太陽能熱水器水位報警器

1、 西安航空職業(yè)技術學院西安航空職業(yè)技術學院畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計（論計（論 文）文）論文題目論文題目： 太陽能熱水器水位報警器 所屬系部：所屬系部：電子工程系指導教師指導教師 職職稱稱： 學生姓名學生姓名： 學學號號: :專專業(yè)：業(yè)：西安航空職業(yè)技術學院西安航空職業(yè)技術學院西安航空職業(yè)技術學院西安航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計（論文）任務書題目：題目： 太陽熱水器水位報警器設計任務與要求：任務與要求：任務：太陽能熱水器一般都設在室外房屋的高處，熱水器的水位在使用時不易觀察。使用水位報警器后，則可實現(xiàn)水箱中缺水或水過多時自動發(fā)出報警。試用導電式水位 傳感器設計一個水位報警器分別能感

2、知三個不同水位（正常水位、缺水水位、超高水位），并能在缺水水位與超高水位時發(fā)出報警信號，提醒用戶注意。要求（1）將設計電路用繪圖軟件畫出來，并制成印制電路板（虛擬） ； （2）準備電路所需元件并裝配水位報警器電路； （3）將三個感知電極安置于水盆的不同高度，接通水位報警器電路，在水盆中加水；（4）分別在正常水位、缺水水位、超高水位對電路的報警效果進行電路調整；（5）反復調試直到達到設計要求。時間：時間： 2010 年 8 月 30日 至 2010 年 10 月 23 日 共 8周所屬系部：所屬系部：學生姓名：學生姓名： 學學 號號專業(yè)：專業(yè)： 指導單位或教研室：指導單位或教研室： 指導教師：指

3、導教師： 職稱：職稱： 西安航空職業(yè)技術學院制西安航空職業(yè)技術學院制 【摘要摘要】 近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活熱水器的需求日益迫近。太陽能熱水器是太陽能成果應用中的一大產(chǎn)業(yè)，它以環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生等優(yōu)點，迅速贏得廣大消費者的青睞。太陽能熱水器一般都設在屋外或房屋的頂處，熱水器的水位在使用時不易觀測。企業(yè)在不影響效益的前提下，提高產(chǎn)品的工藝性能，滿足用戶的需求。 使用太陽能熱水器水位報警器后，則可以實現(xiàn)水箱中缺水或加水過多時自動發(fā)出聲光報警。此報警器電路在設計中要求當水位報警器接通電源時，主電路有相應的電源指示燈點亮 ，指示電源正常。當太陽能熱水器水箱缺水，電

4、路能發(fā)出聲光報警，告知人們應向水箱送水。當水箱中的水上升到一定高度時，電路發(fā)出聲光報警，應停止向水箱送水。為了適應社會日益增長的物質需求，此報警器需要更多更好的改進，以滿足人們的需求。關鍵詞關鍵詞 水位報警器；電導式傳感器；太陽能abstractrecent years, along with our country economy development and lives of people level enhancement, the people use water heater to the life the demand to the day by day urgent . the

5、 solar energy water heater is of great use of solar energy industry, with environmental protection , safety, energy, health and other advantages, quickly won the favor from the masses of consumers. the solar energy water heater generally located outside of the top of the house , and the water heater

6、 is in use. enterprise dose not affect the efficiency in the premise, improve product performance, satisfy the demand of users.use the solar energy water heater lever alarm , which can realize the tank water or water too sound-light alarm automatically send. the alarm circuit in the design require t

7、hat when the water level alarm switched on, the main circuit there is a corresponding power indicator light to indicate normal power supply. when the solar water heater tank water, sound and light alarm circuit can be issued to inform the people should be bottled water tank. when the water tank when

8、 the water rose to the height required, the circuit issued a sound and light alarm, should stop the water to the tank. to meet the material needs of the communitys growing need for more improvements for this alarm system to meet peoples needs.key words water level alarm; conductivity type sensor; so

