CN102243115B - 即热式加热体出水温度的快速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种即热式加热体出水温度的快速测量方法，包括执行检测算法的单片机，安装在储水容器底部的温度传感器R0，安装在即热式加热体上的温度传感器R1，单片机每隔固定时间检测所述温度传感器R0的储水容器温度T₀(t)，温度传感器R1的即热式加热体温度T_B(t)，已知水的密度ρ和比热容C，即热式加热体与水之间的传热系数为K，即热式加热体的加热管道的传热面积为S，并设定即热式加热体的出水流量为Q和出水温度为T₂(t)，根据热平衡原理得到公式，并设定中间系数

和可得到即热式加热体的出水温度其积极的效果是，基于进水温度和即热式加热体温度，计算出水温度，避免了经验性质的处理，从理论上解决了实际问题。

Description

即热式加热体出水温度的快速测量方法

技术领域

本发明涉及咖啡制作设备或者饮水设备的即热式加热体的出水温度检测方法。

背景技术

不管是磨豆咖啡机还是即热式饮水设备都越来越多地采用大功率的即热式加热体进行水加热。即热式加热体内部的细长管道保证了足够的传热面积，同时功率很大，所以加热速度快，冷水经过细长管道以后能加热到足够温度，但是由于功率较大，温度变化速度很快，传统测温用的传感器获得的温度数据延迟时间较大，同时，由于温度传感器不能与水直接接触，中间必须要有卫生合格材料进行隔离，这样就更加增加了数据的延迟时间，给控制系统开发设计带来很大的难度。国内专利一种咖啡机即热式加热体的温度测量方法ZL200910301012.7根据单位时间内即热式加热体上的测温传感器的温度变化来计算加热体的准确温度，实用价值大。但是，加热体的温度并不代表出水温度，而出水温度才是最终使用的温度。有的设备采用控制加热体温度的方式来控制出水温度，这种方法受进水温度影响很大，常常表现为夏天出水温度高，冬天出水温度低。

发明内容

本发明的目的是为了解决即热式加热体出水温度的测量问题，利用储水容器温度和即热式加热体温度，准确计算出水温度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

即热式加热体出水温度的快速测量方法，包括执行检测算法的单片机，安装在储水容器底部并与所述单片机相连的温度传感器R0，安装在即热式加热体上的并与所述单片机相连的温度传感器R1，所述单片机每隔固定时间检测所述温度传感器R0的储水容器温度T0(t)和所述的温度传感器R1的即热式加热体温度TB(t)，已知水的密度为ρ，水的比热容为C，所述的即热式加热体与水之间的传热系数为K，所述的即热式加热体的加热管道的传热面积为S，并且设定所述的即热式加热体的出水流量为Q，出水温度为T2(t)，根据热平衡原理得到公式 $K*(T_B\left(t\right)-\frac{T_0\left(t\right)+T_2\left(t\right)}{2})*S=C*(T_2\left(t\right)-T_0\left(t\right))*\mathrm{\ρ}*Q,$ 设定中间系数 $\mathrm{\β}=\frac{C*\mathrm{\ρ}}{K*S},$ 整理以后得到 $T_B\left(t\right)+(\mathrm{\β}*Q-\frac{1}{2})*T_0\left(t\right)=(\mathrm{\β}*Q+\frac{1}{2})*T_2\left(t\right);$ 设定中间系数 $=(\mathrm{\β}*Q+\frac{1}{2})$ 最终得到所述的即热式加热体的出水温度

$T_2\left(t\right)=\frac{T_B\left(t\right)}{\mathrm{\η}}+(1-\frac{1}{\mathrm{\η}})*T_0\left(t\right).$

保持所述的出水流量Q不变，通过调节所述的即热式加热体温度T_B(t)，来获得特定的出水温度T₂(t)，所述的即热式加热体温度为T_B(t)＝η*T₂(t)+(1-η)*T₀(t)。

保持所述的即热式加热体温度T_B(t)不变，通过调节所述的出水流量Q，来获得特定的出水温度T₂(t)，所述的出水流量为

附图说明

图1是即热式加热体的加热框图；

图2是即热式加热体出水温度的计算框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，图2，即热式加热体出水温度的快速测量方法，包括执行检测算法的单片机，安装在储水容器1底部并与所述单片机相连的温度传感器R0，安装在即热式加热体2上的并与所述单片机相连的温度传感器R1，所述单片机每隔固定时间检测所述温度传感器R0的储水容器温度T₀(t)和所述的温度传感器R1的即热式加热体温度T_B(t)。

