趙雪森 孫強(qiáng) 王偉 王錦超

（海爾熱水器開發(fā)部 山東青島 266101）

1 引言

當(dāng)今社會(huì)，家電已經(jīng)成為每個(gè)家庭必不可少的組成部分，各個(gè)類別的家電產(chǎn)品給人們生活帶來方便的同時(shí)也提升了生活質(zhì)量。隨著高新技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，“智能家居”的概念越來越多的的被提及，而一些企業(yè)已經(jīng)將智能家電的產(chǎn)品從概念變成了現(xiàn)實(shí)。隨著技術(shù)的更新和人們生活水平的不斷提高，絕大多數(shù)的家庭用戶已經(jīng)告別了“燒水洗澡”的時(shí)代，而熱水器成為消費(fèi)者的首選。近年來，熱水器市場高速增長，城鎮(zhèn)市場以電熱水器和燃?xì)鉄崴鳛橹鳌ｋ姛崴髟谖覈鸩皆?，目前城市市場中保有量大，但很大部分已?jīng)瀕臨或超過使用年限，管路、電路均有老化的安全隱患，急需更新?lián)Q代。近幾年電熱水器自城市市場逐漸擴(kuò)大到農(nóng)村市場，其方便和易用性成為最大優(yōu)勢。這些都將為電熱水器的發(fā)展帶來廣闊前景。

超過安全使用年限，相關(guān)的部件銹蝕、老化、失去效力，安裝時(shí)水壓不符導(dǎo)致內(nèi)膽承壓過大，長時(shí)間不使用沒有放水排空內(nèi)膽。以上都會(huì)減少內(nèi)膽的使用壽命，導(dǎo)致或加快內(nèi)膽漏水，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)積水損壞房屋及室內(nèi)設(shè)施，甚至導(dǎo)致電路短路引起火災(zāi)，引發(fā)安全隱患。因此，利用裝配結(jié)構(gòu)和軟件控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)由于進(jìn)出水管與熱水器內(nèi)膽的焊接不良，或內(nèi)膽的圓柱部分與兩端的弧形過渡部分焊接不良造成的漏水的檢測和及時(shí)切斷供水水源已迫在眉睫。

2 內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)裝配結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2.1 裝配結(jié)構(gòu)模塊圖

如圖1所示，將內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)按裝配結(jié)構(gòu)劃分為以下部分：右封頭、內(nèi)膽中桶、左封頭、排污口、出水管、進(jìn)水管、加熱管、導(dǎo)水槽、NTC(溫度傳感器)、電磁閥、控制器。

2.2 各部分功能介紹

（1）右封頭、內(nèi)膽中桶、左封頭、排污口、出水管、進(jìn)水管、加熱管組成內(nèi)膽主體。右封頭、內(nèi)膽中桶、左封頭、排污口、出水管、進(jìn)水管各部分之間通過焊接連接。加熱管通過螺栓壓緊在右封頭開口法蘭處。

（2）安裝于內(nèi)膽主體底部的V型導(dǎo)水槽可將內(nèi)膽漏出的水匯集到一起。

（3）導(dǎo)水槽內(nèi)底部設(shè)置有一個(gè)NTC，NTC和位于控制器上的檢測電路可以檢測是否漏水。

（4）電磁閥執(zhí)行控制器發(fā)出的指令，負(fù)責(zé)進(jìn)水管水路的通斷。

圖1 裝配結(jié)構(gòu)模塊圖

圖3 優(yōu)選參數(shù)實(shí)測數(shù)值

圖2 檢測電路

圖4 裝配結(jié)構(gòu)模塊圖(軟件控制優(yōu)化方案)

2.3 內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)工作原理

如圖2，通過調(diào)整溫度傳感器的檢測電路參數(shù)（可以增加電源或者減小限流電阻），使溫度傳感器上的電流較多，溫度傳感器自身發(fā)熱。根據(jù)溫度傳感器所處的介質(zhì)環(huán)境不同，熱量耗散速度不同，來判斷其是處于空氣中還是水中，從而知道是否漏水。

3 內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)軟件控制方案設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)軟件控制基礎(chǔ)方案

NTC是負(fù)溫度系數(shù)的傳感器，電阻R，電源U。電源電壓值優(yōu)選5V，電阻值優(yōu)選141歐姆。NTC上流過的電流會(huì)使其本身溫度升高，在不同的環(huán)境中熱耗散速度不同，空氣中會(huì)比較慢，水中會(huì)比較快。所以可以從NTC的阻值上判斷其所處的環(huán)境。圖3是按照優(yōu)選參數(shù)實(shí)測的數(shù)值。可以看出：在0～45度的條件下，如果NTC阻值在100～200歐姆之間，即處于靜止空氣中；如果NTC阻值在200～500歐姆之間，其處于靜止水中。

