首页 / 专利库 / 信号处理 / 拐角频率 / 具有高动态调节的电子控制的液体混合设备及其操作方法

具有高动态调节的电子控制的液体混合设备及其操作方法

阅读:806发布:2020-05-14

专利汇可以提供具有高动态调节的电子控制的液体混合设备及其操作方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种液体混合设备,所述液体混合设备具有控制系统和 电子 调节部分,所述电子调节部分负责接收关于预期由与所述设备连接的 水 龙头或供应装置所供应的液体的参数设置,且所述电子调节部分作用在待混合的液体的不同供应管线的调节装置上,以实现所述参数,由于具有超 声换能器 和比例电磁 阀 的测量区段以及所述测量区段中允许具有每秒多个可靠测量的配置和几何形状,所以所述液体混合设备具有高测量和致动动态。,下面是具有高动态调节的电子控制的液体混合设备及其操作方法专利的具体信息内容。

1.具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述液体混合设备具有两个或更多个液体供应管线,所述设备执行测量以知晓供应液体的状况、接收待供应的混合液体的参数的设置点值,从而根据测量和设置点来调节,所述液体混合设备具有致动器,所述致动器使通过所述供应管线中的每一个供应管线而被提供到混合室的流量变化,至少一个混合液体出口管线将从该混合室离开,其特征在于,
所述供应管线(11,12)中的每一个供应管线都具有测量区段(13,14),在所述测量区段中定位至少两个超声换能器(21),以使得一个超声换能器充当波发射器,而另一超声换能器充当其接收器,反之亦然,以执行在顺着流动和逆着流动的方向上所发射的波在介质中的飞行时间测量,
其中所述混合设备(10)具有一个基于与超声测量不同的技术的附加辅助温度传感器(23),所述附加辅助温度传感器至少被安装这样的液体流动通过的管线(11)中:所述液体的预期温度处于仅根据超声测量方法不允许明确地使温度和通过所述液体的波传播速度相关的范围内,
所述换能器(21)和所述辅助温度传感器(23)被连接到电子控制系统(19),所述电子控制系统(19)作用在将液体提供到所述混合室的所述供应管线中的每一个供应管线的流量调节装置(15,16)上。
2.根据权利要求1所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)具有这样的配置,使得所述换能器(21)彼此相对,且与所述测量区段(13,14)中的流动方向对齐且位于液体流动路径外部,所述换能器(21)之间的距离大于30mm且小于
250mm,其中所述测量区段(13,14)具有8mm和30mm之间的直径,且在入口区段和出口区段与所述测量区段(13,14)的汇合区域中,半径(22)已经被布置在形成具有2mm和10mm之间的直径的弯头的内拐中。
3.根据权利要求2所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)具有这样的配置,使得所述换能器(21)彼此相对且所述换能器(21)之间的距离为
60mm至120mm。
4.根据权利要求2或3所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)具有这样的配置,使得形成测量区段(13,14)的管具有9mm和15mm之间的直径。
5.根据权利要求2所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备具有这样的配置,使得所述换能器彼此相对且所述换能器之间的距离为70mm,其中所述测量区段(13,14)的直径为10mm,在形成入口区段和出口区段与所述测量区段(13,14)的汇合点的内拐角中具有半径(22)为2.5mm的弯头。
6.根据权利要求1所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)具有这样的配置,使得所述附加辅助温度传感器(23)被定位在所述测量区段(13,
14)之后。
7.根据权利要求1所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)具有这样的配置,使得所述附加辅助温度传感器(23)仅被安装在这样的液体流动通过的管线(11)中:所述液体的预期温度被发现处于仅根据超声测量方法不允许明确地使温度和通过所述液体的波传播速度相关的范围内。
