太阳能热水器水量水温的测量方法及其装置 【技术领域】
本发明涉及一种太阳能热水器水量水温的测量技术，特别是涉及一种太阳能热水器水量水温的测量方法及其装置。
背景技术
目前公知的太阳能热水器水量的探测方法，是把带有多个电极的探头插入水箱内来测量水量，由于受结垢的影响，探头的寿命极短。也有用压力传感器放置在太阳能热水器的水箱的下面来测量水量，但校正高值费时而且困难，又由于太阳能热水器受管道等影响及太阳能热水器本身受力情况有可能发生改变，常常使测量值发生偏移，而发生溢水现象。
【发明内容】
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能通过压力传感器与探水探头的组合，就能自动校正高值，杜绝溢水现象发生的太阳能热水器水量水温的测量方法及其装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种太阳能热水器水量水温的测量方法，步骤如下：
1.把探水探头放置于太阳能热水器水箱内的顶部，用来探测水满的信息，并把此信息传送给室内的测控仪。
2.把压力传感器放置于太阳能热水器水箱与水箱内胆之间，水箱与支架之间，或串接于支架中，或放置于支架的最低端作为垫脚来测量水的毛重，并把此毛重信息传送给室内的测控仪。
3.把温度传感器放置于太阳能热水器水箱内或贴在水箱内胆的外壁上，并把此水温信息传送给室内的测控仪。
4.测控仪中的微型计算机把由压力传感器传送来的水量毛重信息进行AD转换，再计算出实际水量值，通过测控仪上的水量数字显示器以公斤数或公升数显示出来。
5.测控仪中的微型计算机把由温度传感器传送来的水温值，通过测控仪上的温度数字显示器显示出来。
6.启动上水后，当水量达到设定值时，自动停止上水。
7.启动上水后，以水量为根据，当水位上升到离探水探头较近但未接触到探水探头时，自动停止上水。
8.当水位上升到探水探头时，自动停止上水并自动进行一次高值校正。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种太阳能热水器水量水温的测量装置，包括：
1.探水探头部分，它放置于太阳能热水器水箱中的顶部，用于探测水箱中的水量是否已满。
2.温度测量部分，它由温度传感器密封在金属，或陶瓷，或橡塑材料中，并把其放在水箱内，或把温度传感器贴于水箱内胆外壁上测量水温。
3.压力传感器部分，把它放置于太阳能热水器的水箱与水箱内胆之间，或水箱与支架之间，或串接于太阳能热水器的支架中或放置于太阳能热水器的底部作为垫脚，来测量水的毛重。
4.传感器放大部分，它是把压力传感器及温度传感器的微小信号进行放大。
5.测控仪部分，内有微型计算机，通过采集压力传感器、探水探头、温度传感器的信息，再通过运算，在测控仪上显示出水量及水温值，再达到控制上水，控制电加热等功能。
进一步的，所述的探水探头是有两个电极构成的，两个电极上下放置或左右排列且相互平行放置，并把两个电极固定在绝缘材料如橡塑材料上，两个电极之间增加橡塑隔离带。也可以把其中的一个电极固定在绝缘材料上，另一个电极用水箱本体代替。
进一步的，所述的探水探头可用微波感应式探头，微波测距探头，电容感应式探头、电感感应式探头，超声波探头。
进一步的，所述的温度测量部分中的温度传感器，可用半导体、集成测温元件，如DS18B20、热敏电阻、金属材料电阻，如铂电阻、铜电阻，镍电阻，热电偶等。对温度传感器的的封装增加抗骤冷骤热的缓冲层。即温度传感器密封在导热系数低的材料中，或尽量增加密封材料的厚度，来达到缓冲的目的。
进一步的，所述的压力传感器，可以选用有应变片的轴销式，轮辐式，膜盒式，S型，悬臂式，平行梁式，柱式，桥式等称重传感器，自制的，可制成两个作用力分别作用在弹性体上下面及两端的“S”型结构或两个作用力分别作用在弹性体一面的中点及另一面两端的结构。
由于太阳能热水器对显示水量的精度要求不是很高，可以在压力传感器的空隙中充填橡塑材料，或用橡塑材料把压力传感器包起来，来达到抗腐蚀，防止杂质进入的目的。
进一步的，所述地压力传感器，选用具有硅芯片的压阻式压力传感器。
进一步的，所述的测控仪上的数字显示器件，采用LED或LCD等离了体，荧光数码管等显示，并以公斤或公升数显示水量。
