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時(shí)道科技成功研發(fā)
3Z太陽能熱水器傳感系統(tǒng)
一、前言
太陽能“儀表”這個(gè)名字是一個(gè)約定俗成的產(chǎn)品名稱，也就是俗稱。其中主要部件的主機(jī)叫：表頭；傳感器，同樣也有一個(gè)俗稱：叫探頭，從一定程度上也形象的反映了該產(chǎn)品的功能。近年來，通過行業(yè)同仁的努力和相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)及國(guó)家有關(guān)部門的支持和參與，國(guó)家級(jí)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 23888—2009》已于2009年6月1日發(fā)布并于2010年1月1日實(shí)施，正名為《家用太陽能熱水系統(tǒng)控制器》。產(chǎn)品問世至今已有十余歷史，從簡(jiǎn)單的上水控制到如今集成智能化控制，對(duì)太陽能熱水器的推廣和使用起到了積極的推動(dòng)作用。
但未盡人意的是，目前市場(chǎng)上產(chǎn)品普遍存在著低質(zhì)、同質(zhì)、低價(jià)、粗制爛糙、操作復(fù)雜、安全隱患大等突出問題，困擾著行業(yè)的發(fā)展。特別是傳感器的質(zhì)量和性能尚未在技術(shù)上有突破性的改進(jìn)，耐高溫、耐腐蝕、密封性、結(jié)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(huán)境較差，我們國(guó)家地大物博，特別是有些農(nóng)村地區(qū)水質(zhì)很差，消息者對(duì)太陽能熱水器的安裝、使用和維護(hù)缺少常識(shí)性知識(shí)。
傳感器作為太陽能熱水器電子控制系統(tǒng)中的感覺器官，采集來自儲(chǔ)水箱里的水溫、水位數(shù)據(jù)。然而，行業(yè)中不規(guī)范操作，一味追求低質(zhì)低價(jià)等等因素，導(dǎo)致產(chǎn)品很難保證長(zhǎng)期可靠、穩(wěn)定、有效地運(yùn)行。一個(gè)制造成本在10來元錢的產(chǎn)品，同時(shí)要滿足幾大技術(shù)指標(biāo)，實(shí)在是為難了全行業(yè)的各位同仁。十多來，行業(yè)中雖然制作了諸如“3G傳感器、會(huì)看天氣的傳感器、熱納傳感器、防結(jié)垢?jìng)鞲衅?rdquo;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(gè)美好的愿望罷了，未能解決實(shí)質(zhì)性的問題，實(shí)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(zhì)和使用壽命問題已成為影響太陽能行業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。對(duì)此我們認(rèn)為，唯有技術(shù)創(chuàng)新——在硬件制造上采用進(jìn)口材質(zhì)和特殊工藝，在軟件上真正達(dá)到智能自動(dòng)，才能起到事半功倍的效果，制造出符合市場(chǎng)需求的理想產(chǎn)品。
二、傳感器的技術(shù)指標(biāo)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(dǎo)率來檢測(cè)水位，一般是以不銹鋼金屬，或?qū)щ姽柘鹉z作為導(dǎo)電體。它長(zhǎng)期工作在熱水器水箱之中，水箱溫度可能長(zhǎng)時(shí)間在100℃左右，空曬狀態(tài)下能達(dá)到130℃，甚至180℃的高溫；而有些地區(qū)的水質(zhì)是呈弱酸性或弱堿性，對(duì)傳感器還有腐蝕作用。又因?yàn)樾盘?hào)線的呼吸毛細(xì)現(xiàn)象，使得信號(hào)線被水汽腐蝕，電阻增大甚至腐蝕斷信號(hào)線，直接導(dǎo)致控制部件失靈。這就對(duì)傳感器帶來了耐高溫、耐腐蝕和密封性的問題。傳統(tǒng)傳感器的材料和工藝在這方面一直存在缺陷，在長(zhǎng)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(shí)道科技采用了SUS316L優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料和進(jìn)口抗高溫聚丙烯材料，結(jié)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(jī)鹽或礦物質(zhì)，在60度以上的高溫狀態(tài)下它們之間的分子勢(shì)能會(huì)增大，就是說分子間距增大，當(dāng)分子間距大到一定程度的時(shí)候，Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等離子就會(huì)附著在金屬的表面，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)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(dòng)結(jié)垢）。