CN101548161A - 用于调节咖啡机的煮器中的液位的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节咖啡机(10)的煮器(40)内的液位的装置，该装置包括：连接到煮器(40)并视觉地显示煮器内的液位的透明管道(24)，设置在透明管道(24)外部的确定位置处以产生表示对应于传感器沿着透明管道的位置的液体存在或者缺少的电信号的电容式传感器。该装置(12)的传感器包括均为电容式的第一测量元件(30a)和第二测量元件(30b)，第二测量元件(30b)设置在距所述第一测量元件(30a)预定距离处。装置还包括被设置用来测量所述第一和第二测量元件(30a，30b)之间的阻抗并产生指示与传感器位置对应的液体存在或缺少的电信号的测量部件(70)。本发明的新颖之处还涉及包括该装置的机器。

Description

用于调节咖啡机的煮器中的液位的装置
技术领域
本发明总的涉及调节咖啡机的煮器内的液体(例如水)的液位的装置，更具体地，本发明涉及一种检测和调节浓咖啡机的煮器内的水位的电容式传感器，所述装置包括电容式传感器和调节煮器内的水量以保持恒定的理想水位的部件。
背景技术
众所周知，浓咖啡机包括保持和加热水的煮器、用于加压水的装置、供应咖啡的一个或多个装置以及其它内部和外部组件。所有这些组件都优选容纳在外部壳体内。
煮器通常连接到冷水进水管，用来在运行过程中优选地以自动方式重置最佳水位。在进水管上具有由专门的监控装置控制的电致动阀，监控装置提供煮器内的水位监控并在检测到最低水位时致动电致动阀直到恢复理想水位。
本申请人的公开号为WO0160221的专利申请教导了用于调节浓咖啡机的煮器内的液位的电容式装置。
该已知的装置具体包括电容式传感器，在电容式传感器中，小金属弹片用作电容器的第一板，连接煮器的管子用作电容器的电介质，水(导电的)用作电容器的第二板。
根据现有技术，第二板通过煮器的金属接地。控制电路连接到第一板和煮器主体，并且控制电路被设计成在透明管子内的水位变化时测量小弹片和煮器主体之间的电容变化，其中小弹片定位在沿着透明管子的预定位置处。众所周知，相对于与小弹片对应存在水的条件，与小弹片对应存在空气时检测到的电容量更低。
现有技术的一个问题在于由小弹片(电容式传感器)、透明管子、空气和/或水、煮器的结构和主体构成的等效电路呈现出全阻抗，全阻抗的变化由与小弹片对应的空气或水的存在引起，该变化与由透明管子内的水柱引起的阻抗、小弹片沿着透明管子的位置、以及与煮器的结构相比是无关的。
事实上，与水的特性(例如温度、矿物盐含量等)有关的水的阻抗变化以及煮器在氧化后等的特性与电容变化相关，需要测量电容变化的值以精确地确定透明管内的水位。
此外，申请人注意到已知装置的性能受到由水的特性、煮器的特性和电容式传感器的位置引起的不确定的电容阻抗的极大影响。特别是，申请人注意到，首先，水的电容阻抗的变化以及其次煮器电容阻抗的变化可以比作待测量的阻抗变化以确定透明管中及由此煮器内的水位。
发明内容
本发明的目的是解决上面提到的现有技术中的问题。
该目的通过要求保护的用于检测咖啡机的煮器中的液位的装置以及包含该装置的机器来实现。
权利要求是这里描述的关于本发明的技术教导的一体部分。
根据本发明的一种优选实施方式，该装置包括能够沿着探针定位在预定位置处的电容式传感器，该电容式传感器具有定位到预定距离处的第一测量元件和第二测量元件并具有能够在与传感器的位置相应的液位变化时测量第一测量元件和第二测量元件之间的电容阻抗的电路。
根据本发明的另一种实施方式，该装置包括连接到测量电路的调节元件，该调节元件能够调节流入煮器中的液体。
根据本发明的另一种实施方式，该装置包括连接到测量电路的显示元件，该显示元件能够监测与传感器的位置相应的液体的存在或缺失。
附图说明
通过仅仅示例性的而非限制性的优选实施方式的以下描述，本发明的这些和其它特征将更加清楚。在附图中，由相同或相似的附图标记标示的组件表示该组件具有相同或相似的功能和结构，其中：
图1示出了包括根据本发明的装置的浓咖啡机的示意图；
图2示出了包括根据本发明的装置的浓咖啡机煮器的示意图；
图3示出了根据本发明的测量装置；和
图4示出了用于图2的装置的控制电路的电路框图。
具体实施方式
参照图1，浓咖啡机10包括包含该机器的全部功能组件的外壳结构2。具体地，这些功能组件中的一些在图中部分地可见，例如，包括连接到两个咖啡输送组7、8的两个排出管4、6的煮器40。
根据优选实施方式，机器10包括调节煮器内的液位的装置12(图1、图2)。该装置通过例如位于煮器40的左侧的前面板上的小切出窗口可以看到，液位探针20连接到煮器40，如更加详细的进一步描述的。