8.根据权利要求1所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)具有流体速度分布的稳定化装置(30)或标准化装置,所述稳定化装置(30)或标准化装置在整个管区段中位于进入区段中且位于靠近与测量区段的汇合点的位置中。
9.根据权利要求1所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)具有比例电磁(15,16),流量调节装置通过该比例电磁阀调节朝向所述混合室(17)的液体供应管线中的每一个液体供应管线。
10.根据权利要求1所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述液体入口管线或出口管线(11,12,18)是通过联接和牢固连结装置(31)而被联接到所述测量区段(13,14)或所述混合室(17)的入口管或出口管(32)的零件,所述联接和牢固连结装置(31)位于所述入口管线或出口管线(11,12,18)以及所述入口管(32)之间,所述联接和牢固连结装置允许通过螺纹零件或所需类型的入口管线或出口管线(11,12,18)的联接插座对它们进行更换和修改
11.根据所有前述权利要求所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备,其中所述混合设备(10)被安装在同一壳体下方,其中对应的供应管线(11,12)和出口管线(18)突出。
12.如权利要求1至11中所指示的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备的操作方法,其中所述液体混合设备具有一个电子控制系统,所述电子控制系统接收通过不同的传感器或设备所进行的测量的信息,且向不同管线的流量调节电磁阀发送致动命令,其特征在于,所述控制系统(19)至少执行以下步骤:
·电激励作为发射器操作的一个换能器(21),且测量波穿过液体所花费的时间,检测由作为接收器操作的另一换能器所生成的电信号
·在相反的方向上重复在先前步骤中所描述的过程,即,从先前作为接收器操作且在此步骤中将充当发射器的换能器发射波,且测量该波到达另一换能器(21)所花费的时间;
·由于其处理装置、通过顺着液体流动的飞行时间测量和逆着液体流动的飞行时间测量、知晓两个换能器(21)之间的测量区段(13,14)中的管的几何形状、换能器(21)之间的距离以及波传播通过的流体的物理属性,确定平均瞬时流体速度,几乎立即在其之后,能够计算穿过(13,14)的瞬时流量;
·用控制系统算法计算流体速度(v);
·将所计算的速度乘以已知的测量区段(13,14)的管截面来获得流动通过测量区段(13,14)的液体流量;
·一旦通过此高动态测量且从而通过所述设备(10)的入口液体管线中的每一个入口液体管线的状态的高频率信息而已知了温度,所述控制系统通过由使用者所设置的参数将指令发送到电磁阀(15,16),所述电磁阀(15,16)负责调节所述管线中的每一个管线的混合比例或负责关闭以避免供应中的问题,
·在纳入一个辅助温度传感器的所述设备(10)中的那些入口液体管线中,所述控制系统(19)使用所述传感器的测量来识别液体温度是被发现在最大值以下的温度区段内还是被发现在大于此最大值的温度区段内,其具有根据液体温度的波传播速度行为曲线,从而解决在所述液体供应管线中出现的不确定性。
13.根据权利要求12所述的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备的操作方法,其中待供应液体的设置点值是流量参数和温度参数,所述流量参数和温度参数通过使用者、通过由CPU或类似的指示系统预编程到所述混合设备(10)的待供应的混合液体的特性的值而设置。
14.在诸如权利要求1至11中所指示的混合设备的混合设备中混合的那些的液体供应组件,其特征在于,所述组件至少由连接到具有高动态调节的电子控制的液体混合设备(10)的电子控制装置形成,且所述组件具有根据遵循控制装置中所设置的控制系统的调节的至少一个混合液体出口管线,其中每个混合液体出口管线与至少一个液体分配龙头连接。

说明书全文

