小米淨水器有不少亮點,的确可稱得上“重新發明了淨水器”。如果隻接水龍頭使用,基本上隻有一個小問題;但如果接管線機,就會暴露出更多問題。
本文基于大量的調查和實驗,分析“小米淨水器不能接管線機”這個問題的來龍去脈,探讨各種解決方案,并試驗了幾種改進方案。
問題的由來因為家裡的舊淨水器出了點小問題,于是買了向往已久的小米淨水器(廚下式)。為了盡快試用,就沒有拆掉舊的管路,直接将小米淨水器接在舊的出水龍頭上。然後發現,
開水龍頭不出水!(同理,開管線機也不出水)
看到小米龍頭上的電纜,明白了正确的出水姿勢是這樣的:
這樣舊龍頭就可以出水了。
小米水龍頭
所以,小米水龍頭不僅是水路的開關,還是電路的開關。
如圖,測量A和B的電阻。水龍頭在關的狀态下,電路是斷路的;打開龍頭後,電路是通的。更準确地說,龍頭打開到行程的約60%,電路開關就接通了。
這個開關接通時,小米淨水器就啟動工作了。
水壓感應開關(高壓開關)而傳統的(無桶)淨水器是通過水壓感應啟動的,這個部件俗稱“高壓開關”。下圖是從舊的淨水器上拆下來的高壓開關。
它的原理是:在水壓高的時候,開關是斷路的;而在水壓低的時候,開關是連通的。上圖中,不接入水路時,水壓為0,所以也是連通的。
當把這個開關接在出水的水路中時,出水龍頭或管線機出水時,水路中的壓力降低,這個開關就會接通;當出水口關閉,由于淨水器制出的水充滿管道,管道中的壓力就會上升,這個開關就會斷路。
下圖是一個示意:左邊相當于水龍頭打開,其電阻很小;右邊相當于水龍頭關閉(單向閥反接了),其内部是斷路狀态。
這樣,就可以用這個開關的通/斷來啟動/停止淨水器。這個原理對于水龍頭和管線機都是一樣的:隻要出水,壓力就降低;壓力降低,開關就接通。所以,傳統的淨水器連接管線機沒有問題。
但小米淨水器沒有水壓感應啟動的能力,而是靠水龍頭上的“機械開關”來控制的,這樣就沒法“感知”管線機是否打開。
小知識:高壓開關沒有方向性(不像單向閥那樣)。一個典型的高壓開關的觸發壓力:低于0.15MPa導通,高于0.25MPa斷開(這個參數可以微調)。這個值大約相當于1.5/2.5個大氣壓,也就是工程上說的1.5/2.5公斤(壓力)。
解決方案解決這個問題有以下幾種思路:
方案3超前于現狀态太多,而且無線的可靠性也是個問題;1和2各有利弊。先說第2種:優點是能實現開關動作的完全同步;缺點有:
所以方案2還是比較麻煩的。我還是先試第1種,這也是網上很多人采用的辦法。方法是:把高壓開關和小米龍頭的機械開關并聯。這需要切開小米龍頭的電纜,接到其中的紅黑兩條線上。
這個方案可以實現管線機和淨水器的聯動,管線機打開時能正常出水。
補丁方案的問題及調試前面的“補丁方案”有一個問題:淨水器會高頻率地啟動/停止,大約啟動1秒,停1秒。
這可能會影響淨水器的壽命; 而且直接的影響是:淨水器的出水計量完全不準。
如圖,1秒級的“用水時長”,出水量基本上都是0;而有些連時長都是0(估計實際是0.5秒以下)。
網上有人說,需要兩個單向閥。還有人說,需要調節高壓開關的阈值。
這些辦法我都試過,沒有用。
其實根源在于:小米淨水器的制水速度太快!——快于管線機的出水速度。
進得快、出得慢,水管内的壓力必然會上升,即使高壓開關的阈值調高一點,還是會被超過(理論上超過阈值的時間上可能會多那麼一丢丢,但由于管道内容積有限,這個差别估計隻有0.1秒的數量級,人根本感覺不到)。
其實宏觀地想一下:(對于管線機),進水快,出水慢,這本身是一種不平衡。要使其平衡,要麼加大出水速度,要麼降低進水速度。而降低進水速度的辦法,要麼調低制水速度(比如降低功率),要麼讓淨水器工作一會兒,歇一會兒。
反複地啟/停其實是一種野蠻的負反饋,如果制水速度能無級變速就好了。那麼,降低淨水器的進水速度能否能降低制水速度呢?試着把進水閥門調小:
此時貌似聽到電機空轉的聲音,聲音變大,感覺淨水器内部的增壓泵要麼抽不到水,要麼迅速地把小水流抽過來,并不能連續流暢地運轉,于是放棄。
管線機出水為什麼會比淨水器制水慢問題的核心就是淨水器和管線機兩者的出水速度不一緻。
會不會是因為管線機的安裝位置比淨水器高?比如我的管線機的出水口比淨水器的位置高1米多,這樣壓力差大約0.1個大氣壓。但這其實是遠低于高壓開關阈值(2.5大氣壓)的。
查了一下管線機的相關資料,推測是因為管線機内部有水箱,而且水箱很小,靠浮球閥控制水箱開關,這個開和關的容量差很小,以緻于1秒的水量就可以使其狀态翻轉。
