牺牲阳极消耗检测电路及空气能热水器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及金属阳极消耗检测技术领域，提供了一种牺牲阳极消耗检测电路及空气能热水器。该电路包括第一MOS管、第二MOS管、微控制器、负载以及采样回路；第一MOS管和第二MOS管并联在待测牺牲阳极与被保护体之间；微控制器用于为第一MOS管和第二MOS管提供栅极控制电压；负载串联在第一MOS管所在支路或第二MOS管所在支路上；采样回路的采集端与负载所在通路连接。通过微控制器对第一MOS管和第二MOS管进行开、闭控制，不仅可以实现对牺牲阳极的定时采样，而且还做到了只有在采集状态下才有负载接入，因此不会对牺牲阳极造成额外消耗，且检测电路是基于MOS管开关特性实现的，占用体积小，成本低，工作损耗小。
【专利说明】
牺牲阳极消耗检测电路及空气能热水器
技术领域
[0001]本实用新型涉及金属阳极消耗检测技术领域，特别提供了一种牺牲阳极消耗检测电路及空气能热水器。
【背景技术】
[0002]如图3所示，空气能热水器因其具有环保、节能的效果，在用户家中日益普及，空气能热水器主要由压缩机制热系统和储水水箱组成，基于逆卡诺原理将低品位热量转换成高品位的可利用热能。其中，储水水箱都是基于碳钢基材制成，在长期使用过程中，会受到不断的腐蚀。为了提高内胆使用周期，通常会在内胆上安装镁棒或铝棒作为牺牲阳极，基于电化学原理保护内胆，降低腐蚀速率。受到体积限制，一般牺牲阳极的使用寿命根据用户家家中水质和使用温度不同而不同，通常都在2-3年，在一些恶劣情况下，一年即完全消耗。由于牺牲阳极安装在内胆内，不便于观察，用户往往不能及时发现牺牲阳极已被完全消耗和更换新牺牲阳极，从而造成内胆腐蚀漏水，对于空气能热水器而言，其内胆腐蚀漏水维修成本高，整机更换成本更高。为了能够及时发现镁棒消耗程度，目前市场上有多种阳极镁棒消耗检测电路，但究其原理都是基于阳极材料、碳钢内胆、水所组成的电化学电池，通过检测阳极材料和碳钢内胆之间的电流大小来判断。
[0003]在阳极材料消耗检测方法中主要是电流直接经过电阻或感应线圈来获取电压采样方式、这种方式电阻或感应线圈长期串联在回路中，在能够准确反映当前镁棒消耗产生的电流大小的同时，也消耗了部分镁棒阳极材料。实际镁棒的消耗过程缓慢，期间并不需要一直采集数据，完全可以定时采集。因此，也有人提出了使用继电器控制，在大部分不需检测的时间内，将阳极材料和碳钢内胆直接相连，而需要检测时，将检测电阻串接在回路当中获取电压值，虽然这样也可以实现定时采集，但其中的器件占用体积大、功率损耗大。
【实用新型内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本实用新型的目的是提供一种既能够对牺牲阳极的消耗情况进行定时采集，同时占用体积又小、功率损耗又低的牺牲阳极消耗检测电路及空气能热水器。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供了一种牺牲阳极消耗检测电路，该电路包括第一 MOS管、第二 MOS管、微控制器、负载以及采样回路;所述第一 MOS管和第二 MOS管并联在待测牺牲阳极与被保护体之间;所述微控制器用于为所述第一 MOS管和第二 MOS管提供栅极控制电压;所述负载串联在所述第一 MOS管所在支路或第二 MOS管所在支路上;所述采样回路的采集端与所述负载所在通路连接。
[0008]优选的，所述第一MOS管为耗尽型MOS管，所述第二MOS管为增强型MOS管，所述负载串联在所述第二 MOS管所在支路上;所述微控制器将一个栅极控制电压同时提供给所述第一 MOS管和第二 MOS管。
[0009]优选的，所述第一MOS管和第二MOS管均为N沟道MOS管。
[0010]优选的，还包括运算放大器，所述运算放大器的正向输入端接地，反向输入端通过输入电阻与所述负载所在通路连接，所述运算放大器的输出端与所述采样回路连接，所述运算放大器的反向输入端与输出端之间连接有负反馈电阻。
[0011]优选的，所述运算放大器的反向输入端与地之间连接有第一滤波电容。
[0012]优选的，所述运算放大器的正向输入端与地之间连接有平衡电阻。
[0013]优选的，所述平衡电阻并联有第二滤波电容。
[0014]优选的，所述运算放大器的输出端与所述采样回路之间连接有第二限流电阻。
[0015]优选的，所述运算放大器的输出端与地之间连接有第三滤波电容。
[0016]本实用新型还提供了一种空气能热水器，包括如上所述的牺牲阳极消耗检测电路。
[0017](三)有益效果
[0018]本实用新型提供的一种牺牲阳极消耗检测电路，通过在待检测牺牲阳极与被保护体之间并联一组第一 MOS管和第二 MOS管、并在其中一条支路上设置负载，再通过微控制器对第一 MOS管和第二 MOS管的开、闭控制，不仅可以实现对牺牲阳极的定时采样，而且还做到了只有在采集状态下才有负载接入，因此不会对牺牲阳极造成额外消耗，且检测电路是基于MOS管开关特性实现的，占用体积小，成本低，工作损耗小。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型实施例一的一种牺牲阳极消耗检测电路。