而任何金屬材料都無法逃脫被動(dòng)結(jié)垢的惡運(yùn)，只是不同材料結(jié)垢的輕重程度和時(shí)間長(zhǎng)短有所不同。如應(yīng)用航天材料鈦合金比不銹鋼能延長(zhǎng)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(dòng)吸附了負(fù)離子雜質(zhì)，負(fù)極大量主動(dòng)吸附了正離子雜質(zhì)，使傳感器主動(dòng)結(jié)垢，加快水垢的形成（主動(dòng)結(jié)垢），最終使傳感器電路部分感受不到準(zhǔn)確的水溫和水位，電路部分再轉(zhuǎn)變成錯(cuò)誤的電信號(hào)輸出，即傳感器失靈。
市場(chǎng)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(gè)進(jìn)步，但在水沸騰時(shí)接口處在高壓氣流作用下振動(dòng)頻率極高，極易造成硅膠體和導(dǎo)電橡膠體粘合連結(jié)部位的損傷或開裂，另外，儲(chǔ)水箱內(nèi)的高低溫轉(zhuǎn)換也會(huì)使硅膠體產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，也很容易造成傳感器的變形，彎曲或開裂。
時(shí)道科技采用的七芯硅膠傳感器和進(jìn)口IC芯片加上專業(yè)研發(fā)的軟件控制系統(tǒng)，徹底改變了傳統(tǒng)儀表的工作原理和工作模式。
3.水電導(dǎo)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(hào)的采集主要是利用溶解于水中Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等無機(jī)鹽或礦物質(zhì)的導(dǎo)電作用。不同區(qū)域水中的電導(dǎo)率變化很大，我國(guó)幅員遼闊幾乎不可能取得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)范圍值。我們經(jīng)常飲用的桶裝純凈水電導(dǎo)率在200PPM左右，一般自來水電導(dǎo)率在800PPM左右，蒸餾水電導(dǎo)率在3PPM左右，而我們采集到某山區(qū)用水電導(dǎo)率只有8PPM。為了解決這個(gè)問題有的控制器上增加一個(gè)微調(diào)開關(guān)，往往為了得到一個(gè)真實(shí)的信號(hào)，需要調(diào)試，無疑給安裝工作增添了麻煩。若水質(zhì)中電導(dǎo)率極低時(shí)，很有可能在99%高水位處檢測(cè)不到準(zhǔn)確信號(hào)，無法控制上水功能，導(dǎo)致太陽能熱水器水箱溢流。
從上面“結(jié)水垢的問題”和“水中電導(dǎo)率不一致的問題”，我們看到了一個(gè)“要命”的問題，也就是，水中Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等無機(jī)鹽或礦物質(zhì)越多電導(dǎo)率越大，水位靈敏度也就越容易控制；但結(jié)水垢的因素也大大增加了，這是一對(duì)無法避免的矛盾！
4.抗干擾問題：
高壓線、低壓線、信號(hào)塔等電磁干擾源對(duì)傳感器的信號(hào)傳輸帶來很大的影響，以前大多使用電子模擬信號(hào)，雖然有濾波電路的保護(hù)，但還是不能達(dá)到理想。突破這一難題，必須采用數(shù)字信號(hào)傳輸，有抗干擾性強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
5.防雷擊：
遇有雷擊時(shí)，屋頂上的太陽能熱水器正好變成了一個(gè)受電裝置，而傳感器和信號(hào)線就好比是一根天線，把雷電引入到儀表主機(jī)。雷擊使傳感器采集電路失效，甚至主機(jī)故障的現(xiàn)象，也是傳統(tǒng)產(chǎn)品一大弊病。強(qiáng)雷電擊毀儀表和傳感器的現(xiàn)象比比皆是，有些產(chǎn)品雖有防雷電裝置（三重防雷、四重防雷），但也無法抗拒強(qiáng)大的雷電。
