CN103176490A - 即热式加热体出水温度的智能控制方法 - Google Patents

即热式加热体出水温度的智能控制方法 Download PDF

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刘瑜
程晓东
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Abstract

涉及一种即热式加热体出水温度的智能控制方法，包括单片机，安装在储水容器底部并与所述的单片机相连的温度传感器R0，所述的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)，已知水的密度为ρ，水的比热容为C，所述的即热式加热体的内阻为R,所述的即热式加热体的热转换效率为K，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C*(T2(t)-T0(t))*ρ*Q=K*P，其中，P为所述的即热式加热体的加热功率，P=PWM*V2/R，其中，PWM为加热的占空比，V为供电电压，因此得到C*(T2(t)-T0(t))*ρ*Q=K*PWM*V2/R，最后整理得到PWM=C*(T2(t)-T0(t))*ρ*Q*R/(K*V2)。其积极的效果是，基于进水温度和出水温度，计算控制变量，避免了经验性质的处理，从理论上解决了即热式加热体的控制问题。

Description

即热式加热体出水温度的智能控制方法
技术领域
本发明涉及大功率即热式加热体的智能控制方法。
背景技术
对于磨豆咖啡机，即热式饮水设备或者即热式电热水器，都是采用大功率的即热式加热体，可以实现冷水到热水的立即加热。为了实现即热的效果，即热式加热体都是采用大功率配置，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，这样就更增加了数据的延迟时间。由于检测数据的延迟性会造成出水温度的巨大波动，给控制系统开发设计带来很大的难度。
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控制问题，利用储水容器温度和已知参数，准确控制出水温度。
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智能控制方法，包括进行集中控制的单片机，安装在储水容器底部并与所述的单片机相连的温度传感器R0，所述的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)，已知水的密度为ρ，水的比热容为C，所述的即热式加热体的内阻为R, 所述的即热式加热体的热转换效率为K，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C*( T2(t) - T0(t) )* ρ* Q=K*P，其中，P为所述的即热式加热体的加热功率，P=PWM*V2/R，其中，PWM为加热的占空比，V为供电电压，因此得到C*( T2(t) - T0(t) )* ρ* Q= K*PWM*V2 /R，
最后整理得到PWM=C*(T2(t) - T0(t))* ρ* Q* R /( K*V2)。
保持所述的出水流量                                               
Figure 74028DEST_PATH_IMAGE002
不变，可通过调节所述的占空比PWM，控制所述的出水温度T2(t)，为T2(t)=( K*PWM *V2)/ (C*ρ*Q*R)+ T0(t)。
在所述的占空比PWM等于100%的情况下，可通过调节所述的出水流量Q，来控制所述的出水温度T2(t)，所述的出水流量Q = K*V2/ (C*ρ* R* (T2(t) - T0(t)))。
本发明的有益效果主要表现在：1、不进行出水温度检测，无检测延时；2、采用开环控制方法，控制响应快，稳定性好，出水温度不会大幅波动。
 
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控制流程图。
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智能控制方法，包括进行集中控制的单片机，安装在储水容器1底部并与所述的单片机相连的温度传感器R0，所述的单片机每隔固定时间检测所述温度传感器R0的储水容器1温度T0(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2的内阻为R, 所述的即热式加热体2的热转换效率为K，并且设定所述的即热式加热体2的出水流量为Q，出水温度为T2(t)。
所述的即热式加热体2功率很大，所以加热速度快，冷水经过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。由于检测数据的延迟性会造成出水温度的巨大波动，不能达到实际使用要求。为了能够准确控制出水温度，必须放弃传统基于温度检测的闭环控制方法，采用开环控制方法，利用储水容器温度和已知参数，准确控制出水温度。
根据所述的即热式加热体2的加热原理，电能经过一定的损耗转换成热能传递给所述的即热式加热体2内部的水，水获得热量温度升高。基于热平衡原理得到公式
C*( T2(t) - T0(t) )* ρ* Q=K*P，
其中，P为所述的即热式加热体2的加热功率，而所述的即热式加热体2采用基于占空比的数字式控制技术，因此
P=PWM*V2/R，
其中，PWM为控制的占空比，V为供电电压，因此得到
C*( T2(t) - T0(t) )* ρ* Q= K*PWM*V2 /R，
最后整理得到
PWM=C*(T2(t) - T0(t))* ρ* Q* R /( K*V2)。
在实际控制应用中，根据一系列参数、所述的储水容器1温度T0(t)以及需要达到的出水温度T2(t)，就可以计算得到控制的占空比PWM。对所述的即热式加热体2施加这个控制的占空比PWM就可以获得需要的出水温度T2(t)，从而实现准确的开环控制。在保持所述的出水流量
Figure 916082DEST_PATH_IMAGE002
不变的情况下，所述的占空比PWM控制所述的出水温度T2(t)，为
T2(t)=( K*PWM *V2)/ (C*ρ*Q*R)+ T0(t)。
更进一步，在所述的占空比PWM等于100%的情况下，可通过调节所述的出水流量Q，来控制所述的出水温度T2(t)，所述的出水流量
Q = K*V2/ (C*ρ* R* (T2(t) - T0(t)))。
综上所述，该发明根据即热式加热体的特点，放弃传统基于温度检测的闭环控制方法，采用开环控制方法，利用储水容器温度和已知参数，准确控制出水温度，具有很好的应用前景。

Claims (3)

1.即热式加热体出水温度的智能控制方法，包括进行集中控制的单片机，安装在储水容器底部并与所述的单片机相连的温度传感器R0，其特征在于：所述的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)，已知水的密度为ρ，水的比热容为C，所述的即热式加热体的内阻为R, 所述的即热式加热体的热转换效率为K，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C*( T2(t) - T0(t) )* ρ* Q=K*P，其中，P为所述的即热式加热体的加热功率，P=PWM*V2/R，其中，PWM为所述的即热式加热体的加热的占空比，V为供电电压，因此得到C*( T2(t) - T0(t) )* ρ* Q= K*PWM*V2 /R，最后整理得到PWM=C*(T2(t) - T0(t))* ρ* Q* R /( K*V2)。
2.如权利要求1所述的即热式加热体出水温度的智能控制方法，其特征在于：保持所述的出水流量                                               
Figure 291760DEST_PATH_IMAGE002
不变，可通过调节所述的占空比PWM，控制所述的出水温度T2(t)，为T2(t)=( K*PWM *V2)/ (C*ρ*Q*R)+ T0(t)。
3.如权利要求1所述的即热式加热体出水温度的智能控制方法，其特征在于：在所述的占空比PWM等于100%的情况下，可通过调节所述的出水流量Q，来控制所述的出水温度T2(t)，所述的出水流量Q = K*V2/ (C*ρ* R* (T2(t) - T0(t)))。
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