CN105465860A - 一种吸油烟机实际流量测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：包括流速传感器、第一温度传感器、反馈调节机构、电机和主控制器，流速传感器的输出端与反馈调节机构的输入端相连，反馈调节机构具有输出反馈信号至流速传感器的信号输出端，反馈调节机构的信号输出端和第一温度传感器的信号输出端均与主控制器的信号输入端相连，主控制器根据从反馈调节机构和第一温度传感器接收的信号控制电机的转速。本发明还公开了该测量装置的测量方法。本发明的优点在于：该测量装置结构简单，安装时可以将流速传感器和第一温度传感器集成到吸油烟机的出风罩上，对安装精度和气流方向性要求较低，该测量装置的测量方法可以直接测量吸油烟机的流量，不仅反应快而且可靠性高。

Description

一种吸油烟机实际流量测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种吸油烟机流量测试装置，尤其是涉及一种吸油烟机实际流量测量装置及其测量方法。

背景技术

公用烟道由于其他用户吸油烟机的开关情况会影响出口阻力，从而导致用户侧吸油烟机的实际流量不断变化，甚至出现烟气排不出的现象。为了对吸油烟机的实际流量进行测试，以前人们往往采用传统的皮托管式压力-流量测试方法进行测量，但其对设备的安装精度和气流方向方向性要求较高，而且不便于与机器一体安装，因而该测量方法目前仅限于部分实验人员使用，并没有真正应用到产品上。

另外，现有技术中也公开有能对流量进行检测和控制的吸油烟机，如专利号为ZL201310273983.1(授权公告号为CN103353136B)的中国发明专利所公开的《一种具有风量调节功能的吸油烟机及其控制系统和控制方法》，该控制系统的传感器组可以检测吸油烟机运行状态并输入主控芯片，主控芯片对吸油烟机运行状态判断后确定风量值并发给电机驱动模块，从而驱动直流电机工作。该控制方法存在的主要缺陷是：1，判断风口气压传感器压力不准，2、判断堵转电机的电流值变化，限制只针对直流电机。又如申请号201310415624.5(申请公布号为CN103644583A)的中国发明专利申请所公开的《一种可实时监控吸油烟机运行状态的控制装置及其控制方法》，该控制装置和控制方法主要是通过叶轮转速测量和电机电流测量结合起来判断风机运行的状态。该控制装置结构相对复杂，并难以与吸油烟机一体安装。综上所述，有待对现有的吸油烟机的流量测量装置及控制方法作进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种对安装精度和气流方向方向性要求较低的吸油烟机实际流量测量装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种能直接测量出风口流量、可靠性高的吸油烟机实际流量测量装置的测量方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：包括用来采集吸油烟机出风口环境气流速度的流速传感器、用来采集所述出风口环境气流温度的第一温度传感器、反馈调节机构、用来驱动吸油烟机的风机转动的电机和用来控制电机转速的主控制器，所述流速传感器的输出端与所述反馈调节机构的输入端相连，所述反馈调节机构具有输出反馈信号至流速传感器的信号输出端，所示反馈调节机构的信号输出端和所述第一温度传感器的信号输出端均与所述主控制器的信号输入端相连，所述主控制器根据从反馈调节机构和第一温度传感器接收的信号控制所述电机的转速。

优选地，所述的流量测量装置还包括基准电压调节器，所述的反馈调节机构包括比较器，所述的流速传感器采用具有加热金属丝的热线风速仪，在加热金属丝外设有用来对加热金属丝进行加热的加热线圈，所述流速传感器的输出端和基准电压调节器的输出端分别与所述比较器的第一输入端、第二输入端相连，所述比较器的输出端输出用来控制通过加热线圈的控制电流，且比较器的输出端同时与所述主控制器的信号输入端相连。采用上述反馈调节机构后，通过调节控制电流的大小对加热金属丝的温度进行调节，即根据热线的参数调整补偿系数，使得测试的结果更为精确。

进一步优选，在所述的热线风速仪上安装有用来采集所述加热金属丝温度的第二温度传感器，所述第二温度传感器的输出端与所述比较器的第一输入端相连。这样，第二温度传感器可以根据采集到的加热金属丝的温度输出相应的电压至比较器的第一输入端。

作为上述任一方案的优选，在所述吸油烟机的出风口安装有出风罩，在所述的出风罩上安装有两端固定在出风罩内侧壁上的支撑座，所述的流速传感器和第一温度控制器安装在所述的支撑座上。

