青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 山东 266510
摘要：目前，我国的工业化建设的发展迅速，基于改进的混水阀结构，介绍步进电机+单片机、PID调节器两种控制混水阀出水温度的方法，这两种方法可以实现混水阀出水温度智能控制，且可以保证混水阀出水温度恒定，具有洗浴温度自由设定的功能。
关键词：热水器；出水温度；控制装置；方法
引言
用户家用燃气热水器管路末端水温过低的呼声，严重影响了用户的体验效果。为了解决这一问题，本文提出了一种简单易操作的针对于家用燃气热水器水管的热损失进行研究的测试结构及测试方法，以获得家用燃气热水器出水管在不同安装环境下散热损失的实测数据，进而根据该数据设置并改善该热水器相关性能，进一步增加用户使用过程的科学性指导意义，并提升用户使用舒适性。
1混水阀结构改进
热水器是现代家庭中一种十分重要的家用电器，现在的家用热水器有太阳能热水器、燃气能热水器、电热水器、空气能热水器等，热水器中的热水口和冷水口通过混水阀相连接，冷、热水在混水阀处混合，通过出水口排出供洗浴者使用，出水温度由洗浴者通过旋转混水阀手柄实现。洗浴者在调节温度的过程中，需要花费较长时间，在低温天气由于水温不恒定，容易导致洗浴者感冒，浪费较多水资源，且混水阀调节不智能。
2原因案例故障诊断与排除
2.1对热水器加热能力不足、进水温度过低原因引起的水温异常进行诊断和排除
诊断和排除操作步骤如下：1）判断是否热水器加热能力不足的方法，首先要了解额定产热水能力及热水器每分钟实际能够出几升热水，这与这台热水器的标准出热水量、进水温度及出水温度有关。2）热水器启动点火进入正常燃烧状态，把热水器调至最高设置温度。3）待燃烧稳定后，使用温度计分别测量进水温度和出水温度值。4）使用水流量计或用量杯或称重的方法计算一分钟的热水量，再作判断。燃气热水器通常在额定状态下，额定流量时的最高温升是25℃左右，若明显低于温升25℃则基本可判断为加热能力不足原因造成的出水温度异常。5）若判断热水器加热能力不足，可根据产品技术指导书排查喷嘴是否偏小、燃气气路是否有节流或堵塞情况，排查出原因对应排除即可。6）若判断热水器加热能力是足够的，是因为冬天进水温度过低，引起出热水温度未能达到设置温度的情况时，则适当关小流过热水器的水流量解决。
2.2对供水水温即热水器进水温度过高原因引起的水温异常进行诊断和排除
诊断和排除操作步骤如下：1）使用用温度计检测进水温度作判断。2）在热水器通电未打开燃气的情况下，打开控制热水器的水阀，让热水器不启动燃烧，只流出正常的自来水。3）把温度计探测头对准流出来的水检测水温。在夏天自来水水压力较低情况下，进水温度高于30度时，加上热水器的最低温升，往往实际出水温度就可能超过热水器的设置温度，引起水太烫。4）排除方法：a.适当减小燃气供气压力；b.可加装混水阀使用，适当调节混冷水可解水温过高问题；c.加装增压泵增大水流量，可降低热水器最低温升；d.适当减小热水器气阀芯小孔孔径，比例阀恒温产品可适当调低小端二次压参数。
2.3对用户混水阀使用不当等原因引起的水温异常进行诊断和排除
诊断和排除步骤如下：1）首先确认热水器正确安装。2）插上电源让产品通电。3）打开燃气阀门。4）把混水阀转至热水位置打开。5）热水器启动点火进入正常燃烧状态。6）混水阀缓慢向冷水方向调节30度左右角度，若热水器马上熄火，则可能水混水阀故障需更换混水阀处理。7）将混水阀向冷水方向调节角度太大，若热水器熄火，则可判断为混水阀使用不当造成热水器熄火，引起热水器流出冷水。
