专利名称：一种检测热水器结垢并报警指示的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测热水器结垢并报警指示的方法。
背景技术：
对于电热水器而言，结垢一直是影响热水器使用寿命、以及用户使用安全的重要隐患。如何有效解决结垢带来的问题，成为电热水器发展的直观重要的问题。在电热水器中，一般水温加热至40°C时，就开始有结垢倾向发生，加热到60-70°C时结垢速度明显加快。流速慢的水更容易结垢，热水器中水的流动是极缓慢的，结垢速度会更快。这些垢硬如结石，而传递热量的能力却很差，仅及铁质或玻璃的1 %都不到，这些垢会不断增多，在热水器的使用中会产生诸多不良后果a使水的吸热量不足，水的温度难以升高，浪费30%左右的电费。按每月烧水需30 元计算，约10元被浪费。b由于探头被水垢包裹，难以检测到水温和水位的信号，易造成误操作。c辅助加热的电热管加热效率降低。由于电热管被水垢包裹，热量散发不出去，造成内热过高，常烧断电热丝或烧裂电热管套，容易发生危险，不得不经常更换。结垢还会使水中的某些腐蚀成份如H+、0H-、Cl-、Mg2+、S2-等在垢下金属面富集并产生化学腐蚀反应。 腐蚀的结果是局部金属被损伤减薄，腐蚀可以达到穿透设备钢板，使设备泄漏、破损甚至失效的程度。从而使设备维修费用增加。腐蚀严重时，会使设备提前报废。d管道内径变细。由于管道内结的水垢阻挡，使水流不畅。种种上述故障，会使热水器的使用性能大打折扣，给用户造成极大的不便和麻烦。e水垢对人体健康的危害。牙垢，牙周炎经常是由水垢引起。可致人死命的至今仍无疫苗可预防的军团病菌，就藏匿在水垢中，世界上每年约15万人死于这种病菌，结垢对于用户人体的伤害也是十分严重。而目前，现有的检测方法，特别是电热水器中无法有效、准确的检测到热水器的结垢程度并及时的提醒用户除垢，造成电热水器使用寿命的减短，热水器的使用安全性大幅下降。也无法根据不同地区水质的差异情况，来判断热水器结垢的不同时间、以及需要清洗、除垢的时间期限。由于水质得不到监测，用水环境好坏无法及时准确判断，造成水质变差后结垢程度变化对用户造成的影响，因结垢而污染的水质对洗澡、洗菜做饭都带来影响。因为没有检测热水器水质的方法，现有的电热水器无法根据水质的情况检测电热水器的结垢程度，造成水质的二次污染。水的导电性能是水质好坏的一个重要指标，如国标规定自来水在15°C时电阻率应大于1300 Ω · cm，一般的纯水在25°C时电阻率可以达到 18. 3M Ω · cm。一般的城市自来水中含有Ca2+、Mg2+等电离子，如果水质较差，所含的离子数较多， 离子会直接影响水垢的结垢时间，各地自来水的矿物质含量差别很大，一般为100-450ppm。 因此可以用测试水的导电性能的方式来确定水质以及结垢程度的检测。从目前水质检测的现状来看，对于热水器中水质的检测方法，如何做到实时有效的检测热水器的水质来体现热水器内部的结垢程度还是一个有待解决的问题。目前的水质检测技术，并没有涉及对热水器水的检测，并通过水质检测来监测热水器内部结垢状况。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种检测热水器结垢并报警指示的方法。通过对水质的检测，判断水质状况，并分析出不同水质状况下热水器内部结垢的时间期限、不同使用年限下热水器的结垢程度以及镁棒的消耗程度等信息，并为热水器的清洗作出判断，为用户提供全面的检测，便于用户掌握热水器的使用情况。本发明采用的主要技术方案包括如下步骤a、在热水器的内胆中设置水质传感器和温度补偿传感器来检测热水器的水质信号以及水质传感器周围的温度补偿信号；b、对检测到的水质信号和温度补偿信号进行处理，并将处理后的信号进行模数转换；C、转换后的信号输入至单片机(IC)，由单片机(IC)中的温度补偿模块对信号进行温度补偿运算，以校正不同水温下水的电阻值；d、所述单片机(IC)根据温度补偿信号值对水质信号值进行补偿运算，并根据补偿运算后的信号值来启动对应时长的计时周期；e、所述计时周期计时完成后由所述单片机的输出端输出控制信号至所述报警指示器启动工作，提醒用户热水器的结垢情况。