CN108008200A - 水电阻检测装置和用水设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水电阻检测装置和用水设备，所述水电阻检测装置包括：测量探头；电源单元，电源单元用以输出交流电流信号；变压器，变压器用于将交流电流信号耦合到第一副边绕组以向测量探头施加测量电压，并通过第二副边绕组进行反馈以获得反馈输出信号；处理单元，处理单元与第二副边绕组相连，处理单元对反馈输出信号进行处理以获得检测电压，并根据检测电压和交流电流信号计算水电阻。该装置通过变压器的磁耦合实现水电阻的测量，既可以实现测量电路和被测物的电气隔离，提高检测装置的安全性，还可以抑制带外的干扰，同时，该装置的输出量与被测量呈线性关系，方便了数据的处理与显示。
Description
技术领域
本发明涉及用水设备技术领域，尤其涉及一种水电阻检测装置和一种用水设备。
背景技术
不论是热水器还是净水器，都对水质有一定的要求。测量水质已经是水处理领域的一项重要工作，而测量水质其中一个项目就是测量水电阻。
相关技术中，采用如图1所示的装置测量水电阻Rw的大小，即在水中插入两条测量探针L，然后串联一个采样电阻Rs，在回路施加一个固定电压E后，通过测量电路压U，并根据以下公式(1)可以计算出水电阻Rw的大小：测量出采样电阻Rs：
采样电阻Rs两端的电压U越小，水电阻Rw越大，表示水质越好。
然而，在一些电加热设备中，例如电热水器，如果采用上述装置测量水电阻会出现以下问题：
一般的测量电路在弱电下工作(电子管线路除外)，而加热系统在220V/380V下工作，测量电路容易烧毁；测量电路与被测物之间无电气隔离，容易导致操作者触电，存在一定的安全隐患；带外干扰问题严重；输出量与被测量不呈线性关系吗，给数据的出路与显示带来不便。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种水电阻检测装置，该装置通过变压器的磁耦合实现水电阻的测量，既可以实现测量电路和被测物的电气隔离，提高检测装置的安全性，还可以抑制带外的干扰，同时，该装置的输出量与被测量呈线性关系，方便了数据的处理与显示。
本发明的另一个目的在于提出一种用水设备。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种水电阻检测装置，包括：测量探头；电源单元，所述电源单元用以输出交流电流信号；变压器，所述变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，所述原边绕组与所述电源单元的输出端相连，所述第一副边绕组与所述测量探头相连，所述变压器用于将所述交流电流信号耦合到所述第一副边绕组以向所述测量探头施加测量电压，并通过所述第二副边绕组进行反馈以获得反馈输出信号；处理单元，所述处理单元与所述第二副边绕组相连，所述处理单元对所述反馈输出信号进行处理以获得检测电压，并根据所述检测电压和所述交流电流信号计算水电阻。
根据本发明实施例的水电阻检测装置，通过变压器将交流电流信号耦合到第一副边绕组以向测量探头施加测量电压，并通过第二副边绕组进行反馈以获得反馈输出信号，最后通过处理单元对反馈输出信号进行处理以获得检测电压，并根据检测电压和交流电流信号计算水电阻。由此，该装置通过变压器的磁耦合实现水电阻的测量，既可以实现测量电路和被测物的电气隔离，提高检测装置的安全性，还可以抑制带外的干扰，同时，该装置的输出量与被测量呈线性关系，方便了数据的处理与显示。
根据本发明的一个实施例，所述电源单元包括：振荡电路，所述振荡电路用以输出高频正弦波信号；电压转电流电路，所述电压转电流电路的输入端与所述振荡电路的输出端相连，所述电压转电流电路的输出端与所述原边绕组相连，所述电压转电流电路对所述高频正弦波信号进行转换以输出所述交流电流信号至所述原边绕组。
根据本发明的一个实施例，所述处理单元包括：放大电路，所述放大电路与所述第二副边绕组相连，所述放大电路对所述反馈输出信号进行放大；检波电路，所述检波电路与所述放大电路相连，所述检波电路对放大后的反馈输出信号进行还原以输出所述检测电压；处理器，所述处理器与所述检测电路相连，所述处理器根据所述检测电压和所述交流电流信号计算所述水电阻。
根据本发明的一个实施例，所述检波电路采用峰值检波器。
根据本发明的一个实施例，所述处理器根据以下公式计算所述水电阻：其中，Uout为所述检测电压，A为所述放大电路的放大倍数，ics为所述交流电流信号，N1为所述原边绕组的匝数，N3为所述第二副边绕组的匝数，Rw为所述水电阻。
根据本发明的一个实施例，所述第一副边绕组的匝数＞所述原边绕组的匝数＞所述第二副边绕组的匝数。
根据本发明的一个实施例，上述的水电阻检测装置还包括第一电容，所述第一电容与所述原边绕组并联。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种用水设备，其包括上述的水电阻检测装置。