[0020]图2是本实用新型实施例二的一种牺牲阳极消耗检测电路。
[0021 ]图3是基于电化学原理保护储水水箱的示意图。
[0022]附图标记:
[0023]1、待测牺牲阳极；2、被保护体;Ql、第一MOS管；Q2、第二MOS管；ICl、运算放大器；Cl、第一滤波电容;C2、第二滤波电容;C3、第三滤波电容;Dl、电压钳位二极管;M、微控制器；
S、采样回路;R1、负载;R2、输入电阻;R3、第一平衡电阻;R4、第二平衡电阻;R5、负反馈电阻；R6、第二限流电阻;R7、第一限流电阻。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0025]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0026]如图1所示，本实用新型实施例提供的一种牺牲阳极消耗检测电路，包括第一MOS管Ql、第二 MOS管Q2、微控制器M、负载Rl以及采样回路S;第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2并联在待测牺牲阳极I与被保护体2之间，即第一MOS管Ql的源极和漏极对应的与待测牺牲阳极I和被保护体2连接，第二 MOS管Q2的源极和漏极对应的与牺牲阳极和被保护体2连接;微控制器M用于为第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2提供栅极控制电压，即微控制器M分别与第一 MOS管Ql的栅极和第二 MOS管Q2的栅极连接，可以是提供一个栅极控制电压同时控制第一 MOS管Ql和第二MOS管Q2的开闭，也可以是分别通过两个栅极控制电压分别控制第一MOS管Ql和第二MOS管Q2的开闭；负载Rl可以是电阻、感应线圈，甚至是能够起到警示作用的指示灯，负载串联在第一 MOS管Ql所在支路或第二 MOS管Q2所在支路上;采样回路S的采集端与所述负载Rl所在通路连接，用于采集负载Rl的前方后后方的电势，再将测得的电势与参考数据做对比以得出待测牺牲阳极I的消耗情况。
[0027]具体的，在不需要对牺牲阳极的消耗情况进行检测时，通过微控制器M控制负载Rl所在支路上的MOS管为断开状态、并控制另一支路上的MOS管为闭合状态时，此时，负载Rl所在的支路被短接，牺牲阳极产生的电子直接经过处于闭合状态的MOS管而被送到被保护体2;在需要对牺牲阳极的消耗情况进行检测时，通过微控制器M控制负载Rl所在支路上的MOS管为闭合状态、并控制另一支路上的MOS管为断开状态，牺牲阳极产生的电子经过负载Rl后再被送到被保护体2，负载Rl的作用就是在此时的通路上形成一个阻止，使这一通路上的电势可被探测，再将测得的电势信息与参考数据作对比，即可以推断出牺牲阳极的消耗情况。
[0028]可见，上述过程不仅实现了对牺牲阳极的定时采样，而且还做到了只有在采集状态下才有负载Rl接入，因此不会对牺牲阳极造成额外消耗，且检测电路是基于MOS管开关特性实现的，占用体积小，成本低，工作损耗小。
[0029]实施例二
[0030]第一 MOS管Ql为耗尽型MOS管，第二 MOS管Q2为增强型MOS管，例如可将第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2均设置为N沟道MOS管，耗尽型MOS管的栅极在不加电压的情况下即存在导电沟道，在对栅极施加一定伏值的电压后处于断开状态;而增强型MOS管却是在栅极不加电压时处于断开状态，在对栅极施加一定伏值的电压后处于闭合状态，由此，可使微控制器M将一个栅极控制电压同时提供给第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2，且在微控制器M的输出线路上设有第一限流电阻R7，在输出O电位低电平时，使第一MOS管Ql处于闭合状态、第二MOS管Q2处于断开状态，在输出高电平时，使第一 MOS管Ql处于断开状态、第二 MOS管Q2处于闭合状态，对此，可将负载Rl串联在第二 MOS管Q2所在支路上，在检测状态下，微控制器M开启、并输出一个电信号，而在非检测状态下，微控制器M无需启动，由此减小了能耗。
[0031 ]当然，上述将第一MOS管Ql设定为耗尽型、第二MOS管Q2设定为增强型，只是本实用新型实施例的优选方式，还可以是对第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2不做要求，对于此种情况，微控制器M需要提供两个栅极控制电压以控制第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2的断开和闭合，这样设置需要微控制器M实时开启，会增加一定的能耗，不过也能够实现对待测牺牲阳极I的定时检测。
