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后面接的短管長18厘米,短管末端包裹黑色護套。
時道科技成功研發
3Z太陽能熱水器傳感系統
一、前言
太陽能“儀表”這個名字是一個約定俗成的產品名稱,也就是俗稱。其中主要部件的主機叫:表頭;傳感器,同樣也有一個俗稱:叫探頭,從一定程度上也形象的反映了該產品的功能。近年來,通過行業同仁的努力和相關行業協會及國家有關部門的支持和參與,國家級的產品標準《GB/T 23888—2009》已于2009年6月1日發布并于2010年1月1日實施,正名為《家用太陽能熱水系統控制器》。產品問世至今已有十余歷史,從簡單的上水控制到如今集成智能化控制,對太陽能熱水器的推廣和使用起到了積極的推動作用。
但未盡人意的是,目前市場上產品普遍存在著低質、同質、低價、粗制爛糙、操作復雜、安全隱患大等突出問題,困擾著行業的發展。特別是傳感器的質量和性能尚未在技術上有突破性的改進,耐高溫、耐腐蝕、密封性、結水垢、抗干擾、防雷擊、壽命短等問題沒有得到根本性的解決。其中客觀因素有,太陽能熱水器安裝在室外工作環境較差,我們國家地大物博,特別是有些農村地區水質很差,消息者對太陽能熱水器的安裝、使用和維護缺少常識性知識。
傳感器作為太陽能熱水器電子控制系統中的感覺器官,采集來自儲水箱里的水溫、水位數據。然而,行業中不規范操作,一味追求低質低價等等因素,導致產品很難保證長期可靠、穩定、有效地運行。一個制造成本在10來元錢的產品,同時要滿足幾大技術指標,實在是為難了全行業的各位同仁。十多來,行業中雖然制作了諸如“3G傳感器、會看天氣的傳感器、熱納傳感器、防結垢傳感器”等等,等等各種各樣的傳感器,大部分只是炒作概念而已,或者是一個美好的愿望罷了,未能解決實質性的問題,實際使用壽命在二年以上的傳感器還是鳳毛麟角。
傳感器的品質和使用壽命問題已成為影響太陽能行業發展的最大瓶頸。對此我們認為,唯有技術創新——在硬件制造上采用進口材質和特殊工藝,在軟件上真正達到智能自動,才能起到事半功倍的效果,制造出符合市場需求的理想產品。
二、傳感器的技術指標和工作原理
1.傳感器的封裝工藝(耐高溫、而腐蝕、密封性能)。
電極式傳感器是直接利用水的電導率來檢測水位,一般是以不銹鋼金屬,或導電硅橡膠作為導電體。它長期工作在熱水器水箱之中,水箱溫度可能長時間在100℃左右,空曬狀態下能達到130℃,甚至180℃的高溫;而有些地區的水質是呈弱酸性或弱堿性,對傳感器還有腐蝕作用。又因為信號線的呼吸毛細現象,使得信號線被水汽腐蝕,電阻增大甚至腐蝕斷信號線,直接導致控制部件失靈。這就對傳感器帶來了耐高溫、耐腐蝕和密封性的問題。傳統傳感器的材料和工藝在這方面一直存在缺陷,在長期的空曬、水煮、腐蝕和汽蒸過程中,不管是電子器件還是其他的傳感器材料都很容易老化、損壞。突破這一難題,必須使傳感器具有耐高溫、耐腐蝕和超常密封性的功能。
時道科技采用了SUS316L優質不銹鋼材料和進口抗高溫聚丙烯材料,結合特殊封裝工藝一次成形,從硬件保證了傳感器的耐高溫、耐腐蝕和超常密封性。
2.水垢的問題:
由于水中Ca2+、Mg2+等無機鹽或礦物質,在60度以上的高溫狀態下它們之間的分子勢能會增大,就是說分子間距增大,當分子間距大到一定程度的時候,Ca2+、Mg2+等離子就會附著在金屬的表面,時間長了就會形成一層水垢膜,水垢膜的分子間隙較大,所以形成水垢膜后,水垢生成速度加快(被動結垢)。而任何金屬材料都無法逃脫被動結垢的惡運,只是不同材料結垢的輕重程度和時間長短有所不同。如應用航天材料鈦合金比不銹鋼能延長將近一倍壽命。特別是,電極又在“同性相吸、異性相斥”的作用下,正極大量主動吸附了負離子雜質,負極大量主動吸附了正離子雜質,使傳感器主動結垢,加快水垢的形成(主動結垢),最終使傳感器電路部分感受不到準確的水溫和水位,電路部分再轉變成錯誤的電信號輸出,即傳感器失靈。
市場上常見的膠棒式傳感器,利用膠類表面的活性即伸縮性延緩了水垢的形成,這無疑是一個進步,但在水沸騰時接口處在高壓氣流作用下振動頻率極高,極易造成硅膠體和導電橡膠體粘合連結部位的損傷或開裂,另外,儲水箱內的高低溫轉換也會使硅膠體產生熱脹冷縮現象,也很容易造成傳感器的變形,彎曲或開裂。
