產(chǎn)品應用 - 工業(yè)電子

智能水表簡(jiǎn)介
        傳統的智能水表在控制水閥開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)，普遍采用的方法是內裝鋰電池。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、能量大、自放電率低等。雖然如此，由于智能水表都沒(méi)有設計再充電電路，鋰電池使用到一定時(shí)間后，將無(wú)法為控制電路提供能量，不得不更換電池。上門(mén)為用戶(hù)更換電池或水表，這對于水表生產(chǎn)廠(chǎng)家和自來(lái)水公司來(lái)說(shuō)都是一件繁瑣的事情。更危險的是，電池電量不足的情況出現是隨機的，如果不精確和及時(shí)的監測電池電量，將無(wú)法可靠地關(guān)斷水閥，造成無(wú)法計費、逃水現象等情況出現。這是內部安裝了鋰電池的智能水表的致命缺點(diǎn)，直接影響到它的推廣和使用。針對這一問(wèn)題，水表生產(chǎn)廠(chǎng)家設計了很多方案，如：盡量降低功耗，在靜態(tài)時(shí)控制漏電流在10μA以?xún)?，保證電池可以連續使用5年以上，這對電路的設計和元器件的選型提出了更高的要求，增加了設計難度和成品檢測的工序，如加上可靠的電池電量監測電路，也會(huì )使成本增加。

新的解決方案
        為了解決這一制約智能水表發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，已有不少廠(chǎng)家嘗試了一種全新的方案，那就是用SNF超級電容（Super-Capacitor）代替鋰電池應用于智能水表。超級電容是近幾年才批量生產(chǎn)的一種無(wú)源器件，性能介于電池與普通電容之間，具有電容的大電流快速充放電特性，同時(shí)也有電池的儲能特性，并且重復使用壽命長(cháng)，放電時(shí)利用移動(dòng)導體間的電子（而不依靠化學(xué)反應）釋放電流，從而為設備提供電源。

超級電容的特性
        與電池進(jìn)行比較，有如下一些明顯特性：
        超低串聯(lián)等效電阻（ESR），功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數十倍以上，適合大電流放電，（一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上）為水表控制電機閥或電磁閥的可靠開(kāi)啟提供了保障。
        超長(cháng)壽命，充放電大于50萬(wàn)次，是鋰離子電池的500倍，是鎳氫和鎳鎘電池的1000倍，如果對超級電容每天充放電20次，連續使用可達68年。
        可以大電流充電，充放電時(shí)間短，對充電電路要求簡(jiǎn)單，無(wú)記憶效應。
        免維護，可密封。
        溫度范圍寬-40～+70℃，普通電池是-20～60℃。

方案描述
        與內裝鋰電池的智能水表相比，這種方案是用超級電容替換鋰電池封裝在水表中，同時(shí)外接干電池供電。平時(shí)干電池提供水表電路所需能量和對超級電容的充電，在需要開(kāi)啟水閥時(shí)，由外接干電池提供能量將水閥開(kāi)啟；在需要關(guān)斷水閥時(shí)，如果外接電池不能提供能量將水閥關(guān)斷，那么超級電容將在此刻提供能量來(lái)關(guān)斷水閥。如同一個(gè)儲水箱，平時(shí)將水存儲起來(lái)，在停水時(shí)才起作用。
        正常情況下，電池通過(guò)電阻R、二級管D1向負載和超級電容充電。電阻R的作用是限制電流過(guò)大，因為超級電容內阻很小，充電時(shí)電流較大可能造成電池損壞。二級管D1防止反向電流。當電池電壓過(guò)低，或突然斷電時(shí)（如取下電池），由超級電容繼續為電路提供電源，同時(shí)，超級電容存儲的能量足以關(guān)斷閥門(mén)。

方案優(yōu)點(diǎn)
        這種方案明顯優(yōu)于以前的設計，優(yōu)點(diǎn)如下：

        將電池從水表中分離出來(lái)，從而可以不考慮電池壽命對水表的影響，大大延長(cháng)了水表的使用時(shí)間。
        另一方面，超級電容的大電流放電特性保障了水閥關(guān)斷的可靠性，在外接干電池電量不足時(shí)，仍能利用存儲在超級電容上的能量將水閥關(guān)斷。
        以前一味追求的漏電流指標，主要是為了保障電池的使用壽命，改用超級電容后，漏電流指標變得不再重要。如果電池電量不足，用戶(hù)可以隨時(shí)更換。這樣，不僅使電路設計簡(jiǎn)化，減少產(chǎn)品的出廠(chǎng)檢驗工序，還使產(chǎn)品的成本降低。
結論
        這種方案克服了現階段智能水表的缺點(diǎn)，為智能水表的發(fā)展找到了一條新的途徑。目前國內已有多家水表生產(chǎn)廠(chǎng)應用該方案，實(shí)踐證明，它是切實(shí)可行的。

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