9、lar energy 目目 錄錄前言前言.11 緒論緒論.31.1 課題背景.31.1.1 研究背景.31.1.2 研究的目的及意義.31.2 國內外的研究與發(fā)展.41.2.1 太陽能熱水器的現(xiàn)狀.41.2.2 太陽能熱水器的發(fā)展.42 電路器件的介紹電路器件的介紹.62.1 變壓器的介紹.62.1.1 變壓器的原理及選擇.62.1.2 干式變壓器的性能特點.62.2 穩(wěn)壓電源的原理與選用.62.2.1 穩(wěn)壓電源的原理.62.2.2 穩(wěn)壓電源的選用.72.3 整流電路的介紹.72.3.1 整流電路.72.3.2 整流電路的選用.82.4 穩(wěn)壓管.92.4.1 穩(wěn)壓管的定義.92.4.2 穩(wěn)壓管

10、的工作原理.92.5 發(fā)光二極管.102.5.1 發(fā)光二極管的定義及分類.102.5.2 發(fā)光二極管的原理.102.6 電導傳感器.112.6.1 電導電極.112.6.2 電導率儀.122.6.3 電導傳感器的工作原理.122.7 電解電容.122.7.1 電解電容的概念.122.7.2 電解電容的原理.132.7.3 電解電容在電路中的作用.132.7.4 電解電容的使用注意事項.132.8 蜂鳴器.142.8.1 蜂鳴器的基本概念.142.8.2 蜂鳴器的結構原理.143 主電路的設計及原理主電路的設計及原理.153.1 太陽能熱水器的水位報警器主電路設計.153.2 太陽能熱水器的水位

11、報警器主電路工作原理.153.2.1 工作電源指示.153.2.2 工作原理.16結束語結束語.17參考文獻參考文獻.18 太陽能熱水器水位報警器 1前言前言 傳感器技術在當代科技領域中有十分重要的地位，隨著 ”信息時代”的到來國內外已將傳感器技術列為優(yōu)先發(fā)展的科技領域之一。特別的，信息科學 、材料科學和生命科學是 21 世紀人類探索 、改造自然三大支柱科學 ，它們無不與傳感器發(fā)展息息相關。 傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，信號的檢測與處理是組成先進的自動化測試系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)必不可少的技術手段。 國家 gb7665-87 對傳感器的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用

12、信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成 ” 。傳感器是一種檢測裝置，能感受被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成電信號或其他所需要的信號輸出，以滿足信息的傳輸 、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中 它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中， 首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)

13、領域中信息的主要手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器理來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎。 在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學技術的發(fā)展，進入了許多新領域：例如在宏觀上觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到厘米的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演變，短到秒的瞬間反應。此外，還出現(xiàn)了對深化物質認識 、開拓新能源、新材料等具有重要作用的極端技術研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類器官無法直

14、接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不行的。許多基礎科學研究的障礙， 首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些心機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導致該領域的突破。一些傳感器的發(fā)展 ,往往是一些邊緣學科開發(fā)的先驅。 由此可見，傳感器技術在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步方面的重要作用，是 太陽能熱水器水位報警器 2十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其地位相等的新水平。 太陽能熱水器水位報警器 31 緒論緒論 1.11.1 課題背景課題背景1.1.11.1.1 研究背景研究背景近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人們經(jīng)濟水平的提高，人們對生活用熱水

15、器的需求日益迫切。但以我國目前燃氣和電力供應的實際條件而言，普遍使用燃氣熱水器和電熱水器是不現(xiàn)實的，尤其是對于占用全國 70%的廣大農(nóng)村來說，是更不現(xiàn)實的。所以我們把眼光移向綠色環(huán)保能源太陽能。它既是可再生資源，也不會污染環(huán)境。但就目前的太陽能熱水器來說，存在許多問題，主要是缺乏水位檢測，易造成水資源的浪費。在全球能源形勢緊張、氣候變暖嚴重威脅經(jīng)濟發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢地位。太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢，成為關注重點。在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器的熱利用轉換技術無疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進程也較光伏

16、電池、太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領先一步。但是目前市場還有待規(guī)范，消費群體還有待培育，技術還有尚須改進，因而對于企業(yè)來說還有較大的成長空間。隨著國民經(jīng)濟和人民生活水平的不斷提高 ，居民對家庭室內熱水的需求越來越強烈，中國太陽能熱水器市場潛力巨大 。1.1.21.1.2 研究的目的及意義研究的目的及意義 研究的目的：傳感器技術、數(shù)字電子技術與自動控制技術在生產(chǎn)過程、科學研究、現(xiàn)實生活應用、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保事業(yè)及其他各個領域的應用十分廣泛。傳感器技術、控制邏輯電路的設計及門電路芯片的選擇是感應自動控制設計的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)設計應滿足環(huán)保、實用及課題要求的總體技術方案。這種專用感應控制裝置的設計可以提升專業(yè)知識的

