阳极，3：数据收发器，4：服务器，5：MCU控制器，6：第一数模转换器，7：模数转换器，8：第二数模转换器，9：电阻I，10：电阻II，11：电阻III，12：电阻IV，13：信号加法器，14：电位放大器，15：电热水器内胆，16：电热水器内胆的电极，17：镁合金棒的电极，18：电子阳极的电极，19：电阻V，20：电压跟随器，21：开关，22：电阻VI，23：零阻电流计。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了解决传统的阴极保护方式中对电热水器在线监测方面相对缺乏，导致的使用过程安全性能低的技术问题，本实施例提供一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，包括：用于对电热水器内胆起保护作用的保护端；以及，用于对电热水器内胆的使用情况进行在线监测的监测端，其中，所述保护端包括镁合金棒和电子阳极2，所述镁合金棒和所述电子阳极2分别接入电热水器内胆；所述监测端包括数据收发器3、服务器4和故障报警器1，所述数据收发器3、所述服务器4和所述故障报警器1分别与所述电子阳极2通信连接，如图1所示，是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的连接设计示意图，所述电子阳极2，能向热水器内胆提供阴极电流，使热水器内胆阴极化，同时释放大量的电子，使阴极和阳极电位差变小直至消失，有效抑制热水器内胆的腐蚀过程，监测数据经所述数据收发器3上传到所述服务器4，并在故障时通过所述故障报警器1发出报警；在一些可选实现方式中，特别是针对智能家居的应用场景，优选的，所述数据收发器3为无线数据收发器，利用无线数据传输方式，例如，基于GSM移动通信技术，采用SMS/GPRS模式进行远程数据传送，具有低功耗、传送信号稳定的特点；进一步的，所述故障报警器1为远程声光故障报警器，实际应用时，可实现所述故障报警器1与电热水器的分离，且警报方式可实现多样化；在本实施例中，通过保护端和监测端的综合应用，既能实现对对电热水器内胆的保护，还能实现对电热水器内胆的使用情况进行在线监测，当发现的监测数据出现异常时，还可触发远程报警，提醒用户注意，从而提升使用过程的安全性能。
如图2所示，是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的电路设计示意图，所述电子阳极2内置MCU控制器5、电位监测电路和电流监测电路，所述MCU控制器5分别与所述电位监测电路和所述电流监测电路连接；其中，所述电位监测电路用于监测电热水器内胆的自腐蚀电位和保护电位，所述电流监测电路用于监测电热水器内胆的自腐蚀电流和保护电流；在本实施例中，所述MCU控制器5内置第一数模转换器6、模数转换器7和第二数模转换器8，所述第一数模转换器6、所述模数转换器7和所述第二数模转换器8分别与所述MCU控制器5连接，其中，所述第一数模转换器6和所述模数转换器7与所述电位监测电路构成回路，所述第二数模转换器8和所述模数转换器7与所述电流监测电路构成回路；其中一种实现方式中，所述MCU控制器5由高性能8位单片机构成，由电源模块输出±5V稳压源并加载到整个电路的模拟部分，电源模块输出3.3V稳压源并加载到整个电路的数字部分；在具体实现时，所述电位监测电路包括信号加法器13、电位放大器14和电压跟随器20，所述信号加法器13和所述电位放大器14连接，所述电压跟随器20与所述第一数模转换器6连接；其中，所述信号加法器13与所述模数转换器7连接，所述电位放大器14与镁合金棒的电极17连接，在电热水器通电时，所述电压跟随器20与电热水器内胆的电极16导通；所述电位监测电路的实现原理为：所述MCU控制器5发出指令到数模转换器7，通过所述信号加法器13提高输出精度，通过所述电位放大器14将合适的保护电位施加在电热水器内胆15，此时，可测得电热水器内胆的自腐蚀电位以及电子阳极的电极18与电热水器内胆15间的保护电位，并通过电压跟随器20和所述第一数模转换器6汇集到所述MCU控制器5；在具体实现时，所述电流监测电路包括零阻电流计23，所述零阻电流计23与所述第二数模转换器8连接，其中，所述零阻电流计23与电子阳极的电极18连接，所述电位监测电路的实现原理为：通过所述零阻电流计23，可测得电热水器内胆的自腐蚀电流以及电热水器内胆的电极16与镁合金棒的电极17间的保护电流，并通过所述第二数模转换器8汇集到所述MCU控制器5。
在其中一个可选实现方式中，为了防止水质的污染，优选的，所述电子阳极的电极18为不溶性氧化物电极；其中，在所述电子阳极2接入电热水器内胆时，通过所述不溶性氧化物电极接入电热水器内胆。
在本实施例中，为了所述电位监测电路和所述电流监测电路能更好的实现特定的功能，如图2所示，电路部分还包括与所述电位监测电路和所述电流监测电路配合连接的一系列电阻，具体包括:电阻I9、电阻II10、电阻III11、电阻IV12、电阻V19、电阻VI22，其中,与所述零阻电流计23串联的所述电阻VI22为高阻电阻,优选的,所述电阻VI22阻值不低于50MΩ,例如,50MΩ或100MΩ,从而确保有微小电流流经所述零阻电流计23。
通过上述内置的电位/电流监测电路，分别实现了自腐蚀电位和保护电位，以及，自腐蚀电流和保护电流的测得，实现了对电热水器内胆的精准保护，从而实现对整个阴极保护系统运行状态的实时监控。
