CN106999970A - 用于检测超声波喷雾装置中的液体不足的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测超声波喷射装置(1)中的液体不足的方法，该装置(1)包括至少一个能够喷射液体的压电元件(8)，该方法的特征在于它包括：向所述压电元件(8)暂时供电的步骤，以使所述压电元件(8)发生变形；测量由压电元件(8)在其变形下产生的电流的步骤；以及将所述电流与预定阈值进行比较的步骤，如果所述电流低于所述阈值，则在所述喷射装置(1)中检测到液体不足。

Description

用于检测超声波喷雾装置中的液体不足的方法

技术领域

本发明涉及通常称为雾化器的液体分配器，其使得可以通过超声波发射器，典型为压电元件，使微滴或气溶胶的形式的流体精确地扩散。本发明更特别地涉及一种用于检测雾化器中液体不足的方法。它还涉及一种用于喷射液体的超声波装置，其允许实施所述方法。

背景技术

液体的分配，不管它们的性质如何(油性，水性或酒精性)，无论溶液或悬浮体(悬浮在液体中的颗粒)，都通过微粉化、雾化(atomization)、喷雾(nebulization)或气溶胶的生成而发生。使用这些流体(fluid)分配装置的主要应用涉及药物的施用、化妆品特别是香水的扩散、消毒、气味产生、空气或介质如纸或纺织品的加湿以及生物试剂的分配。本发明更特别地涉及这种雾化器在机动车辆的空调系统中的应用。

存在不同类型的液体(liquid)雾化器。在第一类型的雾化器中，如文献EP 0 516565和FR 2 899 135中所述的，用于喷射(spray)液体的装置包括在其上部部分中的开口罐，能够容纳待喷射的液体，以及布置在罐中的喷射液体的扩散器。该扩散器包括容纳来自罐的液体的喷嘴，以及超声波发射器，典型地是压电元件，能够在该液体中发射超声波以便喷射它，该装置通常被称为声喷泉。

超声波发射器以高频率振动以产生超声波，因此必须被经常地冷却以便防止由于过热而导致它的恶化。关于此，超声波发射器经常地浸在待喷射的液体中，该液体用于冷却超声波发射器。因此，在所有覆盖超声波发射器的液体被喷射之前，习惯地停止液体喷射，以便防止该超声波发射器在没有浸入液体的情况下振动。

一般而言，预定的最小水平对应于超声波发射器在不过热的情况下操作所需的液体的最低水平。液位传感器使得可以确保存在足够量的液体。

包括压电转换器和经受振动的微穿孔膜的超声波液体雾化器也是已知的，例如如在EP2 091 663中所述的。如在文献US 2008/0217430中所述的，膜也会不受振动。由于压电转换器的振动，在动态压力变化期间，液滴通过膜的孔喷射液体而形成。

在这种类型的膜雾化器中，重要的是保护所述转换器免受雾化器的影响。如果没有更多的液体，转换器会暴露在露天的空气中。当压电元件的控制信号保持恒定时，振荡膜的运动幅度将会增加，从而导致膜断裂的风险。

发明内容

本发明目的要在没有额外的传感器的情况下补救这些缺陷，因此成本较低。

本发明还涉及一种用于检测超声波喷射装置中的液体不足的方法，该装置包括至少一个能够喷射液体的压电元件。

根据本发明的方法包括：

-暂时向压电元件供电的步骤，以便使压电元件发生变形，

-测量由压电元件在其变形下产生的电流强度的步骤，以及

-将所述强度与预定阈值进行比较的步骤，如果所述电流低于所述阈值，则在所述喷射装置中检测到的液体不足。

因此，通过将由压电元件返回的电流的强度与存在足够液体的装置的操作相对应的预定阈值进行比较，可以检测喷射装置中是否存在液体。由于该方法，因此可以检测所述装置中的液体量不足或甚至不存在。

暂时向压电元件供电的步骤可以包括在压电元件的端子上施加电压以使压电元件发生变形的步骤，随后是用于控制施加电压的停止的步骤。

测量由压电元件在其变形的作用下产生的电流的强度的步骤可以在所述停止之后的时间段期间得以实施，在所述时间段期间，压电元件继续变形。

超声波喷射装置可以包括压电转换器，该压电转换器设置有所述压电元件和穿孔膜，该穿孔膜固定到所述转换器并由压电元件振动以便喷射液体与所述膜接触。本发明也适用于任何类型的压电喷涂装置。因此，本发明可适用于声喷泉型的压电系统，或者甚至可适用于具有膜或栅格而没有转换器的压电系统，即在膜和压电元件之间没有中间支撑件，其中所述面之一直接与水接触，另一面与空气接触。

该方法还可以包括在检测到液体不足的情况下，用于控制施加的电压的确定性停止的步骤。

该方法还可以包括在检测到液体不足的情况下触发可听信号和/或光信号的步骤。

压电元件典型地是压电陶瓷。

本发明还涉及一种超声波液体喷射装置，其包括至少一个能够喷射液体的压电元件。

根据本发明的装置包括能够暂时给压电元件通电以使压电元件变形的设备，能够测量由压电元件在其变形的作用下产生的电流的强度的设备，能够将所述强度与预定阈值进行比较的设备，以及如果所述强度低于所述阈值则能够检测喷射装置中的液体不足的设备。

该装置可包括由盖封闭的液体储存器。所述罐可以是矿泉水瓶。因此，该系统可以集成水系统、泵和用作罐的矿泉水瓶。

该装置可以包括压电转换器，该压电转换器设置有能够喷射液体的至少一个压电元件，所述转换器包括容纳待喷射的液体的空腔。

特别地，该装置可以包括压电转换器，该压电转换器设置有所述压电元件和固定到转换器并由压电元件振动以便喷射与所述膜接触的液体的穿孔膜。

转换器的总长度与压电元件的直径或宽度之比有利地大于或等于1。

本发明还涉及一种包括上述装置的空调系统。

所述空调系统可以是用于机动车辆的空调系统。

附图说明

本发明的其他目的、特征和优点将从以下仅作为非限制性示例并参考附图的描述中变得更加明显，其中：

-图1是能够实施根据本发明的方法的超声波喷射装置的纵向截面视图；

-图2是图1的装置的转换器的部分分解透视图；

-图3是允许实施该方法的图1的装置的电子示意图；以及

-图4以方框图形式示出了该方法的各个步骤。

具体实施方式

如图1所示，超声波喷射装置1包括由盖3封闭的液体罐2。盖3可设置有便于排出气泡的杆4。除了液体之外，压电转换器5也位于罐2的内部。在未示出的实施例中，压电转换器5布置在罐2的外侧，并且该装置包括将液体从罐2带到所述压电转换器5的管道。

装置1还包括电连接器6，其使得能够对压电转换器5进行供电。

如图2所示，压电转换器5包括优选地在50kHz至200kHz的频率范围内振动的转换器主体7。转换器主体7包括容纳待喷射液体的空腔。

一个或更多个优选由一片或多层压电陶瓷组成的压电元件8被布置在转换器主体7上。微穿孔膜9或厚度格栅(例如在20和200μm之间)被机械地固定到其中它的振动速度最大的转换器主体7的端部。通过将液体喷射通过膜9中的孔而形成液滴。

该组件形成压电转换器5，其是以纵向模式振动的机电转换器。纵向模式由以下事实限定：转换器5沿着其对称轴线通过它的横截面的伸长或收缩而变形(这里，转换器5的对称轴特别是基本上正交于转换器5的延伸的主平面的轴线。这种类型的转换器的振动特性基本上由其长度决定，使得转换器的总长度与压电陶瓷8的直径或宽度之比优选大于或等于1。

由压电致动器组成的喷射器基于逆压电效应：跨压电元件的端子施加电压导致所述部件的机械变形。

使膜9振荡的动作，该膜在一侧与空气接触并在另一侧与液体例如水接触，具有产生喷雾的作用。

压电元件的一个特点是它们具有非常精确的谐振频率，可以对其进行电气建模。

可以通过简单的电容器对压电元件进行电气建模。然而，压电技术的特定特征在于机电耦合。假设这里的主题是机械振荡器应用，则并联地增加RLC串联电路来建模机械振荡。

压电元件的等效阻抗的表达式(s＝jω)如下：

这里观察到两个特定的脉冲：

-ωs：对应于所谓的反谐振频率的串行脉冲。该串行脉冲对应于压电元件的等效阻抗的振幅的模数的最小值。

-ωp：对应于所谓的谐振频率的并行脉冲。并行脉冲对应于压电元件的等效阻抗的振幅的模数的最大值。

观察到，一旦我们离开这个谐振频率，强度和电压之间的相移就会发展。

重要的是保护转换器5免受喷射器的影响。如果没有足够的水，则转换器5将全部或部分地在露天中，然而由于压电元件8的控制信号不改变，所以振荡膜9的运动幅度将因此增加，并且将存在有破损的风险。

当没有水时，谐振频率也会变化。由于水量不足或缺水，振荡频率增加，这在压电元件变形的作用下对由压电元件产生的电流的强度有影响。

因此，可以检测出由于该频移而不再有更多的水量或水量不足的事实。转换器5不再位于压电材料的谐振频率。这具有以下结果：电压和强度之间的相移将改变，并且由压电元件在其变形的作用下产生的电流的强度将降低。

根据本发明的方法使用这种观察结果：如果由压电元件在其变形作用下产生的电流的强度小于阈值，则认为在喷射装置中存在不足量的液体。

由于强度与电压成比例(U＝ZI)且电压与施加在压电元件上的压力成比例(U＝SP，S＝灵敏度常数＝S＝k.h，k＝压电常数，h＝晶体的宽度)，因此强度与施加在压电元件上的压力成比例；应当注意到，当与压电元件接触的介质不再是水而是空气时，该压力进一步降低。