17、運用能力，促進科技向生活的轉化及環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，對提高生活質量有重要作用。數(shù)字邏輯電路控制器使近十幾年來發(fā)展起來的一種新型控制電路，具有功能齊全、控制簡單、抗干擾能力強，價格便宜、重量輕、耗電省等優(yōu)點。研究的意義：太陽能熱水器是太陽能成果應用中的一大產(chǎn)業(yè)，它以環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生等優(yōu)點，迅速贏得了廣大消費者的青睞，中國，是一個能源消耗大國，每年全國能耗約占全世界能耗總量的13，而全國總能耗中， 太陽能熱水器水位報警器 4有 13 是來自建筑能耗。 “向屋頂要能源 ”，太陽能熱水器就是吸收太陽的輻射熱能，加熱冷水提供給人們在生活、生產(chǎn)中使用的節(jié)能設備尤其是帶輔助電加熱功能的太陽能熱水器，它以太

18、陽能為主，電能為輔的能源利用方式，使太陽能熱水器能全年全天候使用。 由于太陽能熱水器的注水箱大多安裝在房頂上，是否缺水不易觀察，如果使用自動水位控制裝置來控制水泵的工作，就能夠很好的解決這個問題，給廣大的用戶帶來方便。1.21.2 國內外的研究與發(fā)展國內外的研究與發(fā)展1.2.11.2.1 太陽能熱水器的現(xiàn)狀太陽能熱水器的現(xiàn)狀 在太陽能熱利用方面，目前應用最廣泛、技術最成熟的是太陽能熱水器，主要用于提供生活洗浴熱水，為提高中小城市及農(nóng)村居民的生活質量發(fā)揮了重要作用。國家發(fā)改委能源所在最近的一份研究報告中指出：到 2008 年底，我國太陽能熱水器總集熱面積運行保有量約 1.35 億平方米，年生產(chǎn)能

19、力超過 2500萬平方米，目前太陽能熱水器使用量和年產(chǎn)量均占到了世界總量的一半以上。太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)走在世界的前列。根據(jù)行業(yè)估算，我國約有上千家太陽熱水器生產(chǎn)和組裝企業(yè)。目前，太陽能熱水器已基本實現(xiàn)了商業(yè)化，形成原材料加工、產(chǎn)品開發(fā)制造、工程設計和營銷服務的產(chǎn)業(yè)體系，同時帶動了玻璃、金屬、保溫材料和真空設備等相關行業(yè)的發(fā)展，成為一個產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大的新興產(chǎn)業(yè)，尤其是我國自主創(chuàng)新的真空管熱管技術，技術水平居于世界領先地位，真空管熱水器在我國得到廣泛應用，年產(chǎn)量超過 1600 萬平方米，占世界真空管熱水器市場的90%以上。同時真空管熱水器以其優(yōu)良的性能，低廉的價格，出口亞洲、歐洲、非洲等

20、幾十個國家。1.2.21.2.2 太陽能熱水器的發(fā)展太陽能熱水器的發(fā)展在全球能源形勢日益緊張，因石油、煤類過度使用而造成的全球氣候變暖，嚴重威脅社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活健康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展。太陽能具有清潔、方便、經(jīng)濟、安全、環(huán)保，取之不盡、用之不竭等優(yōu)勢，成為今后能源關注的重點為。在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器的轉換技術利用無疑是最成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進程也較光伏電池，太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領先一步。 太陽能熱水器水位報警器 5目前我國太陽能熱水器市場年增長率 30%以上，自 1998 年起，中國就成為太陽能熱水器第一大消費市場，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為一個重要產(chǎn)業(yè)。目