因此，使太陽能熱水系統(tǒng)真正具有防雷功能，首先是要在太陽能熱水器整機(jī)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(shí)道科技應(yīng)用的“智能避雷技術(shù)”，是在遇有“感應(yīng)雷”時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，加上四重防雷裝置，有效避免了雷擊對(duì)產(chǎn)品造成的影響。
三、時(shí)道3Z傳感系統(tǒng)說明
時(shí)道科技對(duì)市場(chǎng)上各種太陽能儀表和傳感器進(jìn)行了深入剖析和研究，借助于地處太陽能生產(chǎn)基地的優(yōu)勢(shì)，采集大量的實(shí)際使用數(shù)據(jù)和市場(chǎng)信息，進(jìn)行了上百次實(shí)驗(yàn)和破壞性測(cè)試，終于成功研發(fā)了一系列的太陽能傳感系統(tǒng)，當(dāng)上滿水（即水位99%）時(shí)，系統(tǒng)“自動(dòng)檢測(cè)傳感器工作狀態(tài)”、“自動(dòng)糾正結(jié)垢后錯(cuò)誤數(shù)據(jù)”、“自動(dòng)適應(yīng)各類水質(zhì)”，故取名為 3Z（三自)傳感系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明即使是結(jié)滿水垢幾近報(bào)廢的傳感器，也能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，大幅度提高了傳感器的使用壽命和適應(yīng)能力。其創(chuàng)新特點(diǎn)有：
1、采用智能IC和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)檢測(cè)”、“自動(dòng)糾錯(cuò)”、“自動(dòng)適應(yīng)”。工作原理如下：
A、自動(dòng)檢測(cè)傳感器工作狀態(tài)
上水完成一個(gè)從0%水位上水至100%水位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)傳感器工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)其工作狀況自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行模式。
B、自動(dòng)糾正結(jié)垢后錯(cuò)誤數(shù)據(jù)
當(dāng)傳感器結(jié)垢到一定程度時(shí)，采集數(shù)據(jù)會(huì)有失真現(xiàn)象，導(dǎo)致控制系統(tǒng)錯(cuò)誤工作，造成溢流等事故。3Z傳感系統(tǒng)能自動(dòng)糾正傳感器結(jié)垢后的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，使其恢復(fù)正常工作。
C、自動(dòng)適應(yīng)各類水質(zhì)
本系統(tǒng)開機(jī)時(shí)進(jìn)入出廠默認(rèn)模式。如水質(zhì)與出廠默認(rèn)模式近似，即以系統(tǒng)以默認(rèn)模式運(yùn)行。如水質(zhì)與默認(rèn)模式不合時(shí)，系統(tǒng)在上水完成一個(gè)從0%水位上水至100%水位時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)水質(zhì)，并自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的模式運(yùn)行。
2、采用軟件系統(tǒng)控制傳感器電極“正反方向工作”，有效避免傳感器主動(dòng)結(jié)垢。
3、采用軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“瞬間采樣”工作模式，傳感器工作時(shí)間只有傳統(tǒng)產(chǎn)品的1/10，大大延長(zhǎng)了傳感器壽命。
4、傳感器信號(hào)傳輸采用數(shù)字通訊電路，確保信號(hào)精準(zhǔn)傳輸
5、溫度采集采用國(guó)際品牌的NTC電阻
6、采用了SUS316L優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料和進(jìn)口抗高溫聚丙烯材料
7、水位電極與信號(hào)線高壓點(diǎn)焊連接，特殊封裝工藝一次成形
8、采用雙公共電極設(shè)計(jì)，有效防止溢流
四、海寧時(shí)道物聯(lián)智能有限公司
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