具有高动态调节的电子控制的液体混合设备及其操作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种液体混合设备,所述液体混合设备具有控制系统和电子调节部分,所述电子调节部分负责接收关于预期由与所述设备连接的龙头或供应装置供应的液体所设置的参数,且所述电子调节部分作用在待混合的液体的不同供应管线的调节装置上以实现所述参数。

背景技术

[0002] 在液体混合的使用中,最广泛且最著名的应用被包括在家庭用水供应的领域中。热水和冷水的传统混合物通常通过直接和手动致动水龙头的一个或多个控制杠杆的机械系统来执行,从而以使得使用者可以使通过水龙头喷口供应给他们的混合水的数量和温度变化。
[0003] 这些手动系统在获得整个使用时间的供应水的舒适性方面以及在防止与一定温度的水供应相关联的可能险方面具有明显限制,即使它们具有使用者的手动调节设置且它被维持在所述位置(其中在第一时刻,获得期望水温度参数和流量参数的供应水),但是在没有修改所述手动调节装置的情况下,不同管线的供应条件(不管它们中的每一个的温度和/或压如何)的可能变化将影响供应的混合物的温度和流量。
[0004] 甚至可能发生极端情况,诸如供应管线的爆裂或切断,随着对应的供应管线的供应的突然中断,在非常短的时间间隔内,使得处于期望的舒适温度混合水的通路具有专有不间断的供应管线水,无论是冷水还是热水。对使用者的后果是明显的,且他们甚至可能遭受热冲击和严重烧伤。
[0005] 为了改善混合水供应对家庭用水应用中冷水供应管线和热水供应管线中的水供应条件的变化(从根本上是压力变化和温度变化)的稳定性,在现有技术中已知具有电子控制系统的水混合设备,通常,所述水混合设备使用由沿着液压设备定位、通常位于供应管线和/或混合室中的一个或几个传感器所采集的信息,以通过一个或几个致动器调节所供应的混合物,其中所述致动器改变和调整从每个供应管线提供到混合物的冷水流量和热水流量。
[0006] 根据所使用的技术和类型(诸如,磁场发生器涡轮、螺旋涡轮和机械涡轮或体积机械流量计),已知混合设备的电子控制系统中用于收集信息的传感器阵列通常需要用于正确计算测量参数的明辨时间,其中所述计算时间甚至可以在传感器的有效测量范围内变化,因为允许确定流体流量的信号频率通常与循环流量成正比。例如,在以低流量进行的调节中,由供应管线的压力条件的变化所引起的流量的改变被确定具有显著延迟,该显著延迟防止调节元件的足够快速反应,以实现避免由所指示的供应条件的改变导致的舒适性问题。
[0007] 可以在常规温度传感器中发现在所测量的参数的实际瞬时条件和关于这些实际条件的信息的可用性之间具有相当大的时间延迟的传感器的另一个实施例,所述常规温度传感器纳入经校准的电阻半导体,该半导体的阻抗随着温度变化,其中这些温度敏感元件被封装,因此具有一定的热惯性和阻抗。此延迟进而是可变的,且取决于传感器附近的流体速度,这是由于介质到传感器的热量传递与对流系数有关,所述对流系数可以随着传感器附近的流体速度而显著变化。在一定时间的流体条件与这些条件被反应在传感器测量中的时刻的流体条件之间存在的时间延迟影响在所述条件的暂时情况下和在由所述延迟引起的后果中调节装置的可能速度,作为其温度与设定点温度不一致的混合物。
[0008] 存在通常用作调节装置的多个技术执行,即,执行每个供应管线的通路流量值的变化和调整的不同类型的致动器。所使用的不同技术固有的特性以及它们在每个特定应用中的实施方案的具体执行也影响了致动器反应,且将它们的状态迅速调整到自控制器所发送的设置点条件的能力,即,其动态响应能力。具有和不具有监督位置的电动达通常被用作步进马达和伺服马达,它们通常直接起作用或通过不同类型的减径管或机械流量旋塞起作用。它们的质量的惯性、它们的不同元件的摩擦、在具有空间限制或电力供应限制的执行中可用的马达扭矩的限制等是那些需要高动态响应能力以令人满意地调节流量的应用中的限制方面。还存在其他类型的致动器,诸如,通过脉冲宽度调制控制的比例电磁阀,所述比例电磁阀在某些应用中、在一些特定执行中、且通过合适的控制电子设备提供对上述马达的那些的相当优越的动态响应,在电力消耗和其执行所需的空间方面也具有竞争力。
[0009] 在现有技术中还已知的是使用超声换能器来确定已知液体介质的平均瞬时速度和平均瞬时温度,所述已知液体介质循环通过具有已知几何形状且定位在所述超声换能器中的管。

发明内容

[0010] 根据本发明的具有高动态调节的电子控制的液体混合设备及其操作方法设法解决所列举的缺点,具有将在本说明书中所描述的其他优点。
