太阳能水箱温度监测.

太阳能水箱温度监测. 一种太阳能水箱温度显示装置 云南大学附属中学 初2008届9班李杨佳旎 杨唯宽 初2008届2班刘奕 辅导教师 谭永惠 张丽园 宋敏 摘要:使用数显温度计～对太阳能水箱内的热水温度进行监测～方便太阳能的使用～节约能源～提高生活质量。 关键词:太阳能 水温 数显温度计 监测 1. 前言 现在很多家庭都用上了太阳能热水器～大大节约了电能～可是在使用中存在一个问题:水箱中热水的温度通常是根据天气情况和热水的使用情况进行估计。有时天气不太好～太阳能热水器里的热水温度较低～特别是在冬季～放水放了很长时间才发现水温较低～不能洗澡～结果白白浪费了水,有时水温虽然较高～可是一人洗完后～不知道剩余的热水还够不够其他人洗,有时白天用热水较多～到晚上却没有热水了。 要是能在家里监测到太阳能水箱里热水的温度有多少度～就可以准确地有地使用太阳能热水了～。这将会大大方便我们的生活～也使太阳能的热水达到更高的利用率。 通过调查和了解～多数人也觉得太阳能热水使用中确实存在这一不够方便的地方～但很多人已习以为常～认为只能如此了。怎样解决这一问题呢,通过上网检索和市场调查～均未能找到简单又实用的太阳能水温监测方法。 2. 研究目的 为更方便的使用太阳能热水器～使太阳能热水器有更高的利用价值～研究具有实用价值的太阳能水箱温度的监测方法。 3. 温度测量方法 温度测量的方法很多～下列出常用温度计的种类及特性: 使用温度范准确度 响应 记录与 原 理 种 类 价格 围? ? 速度 控制 水银温度计 -50，650 0.1，2 中 不适合 膨 胀 有机液体温度计 -100，200 1，4 中 不适合 低 双金属温度计 -50，500 0.5，5 慢 适合 液体压力温度计 -30，600 0.5，5 中 压 力 适合 低 蒸汽压力温度计 -20，350 0.5，5 中 铂电阻温度计 -260，1000 0.01，5 中 高 电 阻 铜电阻温度计 -50，150 0.1，5 慢 适合 中 热敏电阻温度计 -50，350 0.3，5 快 低 热电动势计B 0，1600 4，8 热电动势 快 适合 中 热电动势计S.R 0，1300 1.5，5 光学高温计 700，3000 3，10 不适合 中 光电高温计 200，3000 1，10 快 热辐射 辐射温度计 约100，约3000 5，20 中 适合 高 比色温度计 180，3500 5，20 快 通过以上比较～太阳能水箱温度测量只能采用热敏电阻温度计～价格也较低。 我们在市场上找了很长时间～终于找到一种数字显示的温度计～这种温度计是用于冰箱维修时～测量冰箱内的温度～所以市场上较少见。使用时把测温头放到冰箱内～关上冰箱的门～通过与测温头连接的显示器就可以显示测温头处的温度～也就是冰箱内的温度。 这种温度计的优点是显示很直观～缺点是测温头的连接线太短～只有1米左右。这种温度计属于热敏电阻温度计。 4. 太阳能热器的工作原理 真空管太阳能热水器的结构见下图: 2 、水箱外壳,2、保温层,3、水箱内胆,4、排气溢流孔,5、密封图中:1 胶圈,6、外水箱端盖,7、防尘圈,8、电加热器预留孔,9、真空集热管,10、进出水孔,11、漫反射板,12、护罩尾托,13、支架。 真空管太阳能热水器由主要由真空管集热器和蓄热水箱组合而成。真空管集热器在白天接受太阳光辐射能后～传热给管内的工作介质----水～受光面内的水逐渐升温～与背光面内的水形成温差～温度高的水密度小～温度低的水则密度大～密度小的水往上流～密度大的水则补充回去。正因为存在密度的差别～从而使水在真空管集热器和蓄热水箱间不断地自然循环～高效地吸收热量～使蓄热水箱内的水温不断上升。因蓄热水箱有良好的保温～最大限度地减少了散热损失～故积蓄热量可供人们随时享用。 5. 使用的材料和制作、安装方法 材料准备: 购买回一只数显温度计。温度计的测温头实际上是一只热敏电阻～在常温下用万用表测量～电阻为10KΩ左右～用手握住测温头～电阻变小。