21、前中國城市家庭中，使用燃氣熱水器的家族占 57.4%，使用電熱水器的占 31.3%，使用太陽能熱水器的占 7.6%，太陽能熱水器所占市場份額還很小，相對城市來說，農(nóng)村太陽能市場才剛剛起步，目前存在 95%以上的市場空白，農(nóng)村由于電力及液化氣供應方面問題，使用燃氣、電熱水器不方便，太陽能熱水器在農(nóng)村存在巨大的市場空間，特別是我國加強社會主義新農(nóng)村建設，農(nóng)民收入的增加和生活條件的改善帶來農(nóng)村生活習慣及生活方式的改變，使太陽能熱水器成了農(nóng)村新的時尚、新的消費。 太陽能熱水器水位報警器 62 電路器件的介紹電路器件的介紹2.12.1 變壓器的介紹變壓器的介紹2.1.12.1.1 變壓器的原理及選擇變壓

22、器的原理及選擇變壓器是利用電磁感應工作的，變壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。這兩個繞組具有不同的匝數(shù)且互相絕緣，兩繞組間只有磁的耦合而沒有電的聯(lián)系。其中，接于電源側的繞組稱為一次繞組；用于接負載的繞組稱為二次繞組。經(jīng)過分析計算查找選用 mm 微型干式變壓器，其功率小，耗能底，性價比高，且能滿足此設計系統(tǒng)使用要求。2.1.22.1.2 干式變壓器干式變壓器的性能特點的性能特點1）低壓繞組除小容量采用銅導線以外，一般都采用銅箔繞制的圓筒式結構；高壓繞組采用分段多層圓筒式結構，使之繞組的安匝分布平衡，漏磁小，機械強度高，抗短路能力強；2）可配置低噪音的風冷裝置，通過溫控器對風扇的啟動

23、和關閉可以自動控制，由此可使變壓器增容 40%運行。2.22.2 穩(wěn)壓電源的原理與選用穩(wěn)壓電源的原理與選用 2.2.12.2.1 穩(wěn)壓電源的原理穩(wěn)壓電源的原理直流穩(wěn)壓電源 又稱直流穩(wěn)壓器。它的供電電源大都是交流電源，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓器的參數(shù)有電壓穩(wěn)定度、紋波系數(shù)和響應速度等。前者表示輸入電壓的變化對輸出電壓的影響。紋波系數(shù)表示在額定工作情況下，輸出電壓中交流分量的大??；后者表示輸入電壓或負載急劇變化時，電壓回到正常值所需時間。直流穩(wěn)壓電源分連續(xù)導電式與開關式兩類。前者由變壓器把單相或三相交流電壓變到適當值，然后經(jīng)整流、濾波，獲得不穩(wěn)定

24、的直流電源，再經(jīng)穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定電壓。后者以改變調整元件的通斷時間比來調節(jié)輸出電壓，從而達到穩(wěn)壓。從工作方式上可分為：可控整流型。用改變晶閘管的導通時間來調整輸 太陽能熱水器水位報警器 7出電壓。斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開關電路的通斷比得到單向脈動直流，再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。2.2.22.2.2 穩(wěn)壓電源的選用穩(wěn)壓電源的選用本實驗的要求是一個報警電路，并且是一個聲光報警電路，在主電路的左半部分是本實驗的聲音報警電路，此電

25、路要求由一個穩(wěn)壓輸出的 3.6v 直流電壓作為電源，所以在設計電路的 過程中需要設計一個穩(wěn)壓電路。根據(jù)要求穩(wěn)壓電路設計如圖 2-1 所示：圖 2-1 穩(wěn)壓電源電路圖2.32.3 整流電路的介紹整流電路的介紹 2.3.12.3.1 整流電路整流電路（1）整流電路的概念及應用整流電路是把交流電能轉換為直流電能的電路。它在直流電動機的調速、發(fā)電機的勵磁調節(jié)、電解、電鍍等領域得到廣泛應用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響） 。（2）整流電路

26、的分類整流電路按其組成器件可分為不控整流電路、半控整流電路和全控整流電路。后兩種電路按其控制方式又可分為相控整流電路和斬波整流電路（見電力電子電路） 。相控整流電路由于采用電網(wǎng)換相方式，不需要專門的換相電路，因而電路簡單、工作可靠，得到廣泛應用。但相控整流電路在控制用 較大時，u1u2rluoircuiviziluzr 太陽能熱水器水位報警器 8功率因數(shù)較低，網(wǎng)側電流諧波含量較大。因而在大功率調速傳動中，低速運行時，采用斬控整流電路可解決功率因數(shù)變壞的問題。按電路結構可分為橋式電路和零式電路，按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，按變壓器二次側電流的方向是單相或雙相，又分為單拍電路和雙拍電路。

