摘要：
本文旨在提供一種經(jīng)濟(jì)型的、基于PP浮子和磁鐵驅(qū)動(dòng)，通過干簧管探測(cè)和控制水位上下限的解決方案，可推廣到家用電器領(lǐng)域的空調(diào)扇、飲水機(jī)的廣泛應(yīng)用。

引言
在日用電器領(lǐng)域，廣泛使用液體介質(zhì)，又以水為主，如煮咖啡、打豆?jié){、漂洗衣物等，對(duì)水位的測(cè)量和控制能改善食品的口味或節(jié)約用水實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

涉及食品加工的領(lǐng)域，考慮大眾對(duì)食品接觸材料衛(wèi)生安全的需求及精確水位控制對(duì)食品加工口味的影響，在咖啡機(jī)、豆?jié){機(jī)等小家電產(chǎn)品上普遍使用不與水直接接觸的外置式高精度的電容、電感或紅外線水位控制器，但這幾種電子式水位檢測(cè)裝置需在水位的限位控制處進(jìn)行分布式安裝，成本相對(duì)高昂，相較于機(jī)械式水位控制裝置壽命較短。


圖1 咖啡機(jī)和豆?jié){機(jī)領(lǐng)域的電容式水位檢測(cè) 

上述這些水位控制方案價(jià)格較高的原因在于，需要對(duì)水位上下限（或者更多水位檢測(cè)點(diǎn)）分布式放置水位檢測(cè)裝置，而電子產(chǎn)品因環(huán)境耐候性不好（液體高溫加熱）導(dǎo)致產(chǎn)品壽命受到影響，但其中的好處是，因?yàn)橥庵檬綑z測(cè)方式可以不用考慮食品接觸材料安全、防水和尺寸的大小。

出于成本及壽命的考慮，較多的客戶希望找到更經(jīng)濟(jì)并有質(zhì)量保障的水位檢測(cè)方案，在此，本文中將提供一種在空調(diào)扇領(lǐng)域應(yīng)用的磁電式水位傳感器，該方案的水位傳感器采用符合食品接觸材料安全要求環(huán)保PP材料，選取106高壽命的干簧管來實(shí)現(xiàn)水位上下限機(jī)械式的控制，設(shè)計(jì)具有緊湊的密封結(jié)構(gòu)和工藝控制尺寸，小型簡(jiǎn)單并可實(shí)現(xiàn)防水。

結(jié)構(gòu)和應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

空調(diào)扇吹出來的風(fēng)柔和、自然，能改善吹電風(fēng)扇引起的不同人體反應(yīng)，相對(duì)于大功率空調(diào)制冷其功率僅50W-80W耗電量較低，較能迎合市場(chǎng)新的需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年度空調(diào)扇的市場(chǎng)容量達(dá)到了200萬臺(tái)，占風(fēng)扇市場(chǎng)的10%，產(chǎn)值超過10億元。

圖2：空調(diào)扇和飲水機(jī)領(lǐng)域的PP浮子磁鐵驅(qū)動(dòng)水位控制應(yīng)用方案

具體的磁電式水位控制裝置由磁鐵、PP浮子、干簧管、PP外殼、和電線組成，磁鐵與PP浮子通過發(fā)泡一體成型，磁鐵薄壁型設(shè)計(jì)（小于2mm），磁感應(yīng)強(qiáng)度不小于80mT以在成型后能驅(qū)動(dòng)干簧管的通斷，PP浮子和磁鐵整體密度設(shè)定為0.7g/m3，選用中石化S700或IRPC 1100nk材料。

a)    干簧管式PP浮子水位控制器結(jié)構(gòu)
b)    嵌入式PP浮子磁鐵
圖3：PP浮子磁鐵驅(qū)動(dòng)水位結(jié)構(gòu)
鑒于PP外殼的結(jié)構(gòu)限定（空間），干簧管與電線的焊接結(jié)構(gòu)，灌封工藝對(duì)產(chǎn)品的防水性能有重要影響，是產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵參數(shù)。

