CN101782275A

CN101782275A - 电热水器噪声式防触电防干烧装置

Info

Publication number: CN101782275A
Application number: CN 201010146338
Authority: CN
Inventors: 汪孟金; 李玮; 孙浙胜; 朱亮
Original assignee: Ningbo Zhenhai Huatai Electric Factory
Current assignee: JIANGSU GAOSHIDA ELECTRIC TOOL CO., LTD.
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: CN101782275B

Abstract

本发明涉及一种电热水器噪声式防触电防干烧装置，其包括用于盛装要加热的水的容器；用于加热水的电加热器；以及控制系统，其中该控制系统包括直流电源、放大器、检波器、比较器、执行器，传感电极，容器接地线，线路接地线，保护地线。直流电源输出的直流电压UC的正端分别与放大器、比较器、执行器相连接，负端与线路接地线相连接；传感电极通过第三电容C3与放大器相连接；放大器、检波器、比较器、执行器依次相连接、并且均与线路接地线相连接；容器接地线、线路接地线之间互不直接连接，容器接地线、线路接地线均与保护地线线相连接。

Description

电热水器噪声式防触电防干烧装置

技术领域

本发明涉及家用电器领域，尤其涉及一种电热水器噪声式防触电防干烧装置。

背景技术

电热水器早已是进入很多家庭的家用电器，为电器化的家庭生活带来极大的便利，现有的电热水器分为储水式和即热式两种类型。但是储水式和即热式两种类型的电热水器，其必须要解决的一个重要技术问题是防触电伤人，另一个重要问题是防干烧起火的安全问题。

专利申请号为200820164704.2，发明名称为“一种防触电热水器”的实用新型专利申请中公开了一种热水器防触电技术，其提供一种放电件，供水流流过达到防触电作用。

现有技术在电热水器防触电方面，普遍存在或机械结构庞大、或控制电路复杂而导致体积大、造价高的缺点。

在防干烧方面也普遍存在以下两方面的缺陷：1、或无抗干烧功能，产生很大的安全隐患；2、或用半导体热敏电阻NTC或PTC作传感器、用防“过热”功能来涵盖防无水干烧的功能。从所周知，半导体热敏电阻是热隋性很大的传感器件，等其感觉到“过热”，无水干烧的危险早已发生过了。所以，此类技术只能起到防水温“过热”的作用，但无法实现防“无水干烧”的功能。

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种构造简单，成本低廉的既可防触电又能抗无水干烧的具有噪声信号处理装置的电热水器。

发明内容

本发明针对电热水器中的主要介质水的特性而提出。在此首先叙述关于水中噪声的相关内容：由于日常用水均为非纯净水，尤其是广泛使用的自来水中含有离子、水合电子(hydrated elecctron或eaq)等多种带电微粒，因此具有一定导电能力。这些带电微粒受热、光、电磁场等作用，会产生热噪声、散弹噪声、闪烁噪声等多种噪声。根据《概率论》和热力学统计理论等方法可以证明，水中的噪声是功率频谱密度均匀、与频率无关的白噪声。

其电压均方值为Un²＝4KTRB

上式中：K为波尔兹曼常数：1.38×10^-23焦耳/度(绝对温度)；

T为自来水的温度，以绝对温度计量；

R为自来水的等效电阻；

B为测试设备的通频带。

上式表明，自来水中存在数值为Un的噪声电压。用示波器则可直观地显示该噪声电压Un，图1是上海地区自来水的噪声波形图。

本发明利用水中的噪声信号控制电热水器加热电源的通断，达到电热水器防触电和抗干烧双重目的装置。

根据本发明的一个方面，提供一种电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

包括用于盛装要加热的水的容器；

用于加热水的电加热器；

以及控制系统，其中该控制系统包括直流电源、放大器、检波器、比较器、执行器，传感电极，容器接地线，线路接地线，保护地线；其中所述电热水器中的容器接地线和线路接地线分别与保护地线相连接。

