CN107076596B

CN107076596B - 液体体积测量设备

Info

Publication number: CN107076596B
Application number: CN201580051547.7A
Authority: CN
Inventors: M.R.范德沃宁格; H.L.J.F.霍尔坦
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Fansongni Holdings Ltd
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2019-10-22
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: EP3197326A1; EP3197326B1; JP2017534848A; CN107076596A; JP6255535B2; US10034571B2; WO2016045975A1; RU2672951C2; US20170295990A1; RU2017113986A3; RU2017113986A

Abstract

本发明涉及用于测量在器皿中包含的液体的体积的测量设备（10），其包括：主器皿（12），其用于接纳液体；参考器皿（14），其具有比主器皿（12）小的体积，其中主器皿（12）和参考器皿（14）流体地可连接到彼此作为连通器皿；泵（16），其连接到主器皿（12）和参考器皿（14），用于从主器皿（12）和参考器皿（14）提取液体；最低液位传感器（26），其配置成如果在参考器皿（14）内的最低液位被达到则发送参考信号；第一阀（20，20’），参考器皿（14）经由第一阀流体地连接到泵（16），其中第一阀（20，20’）配置成如果在参考器皿（14）内的最低液位被达到则被关掉；以及控制单元（30），其连接到最低液位传感器（26，26’），且泵（16）配置成测量在泵（16）的启动和参考信号的接收之间的参考时间，其中控制单元（30）还配置成基于参考时间和泵（16）的流速来计算在主器皿（12）内的液体体积和/或在主器皿（12）和参考器皿（14）一起内的总液体体积。

Description

液体体积测量设备

技术领域

本发明涉及用于测量在器皿、罐或容器中包含的液体的体积的测量设备。可以特别在饮料分配机中应用所述测量设备。这样的饮料分配机器的例子是手动的、半自动的、全自动的和任何类型的单杯咖啡和/或浓缩咖啡机。然而，所提出的测量设备不限于在这样的器具中的使用。

背景技术

饮料分配机常常配备有液体容器，例如通常位于机器的后侧上的水罐。那些液体容器包含规定量的液体，根据所选择的配方，可以用该液体制造几份饮料，例如咖啡饮料。这些液体容器常常配备有最低液位传感器以避免用于从液体容器提取液体的泵开始干转。这些最低液位传感器通常还将指示液体容器是空的且需要被再填满的信号发送给用户。

现今的咖啡机常常使用包括具有与霍尔传感器有关的磁铁的浮标的最低液位传感器。霍尔传感器位于水罐的最低液位处，使得设备可以用信号通知该配方、即由用户选择的咖啡的类型是否可使用在水罐中可用的水含量来制造。

前面提到的最低液位传感器的问题是它们不是非常精确的。此外，这些传感器通常位于与使用机器可能有的最大饮料/配方的体积有关的最低液位处。在一些情况下，可能因此发生用户只选择小饮料（例如浓缩咖啡），其中器具指示水罐需要被再填满，即使这实际上不是必要的。如果最低液位例如被设置到180 ml，则系统将不允许冲泡任何咖啡或浓缩咖啡，即使由用户定购的配方只需要80 ml。

因为水罐通常位于机器的后侧上，用户在视觉上判断罐的水含量也很难。因此，需要以精确的方式测量水罐的体积并且如果可用水含量适合于冲泡由用户选择的咖啡或浓缩咖啡的种类则允许机器冲泡咖啡或浓缩咖啡。

常规手动咖啡机常常使用布置在流体地连接到水罐的立管处的人工刻度读数。从EP 1 514 500 A1示例性地已知这样的系统。其中所示的系统包括流体地连接到彼此作为连通器皿的主罐和立管。立管包含浮标，用户可借助于该浮标在视觉上识别在主罐内的水位。然而，这样的系统只帮助指示在主罐内的相对水位，但不解决用户应被通知的上面提到的问题：在主罐中的剩余水位是否对他/她选择的配方是足够的,以及应电子地防止主罐在咖啡冲泡期间变空使得泵干转。

当然，还有在市场上可买到的更复杂的测量设备和传感器，其满足上面提到的要求并允许以非常精确的方式测量在水罐内的水的体积。然而，这些测量设备和传感器在大部分时间需要相当昂贵的设备，其将不成比例地增加制造成本。

WO 98/27853 A1公开了煮咖啡机，其包括水储器、用于将热水供应到过滤器设备的水加热和供应设备，所冲泡的咖啡从过滤器设备流到容器。煮咖啡机包括用于检测在储器中的水位的液位检测电路，且这个水位用于控制冲泡过程，以便根据在储器中的液位来改变热水到过滤器设备的流动。液位可用于控制在连续加热器中的加热元件的功率，或可用于控制在泵送系统中的泵的操作。

US 2004/118292 A1公开了用于制备热饮的器具。器具包括具有容器出口的水容器，由加热设备加热的水可经由加热设备和立管从容器出口供应到混合设备。在立管中的特定水位高度可由恒定液位保持设备保持为至少在很大程度上是恒定的。

GB 2 320 093 A公开了用于合计由一组泵泵送到器皿或从器皿泵送的液体的体积的方法。

发明内容

本发明的目的是提供用于测量在器皿中包含的液体的体积的测量设备，其中测量设备在饮料分配机中是可应用的。特别是，本发明的目的是提供测量设备，其允许在器皿内的液体含量的相当精确的测量，但关于它的制造成本是成本节约的。

