太阳能热水器水位传感器

对于太阳能热水器，控制系统是十分重要的，在我们所遇到的太阳能热水器故障中，90%以上是由于控制系统的故障引起的，其中由于水位水温传感器引起的故障率又占50%，所以深入地了解控制系统的作用，了解控制部件的原理，是掌握太阳能热水器安装和维修所必须的。说实在话，太阳能控制器目前完全过关的可以说没有，为此，笔者只能根据自己在长期实践中认为比较好的西子牌自尊太阳能控制仪为基本元件来解说这一章的内容。当然，市面上还有许多太阳能控制仪，质量也可能不错，无法一一介绍。可以负责地说，你只要掌握了本书介绍的控制仪和系统，已经可以解决绝大部分太阳能的问题了。

第一节水位水温传感器

目前探测水位的方法很多，但最常用的是导电式方法和浮子式方法，这两种方法也是太阳能热水器中使用面最广的探测方法，所以本书将专门介绍这两种探测法。（常用的太阳能的水位水温传感器如图7-1-1，图7-1-2所示）

图7-1-2浮子式传感器

图7-1-1导电式传感器

太阳能热水器的水位水温传感器是太阳能的眼睛，它将太阳能大部分的信息传给控制仪，控制仪通过对这些信息的处理来管理太阳能热水器，同时将热水器的运行情况告诉用户，让用户合理正确的利用太阳能。传感器是太阳能热水器的重要部件，也是故障经常发生的地方，在太阳能普及的初期，太阳能90%以上的故障来自传感器。随着人们不断总结、改进，太阳能传感器的质量不断提高，传感期的寿命也逐步达到1年以上。

一、太阳能水位的控制原理

1、导电式探测原理

导电式水位传感器的原理就是利用水的导电性来探测水面的高度，如图7-1-3，在图中

的水位情况下，0极（公共极）与1、2、3是导通的，与4是不导通的，因此控制系统就可以判断水面在3、4之间。

图7-1-3导电式探测水位原理图

实际使用中的家用太阳能导电式传感器的结构如图7-1-8。

2、浮子式探测原理

浮子式的原理就是通过不同高度的干簧管通断的情况来探测水面的高度的。干簧管是一种电子元件，当它遇到强烈的磁场时，内部的开关闭合，电流从干簧管两端流过，给出位置和温度的信号。如图7-1-4所示。

图7-1-4浮子式水位传感器原理图

实际使用的浮子详图如图7-1-9。

3、通用的控制方法

太阳能热水器经十几年的的发展，已经形成一个被国内同行普遍认可的控制模式和控制

电阻参数，这方面的控制器已经可以互用和替代，其数量已经占新安装产品的80%以上，为此本书将以介绍通用控制方法为主。不管是导电式还是浮子式，目前太阳能热水器水位控制普遍采用开关控制法，利用开关接通和断开所造成的电阻的串联（并联）产生的不同电阻值来传递水位信号，让控制器判断水位，水位一般分为4档。传感器导电的原理有水导电（利用水的导电特性）和干簧管导电两种，实际上就是四个开关的开和关的状态。原理如图7-1-5。

图7-1-5水位传感器电路原理图

解说：当水位在1格以下时，所有开关都处于开的状态，1、2端输出的电阻值R1+R2+R3+R4=60K很大，控制仪显示水位为一格20%以下。当水位到达１格时，开关K1由于水的导电作用（或者干簧管在磁铁的作用下）导通，电阻R1被短路，端口1、2的电阻值为R2+R3+R4=30K，控制仪显示水位为20%；当水位到达2格时，开关K2导通，电阻R2也被短接，端口1、2的电阻值为R3+R4=20K，控制仪显示水位为50%；当水位到达3格时，开关K3导通，电阻R3也被短接，端口1、2的电阻值为R4=10K，控制仪显示水位为80%；当水位到达4格时，开关K4导通，电阻R4也被短接，端口1、2的电阻值接近为0。控制仪显示水位已满。水位低于1格时，控制仪输出12V的电压，启动电磁阀等打开进水，水位高于4格时，控制仪关闭电磁阀等停止进水。