[0032]另外，本实施例的牺牲阳极消耗检测电路优选还包括运算放大器ICl，该运算放大器ICl的正向输入端接地，反向输入端通过输入电阻R2与负载Rl所在通路连接，具体可以连接在负载Rl与待测牺牲阳极I之间的连接线路上;运算放大器ICl的输出端与采样回路S连接，且运算放大器ICl的反向输入端与输出端之间还连接有负反馈电阻R5，由此，在被测点与采样回路S之间便形成了一个运算放大电路，负载Rl与待测牺牲阳极I之间的连接线路上的电势信号被该运算放大电路放大后，再由采样回路S测得，由此将弱小、不稳定待测信号放大到设定倍数，以提高检测结果的准确性。
[0033]其中，运算放大器ICl的反向输入端与地之间连接有第一滤波电容Cl，第一滤波电容Cl用于将输入电压中没有用信号除去，将有用的小信号放大，消除噪声影响;运算放大器ICl的正向输入端与地之间连接有平衡电阻，以减少输入偏置电流对输出的影响，且该平衡电阻优选由第一平衡电阻R3和第二平衡电阻R4并联而成，以便调配出符合设定要求的阻止，另外，第一平衡电阻R3和第二平衡电阻R4还并联有第二滤波电容C2，第二滤波电容C2起到滤波的作用，防止电压突变，吸收尖峰状态的过电压;运算放大器ICl的输出端与采样回路S之间优选连接有第二限流电阻R6，该第二限流电阻R6用于防止输出电流过大，避免损坏采样回路S;第二限流电阻R6与地之间连接有第三滤波电容，用于对运算放大器ICl的输出电压起到稳定的作用；第二限流电阻R6与采样电路之间的连接线路上连接有钳位电路，该钳位电路包括一个电源和一个反偏的电压钳位二极管D1，将输出电压钳位在一个安全范围内，防止出现过载的现象。
[0034]本实用新型实施例还提供了一种空气能热水器，包括如上所述的牺牲阳极消耗检测电路，该牺牲阳极消耗检测电路连接在空气能热水器的储水水箱的内胆壁与设置在内胆壁内的镁棒之间，即镁棒作为金属阳极，内胆壁作为被保护体2，通过上述牺牲阳极消耗检测电路检测镁棒的消耗情况。
[0035]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，包括第一MOS管、第二MOS管、微控制器、负载以及采样回路;所述第一 MOS管和第二 MOS管并联在待测牺牲阳极与被保护体之间；所述微控制器用于为所述第一 MOS管和第二 MOS管提供栅极控制电压;所述负载串联在所述第一MOS管所在支路或第二 MOS管所在支路上;所述采样回路的采集端与所述负载所在通路连接。2.根据权利要求1所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，所述第一MOS管为耗尽型MOS管，所述第二 MOS管为增强型MOS管，所述负载串联在所述第二 MOS管所在支路上;所述微控制器将一个栅极控制电压同时提供给所述第一 MOS管和第二 MOS管。3.根据权利要求2所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管均为N沟道MOS管。4.根据权利要求1至3任一项所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，还包括运算放大器，所述运算放大器的正向输入端接地，反向输入端通过输入电阻与所述负载所在通路连接，所述运算放大器的输出端与所述采样回路连接，所述运算放大器的反向输入端与输出端之间连接有负反馈电阻。5.根据权利要求4所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，所述运算放大器的反向输入端与地之间连接有第一滤波电容。6.根据权利要求4所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，所述运算放大器的正向输入端与地之间连接有平衡电阻。7.根据权利要求6所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，所述平衡电阻并联有第二滤波电容。8.根据权利要求4所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，所述运算放大器的输出端与所述采样回路之间连接有第二限流电阻。9.根据权利要求8所述的牺牲阳极消耗检测电路，其特征在于，所述运算放大器的输出端与地之间连接有第三滤波电容。10.—种空气能热水器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的牺牲阳极消耗检测电路。
【文档编号】C23F13/22GK205603680SQ201620259991
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】余根
【申请人】合肥美的暖通设备有限公司