在本发明的第一方面中，提出了用于测量在器皿中包含的液体的体积的测量设备，其包括：

- 主器皿，其用于接纳液体；

- 参考器皿，其具有比主器皿小的体积，其中主器皿和参考器皿可流体地连接到彼此作为连通器皿；

- 泵，其连接到主器皿和参考器皿，用于从主器皿和参考器皿提取液体；

- 最低液位传感器，其配置成如果在参考器皿内的最低液位被达到则发送参考信号；

- 第一阀，参考器皿经由第一阀流体地连接到泵，其中第一阀配置成如果在参考器皿内的最低液位被达到则被关掉；以及

- 控制单元，其连接到最低液位传感器，且泵配置成测量在泵的启动和参考信号的接收之间的参考时间，其中控制单元还配置成基于参考时间和泵的流速来计算在主器皿内的液体体积和/或在主器皿和参考器皿一起内的总液体体积。

在本发明的另一方面中，提出包括上面提到的测量设备的饮料分配机。

当前的测量设备利用两个连通器皿，即主器皿和参考器皿。主器皿代表器具的主液罐，而参考器皿可以在立管的形式中实现。由于作为两个连通器皿的这两个器皿的液压连接，液体将在这两个器皿中衡消，而不考虑这些器皿的形状和体积。这样的连通器皿的物理原理有时也被表示为流体静压佯谬。换句话说，这意味着液位的高度在这两个器皿中是相同的，因为可假设环境压力（例如大气压力）在这两个器皿中是相同的。

此外注意到参考器皿比主器皿具有更小的体积以及这两个器皿都连接到泵很重要。参考器皿的体积优选地比主器皿的体积小得多。参考器皿的体积可以例如是主器皿的体积的大约20%或更小，甚至更优选地大约10%或更小。泵的致动因此使参考器皿比主器皿快得多地变空。

因为泵流体地连接到这两个器皿，泵在开始时将从这两个器皿提取液体，直到参考器皿是空的为止。其后，泵可以只从主器皿提取体液。根据在泵开始工作之前在主器皿和参考器皿中包含的液体体积，直到参考器皿是空的时将因此花费一定量的时间。所提出的测量设备包括在参考器皿处或内布置的最低液位传感器。这个最低液位传感器检测在参考器皿内的最低液位，例如，如果参考器皿是空的话。因为最低液位传感器只必须配置成测量参考器皿是否是空的，可使用相当简单的和成本节约的传感器。最低液位传感器一检测到参考器皿是空的，它就向控制单元发送出信号（在本文被表示为参考信号）。因为控制单元也连接到泵并控制泵，控制单元也知道在什么时间泵被启动。控制单元可因此测量在泵的激活/启动和指示参考器皿是空的参考信号的接收之间的时间（在本文被表示为参考时间）。这个测量的参考时间表示倒空参考器皿所花费的时间。

因为可假设泵提供随着时间的过去不变的流速，参考时间可用于计算最初在参考器皿中（在泵的启动之前）的液体体积。这容易从下面的事实得出：在泵的激活之前，参考时间与在参考器皿内的液体体积近似地或甚至确切地成比例。所述泵可因此被如下计算：

V_ref = θ_pump x t_ref　　　（1）

其中V_ref表示在开始时在参考器皿中的液体体积，θ_pump表示泵的流速，以及t_ref表示参考时间。应注意，这个计算根据在本文提出的测量设备的实施例是或多或少精确的。如果泵的流速随着时间的过去是恒定的且如果确保液体在开始时只从参考器皿被提取直到它是空的为止，则这个计算是绝对准确的。然而，如果液体直接从参考器皿和主器皿提取，则也可以用准确的方式计算参考体积V_ref，因为可接着假设相同量的液体离开主器皿和参考器皿，直到参考器皿是空的为止。因此只须使用离开主器皿的液体的量相对于离开参考器皿的液体的量之比来校正测量的参考时间t_ref。如果例如假设在开始时从每个器皿提取相同量的液体，t_ref在上面提到的计算中仅仅需要除以2。还应注意，如果泵的流速随着时间的过去不是绝对恒定的，则可给出相对好的近似。在这种情况下，平均流速可用作θ_pump。测量设备还可包括用于测量液体流速的装置，借助于泵利用该装置从主器皿和参考器皿提取液体。然而，如果泵具有规定的流速，则这样的装置并不是绝对必要的。

由于连通器皿的上面提到的原理，此外由此可见，在致动泵之前在参考器皿内的体积V_ref与在致动泵之前在主器皿内的体积V_main与成比例（V_ref～ V_main）且也与在致动泵之前在整个测量设备中（在主器皿和参考器皿一起内）的总液体体积V_total成比例（V_ref～V_total）。基于泵的参考时间和流速，控制单元可因此不仅计算在参考器皿的液体体积，而且计算在主器皿内的液体体积V_main和/或在主器皿和参考器皿一起内的总液体体积V_total。总的说来，这意味着测量设备能够计算在水罐（主器皿）内的液体体积和/或在设备内的总液体体积，其中只需要相当简单和成本节约的传感器（最低液位传感器）。所提出的测量设备因此可在任何类型的饮料分配机中被应用，容易实施且在生产中是成本节约的。