进一步优选，所述的支撑座呈条状并横亘在所述出风口的中间，在所述支撑座的中间开有沿着支撑座的长度方向分布的安装孔，在所述的安装孔内安装有传感器安装座，在所述的传感器安装座上沿着传感器安装座的长度方向依次开有均上下贯通的第一通孔和第二通孔，所述的流速传感器安装在所述的第一通孔内，所述的第一温度传感器安装在所述的第二通孔内。这样，流速传感器和第一温度传感器可以分别采集出风口中心附近的气流速度和气流温度，从而有效提升测量精度。

为了进一步提高测量效果，所述的流速传感器和第一温度传感器均呈线形，且流速传感器和第一温度传感器的长度方向均垂直于所述出风口的出风方向。

为了减小出风口气流对支撑座和传感器安装座的流体冲击，所述的支撑座和传感器安装座的底部均形成尖头朝下的尖部结构。另外，还可以采用同样能减小气流冲击的翼型结构。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：该吸油烟机实际流量测量装置的测量方法，其特征在于包括如下控制过程：

①、吸油烟机运转，风机叶轮旋转带动出风口的环境气流流动；

②、一方面环境气流使流速传感器的金属丝散热产生温度变化，比较器根据采集到的端电压数据调整通过加热线圈的控制电流，另一方面，第一温度传感器采集流过出风口的环境气流温度；

③、所述主控制器同时采集加热线圈的控制电流和第一温度传感器采集的环境温度，采集信号后的主控制器然后根据内置的电流-温度-流速表进行计算和差值，得出目前机器出口平均流速V和流量Q；

④、与预设的大流量值Q1和小流量值Q2比较，如果判断出流量Q比预设的小流量值Q2小，就驱动电机增加转速或者换更高档位运行以增加流量，如果判断出流量Q比预设的大流量值Q1小，就驱动电机降低转速或者换更低档位运行以减小流量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该吸油烟机实际流量测量装置通过在吸油烟机的出风口处安装流速传感器和第一温度传感器，并配合反馈调节机构和主控制器后，主控制器能够根据反馈调节机构的输出端信号和第一温度传感器采集的环境气流温度控制电机的转速，从而改变吸油烟机的实际流量和提高吸油烟效果，该测量装置结构简单，安装时可以将流速传感器和第一温度传感器集成到吸油烟机的出风罩上，对安装精度和气流方向性要求较低，该测量装置的测量方法可以直接测量吸油烟机的流量，不仅反应快而且可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例的测量装置的结构框图；

图2为本发明实施例的测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的传感器安装座与支撑座的安装结构示意图；

图4为本发明实施例的测量装置中的支撑座的结构示意图；

图5为本发明实施例的测量装置中的传感器安装座的结构示意图；

图6为本发明实施例的不同档位或者转速的吸油烟机流量压力曲线。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的吸油烟机实际流量测量装置包括流速传感器1、第一温度传感器2、比较器3、电机4、主控制器5、基准电压调节器6、加热线圈7、第二温度传感器8和叶轮9等主要组件。

其中，流速传感器1采用具有加热金属丝的热线风速仪，热线风速仪是一种常见的流速传感器，其基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。在本实施例中，热线风速仪用来采集吸油烟机出风口环境气流速度，根据气流速度的不同，加热金属丝的温度作相应变化，气流速度越高，加热金属丝温度越低，气流速度越低，则加热金属丝温度越高。

根据强迫对流热交换理论，可导出热线散失的热量Q与流体的速度V之间存在关系。其热线材料为铂、钨或铂铑合金等，从热线输出的电信号，经放大、补偿和数字化后输入计算机，可提高测量精度，自动完成数据后处理过程，扩大测速功能，如同时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的测量。热线风速仪与皮托管相比，具有探头体积小，对流场干扰小；响应快，能测量非定常流速；能测量很低速(如低达0.3米/秒)等优点。

由于吸油烟机吸排的是烟气，烟气本身有一定的温度经过吸油烟机的叶轮后一般冷却到40-70摄氏度，吸油烟机后端的公用烟道阻力小，排烟顺畅的时候，气体流速高，冷却效果也更加明显，温度稍微低，排烟不顺畅的时候气流温度稍微高，因此吸油烟机应用热线法测流速的时候建议也将补偿温度反馈回去，根据热线的参数调整补偿系数，使得测试的结果更加精确。