試驗(yàn)驗(yàn)證

采用Lakeshore480 Fluxmeter對(duì)抽取的水位控制器t=1.9磁鐵按IEC 60404-14標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)干簧管的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，這種薄型并能驅(qū)動(dòng)干簧管動(dòng)作的磁鐵，能有效的控制浮子和磁鐵整體的密度。


抽取PP浮子發(fā)泡樣品按GB 9688-1988《食品包裝用聚丙烯成型品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和FDA 21 CFR 177.1520進(jìn)行了測(cè)試，需要說明的是，F(xiàn)DA對(duì)發(fā)泡密度要求在0.85-1.0g/cm3，因此按照產(chǎn)業(yè)化的發(fā)泡條件送樣測(cè)試是無法達(dá)到要求的，滿足FDA要求的測(cè)試樣品的成型參數(shù)需要特別調(diào)整。同樣的，按照FDA對(duì)發(fā)泡密度的要求，在長(zhǎng)期浸水過程后，考慮到吸水率對(duì)產(chǎn)品的影響，可靠性將難以保證。

抽取230g樣品按GB 9688標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的結(jié)果


FDA 21 CFR Part 177.1520測(cè)試結(jié)果


對(duì)于整個(gè)水位控制器的測(cè)試和應(yīng)用，要視水位上下限控制的方式來決定，一種典型的用于空調(diào)扇的常開型的水位控制器結(jié)構(gòu)，水位上升到ON（水位上限）時(shí)接通潛水泵抽水。

對(duì)這種常開型的水位控制器，按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了測(cè)試，用電阻儀進(jìn)行接觸電阻和水位上下限檢測(cè)控制電源通斷的測(cè)試，壽命測(cè)試儀進(jìn)行動(dòng)作周期測(cè)試，耐壓儀和絕緣電阻表和浸水水箱進(jìn)行電氣強(qiáng)度和絕緣電阻的測(cè)試，高溫箱與低溫箱配合進(jìn)行冷熱沖擊試驗(yàn)。

常開型水位控制器 CPS-8500通斷距離和接觸電阻值測(cè)試


常開型水位控制器 CPS-8500電氣強(qiáng)度測(cè)試


常開型水位控制器 CPS-8500 冷熱沖擊試驗(yàn)


結(jié)語

本文旨在提供一種經(jīng)濟(jì)型的基于PP浮子和磁鐵驅(qū)動(dòng)，通過干簧管控制水位上下限的小型磁敏水位控制器方案，在空調(diào)扇的應(yīng)用中，通過水位上限接通潛水泵抽水，通過水位下限控制加水，可單體實(shí)現(xiàn)水位上下限的測(cè)量和控制。產(chǎn)品符合GB 9688和FDA 21 CFR 177.1520食品接觸材料安全要求，可符合150℃溫差冷熱沖擊和12h浸水條件下的電氣安全要求，并通過了CQC產(chǎn)品認(rèn)證，在空調(diào)扇、飲水機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

值得一提的是，另外一種MR磁阻式傳感器重復(fù)定位精度可到0.03mm，響應(yīng)時(shí)間12.5μs，磁驅(qū)動(dòng)<1.5mT，可考慮通過置換干簧管作為磁敏元件設(shè)計(jì)磁敏水位控制器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)水位測(cè)量和控制在高精度領(lǐng)域的需求。但同樣需要指出的是，這種MR磁阻式傳感器的環(huán)境耐候性也還有待提高。

料安全要求，可符合150℃溫差冷熱沖擊和12h浸水條件下的電氣安全要求，并通過了CQC產(chǎn)品認(rèn)證，在空調(diào)扇、飲水機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

引用文獻(xiàn)：

[1]   空調(diào)扇：夾縫產(chǎn)業(yè)是雞肋還是香餑餑.[Z]，慧聰空調(diào)制冷網(wǎng)，2012年5月4日，http://info.hvacr.hc360.com/2012/05/041002440575.shtml.