本发明还采用如下附属技术方案补偿运算后的信号值与计时周期一一对应，不同大小的信号值对应不同时长的计时周期；所述单片机按周期读取水质信号和温度补偿信号，在步骤d中，单片机对每期的信号值进行累积叠加，并将累积叠加的信号输出至所述报警指示器，由所述报警指示器以柱状图或饼状图的形式显示累积叠加量，以此来显示热水器的结垢累积情况；所述单片机(IC)在每个周期中，多次读取水质信号和温度补偿信号，在步骤d中， 单片机根据每个周期中的多次信号值计算出平均值，并对每个周期的平均值进行累积叠加，所述单片机将累积叠加的信号输出至所述报警指示器，由所述报警指示器以柱状图或饼状图的形式显示累积叠加量，以此来显示热水器的结垢累积情况；所述单片机中设有基准值，当所述累积叠加值大于或等于所述基准值时，所述单片机输出控制信号至所述报警指示器，使所述报警指示器的柱状图或饼状图由红色显示， 和/或发出声光报警；当所述累积叠加值大于或等于所述基准值时，所述单片机(IC)清零，进行下一轮的累积叠加运算；在步骤d中，所述单片机(IC)对补偿运算后的值与预设的基准值进行比较如果比较后的值大于a，则计时模块启动第一计时周期，所述第一计时周期的计时时间为J ；或比较后的值大于等于b而小于等于a，则计时模块启动第二计时周期，所述第二计时周期的计时时间为K;或比较后的值小于b，则计时模块启动第三计时周期，所述第三计时周期的计时时间为L，所述J > K > L，所述第一计时周期、或第二计时周期、或第三计时周期计时完成后由所述单片机的输出端输出控制信号至所述报警指示器启动工作，提醒用户热水器的结垢情况；如果比较后信号的电压值在单片机(IC)供电电压的20%以下，则计时模块启动第一计时周期，所述第一计时周期的计时时间为J ；或比较后信号的电压值在单片机(IC) 供电电压的20%至40%之间，则计时模块启动第二计时周期，所述第二计时周期的计时时间为K;或比较后信号的电压值在单片机(IC)供电电压的40%以上，则计时模块启动第三计时周期，所述第三计时周期的计时时间为L ；在步骤e中，当所述计时电路计时完成后、或当所述报警指示器启动后，所述单片机(IC)清零，重复步骤a至步骤d进行新一轮的判断；在进行步骤a到步骤e的过程中，为了防止热水器断电、开关重启造成数据丢失， 单片机(IC)中设置存储器，对步骤a至步骤e中所产生的数据进行存储。采用本发明带来的有益效果为(1)本发明通过对水质的检测，来判断热水器所用水质的好坏，并根据判断结果来分析不同水质下结垢的时间周期，以及该周期后结垢的程度，并及时提醒用户。使用户实时的了解和掌握热水器目前的使用情况，结垢程度，是否需要清洗内胆，除垢。不仅大大提高了热水器的使用寿命，而且对用户的使用安全性上也做出改进。用户能够及时的清洗内胆，除垢，有效避免了因内胆水质受到污染，而造成用水的安全性隐患。( 温度补偿模块为水质传感器的检测提供水温温差校队，避免水质传感器因水温变化造成检测失准的情况出现，使检测更为准确。⑶本发明通过检测水的导电性能以及温度并转换成电压信号，通过温度补偿运算对水的电阻值进行校正，并根据温度补偿运算后的值的大小来启动对应不同时长的计时周期，当计时周期完成后，启动报警指示器，为用户提供热水器结垢的情况。(4)在本发明提供的进一步改进方案中，单片机按周期对水质信号进行累积叠加运算，并通过报警指示器中的饼状图或柱状图显示累积叠加量的变化过程，不仅能够实时、动态的检测热水器的结垢变化程度，也为用户提供了实时的结垢程度监测显示，使用户实时的了解热水器当下的结垢情况以及结垢的程度。累积叠加的处理方法可以有效的避免热水器用水环境变化造成水质变化带来的检测不准确的误差问题。