CN101308362A - 探测和控制液体沸腾的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种探测和控制液体沸腾的方法及装置，其包括发声器、接声器和电气线路板，发声器设置在盛装液体的器皿上，当液体加热至沸腾温度时，所产生的蒸汽使发声器发出声音，接声器接收到该声音信号后，将该声音信号转换成电信号并由电气线路板断开电加热器电源。本发明与现有技术相比，其优点是：液体在加热时可以确保液体温度能上升到沸腾温度，液体沸腾后能自动断开电加热器电源，同时发出声音报警，使用安全；此外，由于盛装液体的器皿上不设置任何电气元件，故器皿的清洗十分方便。

Description

探测和控制液体沸腾的方法及装置

所属技术领域

本发明涉及液体加热控制技术领域，尤其涉及一种探测和控制液体沸腾的方法及装置。

背景技术

控制液体沸腾的公知技术有：

第一种技术：采用温控器控制液体的沸腾温度，即在盛装液体的器皿上设置温控器，当液体的温度上升到温控器的控制温度时，温控器起跳，断开主电路。这种技术的优点是：结构简单，成本低，有许多应用。例如：饮水机中加热饮用水的热罐通常采用这种技术，用于在保温瓶中加热饮用水的“热得快”也有采用这种技术的产品。这种技术的缺点是很难实现在液体温度上升到沸腾温度时断电，实际应用中经常出现：要么液体还没有沸腾就断电停止加热，要么液体已经沸腾还继续通电加热，其原因如下：

1.感温元件的灵敏度、感温元件与被加热液体之间的热阻、电气元件的制造误差和温控器的安装位置等因素，均影响温控器的控制精度；

2.液体的沸腾温度不是一个定值，它随液体中杂质含量和大气压力等因素的变化而变化。

第二种技术：在液体中或者在盛装液体器皿的器壁上设置测温探头，通过测量液体的温度或者测量液体温度的上升速度进行控制。

采用测量液体温度的方法与第一种方法(采用温控器控制液体的沸腾温度)没有本质区别，同样很难实现在液体温度上升到沸腾温度时断电。

采用测量液体温度的上升速度进行控制的原理是：液体加热后，其温度开始上升；在加热初期，液体的温度较低，通过器壁向环境散失的热量较少，液体蒸发带走的热量也较少，所以液体温度的上升速度较快；当液体温度上升到接近沸腾温度时，液体的温度较高，向环境散失的热量较多，液体蒸发带走的热量也较多，所以液体温度的上升速度较慢；当液体温度上升到沸腾温度时，液体的温度不再上升，即液体温度的上升速度等于零；控制系统一旦检测出液体温度的上升速度为零并且温度值达到或者接近沸腾温度时即可判定液体处于沸腾状态，立即断开电加热器电源。这种技术可以实现在液体温度上升到沸腾温度时断电，中国专利申请号为200510037189.2的专利文件中公开了这种技术。但是，这种技术必须在液体中或者在盛装液体器皿的器壁上设置测温探头，使得盛装液体的器皿不便于清洗，其应用受到一定限制。

第三种技术：在盛装液体的器皿(器壁或者盖)上设置发声器(声音报警器)，该发声器的动力源是流速较高的蒸汽，液体沸腾后会产生大量的蒸气，蒸气流经发声器时发出声音，人们在听到发声器发出响亮的声音后手动关断电源。这种方法可以实现在液体温度上升到沸腾温度时断电。但是，这种方法不能实现自动控制，即不能做到液体加热时无人职守，因而存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术现状的不足而提供一种探测和控制液体沸腾的方法，本发明的另一目的是提供一种采用该方法探测和控制沸腾的液体加热装置，该加热装置可以确保液体温度能上升到沸腾温度，沸腾后自动断开电加热器电源，同时发出声音报警，使用安全；此外，由于盛装液体的器皿上不设置任何电气元件，故器皿的清洗十分方便。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种探测和控制液体沸腾的方法，其包括发声器、接声器和电气线路板，发声器设置在盛装液体的器皿上，发声器具有当高速蒸汽从中穿过时能发出声音的结构，当液体加热至沸腾温度时，发声器发出声音，接声器接收到声音信号后，将该声音信号转换成电信号并由电气线路板断开电加热器电源。

所述的器皿具有使液体沸腾时产生的大量蒸汽基本上全部从发声器中穿过的结构。其具体结构是：所述的器皿由本体和器皿盖组成，本体上设一个大开口，大开口处设置器皿盖，即器皿内部与外界大气之间只有通过发声器实现内外相通。

