毕业设计（论文）-太阳能热水器水位报警器.doc

西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院毕毕业业设设计（论计（论文）文）论文题目论文题目：太阳能热水器水位报警器所属系部：所属系部：电子工程系指导教师指导教师职职称称：学生姓名学生姓名：学学号号:专专业：业：西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书题目：题目：太阳热水器水位报警器设计任务与要求：任务与要求：任务：太阳能热水器一般都设在室外房屋的高处，热水器的水位在使用时不易观察。使用水位报警器后，则可实现水箱中缺水或水过多时自动发出报警。试用导电式水位传感器设计一个水位报警器分别能感知三个不同水位（正常水位、缺水水位、超高水位），并能在缺水水位与超高水位时发出报警信号，提醒用户注意。要求（1）将设计电路用绘图软件画出来，并制成印制电路板（虚拟）；（2）准备电路所需元件并装配水位报警器电路；（3）将三个感知电极安置于水盆的不同高度，接通水位报警器电路，在水盆中加水；（4）分别在正常水位、缺水水位、超高水位对电路的报警效果进行电路调整；（5）反复调试直到达到设计要求。时间：时间：2010年8月30日至2010年10月23日共8周所属系部：所属系部：学生姓名：学生姓名：学学号号专业：专业：指导单位或教研室：指导单位或教研室：指导教师：指导教师：职称：职称：西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制【摘要摘要】近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生活热水器的需求日益迫近。太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得广大消费者的青睐。太阳能热水器一般都设在屋外或房屋的顶处，热水器的水位在使用时不易观测。企业在不影响效益的前提下，提高产品的工艺性能，满足用户的需求。使用太阳能热水器水位报警器后，则可以实现水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警。此报警器电路在设计中要求当水位报警器接通电源时，主电路有相应的电源指示灯点亮，指示电源正常。当太阳能热水器水箱缺水，电路能发出声光报警，告知人们应向水箱送水。当水箱中的水上升到一定高度时，电路发出声光报警，应停止向水箱送水。为了适应社会日益增长的物质需求，此报警器需要更多更好的改进，以满足人们的需求。关键词关键词水位报警器；电导式传感器；太阳能AbstractRecentyearsalongwithourcountryeconomydevelopmentandlivesofpeoplelevelenhancementthepeopleusewaterheatertothelifethedemandtothedaybydayurgent.Thesolarenergywaterheaterisofgreatuseofsolarenergyindustrywithenvironmentalprotectionsafetyenergyhealthandotheradvantagesquicklywonthefavorfromthemassesofconsumers.Thesolarenergywaterheatergenerallylocatedoutsideofthetopofthehouseandthewaterheaterisinuse.Enterprisedosenotaffecttheefficiencyinthepremiseimproveproductperancesatisfythedemandofusers.Usethesolarenergywaterheaterleveralarmwhichcanrealizethetankwaterorwatertoosound-lightalarmautomaticallysend.Thealarmcircuitinthedesignrequirethatwhenthewaterlevelalarmswitchedonthemaincircuitthereisacorrespondingpowerindicatorlighttoindicatenormalpowersupply.Whenthesolarwaterheatertankwatersoundandlightalarmcircuitcanbeissuedtointhepeopleshouldbebottledwatertank.Whenthewatertankwhenthewaterrosetotheheightrequiredthecircuitissuedasoundandlightalarmshouldstopthewatertothetank.Tomeetthematerialneedsofthecommunitysgrowingneedoreimprovementsforthisalarmsystemtomeetpeoplesneeds.KeywordsWaterLevelAlarmConductivityTypeSensorSolarEnergy目目录录前言前言.11绪论绪论.31.1课题背景.31.1.1研究背景.31.1.2研究的目的及意义.31.2国内外的研究与发展.41.2.1太阳能热水器的现状.41.2.2太阳能热水器的发展.42电路器件的介绍电路器件的介绍.62.1变压器的介绍.62.1.1变压器的原理及选择.62.1.2干式变压器的性能特点.62.2稳压电源的原理与选用.62.2.1稳压电源的原理.62.2.2稳压电源的选用.72.3整流电路的介绍.72.3.1整流电路.72