(5)在本发明提供的更为进一步的解决方案中，为更为准确的检测和避免用水环境变化带来的检测误差，单片机在每个周期中多次读取水质信号，并取平均值，然后以每个周期的平均值进行累积叠加，周期可以为1个月，在1个月的周期内可以分4次来读取水质信号，这样使得动态监测更为准确，避免水质环境变化带来的检测误差，使结垢监测更为准确。(6)本发明提供的另一种方案中，单片机中设有比较模块。检测水的导电性能以及温度并转换成电压信号，通过温度补偿运算对水的电阻值进行校正，并将温度补偿运算后的值与单片机设定的基准值进行比较，并根据比较的不同结果来启动相对应的计时电路计时，当计时完成后， 启动报警指示器工作提醒用户目前热水器的结垢程度。由于水质导电性能的好坏直接反应了水质的好坏，即水中钙镁离子的多少，这也直接反应了结垢的程度、快慢。通过检测分辨水质的好坏，来启动对应的计时电路。能够更准确的为用户提供热水器的结垢程度，为客户提供是否需要清洗内胆、除垢的信息。(7)由于对热水器的水质进行监测，能够准确监测和显示水质情况，为用户清除水垢、维护内胆提供保证，使热水器水质得到保证，更有利于用户的使用，洗澡、洗菜做饭等。也提高了用户使用的安全性。更有利于人体的健康，避免疾病的发生。(8)采用柱状电极或平板电极可以有效增大电极与水的接触面积，以避免电极结垢对检测带来影响，同时电极表面做光滑处理，并采用不易结垢的不锈钢材料制作，以延长电极表面结垢的时间，从而延长电极的使用时间。
图1为本发明检测方法的工艺流程图；图2为本发明热水器的电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的详述如图1所示，为本发明提供的一种检测热水器结垢并报警指示的方法，包括如下步骤a、在热水器的内胆中设置水质传感器和温度补偿传感器来检测热水器的水质信号以及水质传感器周围的温度补偿信号；b、对检测到的水质信号和温度补偿信号进行处理，并将处理后的信号进行模数转换；C、转换后的信号输入至单片机(IC)，由单片机(IC)中的温度补偿模块对信号进行温度补偿运算，以校正不同水温下水的电阻值；d、所述单片机(IC)根据温度补偿信号值对水质信号值进行补偿运算，并根据补偿运算后的信号值来启动对应时长的计时周期；e、所述计时周期计时完成后由所述单片机的输出端输出控制信号至所述报警指示器启动工作，提醒用户热水器的结垢情况。所述单片机IC对输入的电压信号、温度补偿运算的值、比较结果以及计时电路的计时时间数据进行存储。这里所述的温度补偿运算，是为了避免水质传感器受温度影响而对水的电阻检测失去准确性。确切的讲，温度补偿是弥补水温过高或过低对水的电阻值检测带来的影响。一般水的电阻值检测在25度的水温下进行。温度补偿的作用是当实际水温高于25度或低于25度时，对电阻值进行校正。比如，当水温为60度时，水质传感器检测到的电阻值的信号为2K，那么温度补偿运算则会将高出25度的水温即35度对应的补偿值 5%* (从实际的I数值中减去，S卩2K-I*5%= 1.9K。同样的道理，如果温度低于25度， 则温度补偿运算会在实际电阻值的基础上加上一定的补偿值。在本方案中，补偿运算后的信号值与计时周期一一对应，不同大小的信号值对应不同时长的计时周期。形成一个列表形式，不同大小的信号值各自对应不同时长的计时周期，如信号值的电压为lv，对应计时周期为3年，为2ν对应计时周期为2年，为3ν对应计时周期为1年。为了检测的准确性，可以将数值和计时周期做的更细化。本方案通过检测水的导电性能以及温度并转换成电压信号，通过温度补偿运算对水的电阻值进行校正，并根据温度补偿运算后的值的大小来启动对应不同时长的计时周期，当计时周期完成后，启动报警指示器，为用户提供热水器结垢的情况。在本发明提供的进一步优选方案中所述单片机按周期读取水质信号和温度补偿信号，在步骤d中，单片机对每期的信号值进行累积叠加，并将累积叠加的信号输出至所述报警指示器，由所述报警指示器以柱状图或饼状图的形式显示累积叠加量，以此来显示热水器的结垢累积情况。
