CN104321626A - 乳制品液位测量装置和相关的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量容器(12)中的液体的液位的装置。该装置包括：传感器(15)，其被布置成用以感测管(14)中的液体(11)的压力；泵(19)，其被布置成用以将液体从容器(12)泵送通过管(14)；以及阀(18)，其沿着管定位在传感器(15)和泵(19)之间，并且被布置成用以当泵停止泵送液体时阻止液体回流到容器中。装置被布置成用以基于在每次泵停止之后由传感器测量的流体静力学压力来测量容器中的液体的液位。本发明还涉及借助于压力传感器(15)测量容器(12)中的液体的液位的方法。

Description

乳制品液位测量装置和相关的测量方法
技术领域
本发明总体上涉及乳制品液位测量装置。
具体地，本发明涉及用于咖啡机(例如超级自动咖啡机)的乳制品液位测量装置。
背景技术
利用流体静力学压力来确定罐中的液体的液位的测量装置在本领域中是已知的。
例如，从文献US7,004,023B2中已知用于容器中液体的液位测量的方法和系统。
已知的方法和系统通过在液体借助于泵从容器进行抽吸和非抽吸的至少一个循环期间确定抽吸管道中的不同压力值，来提供容器中的液体的液位。
已知的方法和对应系统的主要问题在于，尤其在抽吸期间所确定的压力值可能不是稳定的，从而导致液体的液位测量误差。
已知的方法和对应系统的另一个问题在于，液体的液位的测量是增量式的，基于确定泵在启用时所消耗的液体。
总体上，申请人已经注意到，已知的现有技术不能够有效地解决以最佳的方式利用流体静力学压力确定罐中的液体的液位的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述问题。
该目的是通过用于测量容器中的液体的液位的装置实现的，该装置具有在以下的权利要求中列出的特征。
本发明还涉及用于测量容器中的液体的液位的方法。
权利要求是本发明的教导的整体部分。
以下的发明内容是为了提供本发明的某些方面和特征的基本理解。发明内容并不是本发明的综述，因此其并不是用来具体地确定本发明的关键或重要元素，也不是用来描述本发明的范围。其唯一的目的在于以简化的形式呈现本发明的某些概念，作为以下呈现的更详细的描述的前序部分。
根据本发明的优选实施例的特征，该装置包括阀，该阀插置在抽吸泵和压力传感器之间，并且被布置成用以阻止液体回流到容器中，从而该传感器能够测量管中的流体静力学压力，该装置能够在抽吸泵的每一次停止之后测量容器中的液体的液位。
根据本发明的另一个特征，泵和阀由控制单元控制，该控制单元被布置成用以相应地启用/停用泵和打开/关闭阀。
根据本发明的另一个特征，该控制单元包括存储在其中的表，该表包括多个容器的尺寸和容量，并且该控制单元被布置成用以根据测量的液体的液位以及容器的尺寸和容量来计算容器中剩余的液体的量。
附图说明
从以下参考附图通过非限制性例子提供的优选实施例的详细描述中，本发明的这些和其它特征将会变得更加清楚，其中用相同或相似附图标记表示的部件表明具有相同或相似功能和构造的部件，并且其中：
图1示出了传感器的示意图，该传感器基于根据本发明应用的流体静力学压力原理确定容器中的液体的高度；以及
图2示出了应用于咖啡机的用于测量容器中的乳制品液位的装置。
具体实施方式
参考图1，根据本发明，用于测量浸没在包含液体的容器12中的抽吸管道或管14中的液体11的液位的装置10所采用的基本原理如下。
装置10包括压力传感器15、阀18和泵19，该阀为例如电动阀或止回阀。
根据优选实施例，从浸没在容器12的液体中的管14开始，传感器、阀和泵定位成彼此相邻。
根据其它实施例，在不脱离本发明的所公开的和要求保护的范围的情况下，沿着管的阀的位置与泵的位置颠倒，使得传感器、泵和阀从管14开始定位成彼此相邻。
优选地，根据这两种构造，管14被构造成到达容器的底部。
更优选地，管是由食物相容材料制成的柔性管。
根据本发明的例子，传感器距离容器底部的高度是已知的，并且传感器测量的压力范围在-50mBar至+50mBar之间，从而认为的是，在以上范围(被认为是有限的范围)内，传感器具有线性回馈。
当管14由于泵19的动作而填充有液体11直至阻止液体回流的阀18时，与液体接触的传感器15测量由于管中的液体拉向容器12的底部而产生的负压。
根据流体静力学压力原理，传感器15测量的压力可以转换为高度，该高度与传感器15和容器12中的液体表面之间的距离成比例。然后，在容器形状和容量已知的情况下，通过了解传感器相对于容器底部的高度(hs)，可以确定液体的高度(hi)以及液体的量。