[0011] 本发明的目的是实现一种具有电子控制系统的混合设备,其特征在于,所述混合设备在混合物的调节中具有对所供应的液体的温度特性和压力特性的改变的高动态响应。这可能是由于对在流体供应管线中的每一个流体供应管线中所供应的所述液体的流量值和温度值的准瞬时测量,以及通过高动态致动器对它们中的每一个的局部流量的调节,所述高动态致动器根据流量参数和温度参数单独地和协调地改变和调整液体中的每一个液体的流量,以获得和维持所需求的混合液体条件,这起因于通过所述设备的通路,所述流量参数和温度参数由使用者设置或由CPU或类似的指示系统预编程到所述设备的待供应的混合液体的特性的值而设置。
[0012] 为了确定通过不同供应管线循环到混合设备的瞬时流量和平均瞬时流体温度,本发明使用超声测量原理,所述超声测量原理实现在短时间间隔内执行大量测量(可能地是大约高达数百赫兹),且其中与其他流量测量原理和温度测量原理不同,测量数目与流体速度无关。这对于像本发明的目的的混合设备来说是一个明显优点,因为以此方式每隔几毫秒可以从换能器获得信息,所述信息在计算算法中输入,所述信息允许立即且以高节奏具有瞬时流量数据和瞬时温度数据,所述瞬时流量数据和瞬时温度数据对于提供比例电磁阀的调节算法是必须的。
[0013] 声波在液体中在特定方向和指向上的传播速度取决于几个因素,这些因素包括声波在其中传播的液体(例如淡水)和液体在那个方向和指向上的速度。超声流量计的基本操作原理包括测量一对声音脉冲在已知几何形状的管中行进已知距离所花费的时间的差异,使所述一对声音脉冲中的一个顺着流动传播,且使另一个逆着流动传播,即在相同的方向和相反的指向上,且从这些时间通过计算确定在进行测量的区段中穿过所述管的流体的瞬时速度和平均瞬时温度。
[0014] 声波在流体介质中的传播速度通常随着所述波在其中传播的介质的温度而变化。可能出现下面的情况,如在液体状态的淡水中发生的那样,液体具有随着水温度增大而增大的传播速度,该温度具有最大值,该最大值在淡水的实施例中是大约73℃,在其之后传播速度随着温度继续增大直到达到沸点温度而降低。由此可知,对于液体的一个特定温度范围,知晓换能器之间的距离且从还已知的关于波在该液体中的传播速度的信息,不可能明确地确定所述液体的温度,因为存在两个可能的解,一个解对应于比温度-速度曲线的最大值或拐点的温度小的温度,且另一个解对应于比所述拐点的温度大的温度。
[0015] 因此,如果液体在所述温度范围内的温度流动通过所述混合设备的供应管线中的任何一个,则不可能仅通过超声测量原理来明确地确定该管线的液体温度。这对于液体混合系统具有明显的问题,所述液体混合系统是诸如冷水和热水的液体混合系统,其中热水供应的温度通常可以超过速度-温度曲线的73℃的拐点。
[0016] 在本发明中,有利地,存在一种具有电子控制的混合设备,所述混合设备具有待混合的液体的两个或更多个供应管线,其中所述供应管线中的每一个供应管线都具有一个区段,在所述区段中放置至少两个超声换能器,以使得一个超声换能器充当声波发射器,而另一个超声换能器充当其接收器,反之亦然,执行顺着流动的测量和逆着流动的测量。
[0017] 至少,在由于供应特性使得其温度可能在上文提及的不确定性范围内的那些液体供应管线中,为了辨别速度-温度曲线中通过超声测量原理所确定的速度测量对应于的那侧且因此明确地求解液体温度,有利地在超声换能器附近纳入第二传感器,所述第二传感器是基于现有技术中的另一种技术,且能够明确地确定液体介质的温度是在关于所述液体的温度的传播速度曲线的最大点以上还是以下。
[0018] 此第二辅助传感器不具有作为用于确定高调节动态设备的供应管线中的液体温度的主要元件的实际用途,这是由于与超声测量技术相比的测量缓慢性以及它对所述调节动态产生的随之而来的负面影响。如果具有通过超声测量系统所获得的声波的传播速度值(所述传播速度值被包括在不允许通过此方法明确地确定温度,且不能够唯一地确定速度-温度曲线中发现所测量的速度对应于的温度的那侧的值的范围内),则控制系统将仅咨询由此第二辅助传感器提供的数据。
[0019] 如所提及的,仅需要将此附加辅助温度传感器安装在其属性和预期温度范围可能导致所述不确定性的流体流动通过的那些管线中,以使得它们将优选地仅被安装在所述管线中,具有对应于其余不需要它们的待混合液体供应管线的温度传感器的随之而来的节省。