利用本发明提供的太阳能热水器水量水温的测量方法及其装置，由于使用了压力传感器与探水探头相结合的方法，当高值发生偏移时，高值能够自动校正，而且方便了安装后的调试，也方便了用户的使用，并杜绝了溢水现象的发生。探水探头除校正高值外，平时不在水中，所以探水探头有很好的抗结垢特性。又由于温度传感器的封装采用了缓冲材料及结构，所以，达到了整个系统长寿的目的。对于压力传感器作为太阳能热水器的垫脚来测重的技术方案，使成品太阳能热水器安装本装置极为方便。对于压力传感器放置于水箱与水箱内胆之间，水箱与支架之间，或串接于支架中，把温度传感器贴在水箱内胆外壁上的技术方案，非常适合生产太阳能热水器厂家配套使用，能达到整机结构紧凑的目的。
【附图说明】
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明中第一种探水探头及温度传感器实施例的结构剖面示意图；
图2为本发明中第二种探水探头及温度传感器实施例的结构剖面示意图；
图3为本发明中第一种压力传感器实施例的结构剖面示意图；
图4为本发明中第二种压力传感器实施例的结构剖面示意图；
图5为本发明中第三种压力传感器实施例的结构剖面示意图；
图6为本发明第一种实施例示意图；
图7为本发明第二种实施例示意图；
图8为本发明第三种实施例示意图；
图9为本发明第四种实施例示意图；
【具体实施方式】
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步的详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法、结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明实施例所提供的一种太阳能热水器水量水温的测量方法把压力传感器放置于太阳能热水器水箱与水箱内胆之间，或水箱与支架之间或串接于支架中或放置于支架的底部作为垫脚，来测量水的毛重，测控仪中的微型计算机把由压力传感器传送来的水量毛重信息进行AD转换，再通过算式：
(AD转换值-低值)÷[(高值-低值)÷水箱容量值] (1)
计算出实际水量值，式中，AD转换值为当前的压力传感器AD转换值，高值是指水箱水满时的压力传感器的AD转换值，低值是指水箱中的水放空后，压力传感器的AD转换值。
由温度探头传送来的水温值，通过计算转换成温度值。并把温度值及水量值在测控仪上的数字显示器上显示出来。
当测控仪接收到由探水探头传送来的水满信息时，立即自动关闭上水，并通过算式
AD转换值-(AD转换值-低值)×X％ (2)
计算高值，并把此高值存入存贮器，作为一次高值校正，式中AD转换值为当前的压力传感器AD转换值，X％是指少上的水量，取值范围为(0-20)％，目的是最高水位与探水探头之间留一些安全距离，探水探头在不作高值校正时，始终不与水接触，达到抗结垢延长寿命的目的。
本发明实施例所提供的一种太阳能热水器水量水温的测量方法，步骤如下：
1.把探水探头放置于太阳能热水器水箱内的顶部，用来探测水满的信息，并把此信息传送给室内的测控仪。
2.把压力传感器放置于太阳能热水器水箱与水箱内胆之间，或水箱与支架之间，或串接于支架中，或放置于支架的最低端，作为垫脚来测量水的毛重，并把此毛重信息传送给室内的测控仪。
3.把温度传感器放置于太阳能热水器水箱内，或贴在水箱内胆外壁上，并把此水温信息传送给室内的测控仪。
4.测控仪中的微型计算机把由压力传感器传送来的水量毛重信息进行AD转换，通过算式(1)计算出实际水量值，通过测控仪上的水量数字显示器显示出来。
5.测控仪中的微型计算机把由温度传感器传送来的水温值，通过测控仪上的温度数字显示器显示出来。
6.启动上水后，当水量达到设定值时，或水量的AD转换值达到或大于高值时，自动停止上水。
7.启动上水后，一旦水位上升到探水探头时，通过算式(2)计算出高值，并存入存贮器，作为一次自动高值校正。
8.启动强制上水后，水位一直上升到探水探头时，通过算式(2)计算出高值，并存入存贮器，作为一次手动高值校正。
本发明实施例所提供的一种太阳能热水器水量水温的测量装置，包括：
探水探头部分及温度测量部分：
在图1中，是本发明中第一种探水探头及温度传感器实施例的结构剖面示意图，它是把探水探头与温度传感器制作成一个组件。电极4及电极5与橡塑隔离带3及橡塑件2构成探水探头。电极4及电极5左右排列并相互平行固定在橡塑件2上及棒状橡塑材料6的上端，电极4及电极5的中间留有橡塑隔离带3，温度传感器7封装在缓冲层8中，棒状橡塑材料6的下端增粗是为了增强温度传感器抗骤冷骤热的缓冲效果。固定杆1用于把探水探头及温度传感器组件固定在水箱的溢水口上。
在图2中，是本发明中第二种探水探头及温度传感器实施例的结构剖面示意图，电极4及电极5上下分别固定在橡塑件2上及棒状橡塑材料6的上端，电极4及电极5的中间有橡塑隔离带3，其余同图1。