在本方案中，该方案的最大优点在于能够实时、动态的检测热水器的结垢变化程度，为用户提供了实时的结垢程度监测显示，使用户实时的了解热水器当下的结垢情况以及结垢的程度提供了解决方案。累积叠加的处理方法可以有效的避免热水器用水环境变化造成水质变化带来的检测不准确的误差问题。如在使用的过程中水变化，或热水器改变了安装使用的环境，在接下来的这个月的检测中就会实时的体现出来，并通过柱状图或饼状图来体现。在本发明提供的进一步优选方案中所述单片机(IC)在每个周期中，多次读取水质信号和温度补偿信号，在步骤d中，单片机根据每个周期中的多次信号值计算出平均值， 并对每个周期的平均值进行累积叠加，所述单片机将累积叠加的信号输出至所述报警指示器，由所述报警指示器以柱状图或饼状图的形式显示累积叠加量，依此来显示热水器的结垢累积情况。所述单片机中设有基准值，当所述累积叠加值大于或等于所述基准值时，所述单片机输出控制信号至所述报警指示器，使所述报警指示器的柱状图或饼状图由红色显示，和/或发出声光报警。当所述累积叠加值大于或等于所述基准值时，所述单片机IC清零，进行下一轮的累积叠加运算。本方案的改进之处在于，可以更为准确的检测和避免用水环境变化带来的检测误差，单片机在每个周期中多次读取水质信号，并取平均值，然后以每个周期的平均值进行累积叠加，周期可以为1个月，在1个月的周期内可以分4次来读取水质信号，这样使得动态监测更为准确，避免水质环境变化带来的检测误差，使结垢监测更为准确。可以根据各地的情况，来调整周期的时间，1个月或1个季度或半年为一个周期。周期越短，对水质变化造成的误差就越小，水质检测以及结垢的监测准确性就更高。本发明还提供另一种方案，在步骤d中，所述单片机(IC)对补偿运算后的值与预设的基准值进行比较如果比较后的值大于a，则计时模块启动第一计时周期，所述第一计时周期的计时时间为J ；或比较后的值大于等于b而小于等于a，则计时模块启动第二计时周期，所述第二计时周期的计时时间为K;或比较后的值小于b，则计时模块启动第三计时周期，所述第三计时周期的计时时间为L，所述J > K > L，所述第一计时周期、或第二计时周期、或第三计时周期计时完成后由所述单片机的输出端输出控制信号至所述报警指示器启动工作，提醒用户热水器的结垢情况。在本方案中，如果比较后信号的电压值在单片机(IC)供电电压的20%以下，则计时模块启动第一计时周期，所述第一计时周期的计时时间为J ；或比较后信号的电压值在单片机(IC)供电电压的20%至40%之间，则计时模块启动第二计时周期，所述第二计时周期的计时时间为K;或比较后信号的电压值在单片机(IC)供电电压的40%以上，则计时模块启动第三计时周期，所述第三计时周期的计时时间为L。所述单片机(IC)的供电电压为5V，在步骤e中比较后的信号，其电压如果在IV 以下，则计时模块启动第一计时周期，所述第一计时周期的计时时间在2年到3年之间；或比较后的信号，其电压如果在IV至2V之间，则计时模块启动第二计时周期，所述第二计时周期的计时时间在1年到2年之间；或比较后的信号，其电压如果在2V以上，则计时模块启动第三计时周期，所述第三计时周期的计时时间在1年以内。如图2所示，所述信号预处理电路包括水质检测电路，温度补偿电路，所述水质检测电路通过水质传感器R检测水的电阻信号并转变为电压信号输入至所述信号转换电路，所述温度补偿电路通过所述温度传感器RT检测水的温度信号并转变为电压信号输入至所述信号转换电路。所述检测电路还包括第一电阻Rl，所述第一电阻Rl的一端接地，所述水质传感器 R的一端与Vcc连接，所述第一电阻Rl的另一端和所述水质传感器R的另一端一同接入所述单片机IC的1号输入端口。所述温度补偿电路还包括第二电阻R2和第一电容Cl，所述第二电阻R2和所述第一电容Cl并联，且并联后的一端与Vcc相连、另一端与所述温度传感器RT的一端共同接入所述单片机IC的2号输入端口，所述温度传感器RT的另一端接地。 