27、2.3.22.3.2 整流電路的選用整流電路的選用因在安全及系統(tǒng)器件等方面需要，要對交流整流。用可控硅組成的可控整流相對用普通二極管組成的不可控整流系統(tǒng)價格較高，二極管組成的整流系統(tǒng)提供的直流電已滿足此設計系統(tǒng)要求。為提高電壓電流的輸出平均值采用全橋整流。其組成主要有四個普通二極管組成。（1）整流電路的電路圖根據(jù)實驗課題的要求，本實驗的電源要求用 12v 直流電，所以經(jīng)過變壓后的 12v 交流電必須經(jīng)過整流電路整流后才能加到實驗電路上。綜合各方面的因素，本實驗所設計的整流電路如圖 2-2 所示:(a) (b)圖 2-2 整流電路的電路圖 太陽能熱水器水位報警器 9（2）整流電路的工作原理單相橋

28、式整流電路它的作用是將交流電網(wǎng)電壓 vi 變成整流電路要求的交流電壓，rl 是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管 d1d4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。在 v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管 d1流向 rl，再由二極管 d3流回變壓器，所以 d1、d3正向導通，d2、d4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。在 v2的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管 d2流向 rl，再由二極管 d4流回變壓器

29、，所以 d1、d3反偏截止，d2、d4正向導通。電流流過 rl 時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，將四個二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。 根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖 2-3。由圖可見，通過負載 rl 的電流 vl 以及電壓 vl 的波形都是單方向的全波脈動波形。橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周內都有電流供

30、給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。電路的缺點是二極管用得較多，但目前市場上已有整流橋堆出售，如 ql51ag、ql62al 等，其中 ql62al 的額定電流為 2a，最大反向電壓為 25v1000v。故單相橋式整流電路常畫成圖 2-3 所示的簡化形式。2.42.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管2.4.12.4.1 穩(wěn)壓管的定義穩(wěn)壓管的定義穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內（或者說在一定功率損耗范圍內

31、），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應用于穩(wěn)壓電源與限 太陽能熱水器水位報警器 10幅電路之中。穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用.其伏安特性見圖 1,穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。2.4.22.4.2 穩(wěn)壓管的工作原理穩(wěn)壓管的工作原理穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用 pn 結的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設備和一些電子電路中獲得廣泛的應用。把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向導電場合的二極管。穩(wěn)壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持

32、不變。這樣，當把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。如圖畫出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其符號。穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流雖然在很大范圍內變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。其伏安特性見穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。2.52.5 發(fā)光二極管發(fā)光二極管2.5.12.5.1 發(fā)光二極管的定義及分類發(fā)光二極管的定義及分類定義：發(fā)光二極管簡稱為 led。由鎵（ga）與砷（as） 、磷（p）的化合物制

33、成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。分類：發(fā)光二極管可以分為普通單色二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制性發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管、和負組發(fā)光二極管等。2.5.22.5.2 發(fā)光二極管的原理發(fā)光二極管的原理發(fā)光二極管 是特殊的二極管。和普通的二極管一樣，發(fā)光二極管是由半導 太陽能熱水器水位報警器 11體 芯片組成，這些半導體材料會預先通過注入或參雜等工藝以產(chǎn)生 pn 結結構，與其他二極管一樣，發(fā)

34、光二極管中電流可以輕易的從 p 極（陽極）流向 n 極（陰極），而相反方向則不能，兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向 pn 結。當空穴和電子相遇而產(chǎn)生復合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的形式釋放出能量。2.62.6 電導傳感器電導傳感器2.6.12.6.1 電導電極電導電極（1）工作原理電導電極是電導率儀的測量元件，電導電極與電導率儀配套使用測量電解質溶液的電導率或作電導的定用。電導電極也叫電導池，它以兩塊大小相同的鉑金片為極板，平行的鑲嵌在玻璃上，從鉑片上引出兩根導線。當電極一定時，電極片截面積和電極間距離固定不變。將電導電極插入溶液，當兩級間有電位差時，溶液

35、中的離子產(chǎn)生有秩序的運動，因而溶液具有導電作用。電解質溶液的導電能力用電導來表示，而電導是溶液在電導電極間的電阻的倒數(shù)，通過電導電極所測得的正是溶液的電導值。根據(jù)歐姆定律，當溫度一定時，電導值與溶液電導率、電極片截面積成正比、與電極間距離成反比。g=ka/l=k/j其中 g 為溶液電導值；k 為溶液電導率，是電阻率的倒數(shù)；a 為電極的截面積 ；2cml 為兩極片間距離，cm；j 為電導池常數(shù)，j=l/a, 。1cm（2）主要性能指標如表 21 所示：表 2-1 電導電極的主要性能指標名稱型號電導池常數(shù)鈦合金電極0.1 或 0.01光亮電極djs-0.10.1光亮電極djs-110.2鉑黑電極d

36、js-110.2鉑黑電極djs-10102鉑黑電極26010.2 太陽能熱水器水位報警器 12專用0.1 或 0.01（3）適用范圍電導電極適用于各種型號的電導率儀配套測量電解質溶液的電導值。廣泛應用于電廠、環(huán)保、制藥及科研部門。2.6.22.6.2 電導率儀電導率儀（1）工作原理電導率儀是測量電解質溶液電導率的二次儀表，電導率儀將電導池產(chǎn)生的電導信號轉化并放大為電信號，通過表頭或數(shù)碼管指示出來。（2）它的分類電導池信號轉變?yōu)殡娦盘柾ㄟ^多種方式得到，總體分為三大類：采用交流分壓原理。采用電流測量原理。采用交流電橋原理。2.6.32.6.3 電導傳感器的工作原理電導傳感器的工作原理傳感器通過電極

37、之間的電流來測量溶液導電的能力。在溶液中，電流通過離子來傳輸。所以，溶液離子濃度越高導電能力就越強。電極可根據(jù)檢測水位的要求進行升降調節(jié)，它實際上是一個導電性的檢測電路。當水位低于檢測電極時，兩電極間呈絕緣狀態(tài)，檢測電路沒有電流流過，傳感器輸出電壓為 0.假如水位上升到與兩檢知電極端都接觸時，由于水有一定的導電性，因此測量電路中有電流流過，指示電路中的顯示儀表就會發(fā)生偏轉，同時在限流電阻兩端有電壓輸出。人們通過儀表或輸出電壓便得知水位已達到預定的高度了。如果把輸出電壓和控制電路連接起來，便可對供水系統(tǒng)進行自動控制。2.72.7 電解電容電解電容2.7.12.7.1 電解電容的概念電解電容的概念

38、電解電容是電容的一種,介質有電解液,涂層有極性,分正負,不可接錯。電容(electric capacity),由兩個金屬極,中間夾有絕緣材料(介質)構成。 太陽能熱水器水位報警器 132.7.22.7.2 電解電容的原理電解電容的原理電解電容器通常是由金屬箔（鋁 /鉭）作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層（氧化鋁 /鉭五氧化物）作為電介質，電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容 器和鉭電解電容 器。鋁電解電容器的負電極由浸過電解質液（液態(tài)電解質）的薄紙 /薄膜或電解質聚合物構成；鉭電解電容器的負電極通常采用二氧化錳。由于均以電解質作為負電極（注意和電介質區(qū)分） ，電解電容器因而得名。2.7.3 電

39、解電容在電路中的作用電解電容在電路中的作用1、濾波作用，在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容。由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為 0.001-0.lpf 的電容，以濾除高頻及脈沖干擾。2、耦合作用：在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點相互影響，常采用電容藕合。為

40、了防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。2.7.4 電解電容的使用注意事項電解電容的使用注意事項1、電解電容由于有正負極性，因此在電路中使用時不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正電壓時電解電容的正極接電源輸出端，負極接地，輸出負電壓時則負極接輸出端，正極接地當電源電路中的濾波電容極性接反時，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸出電壓波動，另一方面又因反向通電使此時相當于一個電阻的電解電容發(fā)熱當反向電壓超過某值時，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過熱而炸裂損壞。2、加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，在設計實際電路時應根據(jù)具體情況留