根据实施例，测量设备还可包括用于选择在提取事件期间将借助于泵从主器皿和参考器皿提取的液体量的选择器，其中提取事件表示在泵的启动和随后去启动之间的事件。

在咖啡机中，这样的提取事件可以因此是一种咖啡的冲泡过程。用户可直接或间接地选择待用于咖啡的液体量。可机械地或电子地实现选择器。还应注意，选择待提取的液体量等于在冲泡过程/提取事件期间启动泵的时间，只要泵的恒定（平均）流速被达到。

选择器优选地还连接到控制单元，使得控制单元可相应地控制泵。控制单元可以在这种情况中配置成此外基于液体的选定量来计算在主器皿内的液体体积和/或总液体体积。换句话说，因为控制单元于是也知道在提取事件期间提取的液体的量，控制单元可计算在提取事件之后在主器皿内的液体体积：

V_main(t2) = V_main(t1) - V_dose　　　　（2）

其中V_main(t2)表示在提取事件之后在主器皿内的液体体积，V_main(t1)表示在提取事件之前在主器皿内的液体体积，以及V_dose表示在提取事件期间从主器皿和参考器皿一起提取的选定体积。应注意，上面提到的方程需要V_ref比V_main小得多，使得V_main≈V_total。如果不是这种情况，我们必须此外考虑在提取事件之前（V_ref(t1)）和在提取事件之后（V_ref(t2)）在参考器皿中的体积V_ref。方程2接着必须被修改如下：

V_main(t2) = V_main(t1) - V_dose - (V_ref(t2)- V_ref(t1))　　　　（2’）

其中可基于上面指示的方程1来计算V_ref(t1)和V_ref(t2)。然而，对于基于方程1的V_ref(t2)的计算，需要第二提取步骤，其中测量t_ref(t2)。

用于通过利用在V_ref和V_main之间的上面提到的比例来计算在主器皿内的液体体积的一个可能性是通过利用主器皿和参考器皿的几何尺寸。

根据实施例，控制单元可配置成此外基于主器皿和参考器皿的几何尺寸来计算在主器皿内的液体体积和/或总液体体积。这可示例性地如下工作：如上面提到的，泵的参考时间t_ref和流速θ_pump可用于计算在参考器皿内的液体体积V_ref。由于在作为连通器皿的主器皿和参考器皿之间的连接，我们还知道液位的高度h在主器皿和参考器皿内是相同的。这导致下面的方程：

V_ref = h x A_ref　　　　（3）

V_main = h x A_main　　　　（4）

V_main =xA_main= x A_main　　　　（5）

在上面提到的方程中，A_main表示主器皿的横截面面积，以及A_ref表示参考器皿的横截面面积。主器皿和参考器皿的横截面面积A_main和A_ref因此只必须在控制单元内被编程。在最早的情况中，A_main和A_ref沿着每个器皿的高度保持不变。然而，即使A_main和A_ref沿着器皿的高度是恒定的，上面提到的方程也是有效的。在这种情况下，A_main和A_ref只须在控制单元内根据两个器皿的高度而被编程。可容易通过合计V_main和V_ref来计算总液体体积V_total。

根据另一实施例，控制单元可配置成基于下列项来计算在主器皿内的液体体积和/或总液体体积：（i）在第一提取事件期间测量的参考时间，（ii）在第一提取事件之后的第二提取事件期间测量的参考时间，（iii）泵的流速，（iv）为第一提取事件选择的液体量，以及（v）为第二提取事件选择的液体量。

在这种情况下，控制单元确定在从主器皿和参考器皿的两个随后的液体提取之后在主器皿和参考器皿内的总液体体积。然而，基于参考时间和泵的流速计算在主器皿内的液体体积和/或总液体体积的基本原理仍然保持相同。控制单元通过使平均流速θ_pump与参考时间t_ref(t1)相乘来计算在第一提取事件期间从参考器皿泵送的体积V_ref(t1)。控制单元将V_ref(t1)与为第一提取事件选择的液体量V_dose(t1)保存在一起。一单下一随后的提取事件出现，例如当提取第二杯咖啡的液体时，将再次基于θ_pump和t_ref(t2)来计算参考体积V_ref(t2)。可接着基于下面的方程来计算在主器皿和参考器皿（一起）内的总液体体积：

　　　　（6）

　　　　（7）

　　　　（8）

其中V_total(t1)是在第一提取事件之前在主器皿和参考器皿（一起）内的总液体体积；V_total(t2)是在第二提取事件之前（在第一提取事件之后）在主器皿和参考器皿（一起）内的总液体体积；V_ref(t1)是在第一提取事件期间从参考器皿提取的液体体积（如果参考器皿在每个提取事件期间被完全倒空），V_ref(t1)还表示在第一提取事件之前在参考器皿中的液体体积；V_ref(t2)是在第二提取事件期间在参考器皿内提取的液体体积（在第一提取事件之后和在第二提取事件之前在参考器皿中的液体体积）；V_dose(t1)是在第一提取事件期间从主器皿和参考器皿一起提取的液体体积。

应注意，上面的方程6基于下面的考虑因素：在器具内的总体积相对于在提取之前的总体积V_total(t1)的变化ΔV_total等于在参考器皿内的液体体积相对于在提取之前在参考器皿内的液体体积V_ref(t1)的变化ΔV_ref。