所述的即热式加热体2内部的细长管道保证了足够的传热面积，同时功率很大，所以加热速度快，冷水经过细长管道以后能加热到足够温度，但是由于功率较大，温度变化速度很快，传统测温用的传感器获得的温度数据延迟时间较大，同时，由于温度传感器不能与水直接接触，中间必须要有卫生合格材料进行隔离，这样就更加增加了数据的延迟时间，给控制系统开发设计带来很大的难度。为了能够获得准确的出水温度数据，以调节加热功率或者出水流量，必须着眼在温度变化小的环节进行测温，然后推导出实时的出水温度。

已知水的密度为ρ，水的比热容为C，所述的即热式加热体2与水之间的传热系数为K，所述的即热式加热体2的加热管道的内面积为S，并且所述的即热式加热体2的出水流量为Q，出水温度为T₂(t)，根据热平衡原理，传导热量等于水吸收的热量，同时对加热过程进行线性化处理，得到公式

$K*(T_B\left(t\right)-\frac{T_0\left(t\right)+T_2\left(t\right)}{2})*S=C*(T_2\left(t\right)-T_0\left(t\right))*\mathrm{\ρ}*Q.$

(所述的即热式加热体的进水温度T₁(t)与所述的储水容器温度T₀(t)近似相等。)

设定中间系数

整理以后得到公式，

$T_B\left(t\right)+(\mathrm{\β}*Q-\frac{1}{2})*T_0\left(t\right)=(\mathrm{\β}*Q+\frac{1}{2})*T_2\left(t\right).$

设定中间系数

最终得到所述的即热式加热体2的出水温度：

$T_2\left(t\right)=\frac{T_B\left(t\right)}{\mathrm{\η}}+(1-\frac{1}{\mathrm{\η}})*T_0\left(t\right).$

在实际控制应用中，需要调节所述的即热式加热体温度T_B(t)或者出水流量Q，来控制所述的出水温度T₂(t)。此时，保持所述的出水流量Q不变，以所述的出水温度T₂(t)为变量，求取所述的即热式加热体的温度T_B(t)：

T_B(t)＝η*T₂(t)+(1-η)*T₀(t)。

同理，保持所述的即热式加热体的温度T_B(t)不变，以所述的出水温度T₂(t)为变量，求取所述的出水流量Q：

$Q=\frac{T_B\left(t\right)-\frac{1}{2}(T_2\left(t\right)+T_0\left(t\right))}{\mathrm{\β}*(T_2\left(t\right)-T_0\left(t\right))}.$

综上所述，该发明基于储水容器温度和即热式加热体温度，计算出水温度，避免了经验性质的处理，从理论上解决该实际问题，具有非常好的应用前景。

Claims (3)

1.即热式加热体出水温度的快速测量方法，包括执行检测算法的单片机，安装在储水容器底部并与所述单片机相连的温度传感器R0，安装在即热式加热体上的并与所述单片机相连的温度传感器R1，其特征在于：所述单片机每隔固定时间检测所述温度传感器R0的储水容器温度T₀(t)和所述的温度传感器R1的即热式加热体温度T_B(t)，已知水的密度为ρ，水的比热容为C，所述的即热式加热体与水之间的传热系数为K，所述的即热式加热体的加热管道的传热面积为S，并且设定所述的即热式加热体的出水流量为Q，出水温度为T₂(t)，根据热平衡原理得到公式

设定中间系数

整理以后得到

设定中间系数 

最终得到所述的即热式加热体的出水温度

2.如权利要求1所述的即热式加热体出水温度的快速测量方法，其特征在于：保持所述的出水流量Q不变，通过调节所述的即热式加热体温度T_B(t)，来获得特定的出水温度T₂(t)，所述的即热式加热体温度为T_B(t)＝η*T₂(t)+(1-η)*T₀(t)。

3.如权利要求1所述的即热式加热体出水温度的快速测量方法，其特征在于：保持所述的即热式加热体温度T_B(t)不变，通过调节所述的出水流量Q，来获得特定的出水温度T₂(t)，所述的出水流量为

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