3.2 內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)軟件控制優(yōu)化方案

從圖3同時(shí)可以看出此方案的缺點(diǎn)：溫度在45度以后兩條曲線會(huì)逐漸重合，即無法區(qū)分是在水中還是空氣中。要解決此問題有兩個(gè)辦法：（1）修改NTC的參數(shù)，使之在熱水器合理的工作范圍內(nèi)（75度）不出現(xiàn)重合；（2）再增加一個(gè)NTC2，用來測量NTC1所處的環(huán)境溫度。所以上述方案可以優(yōu)化成方案二，如圖4所示。

如圖4，NTC2靠近NTC1，優(yōu)選的位置是同一高度的臨近位置。NTC2的限流電阻比NTC1要大很多，使其電流產(chǎn)生的熱量很少（忽略不計(jì)），那么NTC2檢測到的溫度即為真實(shí)的溫度。有了真實(shí)的溫度作為基準(zhǔn)，我們很容易就能從圖3的曲線中得出NTC1所處的環(huán)境是在水中還是空氣中。

4 內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)裝配結(jié)構(gòu)和軟件控制優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖4所示的方案，可以很可靠地判斷內(nèi)膽是否漏水，可以通過控制器對(duì)電磁閥的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)水管路切斷水源，實(shí)時(shí)避免由于內(nèi)膽漏水給用戶帶來的損失。

但對(duì)于制造商來說，封頭與內(nèi)膽中桶的焊接處、排污口與內(nèi)膽中桶的焊接處、進(jìn)出水管與內(nèi)膽中桶的焊接處這些最薄弱最易發(fā)生漏水的環(huán)節(jié)，到底是哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生的漏水故障，從熱水器外部是無法判斷的，這樣對(duì)制造水平的加強(qiáng)提高就無從談起了。

如圖5所示，可以把圖4所示方案進(jìn)一步優(yōu)化，以上提到的5個(gè)最易發(fā)生漏水的環(huán)節(jié)都設(shè)計(jì)成一個(gè)圖4所示方案，即每一易發(fā)生漏水的環(huán)節(jié)都有一套單獨(dú)的檢測電路，每一套檢測電路檢測到漏水時(shí)都可通過控制器控制電磁閥切斷進(jìn)水管路的水源。同時(shí)增設(shè)與控制器相連的顯示器，用來顯示檢測到的漏水環(huán)節(jié)的位置，如圖5所示。這樣經(jīng)過售后統(tǒng)計(jì)，就可以發(fā)現(xiàn)哪個(gè)環(huán)節(jié)漏水的概率最高，制造商可以有目的地控制生產(chǎn)工藝，提高質(zhì)量水平。在熱水器的應(yīng)用，在熱水器增設(shè)內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)，特別是各地水質(zhì)不同對(duì)內(nèi)膽的腐蝕速度不同，對(duì)熱水器的使用習(xí)慣是否合理，制造商質(zhì)量水平是否穩(wěn)定，這種檢測系統(tǒng)的設(shè)置更為必要。當(dāng)內(nèi)膽一旦出現(xiàn)漏水問題，內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)能可靠的監(jiān)測到，控制器會(huì)立即關(guān)閉電磁閥切斷自來水管路水源，封閉式熱水器也就無水可漏，保護(hù)消費(fèi)者免遭財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)把這種內(nèi)膽漏水位置通過顯示器反映給制造商售后或質(zhì)量人員，信息反饋給廠家進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以有針對(duì)性地進(jìn)行工藝、材料、設(shè)計(jì)的改進(jìn)，能夠推動(dòng)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量水平的提升。本論文對(duì)于多種原因?qū)е碌臒崴鲀?nèi)膽漏水提供了十分簡捷、低成本的解決方案。

5 結(jié)論

隨著城鎮(zhèn)化程度的深化，城市電熱水器的更新?lián)Q代和農(nóng)村市場的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)舒適安全使用熱水的需求不斷增加，由于制造材料在一定范圍的不穩(wěn)定性、制造工藝水平的良莠不齊等因素導(dǎo)致的內(nèi)膽質(zhì)量不同，解決由此帶來的內(nèi)膽漏水致使消費(fèi)者遭受財(cái)產(chǎn)損失已經(jīng)迫在眉睫。生產(chǎn)企業(yè)在優(yōu)化材料、提升自身質(zhì)量水平的同時(shí)，增設(shè)內(nèi)膽漏水檢測系統(tǒng)來監(jiān)測熱水器的安全用水變得尤為重要。

因此，通過結(jié)構(gòu)裝配和軟件控制優(yōu)化設(shè)計(jì)

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