.3.2整流电路的选用.82.4稳压管.92.4.1稳压管的定义.92.4.2稳压管的工作原理.92.5发光二极管.102.5.1发光二极管的定义及分类.102.5.2发光二极管的原理.102.6电导传感器.112.6.1电导电极.112.6.2电导率仪.122.6.3电导传感器的工作原理.122.7电解电容.122.7.1电解电容的概念.122.7.2电解电容的原理.132.7.3电解电容在电路中的作用.132.7.4电解电容的使用注意事项.132.8蜂鸣器.142.8.1蜂鸣器的基本概念.142.8.2蜂鸣器的结构原理.143主电路的设计及原理主电路的设计及原理.153.1太阳能热水器的水位报警器主电路设计.153.2太阳能热水器的水位报警器主电路工作原理.153.2.1工作电源指示.153.2.2工作原理.16结束语结束语.17参考文献参考文献.18太阳能热水器水位报警器1前言前言传感器技术在当代科技领域中有十分重要的地位，随着”信息时代”的到来国内外已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。特别的，信息科学、材料科学和生命科学是21世纪人类探索、改造自然三大支柱科学，它们无不与传感器发展息息相关。传感器作为测控系统中对象信息的入口，信号的检测与处理是组成先进的自动化测试系统和过程控制系统必不可少的技术手段。国家GB7665-87对传感器的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成电信号或其他所需要的信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器理来监视和控制生产过程中各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到厘米的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演变，短到秒的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类器官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不行的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些心机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域的突破。一些传感器的发展往往是一些边缘学科开发的先驱。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是太阳能热水器水位报警器2十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其地位相等的新水平。太阳能热水器水位报警器31绪论绪论1.11.1课题背景课题背景1.1.11.1.1研究背景研究背景近年来，随着我国经济的发展和人们经济水平的提高，人们对生活用热水器的需求日益迫切。但以我国目前燃气和电力供应的实际条件而言，普遍使用燃气热水器和电热水器是不现实的，尤其是对于占用全国70%的广大农村来说，是更不现实的。所以我们把眼光移向绿色环保能源太阳能。它既是可再生资源，也不会污染环境。但就目前的太阳能热水器来说，存在许多问题，主要是缺乏水位检测，易造成水资源的浪费。在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。但是目前市场还有待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较大的成长空间。随着国民经济和人民生活水平的不断提高，居民对家庭室内热水的需求越来越强烈，中国太阳能热水器市场潜力巨大。1.1.21.1.2研究的目的及意义研究的目的及意义研究的目的：传感器技术、数字电子技术与自动控制技术在生产过程、科学研究、现实生活应用、医疗卫生、环保事业及其他各个领域的应用十分广泛。传感器技术、控制逻辑电路的设计及门电路芯片的选择是感应自动控制设计的重要环节，系统设计应满足环保、实用及课题要求的总体技术方案。这种专用感应控制装置的设计可以提升专业知识的运用能力，促进科技向生活的转化及环保事业的发展，对提高生活质量有重要作用。数字逻辑电路控制器使近十几年来发展起来的一种新型控制电路，具有功能齐全、控制简单、抗干扰能力强，价格便宜、重量轻、耗电省等优点。研究的意义：太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐，中国，是一个能源消耗大国，每年全国能耗约占全世界能耗总量的13，而全国总能耗中，太阳能热水器水位报警器4有13是来自建筑能耗。“向屋顶要能源”，太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使用的节能设备尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用。由于太阳能热水器的注水箱大多安装在房顶上，是否缺水不易观察，如果使用自动水位控制装置来控制水泵的工作，就能够很好的解决这个问题，给广大的用户带来方便。1.21.2国内外的研究与发展国内外的研究与发展1.2.11.2.1太阳能热水器的现状太阳能热水器的现状在太阳能热利用方面，目前应用最广泛、技术最成熟的是太阳能热水器，主要用于提供生活洗浴热水，为提高中小城市及农村居民的生活质量发挥了重要作用。国家发改委能源所在最近的一份研究报告中指出：到2008年底，我国太阳能热水器总集热面积运行保有量约1.35亿平方米，年生产能力超过2500万平方米，目前太阳能热水器使用量和年产量均占到了世界总量的一半以上。太阳能热水器产业的发展已经走在世界的前列。根据行业估算，我国约有上千家太阳热水器生产和组装企业。目前，太阳能热水器已基本实现了商业化，形成原材料加工、产品开发制造、工程设计和营销服务的产业体系，同时带动了玻璃、金属、保温材料和真空设备等相关行业的发展，成为一个产业规模迅速扩大的新兴产业，尤其是我国自主创新的真空管热管技术，技术水平居于世界领先地位，真空管热水器在我国得到广泛应用，年产量超过1600万平方米，占世界真空管热水器市场的90%以上。同时真空管热水器以其优良的性能，低廉的价格，出口亚洲、欧洲、非洲等几十个国家。1.2.21.2.2太阳能热水器的发展太阳能热水器的发展在全球能源形势日益紧张，因石油、煤类过度使用而造成的全球气候变暖，严重威胁社会经济发展和人民生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展。太阳能具有清洁、方便、经济、安全、环保，取之不尽、用之不竭等优势，成为今后能源关注的重点为。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的转换技术利用无疑是最成熟的，其产业化进程也较光伏电池，太阳能发电等产业领先一步。太阳能热水器水位报警器5目前我国太阳能热水器市场年增长率30%以上，自1998年起，中国就成为太阳能热水器第一大消费市场，现已经发展成为一个重要产业。目前中国城市家庭中，使用燃气热水器的家族占57.4%，使用电热水器的占31.3%，使用太阳能热水器的占7.6%，太阳能热水器所占市场份额还很小，相对城市来说，农村太阳能市场才刚刚起步，目前存在95%以上的市场空白，农村由于电力及液化气供应方面问题，使用燃气、电热水器不方便，太阳能热水器在农村存在巨大的市场空间，特别是我国加强社会主义新农村建设，农民收入的增加和生活条件的改善带来农村生活习惯及生活方式的改变，使太阳能热水器成了农村新的时尚、新的消费。太阳能热水器水位报警器62电路器件的介绍电路器件的介绍2.12.1变压器的介绍变压器的介绍2.1.12.1.1变压器的原理及选择变压器的原理及选择变压器是利用电磁感应工作的，变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。这两个绕组具有不同的匝数且互相绝缘，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系。其中，接于电源侧的绕组称为一次绕组；用于接负载的绕组称为二次绕组。经过分析计算查找选用MM微型干式变压器，其功率小，耗能底，性价比高，且能满足此设计系统使用要求。2.1.22.1.2干式变压器干式变压器的性能特点的性能特点1）低压绕组除小容量采用铜导线以外，一般都采用铜箔绕制的圆筒式结构；高压绕组采用分段多层圆筒式结构，使之绕组的安匝分布平衡，漏磁小，机械强度高，抗短路能力强；2）可配置低噪音的风冷装置，通过温控器对风扇的启动和关闭可以自动控制，由此可使变压器增容40%运行。2.22.2稳压电源的原理与选用稳压电源的原理与选用2.2.12.2.1稳压电源的原理稳压电源的原理直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者由变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压。后者以改变调整元件的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。从工作方式上可分为：可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输太阳能热水器水位报警器7出电压。斩波型。输入是不稳定的直流电压，以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤波后得到稳定直流电压。变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电，再经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频率，达到稳定输出直流电压的目的。2.2.22.2.2稳压电源的选用稳压电源的选用本实验的要求是一个报警电路，并且是一个声光报警电路，在主电路的左半部分是本实验的声音报警电路，此电路要求由一个稳压输出的3.6V直流电压作为电源，所以在设计电路的过程中需要设计一个稳压电路。根据要求稳压电路设计如图2-1所示：图2-1稳压电源电路图2.32.3整流电路的介绍整流电路的介绍2.3.12.3.1整流电路整流电路（1）整流电路的概念及应用整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。（2）整流电路的分类整流电路按其组成器件可分为不控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。后两种电路按其控制方式又可分为相控整流电路和斩波整流电路（见电力电子电路）。相控整流电路由于采用电网换相方式，不需要专门的换相电路，因而电路简单、工作可靠，得到广泛应用。但相控整流电路在控制用较大时，u1u2RLUoIRCUiVIZILUZR太阳能热水器水位报警器8功率因数较低，网侧电流谐波含量较大。因而在大功率调速传动中，低速运行时，采用斩控整流电路可解决功率因数变坏的问题。按电路结构可分为桥式电路和零式电路，按交流输入相数分为单相电路和多相电路，按变压器二次侧电流的方向是单相或双相，又分为单拍电路和双拍电路。2.3.22.3.2整流电路的选用整流电路的选用因在安全及系统器件等方面需要，要对交流整流。用可控硅组成的可控整流相对用普通二极管组成的不可控整流系统价格较高，二极管组成的整流系统提供的直流电已满足此设计系统要求。