进一步的，根据本发明的具有噪声信号处理装置的电热水器，其特征在于：

直流电源输出的直流电压UC的正端分别与放大器、比较器、执行器相连接，负端与线路接地线相连接；

传感电极通过第三电容C3与放大器相连接；

放大器、检波器、比较器、执行器依次相连接、并且均与线路接地线相连接；

容器接地线、线路接地线之间互不直接连接，容器接地线、线路接地线均与保护地线E线相连接。

所述的电热水器中的水和控制系统的线路地线分别与保护地线E线相连接的含义为：水、控制系统的线路地各自用导线与保护地线E连接。当即热式电热水器的加热杯或储水式电热水器的加热内胆中有水时，设置在其中的传感电极获得噪声信号Un并送入控制系统中，控制系统自动接通电加热器的加热电源，电热水器正常工作；当水中的与保护地线相连接的导线与保护地线E线未连接时，就意味着电热水器有触电的危险，此时，传感电极中的噪声信号Un开路，控制系统断开电加热器的加热电源，电热水器触电危被解除；当加热杯或加热内胆中的水位低于设定水位时，就意味电加热器存在干烧的危险，此时，传感电极露出水面，噪声信号Un开路，执行系统也就断开加热器的电源，干烧的危险也就被解除。

进一步的，根据本发明的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

当容器中的水位高于预设水位线且水已与保护地线E相连接时，传感电极获得的噪声信号Un经放大器放大，检波器检波后送至比较器，比较器输出高电平，执行器执行将继电器动合触点DH闭合的指令，负载RL与AC220V接通，电热水器正常工作，同时，指示灯LED点亮。

当容器中水位低于预设水位线时，或容器接地线与保护地线断开时，噪声信号开路，Un→0，比较器输出低电平，执行器执行将继电器动合触点DH断开的指令，负载RL与AC220V断开而失电、指示灯LED熄灭。

指示灯LED告知了电热水器的状态，当LED点亮时，表示电热水器正常工作；当LED熄灭时，表示电热水器或缺水、有干烧危险；或容器接地线未与保护地线连接，存在触电的危险。

所述的电加热器置于电热水器的加热杯或加热内胆之中。

本发明的特征是：通过噪声信号是否开路来控制电加热器的电源的断与通，从而解决防触电和抗干烧的两个重要问题。

附图说明

图1为示波器显示的水中噪声Un的波形图。

图2为本发明的优选的实施例的原理方框图。

图3为本发明的优选的实施例的电路原理图。

具体实施方式

图2所示，本发明的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其由直流电源10、放大器20、检波器30、比较器40、执行器50、传感电极AK、容器接地线EV、线路接地线EC及保护地线E组成。以下为叙述方便，将加热杯或加热内胆称为“加热容器”。

根据本发明的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其中：直流电源10输出的直流电压U_C的正端分别与放大器20、比较器40、执行器50相连接，负端与线路接地线EC相连接；传感电极AK通过第三电容C₃与放大器20相连接；放大器20、检波器30、比较器40、执行器50依次相连接、并且，它们均与线路接地线EC相连接；容器接地线EV、线路接地线EC之间互不直接连接，但它们均与保护地线E线相连接。容器接地线EV的特征为：其一端与保护地线E线及容器壁相连接，另一端伸入所述容器内的水中。

结合图2，本发明的工作过程为：当容器中的水位高于预设水位A且水已与保护地线E连接时，传感电极AK获得的噪声信号Un经放大器20放大，再经检波器30检波后送至比较器40，此时，比较器40输出高电平、执行器则执行将继电器动合触点DH闭合的指令，负载R_L(或电加热器、或交流接触器线包、或晶闸管控制回路)便与AC220V接通，电热水器正常工作，同时，指示灯LED点亮。

当容器中水位低于预设水位A或容器接地线EV与保护地线E断开时，噪声信号开路，Un→0，此时，比较器40输出低电平，执行器执行将继电器动合触点DH断开的指令，此时，负载R_L与AC220V的：L端断开而失电、指示灯LED熄灭。

指示灯LED告知了电热水器的状态，当LED点亮时，表明电热水器可以正常使用；当LED熄灭时，表明电热水器或缺水有干烧危险；或水未与保护地线E连接，存在触电的危险。

本发明的工作模式是：只要电热水器存在或发生了危险的情况，本发明就拒绝供电或自动切断电源。

图3为本发明优选的一个实施例的电路结构图，图中，三极管V₁(型号C9014)及其外围器件组成为放大器，其特征是：传感电极AK与第三电容C₃串联后与第一二极管D₁的负极、第一、第二电阻R₁、R₂各自的一端及三极管V₁的基极连接；三极管V₁的发射极、第一电阻R₁的另一端、第一二极管D₁的正极均与线路接地线EC(以下简称线路地)连接；三极管V₁的集电极与第三电阻R₃的一端及第四电容C₄的一端连接；第二、第三电阻R₂、R₃各自的另一端均与直流电源U_C的正端连接。