所述的发声器可以采用气流回旋方式发声(口哨的发声原理)；可以采用簧片振动的方式发声(口琴的发声原理)，也可以采用其它方式发声。

所述的接声器是指可以将接收到的声音信号转换成电信号的装置，它有多个名称，例如可称为声音传感器，可称为话筒，也可称为麦克风，接声器可采用包括驻极体的结构，也可采用其它结构。

加热液体的电加热器，可以是采用电热丝的电加热器，可以是采用电磁感应加热的电加热器，可以是采用微波加热的电加热器，也可以是其它形式的电加热器。当采用电磁感应加热的电加热器时，盛装液体的器皿应采用金属材料制造。当采用微波加热的电加热器时，盛装液体的器皿应采用非金属材料(玻璃、陶瓷或者耐高温塑料等)制造。

本发明的进一步技术措施是：电气线路板中设有滤波电路，将噪音等干扰声音滤除，使控制电路只对发声器产生的特定频率的声音响应，以提高本发明技术的抗干扰性能。

本发明的进一步技术措施是：设置指示灯，在液体沸腾时，控制系统在断开电加热器电源的同时指示灯发光。

从能量方面分析，液体在加热过程中，电能转换成热能输给液体。在液体沸腾前，输给液体的热能的绝大部分用于升高液体温度，其余部分热能的一部分从器壁向环境散失，另一部分热能用于液体表面汽化，因而此时由汽化产生的蒸汽量较少；在液体沸腾时，液体的温度保持不变，输给液体的绝大部分热能用于液体内部和表面同时汽化，少量热能从器壁向环境散失，所以，液体沸腾时会产生大量蒸汽。本发明技术就是利用液体加热过程中在沸腾前和沸腾时所产生的蒸汽量具有明显差别的原理，使发声器在液体沸腾前不发声而在沸腾时发声，通过接声器探测发声器是否发声来判断液体是否沸腾。本发明技术避开了公知技术中采用检测液体温度的方法来判断液体是否沸腾的种种不足，可适用于探测和控制各种沸点不同的液体。

本发明技术应用于饮水机上时，在饮水机出水龙头的下方设置电加热器，在电加热器的上方设置可移动的盛水杯，在杯体或者杯盖上设置发声器，在发声器附近的饮水机壳体上设置接声器，在饮水机内部设置电气线路板。

本发明技术应用于独立的液体加热装置时，将电加热器和接声器设置在底盘上，在底盘内部设置电气线路板，在电加热器的上方放置可移动的盛液杯，在杯体或者杯盖上设置发声器。

本发明的有益效果是：液体在加热时可以确保液体温度能上升到沸腾温度，液体沸腾后能自动断开电加热器电源，同时发出声音报警，使用安全；此外，由于盛装液体的器皿上不设置任何电气元件，故器皿的清洗十分方便。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2是实施例一的电气控制原理示意图。

图3为本发明实施例二的结构示意图。

图4是图3的I部分放大图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明进行详细描述，但应当理解这里的详细描述并不构成对本发明保护范围的限制。

实施例一：结合图1和图2所示，在底座(6)的内部设置电磁感应线圈(7)和电气线路板(2)，电气线路板(2)上设有可滤除噪音等干扰声音的滤波电路和其它电路，在底座(6)的侧壁上设有启动开关(5)、停止开关(33)和麦克风(1)，在电磁感应线圈(7)的上方设置炉盘面板(8)，在面板(8)上放置采用金属材料制造的杯体(9)，杯体(9)的开口处设有杯盖(15)，杯盖(15)上设有包括发声器本体(10)、簧片(11)和盖(12)的发声器(29)，本体(10)内设有气流通道(14)，盖(12)上设有排气孔(13)，底座(6)的底部设有底板(3)，底板(3)的下方设有橡胶垫(28)，底座(6)的内部还设有向下延伸的连接杆(27)，连接杆(27)的端部设有可拧入螺钉(4)的螺钉孔，螺钉(4)拧入后可将橡胶垫(28)、底板(3)和底座(6)连接成一体。

在本实施例中，盛装液体的器皿是杯体(9)及杯盖(15)，当杯盖(15)盖在杯体(9)上时，由于杯盖(15)具有一定的重量，液体沸腾时所产生的蒸汽压力在初期不足以顶开杯盖，蒸汽只能穿过发声器(29)中的气流通道(14)再从各排气孔(13)向外排出。当气流通道(14)的截面积和各排气孔(13)的总截面积与一定的加热功率和器皿结构相适应时，即单位时间内产生的蒸汽能即时穿过气流通道(14)再从各排气孔(13)向外排出时，则器皿中的蒸汽压力较低不足以顶开杯盖(15)，使杯盖(15)与杯体(9)之间仍维持基本密封状态，液体沸腾时所产生的蒸汽基本上全部从气流通道(14)和排气孔(13)向外排出。所以本实施例中盛装液体的器皿具有使液体沸腾时产生的蒸汽可从发声器(29)中穿过的结构。