二、温度控制原理

1、温度传感器采用热敏电阻，目前统一的标准是Rt=10KΩ的NTC（负温度系数）电阻，B值在3800左右，精度在3%左右即可。温度传感探头一般是和水位传感器装在一起，一般放在水位传感器的中间部位，它表示太阳能水箱中间部分的温度。也有一些温度传感器是单独做成单一配件的，比如部分浮子式传感器。图7-1-6是温度传感器的温度曲线。图7-1-7是一种常用的温度传感器的外形。

图7-1-6温度传感器图7-1-710KΩ热敏电阻的温度曲线

三、太阳能热水器常用的水位水温传感器

要正确使用和灵活安装太阳能热水器，就必须充分了解太阳能热水器传感器的原理和结构。

1、导电式水位水温传感器（探头）：在传感器中间还带有温度探头，目前50%以上的太阳能热水器的传感器是采用导电式传感器，优点是成本低，安装简便；最大的缺点是受水的质量影响大，易结垢，水质好的地方可以用一年以上，最好的使用5年都见过；差的只有几十天，最短的只有两个星期。一般情况下，寿命在一年左右。虽然导电式传感器有致命的缺点，但由于成本低、安装简便，目前还是使用最广泛的太阳能的水位温度器件。其结构如图7-1-8。

图7-1-8导电式水位水温传感器结构图

传感器的探头是由热缩套管和不锈钢管做成的，里面安装由4个电阻和一个热敏电阻Rt组成的电子电路（实际为等效电路），其水位原理如图7-1-5，温度原理如图7-1-7，安装方法见第四章的图4-1-8。

2、浮子式水位控制传感器（探头）：这种传感器的水位和温度是分开的。安装如第四章图４-1-9，有一个浮子和四个浮子之分，一般采用4个浮子的为多，浮子式方案中，采用浮子和温度探头分开的安装方式，这样各自在不同的位置进行探测，比较准确，浮子又与水箱分离，利用同水位原理探测水位，传感器的环境温度比太阳能水箱内的温度低，这样延长了传感器的寿命。这种传感器一般做成可以拆卸的，如果浮子脏了，或是结垢了，可以拆下来清洗，还可以反复使用，这样可以达到在太阳能有效的生命期内不用更换水位传感器的目的。温度探头另外安装，可以安装在热水出水口附近，温度显示比较准确。根据实践得出的结论，温度传感器的故障率很小，一般在5%以下，寿命在10年以上。浮子式方案的缺点是成本比较高，安装比较复杂。所以目前用的不多。但随着人们对太阳能热水器可靠性的要求提高，浮子式的使用量可能会增加。

浮子式传感器的电子线路原理图同导电式的原理图7-1-5，结构图如图7-1-9。

图7-1-9浮子式水位传感器和温度传感器

传感器上有4个浮子，带有磁铁的浮子浮在水面上，当水位上升时浮子跟着上升，当它浮到干簧管附近时，被浮子上挡圈挡住，传感器内部相应干簧管导通，送出水位信号给控制系统，告知水面的位置。实际中家用太阳能浮子式传感器的浮子是4个的，主要考虑的是实际使用中断电时的状况和浮子浮动范围不能太大。传感器内部的电子原理与导电式一样，不再赘述。温度探头就是一个热敏电阻Rt，安装在一边封死的探头体内，温度传感器的故障率很低，一般不超过2%，只要探头体不漏水，寿命可达10年以上。

3、硅胶导电式水位传感器（探头）：硅胶水位传感器是利用硅胶的的导电特性制作的（如图7-1-10），它也是利用水的导电的原理来探测水位的，由于采用了硅胶作为导电体，可以有效地减缓传感器表面的结垢，延长传感器的寿命，它的电子线路原理同以上两种传感器。但部分产品阻值有所不同（如比华丽公司的产品，引线只有2根，设计更为先进，但也一定程度上限制了它使用的灵活性）。由于其成本低、安装简便，目前也是使用较多的太阳能水位温度传感器件。其缺点是无法克服水中泥土的附着，对泥沙较多的水质较容易失效。在温