時道科技采用的七芯硅膠傳感器和進口IC芯片加上專業研發的軟件控制系統,徹底改變了傳統儀表的工作原理和工作模式。
3.水電導率的一致性問題:
水的分子式為H2O,是氫氧化合物,水本身是絕緣的。電極式傳感器信號的采集主要是利用溶解于水中Ca2+、Mg2+等無機鹽或礦物質的導電作用。不同區域水中的電導率變化很大,我國幅員遼闊幾乎不可能取得一個標準范圍值。我們經常飲用的桶裝純凈水電導率在200PPM左右,一般自來水電導率在800PPM左右,蒸餾水電導率在3PPM左右,而我們采集到某山區用水電導率只有8PPM。為了解決這個問題有的控制器上增加一個微調開關,往往為了得到一個真實的信號,需要調試,無疑給安裝工作增添了麻煩。若水質中電導率極低時,很有可能在99%高水位處檢測不到準確信號,無法控制上水功能,導致太陽能熱水器水箱溢流。
從上面“結水垢的問題”和“水中電導率不一致的問題”,我們看到了一個“要命”的問題,也就是,水中Ca2+、Mg2+等無機鹽或礦物質越多電導率越大,水位靈敏度也就越容易控制;但結水垢的因素也大大增加了,這是一對無法避免的矛盾!
4.抗干擾問題:
高壓線、低壓線、信號塔等電磁干擾源對傳感器的信號傳輸帶來很大的影響,以前大多使用電子模擬信號,雖然有濾波電路的保護,但還是不能達到理想。突破這一難題,必須采用數字信號傳輸,有抗干擾性強,數據傳輸準確的優點。
5.防雷擊:
遇有雷擊時,屋頂上的太陽能熱水器正好變成了一個受電裝置,而傳感器和信號線就好比是一根天線,把雷電引入到儀表主機。雷擊使傳感器采集電路失效,甚至主機故障的現象,也是傳統產品一大弊病。強雷電擊毀儀表和傳感器的現象比比皆是,有些產品雖有防雷電裝置(三重防雷、四重防雷),但也無法抗拒強大的雷電。
因此,使太陽能熱水系統真正具有防雷功能,首先是要在太陽能熱水器整機上安裝可靠有效的避雷裝置,第二才是儀表上要有防雷擊功能。時道科技應用的“智能避雷技術”,是在遇有“感應雷”時,系統自動關閉,加上四重防雷裝置,有效避免了雷擊對產品造成的影響。
三、時道3Z傳感系統說明
時道科技對市場上各種太陽能儀表和傳感器進行了深入剖析和研究,借助于地處太陽能生產基地的優勢,采集大量的實際使用數據和市場信息,進行了上百次實驗和破壞性測試,終于成功研發了一系列的太陽能傳感系統,當上滿水(即水位99%)時,系統“自動檢測傳感器工作狀態”、“自動糾正結垢后錯誤數據”、“自動適應各類水質”,故取名為 3Z(三自)傳感系統。實驗證明即使是結滿水垢幾近報廢的傳感器,也能實現精準控制,大幅度提高了傳感器的使用壽命和適應能力。其創新特點有:
1、采用智能IC和軟件系統,實現了“自動檢測”、“自動糾錯”、“自動適應”。工作原理如下:
A、自動檢測傳感器工作狀態
上水完成一個從0%水位上水至100%水位時,系統自動對傳感器工作狀態進行檢測,并根據其工作狀況自動調整系統運行模式。
B、自動糾正結垢后錯誤數據
當傳感器結垢到一定程度時,采集數據會有失真現象,導致控制系統錯誤工作,造成溢流等事故。3Z傳感系統能自動糾正傳感器結垢后的錯誤數據,使其恢復正常工作。
C、自動適應各類水質
本系統開機時進入出廠默認模式。如水質與出廠默認模式近似,即以系統以默認模式運行。如水質與默認模式不合時,系統在上水完成一個從0%水位上水至100%水位時,自動檢測水質,并自動選擇對應的模式運行。
2、采用軟件系統控制傳感器電極“正反方向工作”,有效避免傳感器主動結垢。
3、采用軟件系統實現了“瞬間采樣”工作模式,傳感器工作時間只有傳統產品的1/10,大大延長了傳感器壽命。
4、傳感器信號傳輸采用數字通訊電路,確保信號精準傳輸
5、溫度采集采用國際品牌的NTC電阻
6、采用了SUS316L優質不銹鋼材料和進口抗高溫聚丙烯材料
7、水位電極與信號線高壓點焊連接,特殊封裝工藝一次成形
8、采用雙公共電極設計,有效防止溢流
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