如图3所示，是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的电热水器内部结构示意图，为了确保采用牺牲阳极的阴极保护法时镁合金棒能最大范围保护热水器内胆，所述镁合金棒距离电热水器内胆底端的距离为25-35cm，优选的，所述镁合金棒距离电热水器内胆底端的距离为30m。
如图4所示，是本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置的电热水器侧视结构示意图，所述镁合金棒的电极17和所述电子阳极的电极18的安装位置需要事先验证，以圆柱状电热水器为例，所述镁合金棒的电极17和所述电子阳极的电极18从靠近侧面圆心附近深入到电热水器内胆中，以确保电场分布均匀，需要说明的是，在实际应用中，所述热水器内胆的电极16还通过电极线与热水器金属外壳保持连接。
本实施例提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，实现过程如下：
当电热水器通电时，采用外加电流的阴极保护法，开关21与A点接通，电子阳极的电极18为辅助电极，镁合金棒的电极17作为参比电极，热水器内胆的电极16作为工作电极，从而实现对热水器内胆的保护，此时，可以监测电热水器内胆的自腐蚀电位和保护电位，同时，镁合金棒不会被消耗，从而使得镁合金棒的使用寿命得到延长；当电热水器断电时，采用牺牲阳极的阴极保护法，开关21与B点接通，镁合金棒的电极17和热水器内胆的电极16形成原电池，热水器内胆的电极16作为负极通过零阻电流计23接虚地，镁合金棒的电极17作为正极直接接虚地，镁合金棒代替热水器内胆被消耗，从而实现对热水器内胆的保护，此时，可以监测电热水器内胆的自腐蚀电流和保护电流；在上述监测数据出现异常时，通过故障报警器1发出报警，对用户作出提醒，从而提升使用过程的安全性能。
综上所述，本实用新型提供的一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，能对电热水器内胆腐蚀情况进行在线监测，当发现的监测数据出现异常时，触发远程报警，从而提升使用过程的安全性能；进一步的，本实用新型采用双重阴极保护法对电热水器内胆进行保护，保护方式更为全面，同时，镁合金棒的使用寿命也更加持久。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，包括：
用于对电热水器内胆起保护作用的保护端；以及，
用于对电热水器内胆的使用情况进行在线监测的监测端；其中，
所述保护端包括镁合金棒和电子阳极，所述镁合金棒和所述电子阳极分别接入电热水器内胆；所述监测端包括数据收发器、服务器和故障报警器，所述数据收发器、所述服务器和所述故障报警器分别与所述电子阳极通信连接，监测数据经所述数据收发器上传到所述服务器，并在故障时通过所述故障报警器发出报警；所述电子阳极内置MCU控制器、电位监测电路和电流监测电路，所述MCU控制器分别与所述电位监测电路和所述电流监测电路连接；
其中，所述电位监测电路用于监测电热水器内胆的自腐蚀电位和保护电位，所述电流监测电路用于监测电热水器内胆的自腐蚀电流和保护电流。
2.根据权利要求1所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述MCU控制器内置第一数模转换器、模数转换器和第二数模转换器，所述第一数模转换器、所述模数转换器和所述第二数模转换器分别与所述MCU控制器连接；
其中，所述第一数模转换器和所述模数转换器与所述电位监测电路构成回路，所述第二数模转换器和所述模数转换器与所述电流监测电路构成回路。
3.根据权利要求2所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述电位监测电路包括信号加法器和电位放大器，所述信号加法器和所述电位放大器连接；
其中，所述信号加法器与所述模数转换器连接，所述电位放大器与镁合金棒的电极连接。
4.根据权利要求3所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述电位监测电路还包括电压跟随器，所述电压跟随器与所述第一数模转换器连接；
其中，在电热水器通电时，所述电压跟随器与电热水器内胆的电极导通。
5.根据权利要求2所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述电流监测电路包括零阻电流计，所述零阻电流计与所述第二数模转换器连接；其中，所述零阻电流计与电子阳极的电极连接。
6.根据权利要求5所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述电子阳极的电极为不溶性氧化物电极；
其中，在所述电子阳极接入电热水器内胆时，通过所述不溶性氧化物电极接入电热水器内胆。
7.根据权利要求1-6任一所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述镁合金棒距离电热水器内胆底端的距离为25-35cm。
8.根据权利要求1-6任一所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述数据收发器为无线数据收发器。
9.根据权利要求1-6任一所述的适用于电热水器内胆的双重阴极智能保护与监测装置，其特征在于，所述故障报警器为远程声光故障报警器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |