时道科技成功研发3Z传感系统.doc

时道科技成功研发3Z太阳能热水器传感系统 一、前言太阳能“仪表”这个名字是一个约定俗成的产品名称，也就是俗称。其中主要部件的主机叫：表头；传感器，同样也有一个俗称：叫探头，从一定程度上也形象的反映了该产品的功能。近年来，通过行业同仁的努力和相关行业协会及国家有关部门的支持和参与，国家级的产品标准GB/T 238882009已于2009年6月1日发布并于2010年1月1日实施，正名为家用太阳能热水系统控制器。产品问世至今已有十余历史，从简单的上水控制到如今集成智能化控制，对太阳能热水器的推广和使用起到了积极的推动作用。但未尽人意的是，目前市场上产品普遍存在着低质、同质、低价、粗制烂糙、操作复杂、安全隐患大等突出问题，困扰着行业的发展。特别是传感器的质量和性能尚未在技术上有突破性的改进，耐高温、耐腐蚀、密封性、结水垢、抗干扰、防雷击、寿命短等问题没有得到根本性的解决。其中客观因素有，太阳能热水器安装在室外工作环境较差，我们国家地大物博，特别是有些农村地区水质很差，消息者对太阳能热水器的安装、使用和维护缺少常识性知识。传感器作为太阳能热水器电子控制系统中的感觉器官，采集来自储水箱里的水温、水位数据。然而，行业中不规范操作，一味追求低质低价等等因素，导致产品很难保证长期可靠、稳定、有效地运行。一个制造成本在10来元钱的产品，同时要满足几大技术指标，实在是为难了全行业的各位同仁。十多来，行业中虽然制作了诸如“3G传感器、会看天气的传感器、热纳传感器、防结垢传感器”等等，等等各种各样的传感器，大部分只是炒作概念而已，或者是一个美好的愿望罢了，未能解决实质性的问题，实际使用寿命在二年以上的传感器还是凤毛麟角。传感器的品质和使用寿命问题已成为影响太阳能行业发展的最大瓶颈。对此我们认为，唯有技术创新在硬件制造上采用进口材质和特殊工艺，在软件上真正达到智能自动，才能起到事半功倍的效果，制造出符合市场需求的理想产品。二、传感器的技术指标和工作原理1.传感器的封装工艺（耐高温、而腐蚀、密封性能）。电极式传感器是直接利用水的电导率来检测水位，一般是以不锈钢金属，或导电硅橡胶作为导电体。它长期工作在热水器水箱之中，水箱温度可能长时间在100左右，空晒状态下能达到130，甚至180的高温；而有些地区的水质是呈弱酸性或弱碱性，对传感器还有腐蚀作用。又因为信号线的呼吸毛细现象，使得信号线被水汽腐蚀，电阻增大甚至腐蚀断信号线，直接导致控制部件失灵。这就对传感器带来了耐高温、耐腐蚀和密封性的问题。传统传感器的材料和工艺在这方面一直存在缺陷，在长期的空晒、水煮、腐蚀和汽蒸过程中，不管是电子器件还是其他的传感器材料都很容易老化、损坏。 突破这一难题，必须使传感器具有耐高温、耐腐蚀和超常密封性的功能。 时道科技采用了SUS316L优质不锈钢材料和进口抗高温聚丙烯材料，结合特殊封装工艺一次成形，从硬件保证了传感器的耐高温、耐腐蚀和超常密封性。2.水垢的问题：由于水中、等无机盐或矿物质，在60度以上的高温状态下它们之间的分子势能会增大，就是说分子间距增大，当分子间距大到一定程度的时候，、等离子就会附着在金属的表面，时间长了就会形成一层水垢膜，水垢膜的分子间隙较大，所以形成水垢膜后，水垢生成速度加快（被动结垢）。而任何金属材料都无法逃脱被动结垢的恶运，只是不同材料结垢的轻重程度和时间长短有所不同。如应用航天材料钛合金比不锈钢能延长将近一倍寿命。特别是，电极又在“同性相吸、异性相斥”的作用下，正极大量主动吸附了负离子杂质，负极大量主动吸附了正离子杂质，使传感器主动结垢，加快水垢的形成（主动结垢），最终使传感器电路部分感受不到准确的水温和水位，电路部分再转变成错误的电信号输出，即传感器失灵。 市场上常见的胶棒式传感器，利用胶类表面的活性即伸缩性延缓了水垢的形成，这无疑是一个进步，但在水沸腾时接口处在高压气流作用下振动频率极高，极易造成硅胶体和导电橡胶体粘合连结部位的损伤或开裂，另外，储水箱内的高低温转换也会使硅胶体产生热胀冷缩现象，也很容易造成传感器的变形，弯曲或开裂。 时道科技采用的七芯硅胶传感器和进口IC芯片加上专业研发的软件控制系统，彻底改变了传统仪表的工作原理和工作模式。 3.水电导率的一致性问题：水的分子式为H2O，是氢氧化合物，水本身是绝缘的。电极式传感器信号的采集主要是利用溶解于水中、等无机盐或矿物质的导电作用。不同区域水中的电导率变化很大，我国幅员辽阔几乎不可能取得一个标准范围值。我们经常饮用的桶装纯净水电导率在200PPM左右，一般自来水电导率在800PPM左右，蒸馏水电导率在3PPM左右，而我们采集到某山区用水电导率只有8PPM。为了解决这个问题有的控制器上增加一个微调开关，往往为了得到一个真实的信号，需要调试，无疑给安装工作增添了麻烦。若水质中电导率极低时，很有可能在99%高水位处检测不到准确信号，无法控制上水功能，导致太阳能热水器水箱溢流。从上面“结水垢的问题”和“水中电导率不一致的问题”，我们看到了一个“要命”的问题，也就是，水中、等无机盐或矿物质越多电导率越大，水位灵敏度也就越容易控制；但结水垢的因素也大大增加了，这是一对无法避免的矛盾！4.抗干扰问题：高压线、低压线、信号塔等电磁干扰源对传感器的信号传输带来很大的影响，以前大多使用电子模拟信号，虽然有滤波电路的保护，但还是不能达到理想。突破这一难题，必须采用数字信号传输，有抗干扰性强，数据传输准确的优点。5.防雷击：遇有雷击时，屋顶上的太阳能热水器正好变成了一个受电装置，而传感器和信号线就好比是一根天线，把雷电引入到仪表主机。雷击使传感器采集电路失效，甚至主机故障的现象，也是传统产品一大弊病。强雷电击毁仪表和传感器的现象比比皆是，有些产品虽有防雷电装置（三重防雷、四重防雷），但也无法抗拒强大的雷电。因此，使太阳能热水系统真正具有防雷功能，首先是要在太阳能热水器整机上安装可靠有效的避雷装置，第二才是仪表上要有防雷击功能。时道科技应用的“智能避雷技术”，是在遇有“感应雷”时，系统自动关闭，加上四重防雷装置，有效避免了雷击对产品造成的影响。 三、时道3Z传感系统说明 时道科技对市场上各种太阳能仪表和传感器进行了深入剖析和研究，借助于地处太阳能生产基地的优势，采集大量的实际使用数据和市场信息，进行了上百次实验和破坏性测试，终于成功研发了一系列的太阳能传感系统，当上满水（即水位99%）时，系统“自动检测传感器工作状态”、“自动纠正结垢后错误数据”、“自动适应各类水质”，故取名为 3Z（三自)传感系统。实验证明即使是结满水垢几近报废的传感器，也能实现精准控制，大幅度提高了传感器的使用寿命和适应能力。其创新特点有：1、 采用智能IC和软件系统，实现了“自动检测”、“自动纠错”、“自动适应”。工作原理如下： A、自动检测传感器工作状态 上水完成一个从0%水位上水至100%水位时，系统自动对传感器工作状态进行检测，并根据其工作状况自动调整系统运行模式。 B、自动纠正结垢后错误数据 当传感器结垢到一定程度时，采集数据会有失真现象，导致控制系统错误工作，造成溢流等事故。3Z传感系统能自动纠正传感器结垢后的错误数据，使其恢复正常工作。 C、自动适应各类水质 本系统开机时进入出厂默认模式。 如水质与出厂默认模式近似，即以系统以默认模式运行。如水质与默认模式不合时，系统在上水完成一个从0%水位上水至100%水位时，自动检测水质，并自动选择对应的模式运行。2、 采用软件系统控制传感器电极“正反方向工作”，有效避免传感器主动结垢。3、 采用软件系统实现了“瞬间采样”工作模式，传感器工作时间只有传统产品的1/10，大大延长了传感器寿命。4、 传感器信号传输采用数字通讯电路，确保信号精准传输5、 温度采集采用国际品牌的NTC电阻6、 采用了SUS316L优质不锈钢材料和进口抗高温聚丙烯材料7、 水位电极与信号线高压点焊连接，特殊封装工艺一次成形8、 采用双公共电极设计，有效防止溢流四、海宁时道太阳能科技有限