测温头引出的线为两芯导线～将引线剪断～中间加上一段较长的导线后～温度指示正常。由于增加的导线有一定的电阻～电阻的大小和导线的长短、粗细等有关～我们计算了 3 从楼顶太阳能到家中卫生间的距离:我们家住的是7层的楼房～住在3楼～每层楼按3m计算～需要导线15m～再加上楼顶部分和卫生间里的部分～我们共买20m 21.5mm普通铜芯软导线。测量导线的电阻为单根为2.5Ω,两芯共为5Ω。计算导线电阻对温度测量的影响为5/10000*100%=0.05%～可见影响极小～可以勿略。 由于测温头有些大～要从太阳能通气管的弯头处穿过比较困难～而且测温头的密封不好处理～所以另外购买一只空调中使用的测温头。这种测温头是完全密封的～使用起来比较方便～测量电阻在常温下也为10KΩ左右～与原配的是一个级别～两种测温头对比见照片1。 温度指示器根据说明书可得知显示温度为-30?，+70?～当温度低于-30?时显示L?～当温度高于+70?时显示H?～不影响使用。 照片1 两种测温头对比 制作方法: 连接导线～为了确保连接好的导线长期可靠～接头处的处理很重要～接头需用锡焊接。焊接前将两根导线分开～分别套上直径为3mm～长为4cm的热缩管,见照片2,。对接的两端分别剥出长1.5cm的铜丝～相互缠绕在一起～接头不要缠绕得太大～要平顺～不要有毛刺,见照片3,。之后用烧热的电烙铁浇上熔化的松香～将电烙铁同时加热接头和焊锡丝～让锡充分浸入缠绕的铜丝内,见照片4,。冷却后～在接头处和两端的导线上均匀的涂上一层密封胶～密封胶要用修理汽车发动机时用的那种～这种胶能够承受较高的温度～也有很好的防水性能～这样可以避免因热水浸泡或太阳暴晒造成密封失效等问题～从而保证使用寿命。涂好胶后把热缩管移到接头处～用打火机从中间开始向两边加热热缩管～使热缩管收缩～并从两端挤出部分密封胶～说明接头密封好了,见照片5,。待密封胶凝固后就 4 可以安装了。连接温度指示器的一端先不要连接～待导线铺设好后～再在卫生间里进行连接。 照片2 热缩管 照片3 连接导线 照片4 焊接导线 照片5 涂胶后热缩 安装方法: 将测温头从太阳能储水箱的通气管中穿入水箱内～穿前先测量好导线的长度～使测温头穿入水箱后下垂约10cm。将导线的另一头拴上一个稍重一点的东西～比如一小段钢筋,这样容易放下,～将导线从楼顶的通气和管路通道内放下。回到卫生间里把导线从检修孔中拉出来～连接导线的方法把温度指示器连接好。可以先试验一下～温度指示正常就成功了。接下来把温度指示器用夹有泡沫的双面胶固定在卫生间墙壁的适当位置。电路图和测温头安装示意图如下～完成后的实物见照片6。 5 排气管保温层 t热水 热敏电阻 测温头连接导线 引至卫生间 温度指示器水箱内胆水箱外壳 66.5?进水口 电路图测温头安装示意图 照片6 安装好的温度计 安装注意事项: 1.如果一时找不到适合的热缩管和密封胶～也可采用其它方法～如用高压绝 6 缘胶带缠绕接头～使接头达到绝缘防水目的。 2.楼顶部分的导线应固定好～尽量避免架空。 3.可以根据太阳能水箱的形状～适当调整测温头伸入水箱中的距离。 6. 使用 使用前应仔细阅读数显温度计使用说明书。 察看水箱温度时～只需按一下显示器上的开关就可以看到太阳能水箱里的温度了～完了再按一下开关～关掉显示器～平常不耗电～一粒钮扣电池,型号为AG13,可以用几年。根据水温的高低就可以判断适不适合洗澡了～真是心中有“数”～确实方便多了:从实践中总结出来:当水温低于40?时～洗澡就不太适合了。 另外～如果太阳能温度总是不够高～就应该检查热水管路是否有漏水现象～或太阳能受光面是否被污染使太阳能吸热效力下降。所以这个温度计还有监视太阳能工作是否正常的作用。 使用注意事项:数显温度计是电子产品～须注意防水～选择安装位置时应注意避免洗澡时水溅到温度计上导致温度计损坏。 我们记录了一段时间的太阳能温度情况: 日期 早(?) 晚(?) 日期 早(?) 晚(?) 