第一温度传感器2用来采集出风口环境气流温度，第二温度传感器8安装在热线风速仪上，用来采集加热金属丝的温度，第二温度传感器8的输出端与比较器3的第一输入端相连。基准电压调节器6的输出端与比较器3的第二输入端相连，比较器3的输出端输出用来控制通过加热线圈7的控制电流，加热线圈7用来对加热金属丝进行加热。比较器3构成反馈调节机构，比较器3根据输入端的电压不同使通过加热线圈7控制电流，并反馈至热线风速仪使加热金属丝的温度维持在一定的温度范围内。

电机4用来驱动吸油烟机的风机转动，主控制器5用来控制上述电机4的转速，由比较器3输出端输出的控制电流在反馈到热线风速仪的同时还输入至主控制器5的信号输入端，第一温度传感器2的输出端信号也输入至主控制器5的信号输入端，主控制器5根据比较器3的输出端信号和第一温度传感器2采集的环境气流温度控制电机4的转速，从来改进吸油烟机的实际流量，进而提高吸油烟机效果。

如图2至图5所示，该流量测量装置的安装结构如下：该吸油烟机实际流量测量装置在吸油烟机的出风口安装有出风罩10，在出风罩10上安装有两端固定在出风罩内侧壁上的支撑座11，支撑座11呈条状并横亘在出风口的中间，止逆阀片(图中未示)通过转动轴安装在支撑座上。在支撑座11的中间开有沿着支撑座的长度方向分布的安装孔12，在安装孔12内安装有传感器安装座13，在传感器安装座13上沿着传感器安装座的长度方向依次开有均上下贯通的第一通孔14和第二通孔15，流速传感器1安装在第一通孔14内，第一温度传感器2安装在第二通孔15内。另外，流速传感器1和第一温度传感器2均呈线形，且流速传感器1和第一温度传感器2的长度方向均垂直于所出风口环境气流的出风方向。流速传感器1的加热金属丝垂直于出风方向后，可以提高加热金属丝的散热效果。并且，为了减小出风口环境气流对支撑座11和传感器安装座13的流体冲击，支撑座11和传感器安装座13的底部均形成尖头朝下的尖部结构。

该吸油烟机实际流量测量装置的测量方法包括如下控制过程：

①、吸油烟机运转，叶轮9旋转带动出风口的环境气流流动；

②、一方面环境气流使流速传感器的金属丝散热产生温度变化，比较器根据采集到的端电压数据调整通过加热线圈的控制电流，另一方面，第一温度传感器采集流过出风口的环境气流温度；

③、所述主控制器同时采集加热线圈的控制电流和第一温度传感器采集的环境温度，采集信号后的主控制器然后根据内置的电流-温度-流速表进行计算和差值，得出目前机器出口平均流速V和流量Q；

④、与预设的大流量值Q1和小流量值Q2比较，如果判断出流量Q比预设的小流量值Q2小，就驱动电机增加转速或者换更高档位运行以增加流量，如果判断出流量Q比预设的大流量值Q1小，就驱动电机降低转速或者换更低档位运行以减小流量。

由于流体质点在管道截面上的速度各不相同，靠近管壁处，质点的运动受到管壁的阻滞，速度很慢，靠近管道中心，质点的速度达到最大，气流速度在管道截面上的变化规律，因流态而异，因此可以通过调整安装位置或者通过增加系数来实现以单点测量衡量总体流量的方法。特别是对于层流最高速度(中心轴线附近)为平均速度的2倍，对于湍流最高速度(中心轴线附近)为平均速度的1.1-1.3倍，由于波纹管的使用和转弯、烟道压力变化的影响使得吸油烟机出口管道基本上是出于湍流状态。因此可以根据试验测定得到最高速度V_m与平均速度V的换算系数k(1.1≤k≤1.3)，同时通过预先实验测量得到的气流温度和热线的散热速度的关系表可以得到流速相对温度的补偿系数V_t，通过当前温度查表得到V_t，然后可以得到然后计算得到当前流量 $Q=V\×S=\frac{V_m+V_t}{k}\×\frac{d^2\mathrm{\π}}{4}.$