已知的是，表示流体静力学压力的表达式是如下的表达式：
P＝h*G*D
其中
P是管14内的流体静力学压力；
h是与流体静力学压力相当的高度，该流体静力学压力与传感器15和容器12中的液体表面之间的距离相对应；
G是重力加速度，该重力加速度在某个地点是常数值；
D是液体的密度，对于某种液体而言该密度是常数值。
因为管14在任何抽吸之后由于阀18而填充有液体，所以除了在压力值通常不稳定的提取步骤期间之外传感器系统能够确定任何时间点的乳制品高度。
根据本发明的优选实施例，装置10是用于咖啡机30的乳制品液位测量装置。
显然，根据其它实施例，在不脱离本发明的所公开的和要求保护的范围的情况下，装置10可以是用于咖啡机中可用的任何类型的液体的测量装置。
装置10例如包含在冰箱20中，该冰箱具有底部表面，容器位于该底部表面中，该装置10由控制单元31控制，该控制单元例如是与被布置成控制咖啡机30的控制单元相同的控制单元。
具体地，控制单元31被布置成用以控制装置的主要部件的操作，例如控制传感器15、阀18(例如电动阀)和泵19的操作，如以下将要详细解释的。
具体地，根据本发明的优选实施例，控制单元31被布置成用以当需要传送乳制品时启用泵19并打开电动阀，并且在乳制品传送结束时停用泵并关闭电动阀。
根据其它实施例，在不脱离本发明的所公开的和要求保护的范围的情况下，电动阀可以由止回阀取代。
根据装置10的优选实施例，具体地，传感器15包含在处于冰箱20的上部部分上的盒子21中，从而由于上述流体静力学原理应用，而使得在传感器与冰箱底部的距离也就是大致与容器底部的距离已知的情况下，在插入新的容器12、致动泵19且锁定阀18之后任何测量的压力对应于新的容器中乳制品的高度。
优选地，装置10包括适配器24，该适配器被布置成用以使得管14与装置10形成可移除的连接，例如以便于进行清理或其它操作。
优选地，泵19在其出口处通过另一个管34连接到咖啡机30。
具体地，该另一个管34例如连接到起泡装置35，该起泡装置被布置成用以使乳制品加热和/或起泡。
由于使用具有恒定特性的液体(例如乳制品)和在某个位置中使用该装置，而使得流体静力学压力原理的应用能够提供可靠的且稳定的结果。
根据优选实施例，基于在装置的设计阶段提出的程序，控制单元或处理器31被构造成用以：
-基于传感器信号计算容器12中的乳制品液位；具体地，在每次传送之后，控制单元31通过存储来自传感器15的信号并基于流体静力学压力计算容器中乳制品的液位来管理来自传感器15的信号；
-基于计算得到的液位以及容器的尺寸来计算容器中的乳制品的量；具体地，控制单元31优选地包括存储在其中的表，该表包括例如多个容器的尺寸和容量，并且当新的容器插入到冰箱中时，控制单元要求使用者借助于已知类型的用户界面将表中提供的新的容器的尺寸告诉控制单元；
-基于容器中剩余的乳制品的量控制乳制品的分配；具体地，当在之前的传送之后容器中的乳制品的量被计算为不足以进行某种乳制品饮料的新的传送时控制单元31优选地禁止某种乳制品饮料的分配；更优选地，在乳制品饮料的之前的传送之后，控制单元借助于信息装置(例如咖啡机的显示器)上的警告来告诉使用者基于剩余的乳制品量能够传送的乳制品饮料的类型。此外，根据优选实施例，控制单元或处理器31被构造成用以：
-补偿由于诸如环境温度、液体类型等参数的改变而导致的传感器信号的变化；
-在例如冰箱或容器特性变化之后校准该装置。
如上所述的装置的操作如下。
根据流体静力学压力原理，在新的容器第一次插入、第一次提出乳制品、泵停止且阀关闭之后，位于预定高度处的传感器15传递由于流体静力学压力而导致的小于0mBar的压力值；该压力由乳制品管14中的传感器15测量。
当泵19开始工作时，传感器15处的压力信号随着泵抽吸乳制品而下降，控制单元31由于泵19引起的压力信号的混乱而停止测量压力信号。
一旦泵19停止工作，传感器15处的压力信号就再次被认为是有效的，并且借助于控制单元31进行检测和计算，该控制单元例如是与咖啡机30中安装的控制单元相同的控制单元。
根据本发明的特征之一，控制处理器31包括被设置成用以在测量的乳制品液位不够时禁止某些乳制品产品的传送的程序。
具体地，当不同的产品需要不同量的乳制品时，控制处理器将仅仅禁止需要乳制品的量比容器中测量的量大的产品。
有利地，通过在每次乳制品传送之后进行控制，乳制品的液位能够清楚地限定设定点，这些设定点允许禁用/启用产品。
优选地，若干可以实现设定点，以在禁用产品之前设定警告。
在冰箱中可以实现从适配器24到瓶/容器的乳制品管道14的连接，作为插塞式连接，而液位测量装置10没有任何接触。