混水阀混多了冷水，热水器为什么会熄火，因为热水器启动加热，是依靠水压、水流量来启动的，当你在热水出口混水阀混多了冷水，实际流过热水器的水就会减少，流速变慢，热水器启动水压力差变小或实际流过热水器的水流小于设计启动流量，因此热水器就熄火了。另一方面，调节混水阀龙头加入太多冷水，实际流过热水器的水就会减少，水温就会急速上升，当流量小到一定程度时，由于防干烧保护作用，热水器将停止工作。8）排除方法：①调节混水阀混入冷水应缓慢调节；②控制好混水阀往冷水方向调节的角度。
2.4对燃气压力、气源不匹配原因造成的出水温度异常进行诊断和排除
诊断和排除步骤如下：1）首先应核对实际使用燃气种类与热水器铭牌所示适用燃气种类是否相符，若不相符需更换对应燃气种类的热水器再交付用户使用。2）对燃气压力原因造成出水温度异常的诊断和排除方法。3）用“U”型压力计检测燃气热水器进气口燃气压力，若气压偏低，热负荷也偏小，会引起水不热，需提高燃气供气压力排除。若气压偏高，热水器会超出产品设计时的最低温升，会引起水太热，需降低燃气供气压力排除。若是比例阀恒温热水器还应检测比例阀阀后二次压，大端二次压偏低，会造成冬天水不热，小端二次压偏高，会造成夏天水太热，排除方法，调校二次压，使比例阀阀后二次压符合产品设计参数要求，具体调节方法及参数可查阅相应厂家产品的技术指导书。
3加热管电路分析
（一）档位机加热电路控制方式档位机设四根加热管，功率为两根1．7kW，两根2．3kW，利用四个继电器分别控制，可以组合出1．7－8kW共8种功率组合，对应8个档位，以适合不同的温度需要。（二）恒温机加热电路控制方式恒温机也有四根加热管，每根2kW，分2组接线，每组4kW，第一组用继电器控制负责“粗调”，第二组用继电器加双向可控硅串联控制负责功率“细调”。可控硅是一种大功率半导体器件，改变导通角就能控制电流，实现0－4kW之间的任意功率分配。两组结合起来就能实现0－8kW的任意功率值输出。（三）可控硅控制原理理解可控硅控制的工作原理，可以看懂电路更多设计细节。双向可控硅是一种多层半导体器件，相当于一个特殊的开关，其特点为“触发导通、通后保持、断电才关”，T1、T2电极串联在加热管电路中，触发信号由单片机输出，通过光耦隔离后加载到门极G。可控硅触发导通后，即使移除触发信号，器件也能保持导通状态，直到断电后才截止，等待下次触发。断电利用了交流电源50Hz正弦波的“过零”，在半个周期（角度π、时长10ms）中，设t1和t3是头尾两个“过零”时刻，t2为某个加载驱动信号的时刻，那么从t2到t3之间的角度就是导通角，只要改变导通角的大小（0-π），就能控制导通电流，从而实现0－100%间的任意功率分配。单片机在t1时刻采样到过零信号，启动计时，延时到t2时发出触发信号。导通角大小及其计算周期，需要依据复杂的自动控制理论来确定。过零信号来自电源变压器次级电压，经整流整形后，送入单片机作为同步控制信号。测试时用逻辑分析仪采集各路信号，测试条件为进水温度26℃、预定恒温50℃的。启动后，观察到单片机先后接通两组继电器，可控硅进入较大导通角状态，占空比（DutyCycle）为85．3%。
结语
为了实现对热水器出水温度恒温控制，本文进行了如下研究：第一，对现有机械式混水阀结构进行了改进，改进后的混水阀主体结构主要包括阀芯和阀体，阀芯可以在阀体中移动；第二，以改进后的混水阀为基础，介绍了两种控制混水阀出水温度恒定的方法，分别是采用步进电机+单片机、PID调节器实现的控制混水阀出水温度恒定。同时，采用这两种方法的控制，洗浴者可以根据需求自由设定洗浴温度，具有温度调解时间短、温度控制恒定以及智能控制的特点。
参考文献：
[1]宫占霞，焦根平.热水器水温控制器设计[J].电子世界，2017（22）：147-148.
[2]周俊，李玉鹏，余华.智能型混水阀控制系统的设计[J].中国电子教育，2016（2）：51-56.
[3]陈茂添，王文华，吴伟娜.步进电机智能控制系统的设计与实现[J].机电工程技术，2020，49（8）：112-114.