在主器皿内的液体体积V_main可最终被计算如下：

V_main(t1) = V_total(t1) – V_ref(t1)　　　　（9）

V_main(t2) = V_main(t1) – V_dose(t1)　　　　（10）

V_main(t3) = V_main(t2) – V_dose(t2)　　　　（11）

其中V_main(t1)表示在第一提取事件之前在主器皿内的液体体积；V_main(t2)表示在第一提取事件之后且在第二提取事件之前在主器皿内的液体体积；V_main(t3)表示在第二提取事件之后在主器皿内的（当前）体积；V_dose(t2)表示在第二提取事件期间从主器皿和参考器皿（一起）提取的液体的选定量。应注意，上面提到的方程10和11需要V_ref比V_main小得多，使得V_main ≈ V_total。如果不是这种情况，我们必须也通过考虑V_ref以与上面对修改的方程2’解释的相似的方式修改方程10和11。

还应注意，上面提到的对V_total(t1)的计算可类似地直接基于参考时间t_ref(t1)和t_ref(t2)，而不是首先计算参考体积V_ref(t1)和V_ref(t2)：

　　　　（12）

其中t_ref(t1)是在第一提取事件期间测量的参考时间，以及t_ref(t2)是在第二提取事件期间测量的参考时间。所以在这个实施例中，我们可使用方程8或方程12来计算V_total(t1)。以这两种方式，然后从方程9到11得到在主器皿内的液体体积V_main。

根据另一实施例，测量设备还可包括连接到控制单元的存储器单元，其中控制单元配置成将主器皿的所计算的液体体积存储在存储器单元中。这允许在每个提取事件之后将主器皿的所计算的液体体积V_main存储在存储器单元中。所计算的液体体积V_main可因此从存储器单元被调用用于进一步的计算。

特别优选地，控制单元配置成将主器皿的所计算的液体体积V_main和/或所计算的总液体体积V_total连同测量的参考时间t_ref一起存储在存储器单元中。如果这在每个提取事件之后进行，则存储器单元将在多个提取事件之后包括表格，在表格中多个测量的参考时间t_ref映射到主器皿的分别计算的液体体积V_main和/或映射到分别计算的总液体体积V_total。这再次意味着在校准阶段之后，控制单元不再需要以上面提到的方式之一计算在主器皿内的液体体积V_main和/或总液体体积V_total，但可直接查找对应于在存储在存储器单元中的所述表格中的某个参考时间t_ref的主器皿的所计算的液体体积V_main和/或总液体体积V_total。这此外提供下面的优点：控制单元可在每个提取事件之后立即识别正确的V_main和/或V_total，即使用户以前例如通过（部分地）再填满或（部分地）倒空主器皿来改变在主器皿内的液体体积。存储在存储器单元中的这样的表格此外提供下面的优点：越多的提取事件发生，即越多的咖啡被冲泡，则测量变得越来越确切。

根据另一实施例，测量设备还包括用于限制从主器皿到泵的液体流的限制元件。这个限制元件提供下面的优点：在每个提取事件期间泵将最初从参考器皿提取大部分液体，直到参考器皿是空的为止。这导致测量的另一准确度，因为参考时间t_ref的测量于是不再包括从主器皿提取的液体的任何影响或从主器皿提取的液体的至少较小的影响。参考器皿一变成空的，泵就将从主器皿提取该提取事件所需的液体的所有其余部分。可由在将主器皿连接到泵的软管/管内的缩口或借助于布置在主器皿和泵之间的阀来实现限制元件。

根据另一实施例，测量设备可包括第一阀和第二阀，其中参考器皿经由第一阀流体地连接到泵，其中主器皿经由第二阀流体地连接到泵，其中第一阀配置成一旦最低液位传感器检测到在参考器皿内的最低液位被达到就被关闭，以及其中第二阀配置成一旦最低液位传感器检测到在参考器皿内的最低液位被达到就被打开。

换句话说，这两个阀控制到泵的液体供应，使得在每个提取事件开始时，参考器皿将首先被倒空，同时没有液体从主器皿被提取。一旦参考器皿是空的或几乎空的，第一阀就关闭在参考器皿和泵之间的连接，而第二阀同时打开在主器皿和泵之间的连接，使得提取事件所需的其余液体只来自主器皿。与限制元件的提供比较，这个实施例提供甚至更准确的测量，但另一方面需要稍微更复杂的和成本密集的设备（两个额外的阀）。

应注意，测量设备只可选地配备有上面提到的两个阀。根据另一实施例，测量设备可以只包括第一阀，其布置在参考器皿和泵之间。第一阀可配置成一旦最低液位传感器检测到在参考器皿内的最低液位被达到就关闭。第一阀可在这种情况中借助于控制单元来关闭或自动关闭。最低液位传感器可例如包括配置成如果在参考器皿内的最低液位被达到就关闭第一阀。第一阀还可包括接纳元件（例如一种类型的碗），其配置成接纳浮标，即适合于浮标的形状，并布置在参考器皿的底部处或附近。一旦在参考器皿内的流体体积达到最低液位，浮标就耦合到接纳元件并从而关闭第一阀。

最低液位传感器还可包括第一接触传感器，其布置在第一阀处或附近并配置成检测浮标与第一阀的接触。最低液位传感器和第一接触传感器的功能以智能和相对成本节约的方式与此组合。

根据又一实施例，测量设备可包括：（i）布置在参考器皿内并配置成防止浮标在参考器皿内的预定高度之上浮动的止动器；以及（ii）布置在止动器处或附近并配置成检测浮标与止动器的接触的第二接触传感器。