10月1日 H H 10月27日 49.2 51.6 10月2日 65.2 H 10月28日 50.5 H 10月3日 H H 10月29日 59.2 H 10月4日 69.6 61.6 10月30日 56.5 H 10月5日 57.5 57.6 10月31日 63.2 H 10月6日 52 67.5 11月1日 H 45.7 10月7日 65 H 11月2日 34.5 23.4 10月8日 H H 11月3日 21.8 20.9 10月9日 67.5 47.6 11月4日 19.5 18.8 10月10日 37.5 32.6 11月5日 19 50.9 10月11日 30.7 40 11月6日 46.5 56.3 10月12日 38.3 31.5 11月7日 42.6 62.7 10月13日 27.4 30.1 11月8日 60.2 44.7 10月14日 28.7 22.8 11月9日 35.1 36.5 10月15日 19.5 15.5 11月10日 32.9 38 10月16日 16.2 14.1 11月11日 35.5 46.6 10月17日 13.5 17.1 11月12日 41.9 66.1 10月18日 16.3 20.2 11月13日 55.3 50.5 7 日期 早(?) 晚(?) 日期 早(?) 晚(?) 10月19日 20 19 11月14日 37.3 H 10月20日 17.8 14.3 11月15日 H 50.1 10月21日 13.1 22.9 11月16日 38.6 53.3 10月22日 21.5 41 11月17日 41.5 60.2 10月23日 40.4 H 11月18日 52.3 40.8 10月24日 44 60.3 11月19日 31.7 48.9 10月25日 57.9 55.7 11月20日 45.5 52.8 10月26日 31.9 52.1 11月21日 40 60.1 7. 总结 使用结论:太阳能水箱温度计～大大方便了我们的日常生活～制作成本较低～制作过程也不复杂～采用这种方法用于监测太阳能水箱温度是非常成功的。 使用的材料:数显温度计1支、空调用测温头1个、双绞线,即导线～根据楼层高度确定长度,、热缩管4cm长的4段,直径3mm,、密封胶、焊锡丝、松香、双面胶、透明胶带,固定导线用,。 使用的工具:电烙铁、剪刀、打火机、钢卷尺、万用表。 、导线30元,需根据楼层高度确定,、测温头成本计算:数显温度计20元 5元、其它零星材料2元～共计57元。 不足之处: 1.当温度超过70?后～温度指示器只能指示H?～虽然不影响使用～但还是有些不够直观～如能找到温度显示范围为0?，100?的数显温度计更好了。 2.鉴于太阳能热水器的结构和工作原理～当上部的热水被使用后～冷水会从水箱下部补充进入水箱～这样会形成水箱上部是热水～下部是冷水～一个测温头只能监测到水箱上部的水温～还不能很全面的描述水箱中热水的使用情况～不过现在市场上已有可以同时连接两个测温头的数显温度计～只是费用也会相应增加～必要性也不大。 心得:在这次活动中～我们从最初的提出问题开始一步一步地进行探究。其中也遇到了许多问题～我们通过查阅书籍资料、上网查找、询问家长和老师、尝试着进行试验等方法～解决了这些问题。通过这次活动～我们学会了利用身边的工具解决所面对的问题～锻炼面对困难时能有条理地一步步解决这些困难的能力～感受到了相互帮助的重要性。这对于我们在以后的学习生活中通过自己的努 8 力克服困难是非常有利的。我们要感谢这次探究活动～感谢它带给我们的启发: 参考文献: 1. 赵春云:空调器原理、安装及维修实用技术 电子工业出版社2006.04 2. 华中工学院电磁测量教研室:常用电工仪表与测量,修订本, 机械工业出版 1985.04 3. 罗运俊 何梓年 王长贵:太阳能利用技术 化学工业出版社,2005.01 4. 钟埜:少年电子入门—元件和电路 少年儿童出版社,1984.10 9