第四、第五、第六电容C₄、C₅、C₆、第二、第三二极管D₂、D₃组成为检波器。其特征是：第四电容C₄的另一端与第二二极管D₂的负极及第三二极管D₃的正极相连接；第三二极管D₃的负极与第五、第六电容C₅、C₆各自的一端及第四电阻R₄的一端连接；第二二极管D₂的正极、第五、第六电容C₅、C₆各自的另一端均与线路地相连接。

集成运放IC(型号LM393)及其外围器件组成了比较器，其特征是：第四电阻R₄的另一端、第五电阻R₅的一端均与集成运放IC的同相输入端3脚相连接；第六、第七电阻R₆、R₇各自的一端均与集成运放IC的反相输入端2脚连接；第八、第九电阻R₈、R₉各自的一端均与集成运放IC的输出端1脚连接；集成运放IC的8脚、第六、第八电阻R₆、R₈各自的另一端均与直流电源U_C的正端连接；集成运放IC的4脚、第五、第七、第九电阻R₅、R₇、R₉各自的另一端均与线路地相连接。

三极管V₂(型号C9014)及其外围器件组成了执行器。其特征是：三极管V₂的基极、发射极分别与集成运放IC的1脚、线路地相连接；继电器J的线包与第四二极管D₄并联后，一端(D₄的正极端)与三极管V₂的集电极连接、另一端与直流电源U_C的正端连接；继电器J的动合触点DH的一端与AC220V的L端连接、另一端与第十电阻R₁₀的一端及负载RL的一端连接；第十电阻R₁₀的另一端与指示灯LED的负极连接；指示灯LED的正极、负载RL的另一端均与AC220V的N端相连接。

本实施例的工作过程为：

1、当容器中的水位高于预设水位A且水与保护地线E连接时，噪声信号Un经传感电极AK及电容C₃耦合后施加到三极管V₁的发射结上，再经V₁放大、C₄耦合、D₃检波、C₅、C₆滤波、R₄、R₅分压后加至集成运放IC的同相输入端3脚上，其数值为U₃；直流电源Uc经R₆、R₇分压后获得参考电压U₂被施加在集成运放IC的反相输入端2脚上；本领域技术人员能够调整R₄、R₅、R₆、R₇的值，使Un到来时，U₃＞U₂；此时，IC的1端输出高电平，V₂导通、继电器J的线包得电，其动合触点DH闭合，AC220V接通、负载得电，电热水器正常工作；同时，指示灯LED也得电点亮，告知电热水器正在正常工作。

2、容器中水位低于A时，传感电极AK露出水面、噪声回路开路、Un→0导致U3＜U2，集成运放IC的1脚输出低电平，V2截止，DH断开，负载R_L失电，从而干烧危险解除。同时，指示灯LED灭，告知电热水器有故障。

3、当容器接地线EV未与保护地线E相连接时，噪声信号开路，Un→0、U₃＜U₂、V₂截止、DH断开、AC220V的L端也断开、触电危险解除、负载RL断电，LED灭，告知电热水器有故障。

简言之，本发明的设计思想的核心控制模式为：在具备以下两个条件的情况下，本发明才自动接通电加热器的加热电源。

一、容器中的水位高于A(即无干烧起火的危险)

二、容器中的水已与保护地线E连接(即无触电危险)

否则，只要上述任何一个条件不具备，本发明就自动切断加热电源并拒绝电热水器起动加热。

应用本发明的具有噪声信号处理装置的电热水器，可以带来以下的有益效果：

一、结构简单、成本低廉。本发明中的技术方案提供简单的线路，能够以极低的价格实现电热水器防触电、抗干烧的二大功能。

二、与现有技术中使用PTC或NTC作传感器设计的电热水器“防干烧”电路相比，由于其PTC或NTC热隋性大，因此，这种设计难以实现即时防干烧的功能。本发明在出现“干烧”趋势时，就快速、瞬间切断了AC220V电源，因此，有效地解除了电热水器“干烧”起火的危险。