所述止动器可以例如布置在第一阀之上在参考器皿的高度的10%或更小处。止动器和第二接触传感器的组合提供几个优点：1. 当用户用手倒空两个器皿时，止动器防止浮标从参考器皿落出。2. 第二接触传感器可充当用于检测主器皿和/或参考器皿是否正确地安装在设备中的检测器。如果主器皿未正确地连接到参考器皿，则没有液体流入参考器皿内，使得浮标将保持在参考器皿的底部处，而不接触第二接触传感器。一旦主器皿正确地连接到参考器皿，液体就流入参考器皿内并逆着止动器向上推浮标。这可借助于第二接触传感器来检测到。3. 第二接触传感器此外可充当用于检测在主器皿内的最低液位的检测器。止动器可此外布置在参考器皿内在对应于在主器皿内的高度的高度处，在主器皿内的该高度处主器皿内的液体体积例如小于对通常使用饮料分配器分配的最大可能的饮料的需要。

在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应理解，所要求保护的方法具有与所要求保护的设备和如在从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。

附图说明

这些和其它方面将根据并且参考在下文中所述的实施例变得清楚并得以阐明。在下面的附图中，

图1示出根据本发明的测量设备的第一实施例，其中图1A示出在第一操作位置上的测量设备，图1B示出在第二操作位置上的测量设备，图1C示出在第三操作位置上的测量设备，以及图1D示出在第四操作位置上的测量设备；

图2示出根据本发明的测量设备的第二实施例；以及

图3示出在根据本发明的测量设备的存储器单元内存储的查找表的例子。

具体实施方式

图1示出根据本发明的测量设备的第一实施例。测量设备在其中整个地由参考数字10表示。

测量设备10包括主器皿12、参考器皿14和泵16。如果测量设备10在饮料分配机器中被应用，则主器皿12 由机器的主液罐实现，且参考器皿14可被实现为立管。主器皿12和参考器皿14都可具有任何任意设计和形状。唯一重要的事情是，参考器皿14具有比主器皿12更小的体积。在一般布置中，参考器皿14的体积将为主器皿12的体积的大约10%或更小或甚至5%或更小。

此外主器皿12和参考器皿14流体地连接到彼此作为两个连通器皿很重要。一旦相同的压力（大气压力）施加到在主器皿12的液体和参考器皿14内的液体，液体就在这两个器皿12、14中衡消到同一水平h₁。

泵16流体地连接到这两个器皿12、14。泵16可因此从这两个泵12、14提取液体。惯常的泵可通常用于泵16。然而，使用具有恒定流速的泵16是优选的，因为这便于测量设备10的测量，如下面更详细概述的。

根据图1所示的第一实施例，主器皿12经由限制元件18连接到泵16。这个限制元件18配置成限制从主器皿12到泵16的液体流。然而，应注意，限制元件18必须配置成只部分地限制液体流，因为两个连通器皿12、14的功能原理将以另外方式被阻止。太强的限制另一方面也将阻止借助于泵16从主器皿12提取液体。限制元件18可例如被实现为在将主器皿12连接到泵16的管或软管内的缩口。然而，限制元件18还可包括阀，其限制或阻止从主器皿12到泵16的液体流直到参考器皿14是空的为止，并接着再次打开在主器皿12和泵16之间的连接。

参考器皿14根据第一实施例经由阀20连接到泵16。阀20布置在参考器皿14内。根据图1所示的示例性实施例，这个阀20被实现为浮标操作的阀。它包括配置成在参考器皿14中包含的液体内浮动的浮标22。浮标22因此应由具有比在测量设备10内使用的液体的密度小的密度的材料制成（如果测量设备10在饮料分配机中被应用，液体通常是水）。阀20在这个例子中此外包括配置成接纳浮标22的接纳元件24。这个接纳元件24可被实现为适合于浮标22的形状的一类碗。接纳元件24优选地布置在参考器皿14的下端处或附近，即在参考器皿14内的最低液位的区域中。

示例性示出的浮标操作的阀20如下工作：如果在参考器皿14中包含的液体高于最低液位，则浮标22将在液体内浮动，使得它不连接到接纳元件24。一旦在参考器皿14内的液位落在最低液位之下，浮标22就连接到接纳元件24并从而关闭阀20，即关闭在参考器皿14和泵16之间的连接。在后一情况下，阀20也关闭在主器皿12和参考器皿14之间的连接。一旦阀20打开，主器皿12和参考器皿14就因此只与彼此连通。

测量设备10还包括检测在参考器皿14内的最低液位的最低液位传感器26。它可例如检测参考器皿14是否是空的。根据图1所示的示例性实施例，所述最低液位传感器26与阀20组合。最低液位传感器26可包括布置在阀20的接纳元件24处或附近的接触传感器28。所述接触传感器28配置成检测浮标22与阀20/接纳元件24的接触。一旦浮标22与阀20的接触借助于接触传感器20被检测到，最低液位传感器26就将产生在本文被表示为参考信号的信号。

应注意，本发明不限于浮标操作的阀和包括如在图1的示例性实施例中所示的接触传感器的最低液位传感器的使用。相同的功能原理也可借助于电子致动的阀20和最低液位传感器26实现，最低液位传感器26光学地、机械地、电感地或电容地检测在参考器皿14内的最低液位。

所提出的测量设备10还包括用于控制设备10的操作的控制单元30。这个控制单元30可被实现为处理器或微控制器，其具有存储在其上的用于控制测量设备10的各种元件的软件。控制单元30优选地连接到泵16和最低液位传感器26，如这在图1中借助于虚线被指示那样。在控制单元30、泵16和最低液位传感器26之间的连接可被实现为无线连接或硬连线连接。