[0020] 所述第二温度传感器优选地被放置在液压管线中且在液体流动的指向上在换能器的测量区段之后,以便在液体中不生成可能影响通过所述换能器所取得的测量的湍流
[0021] 由传感器、换能器和辅助温度传感器所提供的信息由电子控制系统处理,所述传感器在它们的典型计算装置中连接到所述电子控制系统,所述典型计算装置使用纳入与在测量区段中管的已知尺度和所使用的液体相关的附加信息的算法和计算公式。瞬时流量数据和平均瞬时温度数据被提供到致动器的调节算法,所述调节算法充分地修改对不同流体的通路的限制,从而增大或减少供应管线的流量,这允许所述设备根据例如由使用者通过所述混合设备的控制接口给出的设置点值来递送混合物。这些致动器是能够根据电子控制系统的命令非常快速地改变对流体通路的限制的元件,如优选地是比例控制电磁阀那样。
[0022] 所述液体混合设备的不同部件(诸如,至少,液体供应管线、所述供应管线中的每一个的测量区段以及它们的对应的传感器、递送到所述供应管线中的每一个的混合物的流量的调节装置、混合室以及混合液体的出口管线中的每一个)被配置成使得优选地,它们被安装在相同的壳体中,以至少与一个水龙头、一个集成在所述水龙头内部或外部的控制设备以及其安装所必需的装置一起形成液体混合供应组件。
[0023] 所述供应管线入口中的每一个与它的对应的测量区段连接,在所述测量区段中两个换能器被定位成连接到控制系统的处理装置,所述换能器的表面发射和接收由介质所传播的压力波,优选地直接彼此相对且与流动方向对齐、相距已知距离、与介质直接接触但尽可能在液体流动路径外部,以便不过度地影响所述流动产生更多湍流,不生成盲腔,其中由于沉降作用,液体中的固体拖曳颗粒或悬浮颗粒可能沉积,这可能在所述混合设备的整个使用寿命期间干扰测量。
[0024] 在液体供应管线且特别是在具有电子控制的混合设备中所使用的管的可变性内,使用直径优选地在8mm和30mm之间的管。通过这些测量,已经测试和检查的是,传感器之间的间距不得小于30mm,因为较小的间距在流量读数中具有大于5%的较大的误差百分比,这是由于已经验证,局部流动扰动是由与其相邻的区域中的换能器引起的。在此30mm间隔以上,对于在测量区段管中所应用的所述直径范围,可以获得流量和温度的足够精确的测量。
[0025] 同样地,已经测试和检查的是,对于所述直径,所述间隔进而优选地不得大于250mm,以便接收信号不经历不可接受的高衰减,对于发射脉冲中3V的峰电压,具有小于
10mV的幅度,且难以通过控制电子设备以可靠和精确的方式处理,且允许其安装在紧凑型设备的壳体中。
[0026] 为了能够将足够长度以使得如所指示的测量是可接受精确度的测量区段与形成液体混合设备的其他元件一起集成在紧凑壳体内,测量区段(其中换能器被彼此相对地安装在液体流动路径外部)的液体的入口区段和出口区段已经被布置在相对端处,且优选地垂直于所述测量区段。在入口区段和出口区段与测量区段的汇合区域中,半径已经被布置在内弯头中,该内弯头显著降低了流体改变方向的区段中的液体的湍流,且该内弯头将显著影响测量质量。对于直径为8mm至30mm的管,该内弯头的半径为2mm至10mm,因此在0.1l/min-25l/min的流量范围内,消除了两个管的汇合拐中的限制层的脱离,所述脱离生成局部湍流和逆流。具有更大半径的执行装置占据了更多的体积,且不显著有助于改善结果。
[0027] 出于减少测量区段中的湍流的相同目的,为了能够使这样短的区段具有精确测量,且可选地,流体速度分布的稳定化或标准化装置在整个管区段中安装在进入区段中且在靠近与测量区段的汇合点的位置中。这减少了管的中心区域中的流体的惯性力或对流力,促使测量区段中的层流状况下的流动,这改善了在本发明的目的混合设备中待混合的液体的供应管线中的每一个供应管线中所取得的测量的精度
[0028] 一旦经过所述测量区段,具有液体(所述液体的预期温度范围不允许通过超声测量方法明确地确定流体温度)的供应管线附加地纳入辅助温度传感器,通常具有经校准的电阻或半导体,其中电气属性随着温度变化,如所指示的。
[0029] 一旦液体离开所述测量区域,所述设备将液体运送到调节装置,其中用于每个供应管线的每一个调节装置优选地由比例电磁阀形成,所述比例电磁阀遵循设备控制系统的命令来改变所述管线的液体的通路,以能够获得具有由使用者所设置的特性的混合物,能够甚至完全关闭通路,例如在混合物可能对使用者有害或显著不同于期望的混合物的情况下。