41、有一定的余量，在設計穩(wěn)壓電源的濾波電容時，如果交流電源電壓為 220時變壓器次級的整流電壓可達 22v，此時選擇耐壓為 25v 的電解電容一般可以滿足要求但是，假如交流電源電壓波動很大且有可能上升到 太陽能熱水器水位報警器 14250v 以上時，最好選擇耐壓 30v 以上的電解電容。 3、電解電容在電路中不應靠近大功率發(fā)熱元件，以防因受熱而使電解液加速干涸。4、對于有正負極性的信號的濾波，可采取兩個電解電容同極性串聯(lián)的方法，當作一個無極性的電容。2.82.8 蜂鳴器蜂鳴器2.8.12.8.1 蜂鳴器的基本概念蜂鳴器的基本概念（1）蜂鳴器的介紹蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電

42、，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。（2）蜂鳴器的分類蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。（3）蜂鳴器的電路圖形符號蜂鳴器在電路中用字母“h”或“ha” （舊標準用“fm” 、 “l(fā)b” 、 “jd”等）表示。2.8.22.8.2 蜂鳴器的結構原理蜂鳴器的結構原理（1）壓電式蜂鳴器：壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.515v 直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出 1.52.5khz

43、 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。（2）電磁式蜂鳴器：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 太陽能熱水器水位報警器 153 主電路的設計及原理主電路的設計及原理3.13.1 太陽能熱水器的水位報警器主電路設計太陽能熱水器的水位報警器主電路設計根據(jù)本實驗的內容及原理，遵循了盡量簡便的普遍原則來設計電路圖。本實驗要求：

44、（1）當水位報警器接通電源時，主電路有相應的電源指示燈點亮，指示電源正常。（2）當太陽能熱水器水箱缺水，電路能發(fā)出聲光報警，告知人們應向水箱中送水。（3）當水箱中的水上升到需要的高度時，電路發(fā)出聲光報警，應停止向水箱中送水。根據(jù)以上的實驗要求本課題的電子電路可大致設計如圖 3-1 所示：圖 3-1 主電路圖3.23.2 太陽能熱水器的水位報警器主電路工作原理太陽能熱水器的水位報警器主電路工作原理3.2.13.2.1 工作電源指示工作電源指示電路在工作時通入 220v 交流電，經(jīng)過變壓器變壓后成為 12v 交流電，再經(jīng) 太陽能熱水器水位報警器 16過整流電路整流后輸出 12v 的直流電，電路通入

45、 12v 直流電后發(fā)光二極管 vd5點亮，指示電源工作正常。3.2.23.2.2 工作原理工作原理（1）導電式水位傳感器的三個探知電極分別和 vt1 、vt2和 vt3的基極相連。電路的電源由變壓器降壓，經(jīng)過整流器電路整流提供。發(fā)光二極管 vd5為電源指示燈。音樂集成電路 9300 報警。（2）當水位在電極 12 之間正常情況下，電極 1 懸空，vt1截止，高水位指示燈 vd8不亮。由于電極 23 處在水中，由于水電阻的原因，使 vt3導通，vt2截止。低水位 vd9指示燈也不亮。（3）當水位下降到低于電極 2 時 vt3截止，vt2導通。低水位指示燈vd9亮，由 c3及 r4組成的微分電路在

46、 vt2由截止到導通的跳變過程中產(chǎn)生的正向脈沖，將觸發(fā)音樂集成電路 ic 工作，隨之揚聲器發(fā)出報警，告知主人缺水。（4）同理，當水位超出電極 1 時候，vt1導通，高水位指示燈 vd8亮，c2和 r4微分電路產(chǎn)生的正向脈沖觸發(fā)音樂集成電路 ic 工作，發(fā)出報警聲，告知主人水已注滿。結論結論：當今社會，太陽能熱水器已經(jīng)被普遍使用，但是仍有一些不足，比如，太陽能熱水器通常安裝在室外或屋頂，人們通常不能準確的知道太陽能熱水器里的水位，所以，應廣大消費者的要求，設計了這一款太陽能熱水器導電式水位報警器。這一款水位報警器基本上達到了要求，能感知缺水水位、正常水位、超高水位這三個水位，并能在缺水水位與超高水位時發(fā)出報警信號，提醒用戶注意。 太陽能熱水器水位報警器 17結束語結束語太陽能熱水器的水位報警器是目前現(xiàn)實生活中較為實用的生活環(huán)保用品，已得到廣泛關注。在提高生活質量和環(huán)保事業(yè)中充分發(fā)揮了它的作用?；陔妼絺鞲衅髋c數(shù)字