压力传感器部分：
在图3中，是本发明中第一种压力传感器实施例的结构剖面示意图，图中上承压件9一端的凸出部与弹性体10一面的一端固定连接，弹性体10的另一面的另一端与下承压件11一端的凸出部固定连接，应变片13及应变片14分别贴在弹性体的两面，橡塑封套12把上承压件9，弹性体10，下承压件11，应变片13及应变片14封在其中。
在图4中，是本发明中第二种压力传感器实施例的结构剖面示意图，图中上承压件9中间的凸出部与弹性体10中间固定连接或滑动连接，弹性体10的另一面的两端分别与下承压件11a及下承压件11b的上端固定连接或滑动连接，封盖15分别与下承压件11a及下承压件11b的下端固定连接。
在图5中，是本发明中第三种压力传感器实施例的结构剖面示意图，是一种压阻式压力传感器，图中压阻式硅芯片28密封在腔体26中，把油充在压阻式硅芯片28及腔体26之间的空隙中形成一层充油层27。压力作用在腔体26上时，腔体26的形变经过充油层27传递给压阻式硅芯片28来获取压力信息。其中腔体26可用金属或橡塑材料制作。
传感器放大部分：
放大器是把压力传感器的微小信号进行放大，若温度传感器的信号也需要放大的也经过放大后送给测控仪进行运算处理。在图6，图7，图8中，放大器18与测控仪21电气连接，放大器18与探水探头及温度传感器组件17电气连接，放大器可选用集成运放，如OP07等。
测控仪部分：
在图6，图7，图8中，测控仪21与放大器18电气连接，测控仪21中的微型计算机22与水量数字显示器23电气连接，微型计算机22与水温数字显示器24电气连接。测控仪来完成信号的采集，运算，显示，控制外设等功能。微型计算机可选用51系列，PIC系列，AVR系列等单片机。
对于成品太阳能热水器最好使用图6的方案，图6是本发明第一种实施例示意图，在图中，把探水探头及温度传感器组件17插入水箱16中及水箱内胆25中，探水探头及温度传感器组件17与放大器18电气连接，压力传感器20放置于支架19的下端作为垫脚，压力传感器20与放大器18电气连接，放大器18与测控仪21电气连接，测控仪中的微型计算机22与水量数字显示器23电连接，测控仪中的微型计算机22与温度数字显示器24电连接。
对于太阳能热水器生产厂家最好使用图7，图8，图9的方案，图7是本发明第二种实施例示意图，在图中，电极4及电极5与橡塑隔离带3及橡塑件2构成探水探头，放置在水箱16及水箱内胆25内的上端，温度传感器7放置于水箱内胆25的外壁上，压力传感器20串接于支架19中，其余同图6。
在图8中，是本发明第三种实施例示意图，在图中，压力传感器20放置于水箱16与支架19之间，其余同图7。
在图9中，是本发明第四种实施例示意图，在图中由压阻式硅芯片28，腔体26，及充油层27构成压阻式压力传感器，腔体26的底面与水箱16紧密接触，腔体26的上面托起保温层29及水箱内胆25。其余同图6。
最好的实施方式是：
电极3及电极4可用不锈钢或硅导电橡胶制作。
应变片13及应变片14可分别贴在弹性体10的两面，或贴在弹性体10的同一面，也可贴在弹性体10的侧面。
当压力传感器20放置于水箱16与支架19之间，或串接于支架19中：上承压件9及下承压件11，可根据太阳能热水器的具体结构来设计形状及安排固定孔。
当把压阻式压力传感器，放置于水箱16与水箱内胆25之间，或放置于水箱16与支架19之间时：腔体26靠水箱内胆25或水箱16的一面制作成弧形状，使之与水箱内胆25或水箱16紧贴在一起。
当把压阻式压力传感器，放置于水箱16与水箱内胆25之间时，可以把压阻式压力传感器腔体26的上面与水箱内胆25紧密接触，压阻式压力传感器腔体26的下面与保温层29紧密接触。
可以在所有的水箱与支架连接点之间放置一个压力传感器，或在所有支架的底部放置一个压力传感器作为垫脚，来提高测量灵敏度，此是，低值可以高值为基准来自动校正低值，计算公式为：
新低值＝原低值+(新高值-原高值)
通过计算后，把新低值存入存贮器作为低值。
如果探水探头使用测距式微波探头，当距离测量值等于探水探头至水箱底的距离时，把此时的压力传感器的AD转换值，存入存贮器作为低值。
图3中的橡塑封套12可以不用，图4中可参考图3加上橡塑封套。
在图7，图8中温度传感器7可增加缓冲层，及制作一个固定夹，便于把温度传感器固定在水箱内胆外壁上，在图9中，也可以采用同样的方法把温度传感器改为贴在水箱内胆外壁上来测量水温。
放大器与测控仪的电气连接可以使用无线电方式传输，放大器的电源可以有太阳能电池提供。