现在参考图1A-1D详细解释测量设备10的操作。

图1A示出初始情况，其中液体被填充到主器皿12内，且液体在主器皿12和参考器皿14之间被衡消。在这两个器皿12、14内的液体因此在同一高度h₁处。阀20在其打开位置上，使得泵16可从主器皿12和参考器皿14提取液体。用户现在可启动泵16以开始液体提取。这可借助于用户接口32来完成，用户接口32包括显示器34和选择器36。在饮料分配机器内的应用中，用户可例如选择应全部从主器皿12和参考器皿14提取的液体量V_dose。选择器36因此可包括允许用户选择所述液体量V_dose的机械底部或触摸屏。然而应注意，饮料分配机的用户并不总是直接选择待提取的某个量的液体V_dose，但更确切地选择一种类型的预定配方（例如浓缩咖啡、小咖啡或大咖啡）。控制单元30在这样的情况下计算V_dose或从存储在连接到控制单元30的存储器单元38中的查找表获取它。控制单元30接着也将计算泵16需要被启动的时间t_pump，以便提取量V_dose。这个信息也可存储在存储器单元38中的查找表中，使得它不一定需要每次都基于泵16的流速θ_pump来计算。

当启动时，泵16将接着开始从主器皿12和参考器皿14提取液体。由于限制元件18，大部分液体将在开始时从参考器皿14被汲取。参考器皿14因此将首先是空的。根据在参考器皿14内的液位，这将花费某个量的时间，且将借助于最低液位传感器26被通知。一旦在参考器皿14内的液位达到最低液位，浮标22就接触阀20并从而关闭它（见图1B）。接触传感器28将检测到这个接触并将参考信号发送到控制单元30。在参考器皿14和泵16之间的连接然后被关闭，使得泵16将继续只从主器皿12提取液体（见图1C）。泵16将继续提取液体，直到选定量V_dose被全部提取为止。即使液体接着通过限制元件18被提取，泵16继续将流速保持在恒定水平处。泵16可例如配置成自动适应这个限制变化。一旦选定量V_dose被全部提取，控制单元30就将停止/去启动泵16并从而结束提取事件。提取事件表示在泵16的启动和随后的去启动之间的事件，即用于从系统提取选定量的液体V_dose的全循环。一旦泵16被控制单元30去启动，阀20就自动打开，因为浮标22将在参考器皿14内升高。主器皿12和参考器皿14可接着再次与彼此连通，使得在这两个器皿12、14内的液位将再次衡消（见图1D）。在这两个器皿12、14内的液位接着在高度h₂处，其中h₂ < h₁（比较图1A和图1D）。

在提取事件期间，控制单元30可测量在泵16的启动和参考信号的接收之间的时间（在本文被表示为参考时间）。在（第一）提取事件之后，控制单元30可接着计算主器皿12在提取事件之前包含的液体体积V_main(t1)。控制单元30还可计算主器皿12在提取事件之后包含的液体体积V_main(t2)。这个计算可基于参考时间t_ref和泵16的流速θ_pump。

计算V_main的容易方式是通过附加考虑由用户选择的液体的量V_dose以及主器皿12和参考器皿14的几何尺寸。这样的计算的例子在下面给出：

例子1：使用具有横截面积A_main = 3925 mm²的主器皿12，其中所述横截面积A_main沿着主器皿12的高度是恒定的。使用具有也沿着高度恒定的横截面积A_ref = 200 mm²的参考器皿14。在提取事件期间测量到10 s的参考时间t_ref。泵16具有4 ml/s (4000 mm³/s)的恒定流速θ_pump。采用在该描述的引言部分中提到的方程5，在主器皿12内的体积可接着被计算如下：

V_main = x A_main = x A_main

清楚的是，在上面提到的例子中的V_main指示在提取事件之前在主器皿12内的液体体积（V_main(t1)）。然而，如果全部提取的选定量的液体V_dose也是已知的，则在提取事件之后在主器皿12和参考器皿14一起内的总液体体积V_total(t2)可容易被计算如下：

V_total(t2) = V_total(t1) - V_dose = V_main(t1) + V_ref(t1) – V_dose

还清楚，只有假设所有液体也在开始时从参考器皿14被提取且在那个时间在限制元件18处没有泄漏出现，上面提到的计算才变得精确。还应注意，只有主器皿12和参考器皿14的几何尺寸A_main和A_ref被示出，上面提到的示例性计算才是可能的。

如果尺寸A_main和A_ref不是已知的，则控制单元30可以用另一方式计算V_main。这将在下面给出的例子2中示出。在例子2中的计算仍然基于测量的参考时间t_ref和泵的流速θ_pump。然而，现在在两个随后的提取事件之后、例如在用户从系统取出两杯饮料之后计算V_main。然后基于下面的考虑因素来计算V_main：在器具内的总体积的变化ΔV_total除以在提取之前的总体积V_total(t1)等于在参考器皿内的体积变化ΔV_ref除以在提取之前在参考器皿内的液体体积V_ref(t1)（见在该描述的引言部分中指示的方程6到8）。

例子2：由用户在第一提取事件期间选择的所提取的液体量V_dose(t1)是V_dose(t1) =120 ml。平均流速θ_pump是4 ml/s。在第一提取事件期间测量的参考时间t_ref(t1)是t_ref(t1) =3.1 s。参考器皿14在第一提取事件之前包含的液体体积因此可被计算为：