装置10不需要由适配器24处理电信号。
对本领域技术人员而言明显的是，沿着抽线管线的所有部件，例如管14、适配器24、传感器15、阀18和泵19，由于卫生的原因而必须具有食物级别的表面。
概括地说，根据本发明的装置具有以下优点：
-对于任何瓶/容器而言可以独立于它们的形式来测量乳制品高度，原因是没有设置用于测量乳制品液位的机械装置；
-传感器能够放置在阀和泵之前的抽吸管线中的任何位置处；
-可以实现若干设定点，这些设定点用于与某些含乳制品的产品的传送相关的不同警告/禁止；
-液位传感器能够独立于乳制品容器中的形状或开口的任何类型而进行定位。
当然，在不脱离本发明的基本原理的情况下，细节和实施例可以相对于本文中借助仅仅例子所进行的描述而变化，也可以做出显著的变化，而不会脱离以下权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于测量容器(12)中的液体的液位的装置，其包括：
-传感器(15)，所述传感器被布置成用以感测管(14)中的液体(11)的压力，所述传感器定位在距所述容器的底部预定高度处；
-泵(19)，所述泵被布置成用以将液体从所述容器(12)泵送通过所述管(14)，所述管浸没到所述容器的液体(11)中，
-阀(18)，所述阀沿着所述管定位，并且被布置成用以当所述泵停止泵送液体时阻止液体通过所述传感器回流到所述容器中，由此该装置被布置成用以基于在每次泵停止之后由所述传感器测量的流体静力学压力来测量所述容器中的液体的液位，
其特征在于，
-所述管被布置成到达所述容器的底部。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述阀(18)是止回阀。
3.根据权利要求1所述的装置，其由控制单元(31)进行控制，所述控制单元被布置成用于在使用中相应地控制所述泵(19)的启用/停用以及所述阀(18)的打开/关闭。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述控制单元包括存储在其中的表，所述表包括多个容器的尺寸和容量，并且所述控制单元被布置成用以根据测量的液体的液位以及容器的尺寸和容量来计算所述容器中剩余的液体的量。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制单元与信息装置相关联，所述信息装置被构造成用以告诉使用者基于所述容器中剩余的液体的量而能够传送的饮料的类型。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其还包括适配器(24)，所述适配器被布置成用以使得所述管14与所述装置10形成可移除的连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中从浸没在所述容器(12)的液体中的所述管(14)开始，所述传感器(15)、所述阀(18)和所述泵(19)定位成彼此相邻。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述液体是乳制品。
9.一种用于传送咖啡以及热的饮料和/或泡沫饮料的咖啡机，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的装置。
10.一种借助于压力传感器(15)测量容器(12)中的液体的液位的方法，所述压力传感器定位在距所述容器(12)的底部预定高度处，所述方法包括以下步骤：
-将一定量的液体从所述容器(12)泵送通过管(14)，所述管被布置成到达所述容器(12)的底部；
-停止将液体泵送通过所述管(14)，并且关闭阀，所述阀被布置成用以禁止液体通过所述传感器和所述管(14)回流到所述容器中；
-基于在每次泵停止之后由所述传感器测量的流体静力学压力来测量所述容器中的液体的液位。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
-将表存储在控制单元(31)中，所述表包括多个容器的尺寸和容量；以及
-基于测量的液体的液位以及存储在所述表中的容器的尺寸和容量，借助于所述控制单元(31)计算所述容器中剩余的液体的量。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
-借助于信息装置告诉使用者基于所述容器中剩余的液体的量而能够传送的饮料的类型。
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