這個水箱其實是起到了調控管線機進水速度的作用,使其不超過自己的出水速度。尤其是對于即熱式管線機,在燒開水時,出水速度是沒法加大的,所以隻有降低進水速度,故而必須有這樣的調控機制。
官方補丁:雲米水盒子雲米是小米生态鍊公司,小米淨水器由雲米生産,所以可以認為雲米水盒子是這個問題的官方補丁。
但雲米水盒子也隻宣稱支持部分部分管線機。而且描述上也有點神秘,比如沒有完整的多角度照片,也沒有其三維尺寸。
由于價格感人,我沒有購買水盒子。從賣家咨詢得到的包裝尺寸是 145x145x108mm,淨重(應該含配件的)是0.4kg。
下圖是官網圖片和買家網友曬圖。
根據圖片可以看出其水路上是一進二出,電路上是一進一出。
根據其尺寸,可以推測不可能有壓力桶。而且網上不少評價說依然要用壓力桶,否則還是會反複啟停。由于電纜裡沒有電源線,也不可能增加電路模塊。所以我懷疑這玩意兒就是把我們的改裝裝到了一個盒子裡。
對于能匹配部分管線機的說法,我的理解還是在于速度。如果某些管線機的出水速度和淨水器制水速度相當,或能自動适應出水速度,用我們的改裝方案也能完美匹配。
改進方案1:儲水罐/壓力桶既然不能通過調節進/出水速度來達到平衡,另一種辦法就是加緩沖區,即加一個壓力桶。
壓力桶内部有一個類似氣囊的東西,在桶内儲水增加時,氣囊壓力增加,以便在出水時有一定的壓力(這樣水才能流入沒有水泵、位置更高的管線機或水龍頭)。
下圖是一個典型的3.0加侖的壓力桶的壓力和容量曲線。
這意味着,如果管線機一次用水少于1.5升,淨水器是不會反複啟/停的。舉幾個例子:
考慮到管線機一次用水一般會比1.5升少很多(一杯水一般0.2~0.3升),所以隻要有一個很小的壓力桶,反複啟停的問題就能得到很好的改善。
而且我不喜歡儲水和死水造成的二次污染(這應該是無桶淨水器和即熱式管線機用戶的典型想法),所以這個壓力桶越小越好。但我最小隻找到了1.5加侖的壓力桶,因為是非主流産品,賣家也非常少。其大小還是比我預期的大了點。
實際測試:
可以看到,淨水器的啟/停周期變得很長了。
改進方案2:延時繼電器另一種改進方案是直接着眼于反複啟/停的問題:用一個延時繼電器,在高壓開關斷開時,并不立即斷開,而是延時5~10秒再斷開;但壓力降低,高壓開關接通時仍然立即接通。
這個方案能解決出水計量的問題,也不需要儲水了。但需要增加電路。
另外,由于水路中的壓力實際上已超過高壓開關的停止壓力的,不知道最後壓力會高到什麼程度,是否會影響淨水器的壽命。
我咨詢過雲米的技術人員:如果淨水器運轉,但不讓它出水會怎麼樣?雲米的技術人員回答說是有保護的。但我還是不理解制出的水到哪裡去了?因為水可壓縮的體積是很有限的。合乎邏輯的推測隻能是水透過RO膜的速度變慢或根本不能透過,因為RO膜下遊的壓力變大了。按這種推測,應該說危害并不大,除了各濾芯内部要承受更高的壓力。最高承受高壓泵的壓力?——這應該是設計時要考慮的吧。
延時繼電器有很多種,為了方便,我選用了能接USB供電的。接線和說明如下圖:
用6.3mm的插簧作為連接頭,可以很方便地将這個繼電器模塊加入/移除系統。為了防水,我将這個模塊裝在了塑料袋裡。
最後設定為約8秒啟/停一次,每次制水約0.14升(這其實是管線機的出水速度)。如果管線機打開後馬上關閉,淨水器還是會“制水”8秒,但水量就很少了(見最後一次)。
這個方案的優點是不需儲水,而且成本低;缺點是要加入電路模塊(要注意防水),淨水器内部要承受壓力(但應該在安全範圍内)。
改進方案3:水流開關水流開關是這樣一種器件:把水流開關串接在水路中後,如果有水流動,則其内部開關導通;否則斷開。
這個方案是把水流開關串聯在水路中,而其電路則是并聯的,即水流開關和高壓開關在電路上是并聯的。即邏輯上是“或”的關系:水流開關或高壓開關任何一個導通,則小米淨水器啟動/運轉。我們可以看一下具體流程:
實際使用了一段時間,這個方案比較完美。
有網友關心廢水筆,測量了一下這個方案的廢水比例。略高于平時,應該算正常。
同樣制1升純水,産生的廢水量:
實驗條件:
制1升純水産生的廢水量(左:管線機;右:小米龍頭)
小米淨水器的兩種模式小米淨水器官網上說它有一種提升模式:在自來水水質好的情況下,會自動切換到這種模式;這種模式制水速度更快,廢水比更低。
普通模式制水速度是1升/分,提升模式速度是1.4升/分。
我粗略地地用1升的燒杯測量了下,大約3分鐘制水5升,所以我的應該是工作在提升模式了。
其實我對這一描述最感興趣的隻是:它内部可以調節制水速度!那麼,能不能把這個功能開放給用戶?讓我從App裡手動設置制水速度(使其和管線機出水速度匹配)?