用户使用时，先在杯体(9)内加入适量的液体，盖上杯盖(15)，然后按启动开关(5)，于是，继电器线包CJ1通电，与启动开关(5)并联的继电器线包CJ1的常开触点闭合，电磁感应线圈(7)通电对液体进行加热。当液体温度上升到沸腾温度时，液体汽化会产生大量蒸汽，这些蒸汽将穿过发声器(29)的气流通道(14)再从排气孔(13)向外排出，同时气流使簧片(11)产生振动而发声，麦克风(1)将接收到的声音信号转变为电信号并将电信号传至滤波电路，滤波电路对该电信号进行处理以滤除噪音等干扰声音引起的信号后，将电信号传给控制电路，控制电路接收到该电信号后立即给继电器线包CJ2通电。继电器线包CJ2通电后，其串接在继电器线包CJ1线路中的常闭触点立即断开，于是继电器线包CJ1断电。继电器线包CJ1断电后，其常开触点也随之断开，从而电磁感应线圈(7)和电气线路板(2)全部断电。

在加热的过程中，用户如果需要停止加热，可按停止开关(33)，使继电器线包CJ1断电。继电器线包CJ1断电后，其常开触点也随之断开，于是电磁感应线圈(7)断电停止加热，同时电气线路板(2)断电。

实施例二：结合图3和图4所示，在饮水机龙头(21)的下方设置电磁感应线圈(16)，在电磁感应线圈(16)的上方设置炉盘面板(17)，在面板(17)上放置金属材料制造的杯体(18)，杯体(18)的开口处设有杯盖(19)，杯盖(19)上设有发声器(20)；所述的发声器(20)采用气流回旋方式发声(口哨的发声原理)，其包括进气口(30)、回旋腔(32)和出气口(31)；在发声器(20)上方的饮水机壳体(24)上设置麦克风(22)，在饮水机壳体(24)内设置电气线路板(25)，在饮水机壳体(24)上设置启动开关(23)和停止开关(34)。

本实施例使用时，用户先开启杯盖(19)，再开启出水龙头(21)，将饮水机水斗(26)中的水放入杯体(18)中(也可以从其它地方接水或者接其它液体)，然后将杯盖(19)盖上，再按启动开关(23)。这时，控制电路将接通电磁感应线圈(16)的电源对杯体(18)中的水进行加热。当水温上升到沸腾温度时，水汽化会产生大量水蒸汽，这些水蒸汽将从进气口(30)进入发声器(20)的回旋腔(32)并在回旋腔(32)中回旋，然后从出气口(31)向外排出，水蒸气在这样的流动过程中将产生声音(口哨发声原理)，麦克风(22)将接收到的声音信号转变为电信号并将电信号传至电气线路板(25)，电气线路板(25)接到该电信号后立即断开电磁感应线圈(16)的电源。

在加热的过程中，用户如果需要停止加热，可按停止开关(34)，断开电磁感应线圈(16)的电源，停止加热。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述两个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1、一种探测和控制液体沸腾的方法，其特征在于：

a.包括发声器、接声器和电气线路板；

b.发声器设置在盛装液体的器皿上；

c.当液体加热至沸腾温度时，液体汽化所产生的蒸汽使发声器发出声音，接声器接收到声音信号后，将该声音信号转换成电信号并由电气线路板断开加热器电源。

2、按照权利要求1所述的探测和控制液体沸腾的方法，其特征在于：所述的器皿具有使液体沸腾时液体汽化所产生的蒸汽可从发声器中穿过的结构。

3、按照权利要求1所述的探测和控制液体沸腾的方法，其特征在于：所述的发声器具有蒸汽从中穿过时能发出声音的结构。

4、按照权利要求1所述的探测和控制液体沸腾的方法，其特征在于：所述的电气线路板中包括滤波电路。

5、按照权利要求1所述的探测和控制液体沸腾的方法，其特征在于：所述的发声器中设有簧片。

6、按照权利要求1所述的探测和控制液体沸腾的方法，其特征在于：所述的发声器中设有气体回旋腔。

7、按照权利要求1所述的探测和控制液体沸腾的方法，其特征在于：所述的接声器是声音传感器、麦克风或者话筒。

8、一种液体加热装置，其特征在于：所述的液体加热装置中采用按照权利要求1所述的探测和控制液体沸腾的方法进行探测和控制液体沸腾。

9、按照权利要求8所述的液体加热装置，其特征在于：所述的液体加热装置包括电磁感应线圈。

10、一种饮水机，其特征在于：所述的饮水机中设有按照权利要求8所述的液体加热装置。

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