为提高电压电流的输出平均值采用全桥整流。其组成主要有四个普通二极管组成。（1）整流电路的电路图根据实验课题的要求，本实验的电源要求用12V直流电，所以经过变压后的12V交流电必须经过整流电路整流后才能加到实验电路上。综合各方面的因素，本实验所设计的整流电路如图2-2所示:(a)(b)图2-2整流电路的电路图太阳能热水器水位报警器9（2）整流电路的工作原理单相桥式整流电路它的作用是将交流电网电压VI变成整流电路要求的交流电压，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2-3。由图可见，通过负载RL的电流VL以及电压VL的波形都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51AG、QL62AL等，其中QL62AL的额定电流为2A，最大反向电压为25V1000V。故单相桥式整流电路常画成图2-3所示的简化形式。2.42.4稳压管稳压管2.4.12.4.1稳压管的定义稳压管的定义稳压二极管(又叫齐纳二极管)是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限太阳能热水器水位报警器10幅电路之中。稳压二极管是根据击穿电压来分档的因为这种特性稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图1稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用通过串联就可获得更多的稳定电压。2.4.22.4.2稳压管的工作原理稳压管的工作原理稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。稳压管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作用。因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。其伏安特性见稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。2.52.5发光二极管发光二极管2.5.12.5.1发光二极管的定义及分类发光二极管的定义及分类定义：发光二极管简称为LED。由镓（GA）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。分类：发光二极管可以分为普通单色二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制性发光二极管、红外发光二极管、和负组发光二极管等。2.5.22.5.2发光二极管的原理发光二极管的原理发光二极管是特殊的二极管。和普通的二极管一样，发光二极管是由半导太阳能热水器水位报警器11体芯片组成，这些半导体材料会预先通过注入或参杂等工艺以产生PN结结构，与其他二极管一样，发光二极管中电流可以轻易的从P极（阳极）流向N极（阴极），而相反方向则不能，两种不同的载流子：空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向PN结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的形式释放出能量。2.62.6电导传感器电导传感器2.6.12.6.1电导电极电导电极（1）工作原理电导电极是电导率仪的测量元件，电导电极与电导率仪配套使用测量电解质溶液的电导率或作电导的定用。电导电极也叫电导池，它以两块大小相同的铂金片为极板，平行的镶嵌在玻璃上，从铂片上引出两根导线。当电极一定时，电极片截面积和电极间距离固定不变。将电导电极插入溶液，当两级间有电位差时，溶液中的离子产生有秩序的运动，因而溶液具有导电作用。电解质溶液的导电能力用电导来表示，而电导是溶液在电导电极间的电阻的倒数，通过电导电极所测得的正是溶液的电导值。根据欧姆定律，当温度一定时，电导值与溶液电导率、电极片截面积成正比、与电极间距离成反比。G=KAL=KJ其中G为溶液电导值；K为溶液电导率，是电阻率的倒数；A为电极的截面积；2cmL为两极片间距离，cm；J为电导池常数，J=LA。1cm（2）主要性能指标如表21所示：表2-1电导电极的主要性能指标名称型号电导池常数钛合金电极0.1或0.01光亮电极DJS-0.10.1光亮电极DJS-110.2铂黑电极DJS-110.2铂黑电极DJS-10102铂黑电极26010.2太阳能热水器水位报警器12专用0.1或0.01（3）适用范围电导电极适用于各种型号的电导率仪配套测量电解质溶液的电导值。广泛应用于电厂、环保、制药及科研部门。2.6.22.6.2电导率仪电导率仪（1）工作原理电导率仪是测量电解质溶液电导率的二次仪表，电导率仪将电导池产生的电导信号转化并放大为电信号，通过表头或数码管指示出来。（2）它的分类电导池信号转变为电信号通过多种方式得到，总体分为三大类：采用交流分压原理。采用电流测量原理。采用交流电桥原理。2.6.32.6.3电导传感器的工作原理电导传感器的工作原理传感器通过电极之间的电流来测量溶液导电的能力。在溶液中，电流通过离子来传输。所以，溶液离子浓度越高导电能力就越强。电极可根据检测水位的要求进行升降调节，它实际上是一个导电性的检测电路。当水位低于检测电极时，两电极间呈绝缘状态，检测电路没有电流流过，传感器输出电压为0.假如水位上升到与两检知电极端都接触时，由于水有一定的导电性，因此测量电路中有电流流过，指示电路中的显示仪表就会发生偏转，同时在限流电阻两端有电压输出。人们通过仪表或输出电压便得知水位已达到预定的高度了。如果把输出电压和控制电路连接起来，便可对供水系统进行自动控制。