[0030] 以此方式,我们具有所述供应管线中的每一个供应管线的液体流量参数的测量系统,以及具有对所述管线中的每一个管线的高动态的流量调节,该高动态允许所述设备几乎立即对供应管线的流量参数和/或液体温度参数的变化做出反应,以维持递送到使用者的混合液体的设置点条件,所有这一切在适于通常在市场上可得的紧凑壳体的测量的设备中执行。
[0031] 所述设备具有一种操作方法,所述操作方法从控制装置、水龙头或其他装置上使用者的设置点(其中它指示期望如何供应液体的参数)开始,其中所述控制系统执行不同的动作,所述动作包括至少以下步骤:
[0032] ·电激励作为发射器操作的一个换能器,且测量压力波穿过液体所花费的时间,检测由作为接收器操作的另一个换能器所生成的电信号。在电信号的发射和接收之间所经过的时间被称为飞行时间。
[0033] ·接下来,重复在先前步骤中所描述的过程,但是在相反的方向上,即,从先前作为接收器操作且在此步骤中将充当发射器的换能器发射压力波,且测量直到到达该换能器所经过的时间。
[0034] ·控制系统,由于其处理装置、通过顺着液体流动的飞行时间测量和逆着液体流动的飞行时间测量,且知晓两个换能器之间的测量区段中的管的几何形状、换能器之间的距离和压力波传播通过的流体的物理属性,确定平均瞬时流体速度,几乎立即在其之后,可以计算穿过该管的瞬时流量。
[0035] ·为了在声音速度计算中消除温度的影响,必需测量顺着流动的飞行时间和逆着流动的飞行时间。流体速度(v)计算遵循以下公式:
[0036]
[0037] 其中:
[0038] -L是换能器之间的距离,
[0039] -tdown是顺着流动的飞行时间,
[0040] -tup是逆着流动的飞行时间,
[0041] -tnusr是零超声执行时间,即,声波经过路径中垂直于流动方向的区段所花费的时间(主要反映在某些几何形状中),且
[0042] -tzo是静止状态(即,水流动速度等于零)的飞行时间。
[0043] ·接下来,该处理装置将所计算的速度乘以已知的管截面来获得流动通过管的液体流量(Q):
[0044] Q=v*Atube
[0045] 其中
[0046] -v是流量的平均瞬时速度,且
[0047] -Atube是管截面。
[0048] ·一旦也已经通过此高动态测量且从而通过所述设备的入口液体管线中的每一个的状态的高频率信息更新而计算了温度,所述控制系统通过由使用者所设置的参数将指令发送到电磁阀,所述电磁阀负责调节所述管线中的每一个的混合比例或负责关闭以避免供应中的问题。
[0049] ·在由于已经提及的原因而纳入一个辅助温度传感器的所述设备中的入口液体管线中,所述系统使用所述传感器的测量来识别液体温度是在最大值以下的温度区段内还是在大于此最大值的温度区段内,其具有根据液体温度的波传播速度行为曲线,从而解决了已经解释的不确定性。
[0050] 在本说明书中,指示为直径的几何形状测量可以在管截面中具有它们的等同物,且具有与严格圆柱形不同的几何形状的截面,所述严格圆柱形几何形状在测量中与指示的那些测量具有它的等同截面。附图说明
[0051] 为了更好地理解前述内容,附上附图,其中示意性地且仅通过非限制性实施例的方式表示了实际实施方案。
[0052] 图1是示出声波在淡水中的传播速度和所述水的温度之间的关系的曲线图,所述淡水通常通过分配网络供应以供人类消耗。
[0053] 图2是高动态调节混合设备的示意性视图,所述混合设备具有电子控制系统以便其在家用水混合中应用、具有冷水入口和热水入口、位于移除了上盖的盒中。在本图中,测量区段(14)被测量区段(13)覆盖,如通过在所述区段(14)右侧突出的换能器的放置可以看到的。
[0054] 图3是具有所连接的换能器的测量区段的截面视图。
[0055] 图4是长度为70mm和直径为10mm的测量区段中的计算流体动力学仿真,其中入口管和出口管的连接成90°,在不具有带内半径的弯头的情况下。
[0056] 图5是长度为70mm和直径为10mm的测量区段中的计算流体动力学仿真,其中入口管和出口管的连接成90°,在具有小于2mm的半径的弯头的情况下。
[0057] 图6是长度为70mm和直径为10mm的测量区段中的仿真,其中入口管和出口管的连接成90°,在具有小于3mm的半径的弯头的情况下。
[0058] 图7是测量区段在其与入口供应管线的连接区域中的细节的截面视图。