用于检测介质变化的设备是例如通过分流器读取强度的设备。分流器是非常低阻抗的器件，其允许电流使用极少的能量从电路的一个点传递到另一个点。低值电阻可被用作测量分流来测量通过它的电流的测量分流器。分流器是用于测量强电流的校准和已知电阻。为此，通过并联连接的电压表在其端子处测量电压；欧姆定律用于推导流过分流器的电流。

通过将强度值与与水接触的膜的正常操作相对应的阈值进行比较，检测出频移，因此检测到电流的消耗量的下降。在检测到不足量水或缺水后，重要的是保护压电材料，而且通过蜂鸣器和/或光信号(例如发光二极管)给用户发警报。为此，生成电子控制信号，其可以例如控制可听信号和/或光信号的触发。

图3是示出允许实施根据本发明的方法的装置10的电子电路图。

电阻R的压电元件11被连接到电流放大器12。由于强度值相当低，优选在将其与阈值进行比较之前将其放大(实际上，它是测量的电压，代表电流，被放大)。分流器型比较器13使得可以将分流器端子处的电压与基准电压Vs进行比较。以等效的方式，比较器13可以将通过分流器的强度与参考强度进行比较。如果测量的电压或测量的强度小于对应于与液体接触的膜9的正常操作的阈值，则微处理器14使得可以控制压电元件11的停止。微处理器14还可以控制可听信号15和/或光信号16的触发，以警告用户液体量不足。

因此，根据本发明的超声波液体喷射装置10可以包括至少一个能够喷射液体的压电元件11，能够暂时给压电元件11通电以便致使压电元件11变形的设备，能够测量由压电元件11在其变形的作用下产生的电流的强度的设备，能够将所述强度与阈值进行比较的设备(例如，比较器13)，以及如果所述强度低于所述阈值则能够检测喷射装置1中的液体量不足的设备(例如，微处理器14)。

例如，压电元件11可以通过压电效应正常供电0.9秒。电信号然后将激励压电元件11并生成振动动量。然后，对于0.1s，压电元件11不再被供电，而是通过惯性继续振动。它的作用就像电阻式传感器(应变计)。此时压电元件11的“响应”是通过反压电效应来测量的：仍在运动的压电元件11生成电信号，该电信号的电流被测量并其与对应于与液体接触的膜9的正常操作的参考值进行比较。如果偏差超过阈值，则关闭压电元件11并给出报警。

该方法的各个步骤因此在图4中被再现。该方法从暂时向压电元件供电的步骤E1开始，以便致使压电元件的变形。此步骤E1之后是用于测量由压电元件在其变形作用下产生的电流的强度的步骤E2。该方法接下来是将所述强度与预定阈值进行比较的步骤E3，如果所述强度低于所述阈值，则在喷射装置中检测到的液体量不足(步骤4)。

Claims (10)

1.一种用于检测超声波喷射装置(1)中的液体不足的方法，所述装置(1)包括能够喷射液体的至少一个压电元件(8)，所述方法的特征在于它包括：

-暂时向压电元件(8)供电的步骤(E1)，以便使压电元件(8)发生变形，

-测量由压电元件(8)在其变形下产生的电流的强度的步骤(E2)，以及

-将所述强度与预定阈值进行比较的步骤(E3)，如果所述强度低于所述阈值(E4)，则在所述喷射装置(1)中检测到液体不足。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，暂时向压电元件(8)供电的步骤包括在压电元件(8)的端子上施加电压的步骤，以便使压电元件(8)产生变形，接着是用于控制电压施加的停止的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测量由压电元件(8)在其变形的作用下产生的电流的强度的步骤是在所述停止之后的时间段期间得以实施的，在该时间段期间，所述压电元件(8)继续变形。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，它还包括，在检测到缺少液体的情况下，控制所述电压的施加的最终停止的步骤。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，它还包括，在检测到缺少液体的情况下，触发可听信号和/或光信号的步骤。

6.一种超声波液体喷射装置(10)，包括能够喷射液体的至少一个压电元件(8)，所述装置的特征在于，它包括能够暂时给压电部件(8)通电以便使压电元件(8)变形的设备，能够测量由压电元件(8)在其变形的作用下产生的电流的强度的设备，能够将所述强度与预定阈值进行比较的设备(13)，以及如果所述强度低于所述阈值则能够检测所述喷射装置(1)中的液体不足的设备(14)。

7.如权利要求6所述的装置(10)，其特征在于，它包括压电转换器(5)，该压电转换器设置有所述压电元件(8)和穿孔膜(9)，该穿孔膜被固定在所述转换器(5)上并由所述压电元件(8)振动以便喷射液体与所述膜(9)接触。

8.如权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，所述转换器(5)包括容纳待喷射的液体的空腔。

9.如权利要求7或8所述的装置(10)，其特征在于，所述转换器(5)的总长度与所述压电元件(8)的直径或宽度的比值大于或等于1。

10.一种空调系统，其特征在于，它包括如权利要求6至9中任一项所述的装置(10)。