所述提醒电路包括LED显示器，所述LED显示器与所述单片机IC的3号、4号和5号输出端口相连。当水质好时，水质传感器R的阻值较大，Vcc通过水质传感器R和第一电阻Rl的分压，在单片机ICl号输入端口的电压较低；当水质坏时，水质传感器R的阻值较小，Vcc通过水质传感器R和第一电阻Rl的分压，在单片机IC的1号输入端口的电压较高。即较好的水质对应较低的电压，较差的水质对应较高的电压。当水温较高时，温度传感器RT的阻值较小，Vcc通过第二电阻R2和温度传感器RT的分压，在单片机IC的2号输入端口的电压较小；当水温较低时，温度传感器RT的阻值较大，Vcc通过第二电阻R2和温度传感器RT 的分压，在单片机IC的2号端入端口的电压较大。第一电容Cl作滤波用。较高的温度对应较低的电压。单片机IC中的模数转换电路对1号输入端口和2号输入端口输入的信号进行模数转换，转换后由温度补偿模块进行温度补偿运算，温度补偿运算后的值与设定的基准值由比较模块进行比较，根据不同的比较结果启动对应的计时电路计时，计时完成后启动提醒电路中对应的led管点亮，提醒用户目前热水器的结垢程度。在本方案中，通过检测水的导电性能以及温度并转换成电压信号，通过温度补偿运算对水的电阻值进行校正，并将温度补偿运算后的值与单片机设定的基准值进行比较， 并根据比较的不同结果来启动相对应的计时电路计时，当计时完成后，启动提醒电路亮灯或报警来提醒用户目前热水器的结垢程度以及镁棒的消耗情况。由于水质导电性能的好坏直接反应了水质的好坏，即水中钙镁离子的多少，这也直接反应了结垢的程度、快慢。通过检测分辨水质的好坏，来启动对应的计时电路。能够更准确的为用户提供热水器的结垢程度，为客户提供是否需要清洗内胆、除垢的信息。如分辨水质导电性较差，钙镁离子较少，热水器内胆在该水质环境下使用2到3年后结垢会达到一定程度，则启动对应的计时电路计时，待热水器使用满2年到3年后启动LED灯，告诉用户目前热水器内胆的结垢程度，如用户不做除垢处理，则热水器会继续分析判断水质，如导电性好，说明钙镁等离子多，热水器内胆在该水质环境下不到1年结垢程度就会加重，结垢程度也会更为严重，则会在计时满1 年后点亮第二盏灯，告诉用户目前内胆结垢程度较为严重，水质已经较差。如果继续检测水质环境继续变差，则会在更短的时间内点亮第三盏灯，告诉用户目前水质已经很差，热水器内胆的结垢程度已经十分严重。必须进行除垢，清洗。在步骤e中，当所述计时电路计时完成后、或当所述报警指示器启动后，所述单片机(IC)清零，重复步骤a至步骤e进行新一轮的比较判断。在步骤b中，对所述检测到的信号进行处理，将水质传感器(R)检测的水的电阻信号转变为电压信号，将所述温度传感器(RT)检测的水的温度信号转变为电压信号。在上述优选方案中，所述水质传感器为两个电极，所述电极为柱状电极或平板电极，且所述电机采用不锈钢材料制成。以避免电极结垢对检测带来影响，同时电极表面做光滑处理，并采用不易结垢的不锈钢材料制作，以延长电极表面结垢的时间，从而延长电极的使用时间。
权利要求
1.一种检测热水器结垢并报警指示的方法，其特征在于包括如下步骤a、在热水器的内胆中设置水质传感器和温度补偿传感器来检测热水器的水质信号以及水质传感器周围的温度补偿信号；b、对检测到的水质信号和温度补偿信号进行处理，并将处理后的信号进行模数转换；C、转换后的信号输入至单片机(IC)，由单片机(IC)中的温度补偿模块对信号进行温度补偿运算，以校正不同水温下水的电阻值；d、所述单片机(IC)根据温度补偿信号值对水质信号值进行补偿运算，并根据补偿运算后的信号值来启动对应时长的计时周期；e、所述计时周期计时完成后由所述单片机的输出端输出控制信号至所述报警指示器启动工作，提醒用户热水器的结垢情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于补偿运算后的信号值与计时周期一一对应，不同大小的信号值对应不同时长的计时周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述单片机按周期读取水质信号和温度补偿信号，在步骤d中，单片机对每期的信号值进行累积叠加，并将累积叠加的信号输出至所述报警指示器，由所述报警指示器以柱状图或饼状图的形式显示累积叠加量，以此来显示热水器的结垢累积情况。