既然内部有這種機制,說明有硬件支持,那麼,修改一下固件和App,技術上應該不難實現。
小米淨水器的自動沖洗關于小米淨水器是否有自動沖洗的功能,我找到 小米淨水器FAQ中的一段說法。
問:小米淨水器觸控龍頭純水燈先藍色後橙色再藍色是什麼意思?
答:小米淨水器會實時監測純水的TDS值,以保障出水安全。純水TDS 偏高時,觸控龍頭會亮橙色等,同時app也會提醒用戶,此時TDS偏高,注意暫時不要直接飲用,純水TDS低時,用戶可以放心飲用。
先藍、後橙色、再藍是因為一段時間不使用淨水器,反滲透膜發生滲透現象造成的,不同亮燈狀态表示純水的TDS不同:
第一段水:上一次淨化的保存在第四級濾芯及管路内的純水,TDS較低,純水燈呈藍色。
第二段水:是第三級反滲透濾芯中發生滲透現象,純水被濃縮,TDS偏高時純水燈呈橙色;
第三段水:是機器制出來的新鮮水,TDS較低,純水燈呈藍色。。
如果長時間不使用,隻要将前面的兩段水放掉即可,前面兩段水的時間一般是20秒左右,具體沖洗時間和用戶家自來水水質有關。
我期望的“自動沖洗”是:如果水質不好,自動将其作為廢水排出,這樣就不會有TDS高的水流入管線機。上面的回答說明并沒有這樣的功能,隻有依賴于指示燈的“人肉沖洗”。
我咨詢了雲米的技術人員,說這個有一定難度,業界都沒有這樣做的。我查了下,确實最高端的雲米V1也沒有這個功能。下圖來自雲米V1的官網介紹。
這就是本文開頭說的小米淨水器的小問題。既然是新一代的“智能”電器,為什麼不能智能地替用戶做這個選擇呢?還指望用戶看指示燈操作呢?
技術上,我以為一個三通加上兩個電磁閥就可以做到,我甚至打算進行這方面的改裝。但本文太長了,留給續集吧……
結語小米淨水器由于使用機械開關啟動/停止淨水器,而不是靠水壓感應的高壓開關,所以無法和管線機聯動。
改裝的基本原則是增加高壓開關,根據出水水壓來啟動/停止淨水器。
如果管線機的出水速度慢于淨水器的制水/出水速度(通常是這樣——因為小米淨水器制水太快),就會導緻淨水器的反複啟/停。這是一種正常的負反饋。
這種反複啟停會導緻水量計量的嚴重不準,按說也會影響淨水器的壽命。
改進的辦法是使用壓力桶或延時繼電器來降低啟動/停止的頻率。兩種方案各有利弊,文中有詳細的分析和實驗。(後來又增加水流開關的方案,比較完美)
最理想的改進是小米淨水器官方增加水壓感應的功能:簡單的做法是(出水水路中)水壓低了啟動制水,水壓高了停止制水;更完美的是能無級變速,以自動适應管線機的出水速度。
退而求其次的做法是能在App裡手動設置制水速度,這種做法的技術成本應該更低一些。
另外,TDS高時亮橙燈,期望用戶手動将這段水放掉,對使用水龍頭的用戶麻煩而不具備很高的可操作性;對使用管線機的用戶則完全不具備可行性。期望淨水器能增加“智能”功能:自動将TDS高的水作為廢水排出。
最後對小米淨水器的産品經理吐個槽。
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- 設計時不知道有管線機用戶。——這是一個不合格的産品經理。
- 考慮到管線機用戶隻占淨水器用戶的1%(打個比方,具體數值我不知道),忽略這部分用戶。——這是一個務實的産品經理。
- 先挖個坑,以後再填:給配件和升級産品留下空間。——這是一個狡猾的産品經理。
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