如图2和图3所示，在优选实施方式中，调节浓咖啡机的煮器40内的液位的装置12包括液位探针20、控制电路32和设计用来调节煮器40内的液体(例如水)流动的电致动阀44。
优选地，液位探针20包括由绝缘材料、例如玻璃或塑料材料(诸如
Figure A200780044889D0006150058QIETU
)制成的小管道24。使用透明材料并将液位探针定位在机器10的从外部可见的位置上，使得即使在关掉机器或者自动调节系统没有运行时，也可以视觉检测当前的液位水平。在其它实施方式中，液位探针能够甚至以非视觉的方式检测煮器内的液位。
在小管道24的外部连接有电容式传感器30，电容式传感器30包括第一薄金属板30a和第二薄金属板30b，第一薄金属板30a和第二薄金属板30b分别弯曲成U形并围着小管道24部分地包绕并沿着小管道24摩擦地平滑运动。
小金属板30a和30b在距彼此预定距离处直接焊接到小板38上，例如，具有控制电路32的安装组件的印刷电路板38上，如参照图4进一步详细描述的。
在印刷电路板38上，优选在小管道24后面能够从机器外部看见的位置具有发光显示装置36，例如发光二极管(LED)，优选为双色的。该发光显示装置(LED)36被设计用来通过显示绿色发出关于煮器内存在水并且供应到印刷电路板38的电能正确的信号，或者通过显示红色发出关于煮器内缺水和致动电致动阀的信号。
电连接器34向控制电路32供应电能并直接或者通过电子/电气电源接口、例如继电器控制电致动阀44。
煮器40包括运载冷水并由电致动阀44中断的流入管42、运载热水的流出管46和接地件40a。
液位探针20通过两个管道48和50连接到煮器40，具体地，液位探针20的下部26连接到煮器40的底部，而液位探针20的上部28连接到煮器40的顶部。这允许液位探针20的小管道24内的液(水)位与煮器40内的液位相同。
显然，为了正常运行，必须将传感器30定位到与煮器内的理想水位对应的高度。
根据优选实施方式，控制电路32紧邻探针20定位并直接或者通过继电器致动用于调节流入煮器中的水的电致动阀44。
如进一步更加详细地描述的，控制电路32被设计用来测量第一薄金属板30a(也称为第一测量元件)和第二薄金属板30b(也称为第二测量元件)之间的电容阻抗值或电容。这些测量的电容值对应于小管道24内水附着到例如第一薄金属板30a的区域中的水位变化。控制电路32将所测量的每个电容值与在探针20的校准过程中确定的一个或多个校准值进行比较，并由此产生控制LED36的显示和电致动阀44的致动的信号。
图4示出了控制电路板32的简化电路框图，在优选实施方式中，控制电路板32包括分别为30a和30b的第一测量元件和第二测量元件、LED36、测量逻辑电路70和连接到测量逻辑电路70以控制并稳定电能供应的稳定元件72。
优选地，测量逻辑电路70包括带有内存储器的微控制器(例如来自供应商MICROCHIP的微控制器模型PIC12F629P)，测量逻辑电路70通过第一连接器70a连接到第一测量元件30a，并通过保护电阻73和第二连接器70b连接到第二测量元件30b，以形成测量第一测量元件30a和第二测量元件30b之间的电容阻抗的电路。逻辑电路还连接到LED36并直接或者例如通过控制装置间接连接到电致动阀44。
根据优选实施方式，逻辑电路70被设计用来以第一测量元件30a和第二测量元件30b之间的测量的电容阻抗值的函数的形式控制LED36的发光和电致动阀44的致动。具体来说，根据优选实施方式，逻辑电路70能够产生预定频率的信号，当通过RC电路(即测量元件30a和30b、小管道24、液体、连接器70a和70b以及保护电阻73)时，该预定频率的信号根据RC电路的电容量将其自身的频率修正为更大或更小的频率。修正的信号以预定的时间间隔测量，例如使用逻辑电路70内部的计数器以预定的时间间隔测量，以检测正在被修正的频率。
如所知的，在电路RC的提高的电容量(由第一测量元件30a之间存在水造成)的情况下，频率值将低于在电路RC的较低电容量(由第一测量元件30a之间缺水造成)的情况下所获得的值，从而：
—在所测量的频率大于预建立的阈值、例如储存在逻辑电路70的内存储器中的阈值的情况下，逻辑电路70将命令LED36发红光并致动电致动阀44以向煮器40供应液体；
—在所测量的频率小于预建立的阈值的情况下，逻辑电路70将命令LED发绿光来指示校正供应到控制电路32的能量并且解除电致动阀44的致动。
很显然，根据本发明的其它实施方式，在不偏离已经描述和要求保护的测量方法的情况下，可以用其它已知的测量方法来测量小管道24中存在水或缺少水时的电容阻抗。
下面描述装置的功能。在第一阶段，例如在工厂中，使用与待建立的机器上的回路类型等同的液压回路来进行装置的校准。
具体地，校准提供逻辑电路70产生的预定频率的信号，替代地，可以测量测量电路中在存在水或者缺少水的情况下产生的频率。该测量将作为值存储在逻辑电路70的内存储器中，例如指示阈值或者指示与水的检测有关的值的中间值。