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述单片机(IC)在每个周期中，多次读取水质信号和温度补偿信号，在步骤d中，单片机根据每个周期中的多次信号值计算出平均值，并对每个周期的平均值进行累积叠加，所述单片机将累积叠加的信号输出至所述报警指示器，由所述报警指示器以柱状图或饼状图的形式显示累积叠加量，依次来显示热水器的结垢累积情况。
5.根据权利要求3或4所述的热水器，其特征在于所述单片机中设有基准值，当所述累积叠加值大于或等于所述基准值时，所述单片机输出控制信号至所述报警指示器，使所述报警指示器的柱状图或饼状图由红色显示，和/或发出声光报警。
6.根据权利要求5所述的热水器，其特征在于当所述累积叠加值大于或等于所述基准值时，所述单片机(IC)清零，进行下一轮的累积叠加运算。
7.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于在步骤d中，所述单片机(IC)对补偿运算后的值与预设的基准值进行比较如果比较后的值大于a，则计时模块启动第一计时周期，所述第一计时周期的计时时间为J ；或比较后的值大于等于b而小于等于a，则计时模块启动第二计时周期，所述第二计时周期的计时时间为K;或比较后的值小于b，则计时模块启动第三计时周期，所述第三计时周期的计时时间为L，所述J > K > L，所述第一计时周期、或第二计时周期、或第三计时周期计时完成后由所述单片机的输出端输出控制信号至所述报警指示器启动工作，提醒用户热水器的结垢情况。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于如果比较后信号的电压值在单片机(IC) 供电电压的20%以下，则计时模块启动第一计时周期，所述第一计时周期的计时时间为J ； 或比较后信号的电压值在单片机(IC)供电电压的20%至40%之间，则计时模块启动第二计时周期，所述第二计时周期的计时时间为K;或比较后信号的电压值在单片机(IC)供电电压的40%以上，则计时模块启动第三计时周期，所述第三计时周期的计时时间为L。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤e中，当所述计时电路计时完成后、或当所述报警指示器启动后，所述单片机(IC)清零，重复步骤a至步骤d进行新一轮的判断。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在进行步骤a到步骤e的过程中，为了防止热水器断电、开关重启造成数据丢失，单片机(IC)中设置存储器，对步骤a至步骤e中所产生的数据进行存储。
全文摘要
本发明涉及一种检测热水器结垢并报警指示的方法，通过对水质的检测，来判断热水器所用水质的好坏，并根据判断结果来分析不同水质下结垢的时间周期，以及该周期后结垢的程度，并及时提醒用户。使用户实时的了解和掌握热水器目前的使用情况，结垢程度，是否需要清洗内胆，除垢。不仅大大提高了热水器的使用寿命，而且对用户的使用安全性上也做出改进。用户能够及时的清洗内胆，除垢，有效避免了因内胆水质受到污染，而造成用水的安全性隐患。
文档编号F24H9/20GK102374663SQ20101026311
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者张建皋, 洪银灿, 邹国营 申请人:宁波帅康热水器有限公司