AT89C51单片机智能恒温混水阀控制器的设计(2)
1. 绪论
1.1 研究现状及研究意义
恒温混水阀有着很广泛的应用。像取暖设备、供应热水、航空航天、电气动力、能源动力、金属冶炼、船舶工程等工业各种热力交换设备的温度自动控制，主要在恒温润滑的机械冷却系统中，例如发动机、压缩机、汽轮机、内燃机、叶轮机、真空泵等，还有恒温交换流体的场合微生物发酵、纺织工业、制药工厂、食品加工、皮革制造等方面[1]。因此，研究恒温混水阀对日常生活和工业生产都有重大的意义。
当今人们对自动化、智能化生活品质的要求越来越高.更方便快捷、安全舒适的淋浴系统成为日常生活中必不可少的一部分，为此，市场上出现了多种恒温混水阀，如手动调节式混水阀、利用感温材料的自动温控阀等。但手动调节式混水阀经常出现忽冷忽热的状况，水量也很难控制，不仅浪费水电，且使用起来极其不便。
为此需设计更为人性化的混水阀来达到人们的智能愿景。智能恒温混水阀的出现改变了这一现状。
恒温混水阀可以通过自身的恒温调和阀芯，在很短的时间内自动平衡冷水和热水的水压，以保持出水温度的稳定，完全不需要进行人工调节。
近些年来，对恒温混水阀的研究主要集中在利用感温材料的自动温控阀。恒温混水阀是一种控制流体温度的新型阀门。它依靠温度传感器中的感温材料的膨胀力驱动阀门开闭，从而调节进入进出管口的冷、热流体流量，从而达到控制流体出口温度的目的。它是一种直接由热敏元件吸收流体热量并转换为机械能膨胀使执行模块工作的自动温度控制器。
混水阀最早出现是在欧洲，目前主要有两种自动调温方式，分别采用不同的恒温阀芯。
（1）形状记忆合金（Shape Memory Alloys简称SMA）弹簧
SMA恒温阀芯中最重要的零件就是形状记忆合金弹簧。由镍钛（Ni-Ti）合金制成的形状记忆合金弹簧通过感应混合后温水的温度改变本身的形状，从而推动活塞来调节冷热水的混合比例。SMA恒温阀芯反应速度极快，在40℃附近的反应极其灵敏，可满足使用者进行微调的需要。目前主要是日本的厂家采用这种恒温阀芯。
（2）石蜡恒温元件阀芯
石蜡感温组件的工作原理：将高纯度的特殊石蜡灌进一个细小的铜容器中，容器口盖一片橡胶传感片，由于水温的变化，容器中的石蜡体积也随之曾缩，再通过容器口的传感片带动弹簧推动活塞来调节冷热水的混合比例。目前采用这种恒温阀芯的主要是欧洲的厂家。
由于恒温阀芯是一种非常精密的装置，无论采用哪一种形式阀芯的恒温水龙头外壳的内部加工要求非常精密，内部加工尺寸的公差应该限制在±0.1㎜以内，重要尺寸的公差必须控制在±0.05㎜以内。一般恒温水龙头的推荐进水水压要求：0.05MPa～0.59MPa，进水水温要求：热水的进水温度要保持比设定的温度高7℃以上，最好能持续不断的提供温度在55℃以上的热水。
有些混水阀利用形状记忆合金作为感温材料，其驱动特性有局限性，通常难以同时满足恒温混水阀所必需的微位移与大驱动力的要求；有些混水阀利用蜡式热动力元件作为感温材料，对恒温阀的结构都做出了自己的详细设计，但结构都较复杂，加工难度和成本较高. 恒温阀的调节精度和响应快慢完全取决于感温石蜡的膨胀性能，针对感温石蜡的膨胀性能进行的研究结果表明。随着熔程变大，感温蜡热膨胀区间也变大，但以不同比例变化，选择不同熔程的感温蜡能满足恒温混水阀不同的控温要求。由于石蜡本身热导性较差，整个密封腔内的石蜡温度达到一致需要时间，而水浴本身温度难以达到精确恒温，所以腔内石蜡温度也很难保持完全恒定[2]。
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