根据本发明的第二种实施方式，第一阶段能够提供在与煮器40中的各个水位对应的多个频率值的液压等同回路中的测量值，并且这些不同的值存储在逻辑电路70的内存储器中，在该情形中，指示煮器的围绕传感器位置的填充水平的刻度。
在第二阶段，通过向控制电路32供应电能并将电容式传感器定位到沿着小管道24的预定水平来运行装置。
例如，在运行中，在预定的时间间隔，逻辑电路70：
—将预定频率的信号传递到探针20；
—检测测量电路中的频率；
—将所检测的频率与逻辑电路70的内存储器中存储的频率进行比较，并基于所检测的频率大于或者等于一个存储的频率而进行如下动作：
—使LED36分别发红光或者绿光；
—致动电致动阀44或者解除电致动阀44的致动(保持其不活动)。
根据第二种实施方式，例如，在第二阶段，逻辑电路70能够将所测量的频率与那些存储在逻辑电路70的内存储器中的频率进行比较，并基于所测量的频率与其中一个存储的频率对应或者非常接近，逻辑电路70将确定煮器内的液位处于填充水平的设定范围内，并致动LED36分别发红光或者绿光，并将取决于存储液位的设定范围致动电致动阀44或者解除电致动阀44的致动。
如描述的，装置12允许以简单和有效的方式调节咖啡机的煮器内的液位。
一个很大的好处是，所述装置测量等同RC电路的电容阻抗，其中，唯一的变量是存在于第一小金属板30a和第二小金属板30b之间的水量。
该优选实施方式避免了与煮器内的矿物结垢、液体(水)的不同导电特性、电容式传感器沿着探针的位置等有关的显著测量误差的风险。
一个显著的好处是，在优选实施方式中，增加的保护逻辑电路70免受可能的过量电流引起的断电的保护电阻73使用至少一个大小级别低于第二小金属板30b、水、煮器40和煮器的接地件40a(煮器的接地电路)之间的电阻值来定大小，以确保测量电路不会受到煮器的接地电路的电特性并且特别是水的导电性的影响。
在不脱离由后附的权利要求书描述的本发明的精神的情况下，关于尺寸、形状、材料、组件、电路元件、连接器和触点，以及示出的电路和结构细节和操作方法，可以对上面的描述进行明显改变和变化。

Claims (8)

1.一种用于调节咖啡机(10)的煮器(40)内的液位的装置，包括：
液位探针(20、24)，其连接到所述煮器(40)并能够重置煮器内的液位；
电容式传感器(30)，其能够设置在所述液位探针(20、24)外部的确定位置处以产生表示与所述确定位置对应的液体存在或者缺少的电信号；
其特征在于，所述电容式传感器(30)包括：
电容式的第一测量元件(30a)；
电容式的第二测量元件(30b)，其设置在距所述第一测量元件(30a)预定距离处；
所述装置还包括测量部件(38、70)，其被设置用来测量所述第一测量元件(30a)和第二测量元件(30b)之间的阻抗并产生所述电信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
连接到所述测量元件并能够根据所述电信号调节流到所述煮器(40)的液体流的调节部件(44)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，包括连接到所述测量部件并能够发出至少与所述确定位置对应的液体存在或缺少的信号的信号部件(36)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述液位探针(20)包括由绝缘透明材料制成的管状元件(24)，并且所述第一测量元件(30a)和第二测量元件(30b)包括至少部分地环绕所述管状元件(24)的小导电板。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量部件(70)包括具有存储部件的可编程逻辑电路，并且所述存储部件能够存储表示待与所测量的阻抗值进行比较的阈值的至少一个参考值。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量部件(70)包括具有存储部件的可编程逻辑电路，并且所述存储部件能够存储表示与不同液位有关的一组值的一组参考值，所述参考值将与所测量的阻抗值进行比较。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，包括连接在所述第二测量元件(30b)和所述测量部件(70)之间的至少一个保护电阻(73)，所述保护电阻具有的阻值比液体和地面(40a)之间确定的电阻值低至少一个测量级。
8.一种包括根据权利要求1-7的任一项所述的装置的咖啡机。
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