如图6所示，根据当前流量反馈控制电机的方法如下：根据测量与计算得到的当前吸油烟机实际出口流量值，将其与预设值的流量特性值进行比较，由于吸油烟机的叶轮转速与实际流量根据相似定律两者在理论上符合三个不同转速或者对于交流电机三个不同档位的曲线彼此相似，并且为正比例。因此根据比较情况进行转速控制很方便，对于两速或者以上的电机可以设置几个阈值流量Q1，Q2，根据实验标定Q1≤Q≤Q2时为比较良好的排烟工况，以三速电机为例，当测量计算得到的流量Q小于最小阈值Q1时候，微控制器可以尝试将电机升高到二档(如果原来在二档图中n2就升高到三档途中n3)，当测量计算得到的流量Q大于Q2，实际上吸油烟效果应该是比较好的，可以降低一个档位实现降低噪音和能耗。

此外，对于直线无级变速电机，具体的控制逻辑可以根据试验值进行更为细化的设置阈值和调整风机转速。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，可以对本发明进行多种改型或改进，这些均被视为本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：包括用来采集吸油烟机出风口环境气流速度的流速传感器(1)、用来采集所述出风口环境气流温度的第一温度传感器(2)、反馈调节机构、用来驱动吸油烟机的风机转动的电机(4)和用来控制电机转速的主控制器(5)，所述流速传感器(1)的输出端与所述反馈调节机构的输入端相连，所述反馈调节机构具有输出反馈信号至流速传感器(1)的信号输出端，所示反馈调节机构的信号输出端和所述第一温度传感器(2)的信号输出端均与所述主控制器(5)的信号输入端相连，所述主控制器(5)根据从反馈调节机构(3)和第一温度传感器(2)接收的信号控制所述电机(4)的转速。

2.根据权利要求1所述的吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：还包括基准电压调节器(6)，所述的反馈调节机构包括比较器(3)，所述的流速传感器(1)采用具有加热金属丝的热线风速仪，在加热金属丝外设有用来对加热金属丝进行加热的加热线圈(7)，所述流速传感器(1)的输出端和基准电压调节器(6)的输出端分别与所述比较器(3)的第一输入端、第二输入端相连，所述比较器(3)的输出端输出用来控制通过加热线圈(7)的控制电流，且比较器(3)的输出端同时与所述主控制器(5)的信号输入端相连。

3.根据权利要求2所述的吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：在所述的热线风速仪上安装有用来采集所述加热金属丝温度的第二温度传感器(8)，所述第二温度传感器(8)的输出端与所述比较器(3)的第一输入端相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：在所述吸油烟机的出风口安装有出风罩(10)，在所述的出风罩(10)上安装有两端固定在出风罩内侧壁上的支撑座(11)，所述的流速传感器(1)和第一温度控制器(2)安装在所述的支撑座(11)上。

5.根据权利要求4所述的吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：所述的支撑座(11)呈条状并横亘在所述出风口的中间，在所述支撑座(11)的中间开有沿着支撑座的长度方向分布的安装孔(12)，在所述的安装孔(12)内安装有传感器安装座(13)，在所述的传感器安装座(13)上沿着传感器安装座的长度方向依次开有均上下贯通的第一通孔(14)和第二通孔(15)，所述的流速传感器(1)安装在所述的第一通孔(14)内，所述的第一温度传感器(2)安装在所述的第二通孔(15)内。

6.根据权利要求5所述的吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：所述的流速传感器(1)和第一温度传感器(2)均呈线形，且流速传感器(1)和第一温度传感器(2)的长度方向均垂直于所述出风口环境气流的出风方向。

7.根据权利要求5所述的吸油烟机实际流量测量装置，其特征在于：所述的支撑座(11)和传感器安装座(13)的底部均形成尖头朝下的尖部结构。

8.一种权利要求2所述吸油烟机实际流量测量装置的测量方法，其特征在于包括如下控制过程：

①、吸油烟机运转，叶轮旋转带动出风口的环境气流流动；

②、一方面环境气流使流速传感器的金属丝散热产生温度变化，比较器根据采集到的端电压数据调整通过加热线圈的控制电流，另一方面，第一温度传感器采集流过出风口的环境气流温度；

③、所述主控制器同时采集加热线圈的控制电流和第一温度传感器采集的环境温度，采集信号后的主控制器然后根据内置的电流-温度-流速表进行计算和差值，得出目前机器出口平均流速V和流量Q

④、与预设的大流量值Q1和小流量值Q2比较，如果判断出流量Q比预设的小流量值Q2小，就驱动电机增加转速或者换更高档位运行以增加流量，如果判断出流量Q比预设的大流量值Q1小，就驱动电机降低转速或者换更低档位运行以减小流量。