中心議題:
- 電極式傳感器存在致命缺陷
- 采用電容傳感是解決傳感器技術(shù)難題的必由之路
解決方案:
- 電極式傳感器封裝工藝直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，還存在水垢等難以解決問題
- 電容傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、分辨率高、易實(shí)現(xiàn)非接觸測量等突出的優(yōu)點(diǎn)
- 電容式傳感器技術(shù)正在向智能化方向發(fā)展
- 電容傳感器存在寄生電容這一難以解決問題
傳感器作為太陽能熱水器電子控制系統(tǒng)中的感覺器官，承載系統(tǒng)的信息源，采集來自儲(chǔ)水箱里的水溫、水量等信息，在太陽能熱水器的多功化和智能化方面具有舉足輕重的地位。
然而，傳感技術(shù)在太陽能熱水器的應(yīng)用中由于受到惡劣使用環(huán)境的影響，一直很難保證長期可靠地運(yùn)行，一批批專業(yè)人士雖然制作了多種形式的傳感器，但是都沒能從根本上解決品質(zhì)問題，直到現(xiàn)在就連一年以上的使用壽命都還很難保障；傳感技術(shù)和智能控制技術(shù)的落后，已成為影響行業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。對此我們認(rèn)為，只有找準(zhǔn)問題的癥結(jié)所在，科學(xué)分析，逐一梳理，做到有的放矢，選擇合適的傳感技術(shù)，才能達(dá)到事半功倍的效果，制造出符合設(shè)計(jì)要求的理想產(chǎn)品。
目前使用的電極式傳感器有三大致命缺陷
由于太陽能熱水器是民用產(chǎn)品，考慮到電子控制系統(tǒng)的制造成本，制作簡單、價(jià)格低廉的電極式傳感器一直被生產(chǎn)廠家所普遍采用，但由于它的工作原理和采集方法都是傳感技術(shù)中最原始、最落后的部分，存在著以下三大致命的、無法克服的缺陷：
電極式傳感器是直接利用水的電阻檢測水位，這種傳感器一般以不銹金屬，或?qū)щ姽柘鹉z作為導(dǎo)電體，其封裝工藝的優(yōu)劣直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。因?yàn)椋枱崴鲀?chǔ)水箱內(nèi)的環(huán)境特征是高溫（空曬達(dá)180℃以上）、高壓（沸騰時(shí)超過一個(gè)在這樣的環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）、高潮態(tài)（濕度達(dá)到飽和），若封裝工藝不過關(guān)，其絕緣防護(hù)體有可能在短時(shí)間內(nèi)就造成脹裂滲水，導(dǎo)致內(nèi)部電路短路、檢測功能失效。因此，只有在封裝技術(shù)與工藝上有根本性的突破，才有提高產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。
假定封裝工藝解決了，還有水垢的問題。由于水中的無機(jī)鹽或礦物質(zhì)在60度以上的高溫狀態(tài)下會(huì)形成水垢，特別在電極的作用下會(huì)加快水垢的形成，在電極表面形成絕緣帶造成采集信號(hào)失真。為了解決這類問題一些廠家推出了膠棒式傳感器，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型，彎曲或開裂。
為了解決上述二個(gè)技術(shù)難題，采用這類傳感器的控制儀生產(chǎn)廠家已探索了十多年，至今也還未能找到真正行之有效的解決方法，像什么“實(shí)芯”、“膠棒”、“錘子式”等等，都曾經(jīng)聲稱已解決了傳感器的使用壽命問題，但投放市場不到一年，都紛紛證明這些只不過是廠家的概念炒作、或者是一種美好的意愿罷了！退一步說，假定上述問題已經(jīng)能夠解決，還有水電阻的一致性問題，水的成份為H2O，是氫氧化合物，水本身是絕緣的。傳感器信號(hào)的采集主要是利用溶解于水中的無機(jī)鹽或礦物質(zhì)，不同區(qū)域不同流域水的電阻值變化較大，為了解決這個(gè)問題需在控制器上增加一個(gè)微調(diào)開關(guān)，往往為了得到一個(gè)真實(shí)的信號(hào)，需反復(fù)調(diào)試，無疑給安裝工作增添了麻煩。若水質(zhì)中的導(dǎo)電質(zhì)的含量極少，還有可能調(diào)試無效。
綜上所述，這種電極式傳感器具有許多先天性的致命缺陷，是無法運(yùn)用現(xiàn)有的技術(shù)予以解決的！