2.72.7电解电容电解电容2.7.12.7.1电解电容的概念电解电容的概念电解电容是电容的一种介质有电解液涂层有极性分正负不可接错。电容(Electriccapacity)由两个金属极中间夹有绝缘材料(介质)构成。太阳能热水器水位报警器132.7.22.7.2电解电容的原理电解电容的原理电解电容器通常是由金属箔（铝钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。2.7.3电解电容在电路中的作用电解电容在电路中的作用1、滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001-0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。2、耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合。为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。2.7.4电解电容的使用注意事项电解电容的使用注意事项1、电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接。在电源电路中，输出正电压时电解电容的正极接电源输出端，负极接地，输出负电压时则负极接输出端，正极接地当电源电路中的滤波电容极性接反时，因电容的滤波作用大大降低，一方面引起电源输出电压波动，另一方面又因反向通电使此时相当于一个电阻的电解电容发热当反向电压超过某值时，电容的反向漏电电阻将变得很小，这样通电工作不久，即可使电容因过热而炸裂损坏。2、加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量，在设计稳压电源的滤波电容时，如果交流电源电压为220时变压器次级的整流电压可达22V，此时选择耐压为25V的电解电容一般可以满足要求但是，假如交流电源电压波动很大且有可能上升到太阳能热水器水位报警器14250V以上时，最好选择耐压30V以上的电解电容。3、电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸。4、对于有正负极性的信号的滤波，可采取两个电解电容同极性串联的方法，当作一个无极性的电容。2.82.8蜂鸣器蜂鸣器2.8.12.8.1蜂鸣器的基本概念蜂鸣器的基本概念（1）蜂鸣器的介绍蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。（2）蜂鸣器的分类蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。（3）蜂鸣器的电路图形符号蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。2.8.22.8.2蜂鸣器的结构原理蜂鸣器的结构原理（1）压电式蜂鸣器：压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）多谐振荡器起振输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。（2）电磁式蜂鸣器：电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。太阳能热水器水位报警器153主电路的设计及原理主电路的设计及原理3.13.1太阳能热水器的水位报警器主电路设计太阳能热水器的水位报警器主电路设计根据本实验的内容及原理，遵循了尽量简便的普遍原则来设计电路图。本实验要求：（1）当水位报警器接通电源时，主电路有相应的电源指示灯点亮，指示电源正常。（2）当太阳能热水器水箱缺水，电路能发出声光报警，告知人们应向水箱中送水。（3）当水箱中的水上升到需要的高度时，电路发出声光报警，应停止向水箱中送水。根据以上的实验要求本课题的电子电路可大致设计如图3-1所示：图3-1主电路图3.23.2太阳能热水器的水位报警器主电路工作原理太阳能热水器的水位报警器主电路工作原理3.2.13.2.1工作电源指示工作电源指示电路在工作时通入220V交流电，经过变压器变压后成为12V交流电，再经太阳能热水器水位报警器16过整流电路整流后输出12V的直流电，电路通入12V直流电后发光二极管VD5点亮，指示电源工作正常。3.2.23.2.2工作原理工作原理（1）导电式水位传感器的三个探知电极分别和VT1、VT2和VT3的基极相连。电路的电源由变压器降压，经过整流器电路整流提供。发光二极管VD5为电源指示灯。音乐集成电路9300报警。（2）当水位在电极12之间正常情况下，电极1悬空，VT1截止，高水位指示灯VD8不亮。由于电极23处在水中，由于水电阻的原因，使VT3导通，VT2截止。低水位VD9指示灯也不亮。（3）当水位下降到低于电极2时VT3截止，VT2导通。低水位指示灯VD9亮，由C3及R4组成的微分电路在VT2由截止到导通的跳变过程中产生的正向脉冲，将触发音乐集成电路IC工作，随之扬声器发出报警，告知主人缺水。（4）同理，当水位超出电极1时候，VT1导通，高水位指示灯VD8亮，C2和R4微分电路产生的正向脉冲触发音乐集成电路IC工作，发出报警声，告知主人水已注满。结论结论：当今社会，太阳能热水器已经被普遍使用，但是仍有一些不足，比如，太阳能热水器通常安装在室外或屋顶，人们通常不能准确的知道太阳能热水器里的水位，所以，应广大消费者的要求，设计了这一款太阳能热水器导电式水位报警器。这一款水位报警器基本上达到了要求，能感知缺水水位、正常水位、超高水位这三个水位，并能在缺水水位与超高水位时发出报警信号，提醒用户注意。太阳能热水器水位报警器17结束语结束语太阳能热水器的水位报警器是目前现实生活中较为实用的生活环保用品，已得到广泛关注。在提高生活质量和环保事业中充分发挥了它的作用。