[0059] 图8是根据插座类型或直径可更换的三个可能的入口管线或出口管线的截面视图。

具体实施方式

[0060] 在本发明的本优选实施方案中,存在一种混合设备(10),该混合设备具有热和冷两个水供应管线(11,12)、具有对所述管线(11,12)中的每一个的流量和温度的测量的电子控制部分以及通过由电子控制系统(19)所控制的比例电磁阀(15,16)对混合物的调节。
[0061] 如图2中示出的,所述混合设备(10)被包括在保护壳体(20)中,该保护壳体使组件紧凑,且集成了入口供应管线(11,12)、测量区段(13,14)、比例电磁阀(15,16)、混合室(17)和混合水到供应水龙头(在图中未示出)的出口管线(18)以及与控制系统(19)对应的电子处理部件的组件。
[0062] 测量区段(13,14)被定位在入口供应管线(11,12)中的每一个之后、明显垂直于它们,每个测量区段(13,14)在其端部中的每一个处具有彼此相对的超声换能器(21),且超声换能器(21)或与所述超声换能器(21)相关联的元件不干扰水流量,从而避免湍流。
[0063] 测量区段(13,14)在本实施方案中具有10mm的直径,且如可以在图3中看到的,它们在与它们的入口管和出口管的连接中具有2.5mm的内半径(22),该内半径避免由于流动方向的突然改变而产生湍流流动,且该内半径允许在测量区段(13,14)中的所述水流动的中心区域中具有主要层流状况,从而允许流量读数在0.1l/min-25l/min流量范围内具有小于2%的误差。
[0064] 在图4、图5和图6中,可以观察到,取决于具有一个内半径(22)或具有另一内半径或不具有内半径,在方向改变区域中所经历的速度不同,内半径(22)越大,在测量区段(13,14)的轴线中具有的速度状况越稳定,以使得在湍流造成更少失真的情况下进行测量。特别地,与在水流动方向改变中不存在弯头半径的配置相比,对于2.5mm的内半径(22),获得小于5%的测量区段的中心区段中的流动速度的平均值的变化。在不具有半径的所述配置中,反向流动(RF)甚至可能发生在水流动方向改变弯头中、在靠近方向改变的入口拐角的大区域中,如图4中示出的。如还可以在所述图4、图5和图6中看到的,在直径为10mm的管中,对于在2mm和3mm之间的弯头半径(22),在流动的层流状态中未获得大改善,从而增大半径以具有更好的层流状况是低效的,因为由于具有更大的管直径和换能器,所以它涉及更大的制造成本。因此,2.5mm和替代地3mm半径是被认为适合于直径为10mm的测量区段管(13,14)的半径。
[0065] 在本实施方案中,在直径为10mm的管中,在70mm处发现相对的超声换能器(21),其允许在0.1l/min-25l/min的流量范围内具有小于2%的误差容限,从而向电子控制系统(19)连续地供应可靠且精确的信息,由于通过大约90mV的接收波峰的换能器获得读数电压和具有小于2%的所述误差容限的精度(如先前提及的),便于将其安装在壳体中,所述壳体在定位所述测量区段的方向上、在长度上具有100mm和300mm之间的典型测量。
[0066] 在替代实施方案中,如所指示的,可以具有直径尽可能宽地包括在8mm和300mm之间的测量区段(13,14),其中在一个也优选的替代方案中,直径将具有在9mm和15mm之间的值。
[0067] 替代地,内半径(22)将具有2mm至10mm的值。
[0068] 替代地,超声换能器(21)之间的距离应大于30mm且小于250mm,且在一个也优选的替代实施方案中,超声换能器(21)之间的距离将具有60mm至120mm的值。
[0069] 替代地,如图7中示出的,流动状况的稳定过滤器(30)可以通过流体速度分布的稳定化或标准化装置而被包括在测量区段(13,14)的入口管线中。
[0070] 温度传感器(23)被安装在热水管线中、在测量区段(13)的出口之后且在所述热水管线的比例电磁阀(15)之前,该温度传感器(23)连接到电子控制系统(19)作为辅助温度传感器。仅在不允许计算明确声波传播速度值的温度范围内或接近该温度范围递送热水的情况下,如可以在图1中观察到的,对于50℃和100℃之间的值,电子控制系统(19)才会需要来自此辅助温度传感器(23)的信息。因此,此辅助温度传感器(23)将允许电子控制系统(19)识别水是在73℃以上还是在73℃以下,其中不需要每个水管都具有温度传感器,因为对应于冷水的管线(因为它未达到这些温度,由于应用的有利的测量方法)允许省掉辅助温度传感器(23),通过对应的测量区段(13,14)中的换能器(21)所执行的测量和计算就足够了。