三、与现有技术中使用“防电墙”防触电的程序为：发现漏电超值(例如10mA)后，再切断电源，系事后防范。如前所述，本发明防触电的程序为：一旦发现水未与保护地线E连接(意味着有触电危险)就强制切断电源，使电热水器无法起动加热，系事先防范。因此，本发明具有更可靠的防触电功能。

以上说明书的实施例及相关内容仅用以闸述本发明而非限制本发明。本领域的技人员应当理解，虽然在理解本发明技术方案的基础上，可以对本发明进行修改或等同的替换，但一切不脱离本发明的实质和范围的技术方案及改进，均应在本发明的权利要求的涵盖范围内。

Claims

1.一种电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

包括用于盛装要加热的水的容器；

用于加热水的电加热器；

以及控制系统，其中该控制系统包括直流电源、放大器、检波器、比较器、执行器，传感电极，容器接地线，线路接地线，保护地线；

其中所述电热水器中的容器接地线和线路接地线分别与保护地线相连接。

2.根据权利要求1所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

传感电极通过第三电容C3与放大器相连接；

容器接地线、线路接地线之间互不直接连接，容器接地线、线路接地线均与保护地线线相连接。

3.根据权利要求2所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

当容器中的水位高于预设水位线时，传感电极获得的噪声信号Un经放大器放大，检波器检波后送至比较器，比较器输出高电平，执行器执行将继电器动合触点DH闭合的指令，负载R_L与AC220V接通，电热水器正常工作，同时，指示灯LED点亮。

4.根据权利要求2所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

当容器中水位低于预设水位线时，或容器接地线与保护地线断开时，噪声信号开路，Un→0，比较器输出低电平，执行器执行将继电器动合触点DH断开的指令，负载R_L与AC220V断开而失电、指示灯LED熄灭。

5.根据权利要求3或4所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

指示灯LED告知了电热水器的状态，当LED点亮时，表示电热水器可以正常使用；当LED熄灭时，表示电热水器或缺水、有干烧危险；或容器接地线未与保护地线连接，存在触电的危险。

6.根据权利要求2所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

传感电极与第三电容(C₃)串联后与第一二极管(D₁)的负极、第一电阻R₁、第二电阻R₂各自的一端及三极管(V₁)的基极连接；

三极管(V₁)的发射极、第一电阻R₁的另一端、第一二极管(D₁)的正极均与线路接地线(EC)连接；

三极管(V₁)的集电极与第三电阻(R₃)的一端及第四电容(C₄)的一端连接；

第二、第三电阻(R₂)、(R₃)各自的另一端均与直流电源(U_C)的正端连接。

7.根据权利要求2所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

第四电容(C₄)的另一端与第二二极管(D₂)的负极及第三二极管(D₃)的正极相连接；

第五、第六电容(C₅)、(C₆)各自的一端及第四电阻(R₄)的一端均与第三二极管(D₃)的负极连接；

第二二极管(D₂)的正极、第五、第六电容(C₅)、(C₆)各自的另一端均与线路地相连接。

8.根据权利要求2所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

第四电阻(R₄)的另一端、第五电阻(R₅)的一端均与集成运放(IC)的同相输入端3脚相连接；

第六、第七电阻(R₆)、(R₇)各自的一端均与集成运放(IC)的反相输入端2脚连接；

第八、第九电阻(R₈)、(R₉)各自的一端均与集成运放(IC)的输出端1脚连接；

集成运放(IC)的8脚、第六、第八电阻(R₆)、(R₈)各自的另一端均与直流电源(U_C)的正端连接；

集成运放(IC)的4脚、第五、第七、第九电阻(R₅)、(R₇)、(R₉)各自的另一端均与线路地相连接。

9.根据权利要求2所述的电热水器噪声式防触电防干烧装置，其特征在于：

三极管V₂的基极、发射极分别与集成运放(IC)的1脚、线路地相连接；

继电器(J)的线包与第四二极管(D₄)并联后，D₄的正极端与三极管(V₂)的集电极连接、另一端与直流电源(U_C)的正端连接；

继电器(J)的动合触点(DH)的一端与AC220V的L端连接、另一端与第十电阻(R₁₀)的一端及负载(RL)的一端连接；

第十电阻(R₁₀)的另一端与指示灯(LED)的负极连接；指示灯(LED)的正极、负载(RL)的另一端均与AC220V的N端相连接。