采用電容傳感是解決傳感器技術(shù)難題的必由之路
電容傳感技術(shù)投入應(yīng)用已長達(dá)一個(gè)世紀(jì)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易實(shí)現(xiàn)非接觸測量等突出的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于酸類，堿類，氯化物，有機(jī)溶劑，液態(tài)CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液體位測量。目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。
電容式水位傳感器是依據(jù)電容原理而制作，以耐高溫耐腐蝕的聚四氟乙烯絕緣導(dǎo)線作為感應(yīng)體，水作為電容的介質(zhì)淹沒感應(yīng)導(dǎo)線越高，產(chǎn)生的電容量就越大，且能隨著水位升降呈線性變化，控制系統(tǒng)通過檢測電容量的大小變化來計(jì)取太陽能熱水器儲(chǔ)水箱里的水位，具有結(jié)構(gòu)合理、動(dòng)態(tài)范圍大、分辨率高（水位顯示可分成100檔甚至是1000檔），無密封防水要求、不受水質(zhì)水垢影響、無使用壽命周期等優(yōu)點(diǎn)。
但是，電容式傳感器在太陽能熱水器的實(shí)際應(yīng)用中，由于太陽能熱水器儲(chǔ)水箱的內(nèi)膽直徑通常只有30—36公分，可獲取的電容變化量往往僅有幾十個(gè)或100來個(gè)皮法的大小，屬于微弱電容的檢測，若想有較高的顯控精度，其測量值的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性顯得優(yōu)為重要。然而，電容式傳感器恰恰在這方面存在嚴(yán)重缺陷：它的工作原理是需要根據(jù)被測量程對零水位點(diǎn)和滿水位點(diǎn)的電容量進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，但在使用過程中隨著溫度、濕度、以及元器件的性能等因素的變化會(huì)產(chǎn)生寄生電容，而且是隨機(jī)性的,其寄生電容甚至可以超過被測電容的變化量；當(dāng)發(fā)生此種現(xiàn)象后，盡管被測電容的變化量與水位變化的對應(yīng)關(guān)系不會(huì)改變，可是由于預(yù)定的測量常數(shù)與實(shí)際電容量已不一致，控制系統(tǒng)所計(jì)取的水位與實(shí)際水位會(huì)有很大的誤差，從而頻頻發(fā)生誤控或失控事故，導(dǎo)致電容式傳感器在太陽能熱水器上沒有實(shí)際使用價(jià)值，這也是電容式傳感器遲遲未能大批量上市的主要原因。
隨著微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步，電容式傳感器技術(shù)正在向智能化方向發(fā)展，所謂智能化就是將傳感器獲取信息的功能與專用的微處理器的信息分析、處理等功能緊密結(jié)合在一起。由于微處理器具有計(jì)算與邏輯判斷功能，故可以方便地對傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)記憶、比較分析、并能夠?qū)?shí)際水位的電容量變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)校正；從而有效地解決了以往受寄生電容影響、導(dǎo)致電容式傳感器準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、及可靠性差的技術(shù)難題，使電容式傳感器所具有的分辨率高、調(diào)控能力強(qiáng)、不受水質(zhì)水垢影響、無使用壽命周期等優(yōu)點(diǎn)能在太陽能熱水器的應(yīng)用上得到充分體現(xiàn)，并可因此而賦予控制系統(tǒng)強(qiáng)大的功能，確保太陽能熱水器在水量控制、水溫顯示、上水、輔助電加熱等方面無限接近理想的智能模式，真正開啟太陽能熱水器家電化時(shí)代。
勿容置疑的是，就像通訊行業(yè)中的數(shù)字式手機(jī)淘汰先前的模擬手機(jī)一樣，電容式傳感器的出現(xiàn)是傳感器技術(shù)的一次重大突破和革命，也是今后太陽能熱水器測控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢!