[0071] 控制系统(19)从换能器(21)中的一个(充当发射器)内的超声压力波形式的脉冲的产生开始,以使得通过在水流动的相同方向上穿过水流动,所述波到达相对的换能器(21),该相对的换能器在特定时间(tdown)内充当接收器。紧接在此之后,已经充当接收器的此换能器(21)将其功能改变为发射器且在逆流方向上发送另一压力波,该波在确定的时间(tup)内由第一换能器检测。
[0072] 电子控制系统(19)具有处理装置,该处理装置接收进行的所述测量,所述测量对应于在短时间间隔内的大量测量,如先前所描述的,其可以是大约高达数百赫兹,在本实施方案中是大约250Hz,从而能够大约每隔4毫秒从换能器(21)获得信息,其中在该处理装置的计算算法中输入的所述信息使得可以立即且以高节奏具有瞬时流量和瞬时温度信息,所述瞬时流量和瞬时温度信息是供应该处理装置也具有的调节算法(该调节算法与比率电磁阀(15,16)的调节对应)所必需的。
[0073] 因为由于系统编程器的指示使得电子控制系统知晓管在测量区段(13,14)中的几何形状、换能器(21)之间的距离和压力波传播通过的水的物理属性,实际上立即确定水的平均瞬时速度,在此之后,可以计算穿过管的瞬时流量。
[0074] 为了在声音速度计算中消除温度的影响,必须测量顺着流动的飞行时间和逆着流动的飞行时间。流体速度(v)的计算遵循以下公式:
[0075]
[0076] 其中
[0077] -L是换能器之间的距离,
[0078] -tdown是顺着流动的飞行时间,
[0079] -tup是逆着流动的飞行时间,
[0080] -tnusr是零超声执行时间,即,声波经过路径中垂直于流动方向的区段所花费的时间(主要反映在某些几何形状中),且
[0081] -tzo是静止状态(即,水流动速度等于零)的飞行时间。
[0082] 因此,该处理装置将所计算的速度乘以测量区段(13,14)的已知截面来获得流动通过管的水流量(Q):
[0083] Q=v*Atube
[0084] 其中
[0085] -v是流动的平均瞬时速度,且
[0086] -Atube是管截面。
[0087] 电子控制系统(19)一旦以此高动态测量且从而以该设备的入口水管线(11,12)中的每一个的状态的高频率信息更新来计算出温度,具有由使用者设置的参数的所述控制系统(19)将指令发送到比例电磁阀(15,16),所述比例电磁阀(15,16)负责调节所述管线中的每一个的混合比例或负责关闭以避免供应中的问题。
[0088] 如果从比例电磁阀(15-16)完全移除电力供应,例如,由于使用者决定关闭设备(10)的事实,或如果在设备(10)的电力供应中发生故障,则比例电磁阀(15-16)返回它们的静止位置,以完全关闭它们调节的流体通路。
[0089] 经调节的流量中的每一个在混合室(17)中混合,以通过出口管线(18)离开,该出口管线将与供应水龙头连接,以使得它形成分配组件。替代地,可以存在与不同的供应水龙头连接的几个出口管线(18)。
[0090] 可选地,如图8中示出的,可能具有通过联接和牢固连结装置(31)而被联接到测量区段(13,14)的或混合室(17)的入口管或出口管(32)的入口管线或出口管线(11,12,18),所述联接和牢固连结装置(31)位于所述入口管线或出口管线(11,12,18)以及入口管(32)之间,所述联接和牢固连结装置允许通过螺纹零件或所需类型的入口管线或出口管线(11,12,18)的联接插座对它们进行更换和修改,作为快速连接入口管线或出口管线、不同直径、特定连接。这些联接和牢固连结装置优选地在入口管线或出口管线(11,12,18)的区段中形成开口,其中安装可拆卸的夹,以便于其固定和抽出。此外,每个液体入口管线或出口管线(11,12,18)将具有它们对应的密封垫圈
[0091] 尽管已经参考了本发明的一个具体实施方案,但是对于本领域技术人员来说明显的是,具有高动态调节的电子控制的液体混合设备易于进行多种变化和修改,且在不脱离由所附权利要求限定的保护范围的前提下,所有提及的细节都可以由其他技术上等同的细节替换。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