V_ref(t1) = θ_pump x t_ref(t1) = 4 ml/s x 3.1 s = 12.4 ml。

在第二提取步骤中，用户选择100 ml的液体量V_dose(t2)。在第二提取事件期间由控制单元30测量的参考时间t_ref(t2)是2.8 s。θ_pump保持相同（4 ml/s）。参考器皿114因此在第二提取事件之前包含体积V_ref(t2)：

V_ref(t2) = θ_pump x t_ref(t2) = 4 ml/s x 2.8 s = 11.2 ml。

然后可借助于上面提到的方程8到11来计算在第一提取事件（V_total(t1)和/或V_main(t1)）之前、在第一提取事件之后（V_total(t2)和/或V_main(t2)）和在第二提取事件之后（V_total(t3)和/或V_main(t3)）在主器皿12内的总液体体积V_total和/或液体体积V_main：

V_main(t1) = V_total(t1) – V_ref(t1) = 1240 ml – 12.4 ml = 1227.6 ml

V_main(t2) = V_main(t1) – V_dose(t1) = 1227.6 ml – 120 ml = 1107.6 ml

V_main(t3) = V_main(t2) – V_dose(t2) = 1107.6 ml – 100 ml = 1007.6 ml

清楚的是，也可借助于方程12而不是方程8来计算在第一提取事件之前存在于主器皿12和参考器皿14内的液体体积V_total(t1)：

如果主器皿12和参考器皿14的几何尺寸不是已知的，则也可计算在主器皿12内的体积。可在显示器34上向用户显示所计算的液体体积V_total和/或V_main。然而，根据例子2的计算需要两个提取事件（两杯饮料提取），其可能是不利的，因为用户通常想要直接看到是否足够的液体留在设备中。

所提出的测量设备10可被改进，使得在显示器34上的液体体积的直接指示也是可能的。控制单元30可另外在每个提取事件之后将测量的参考时间t_ref连同所计算的体积V_total和/或V_main一起存储在存储器38内的查找表中。如果这被进行多次，即在多个提取事件之后，则在存储器单元38内的查找表包含足够的数据。在这个初始化阶段之后，控制单元30接着不再必须每次以上面提到的示例性方式之一计算V_total和/或V_main，但可直接从存储在存储器单元38内的查找表查找V_total和/或V_main。在图3中示意性示出这样的查找表的例子。图3所示的查找表仅仅示出V_main和t_ref的关系。然而，很清楚，也可在查找表中包括V_total。

上面提到的查找表因此加速测量并且还提供下面的优点：测量在每次提取事件之后变得越来越准确。如果测量参考时间t_ref没有已经被包括在所述查找表中，则可以用上面提到的方式之一计算V_total和/或V_main，且可产生在查找表中的新条目。替代地，控制单元30可配置成插在已经被包括在存储器单元38中的两个接下来的最接近的参考时间t_ref之间。这将当然需要在t_ref和V_total之间的实质上线性的关系和/或在t_ref和V_main之间的线性关系。

测量设备10仍可包括一些另外的改进：根据图1所示的测量设备10的示例性实施例，测量设备10还包括布置在参考器皿14内的止动器40。这个止动器40配置成防止浮标22在参考器皿14内在预定高度之上浮动。它可由在某个高度处突出到参考器皿14内的简单的机械止动器元件实现。测量设备10还可包括布置在止动器40处或附近并配置成检测浮标22与止动器40的接触的第二接触传感器42。这样的止动器40和接触传感器42的包括提供下面的优点：1）止动器40防止如果用户手动地倒空两个器皿12、14的话，浮标22非有意地从参考器皿40落出。2）第二接触传感器42可用于检测主器皿12的存在。主器皿12可例如单独地从设备10可拆卸。如果用户拆卸主器皿12例如以再填满它，则在参考器皿14内的液位将下降，使得浮标22将不再被推向止动器40。这可由接触传感器42检测到。3）止动器40和第二接触传感器42也可用作最低液位检测器，以便检测在主器皿12内的液位是否高于某个最低阈值。

也可能将第一和第二接触传感器26、42和最低液位传感器26彼此组合。止动器40必须另外布置在最低液位传感器26附近，即极接近在参考器皿14内的最低液位。在这种情况下，第一和第二接触传感器26、42可被组合在仅仅一个传感器中。

图2示出测量设备10的第二实施例。功能原理保持与前面参考图1所示的第一实施例解释的相同。然而，在其中做出一些修改。不是流操作的阀20，提供由控制单元30电子地致动的阀20’。在这种情况下，控制单元30配置成当接收到参考信号时关闭阀20’。代替限制元件18，第二阀44设置在泵16和主器皿12之间。这个第二阀44优选地也被实现为电子地可致动的阀。控制单元30可因此如下控制阀20’和44：起初两个阀20'、44都将是打开的，使得主器皿12和参考器皿14彼此连通并使它们的液位衡消。一旦泵16启动，第一阀20’就打开且第二阀44关闭。这确保泵16在开始仅从参考器皿14提取液体。一旦参考器皿14变成空的（由最低液位传感器26’检测到），第一阀20’将关闭且第二阀44将打开。第一阀20'将保持关闭直到提取事件的结束为止，并接着再次打开，使得这两个器皿12、14可再次彼此连通。

测量仍然可进一步通过包括用于测量从主器皿12和参考器皿14提取的液体的流速的装置来改进。这可由布置在泵16之前或之后的流量计46实现。这个流量计46也可连接到控制单元30。

应注意，第二实施例的修改的部件也可单独地或一起在根据第一实施例的测量设备10内实施。可例如通过简单地由第二阀44代替限制元件18来修改第一实施例。它也可通过简单地添加流量计46和/或通过用电子致动的阀20’代替浮标操作的阀20来被修改。

虽然在附图和前述描述中详细示出和描述了本发明，这样的图示和描述应被考虑为例证性的或仅仅示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。从附图、描述和所附权利要求的研究中，对所公开的实施例的变化可由本领域中的技术人员在实施所要求保护的发明时理解并实现。

在权利要求中，词“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“a”或“an”并不排除多个。单个元件或其它单元可实现在权利要求中列举的几个项目的功能。某些度量在相互不同的从属权利要求中被列举的起码事实并不指示这些度量的组合不能被有利地使用。

在权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制本发明的范围。

Claims

1.一种用于测量在器皿中包含的液体的体积的测量设备（10），包括：

- 主器皿（12），其用于接纳液体；

- 参考器皿（14），其具有比所述主器皿（12）小的体积，其中所述主器皿（12）和所述参考器皿（14）流体地可连接到彼此作为连通器皿；

- 泵（16），其连接到所述主器皿（12）和所述参考器皿（14），用于从所述主器皿（12）和所述参考器皿（14）提取液体；

- 最低液位传感器（26），其配置成如果在所述参考器皿（14）内的最低液位被达到则发送参考信号；

- 第一阀（20，20’），所述参考器皿（14）经由所述第一阀流体地连接到所述泵（16），其中所述第一阀（20，20’）配置成如果在所述参考器皿（14）内的最低液位被达到则被关掉；以及

- 控制单元（30），其连接到所述最低液位传感器（26，26’），且所述泵（16）配置成测量在所述泵（16）的启动和所述参考信号的接收之间的参考时间，其中所述控制单元（30）还配置成基于所述参考时间和所述泵（16）的流速来计算在所述主器皿（12）内的液体体积和/或在所述主器皿（12）和所述参考器皿（14）一起内的总液体体积。

2.如权利要求1所述的测量设备，还包括用于选择将在提取事件期间借助于所述泵（16）从所述主器皿（12）和所述参考器皿（14）提取的液体量的选择器（36），其中提取事件表示在所述泵（16）的启动和随后去启动之间的事件。

3.如权利要求2所述的测量设备，其中所述控制单元（30）配置成基于所选择的液体量来计算在所述主器皿（12）内的所述液体体积和/或所述总液体体积。

4.如权利要求1所述的测量设备，其中所述控制单元（30）配置成基于所述主器皿（12）和所述参考器皿（14）的几何尺寸来计算在所述主器皿（12）内的所述液体体积和/或所述总液体体积。

5.如权利要求2所述的测量设备，其中所述控制单元（30）配置成基于下列项来计算在所述主器皿（12）内的所述液体体积和/或所述总液体体积：（i）在第一提取事件期间测量的参考时间，（ii）在所述第一提取事件之后的第二提取事件期间测量的参考时间，（iii）所述泵（16）的流速，（iv）为所述第一提取事件选择的液体量，以及（v）为所述第二提取事件选择的液体量。

6.如权利要求1所述的测量设备，还包括连接到所述控制单元（30）的存储器单元（38），其中所述控制单元（30）配置成将所测量的参考时间、所计算的所述主器皿（12）的液体体积和/或所计算的总液体体积存储在所述存储器单元（38）中。

7.如权利要求1所述的测量设备，还包括用于限制从所述主器皿（12）到所述泵（16）的液体流的限制元件（18）。

8.如权利要求7所述的测量设备，其中所述最低液位传感器（26）包括配置成如果所述参考器皿（14）内的最低液位被达到就关闭所述第一阀（20，20’）的浮标（22）。

9.如权利要求8所述的测量设备，其中所述最低液位传感器（26）包括布置在所述第一阀（20）处或附近并配置成检测所述浮标（22）与所述第一阀（20，20’）的接触的第一接触传感器（28）。

10.如权利要求8所述的测量设备，还包括：（i）布置在所述参考器皿（14）内并配置成防止所述浮标（22）在所述参考器皿（14）内的预定高度之上浮动的止动器（40）；以及（ii）布置在所述止动器（40）处或附近并配置成检测所述浮标（22）与所述止动器（40）的接触的第二接触传感器（42）。

11.如权利要求1所述的测量设备，还包括第二阀（44），其中所述主器皿（12）经由所述第二阀（44）流体地连接到所述泵（16），其中所述第一阀（20，20’）配置成一旦所述最低液位传感器（26，26’）检测到在所述参考器皿（14）内的最低液位被达到就关闭，以及其中所述第二阀（44）配置成一旦所述最低液位传感器（26，26’）检测到在所述参考器皿（14）内的最低液位被达到就打开。

12.如权利要求1所述的测量设备，其中所述泵（16）在启动时配置成产生随着时间的过去恒定的液体流速。

13.如权利要求1所述的测量设备，还包括用于测量从所述主器皿（12）和所述参考器皿（14）提取的液体的流速的流量计（46）。

14.一种包括如权利要求1到13中的任一项所述的测量设备（10）的饮料分配机。