根据本发明实施例的用水设备，通过上述的水电阻检测装置的变压器将交流电流信号耦合到第一副边绕组以向测量探头施加测量电压，并通过第二副边绕组进行反馈以获得反馈输出信号，最后通过处理单元对反馈输出信号进行处理以获得检测电压，并根据检测电压和交流电流信号计算水电阻。由此，该用水设备通过变压器的磁耦合实现水电阻的测量，既可以实现测量电路和被测物的电气隔离，提高检测装置的安全性，还可以抑制带外的干扰，同时，输出量与被测量呈线性关系，方便了数据的处理与显示。
根据本发明的一个实施例，所述用水设备为电热水器或者净水器。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
图1是相关技术中水电阻检测装置的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的水电阻检测装置的结构示意图；以及
图3是根据本发明另一个实施例的水电阻检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图描述本发明实施例的水电阻检测装置和用水设备。
图2是根据本发明一个实施例的水电阻检测装置的结构示意图。如图2所示，该水电阻检测装置包括：测量探头L、电源单元10、变压器20和处理单元30。
其中，电源单元10用以输出交流电流信号ics。变压器20包括原边绕组201、第一副边绕组202和第二副边绕组203，原边绕组201与电源单元10的输出端相连，第一副边绕组202与测量探头L相连，变压器20用于将交流电流信号ics耦合到第一副边绕组202以向测量探头L施加测量电压un2，并通过第二副边绕组203进行反馈以获得反馈输出信号uAmp-in。处理单元30与第二副边绕组203相连，处理单元30对反馈输出信号uAmp-in进行处理以获得检测电压Uout，并根据检测电压Uout和交流电流信号ics计算水电阻Rw。
在本发明实施中，第一副边绕组的匝数N2＞原边绕组的匝数N1＞第二副边绕组的匝数N3。
具体地，变压器20为升压变压器，变压器20的原边绕组201用于馈送交流电流信号ics，第一副边绕组202与测量探头L相连，第二副边绕组203用于检测交流电流信号ics在水中产生的电压的大小并生成反馈输出信号uAmp-in。处理单元30对反馈输出信号uAmp-in进行放大和AC/DC(Alternating Current/Direct Current，交流电流/直流电流)转换处理，并生成检测电压Uout，最后，处理单元30根据检测电压Uout和交流电流信号ics计算水电阻Rw，从而完成水电阻Rw的测量。由此，该装置通过变压器的磁耦合实现水电阻的测量，既可以实现测量电路和被测物的电气隔离，提高检测装置的安全性，还可以抑制带外的干扰。
进一步地，根据本发明的一个实施例，如图3所示，电源单元10包括：振荡电路101和电压转电流电路102。
振荡电路101用以输出高频正弦波信号。电压转电流电路102的输入端与振荡电路101的输出端相连，电压转电流电路102的输出端与原边绕组201相连，电压转电流电路102对高频正弦波信号进行转换以输出交流电流信号ics至原边绕组201。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，处理单元30包括：放大电路301、检波电路302和处理器303。
放大电路301与第二副边绕组203相连，放大电路301对反馈输出信号uAmp-in进行放大。检波电路302与放大电路301相连，检波电路302对放大后的反馈输出信号uAmp-in进行还原以输出检测电压Uout。处理器303与检测电路302相连，处理器303根据检测电压Uout和交流电流信号ics计算水电阻Rw。
进一步地，在本发明实施例中，检波电路302可以采用峰值检波器。
具体地，振荡电路101产生高频正弦波信号，电压转电流电路102将高频正弦波信号转化成交流电流信号ics，并输出至原边绕组201。变压器20将交流电流信号ics耦合至水中，第二副边绕组203检测交流电流信号ics在水中产生的电压的大小并生成反馈输出信号uAmp-in至放大电路301，放大电路301对反馈输出信号uAmp-in进行放大处理，然后检波电路302即峰值检波器将放大后的反馈输出信号uAmp-in转换成直流信号以输出检测电压Uout至处理器303，处理器303根据检测电压Uout和交流电流信号ics计算水电阻Rw，处理器303可以为单片机或者其他指示仪表等，从而完成水电阻Rw的检测，进而可以根据水电阻Rw判断水质的好坏。
根据本发明的一个实施例，处理器30根据以下公式(2)计算水电阻Rw：
其中，Uout为检测电压，A为放大电路的放大倍数，ics为交流电流信号，N1为原边绕组201的匝数，N3为第二副边绕组203的匝数，Rw为水电阻。
具体地，如图3所示，振荡电路101输出高频正弦波信号通过电压转电流电路102转换后生成交流电流信号ics，变压器30有三个绕组，原边绕组的匝数为N1，第一副边绕组的匝数为N2，第二副边绕组的匝数为N3。水电阻的大小为Rw，那么，可通过以下公式(3)计算测量探头L两端的测量电压un2：
根据变压器20绕组间的电压关系，可通过以下公式(4)计算，放大电路301的输入电压即反馈输出信号uAmp-in：
假如放大电路301的放大倍数为A，A可以根据实际情况进行预设，那么，可通过以下公式(2)计算出检波电路302的输出电压即检测电压Uout与水电阻Rw的关系：
由于，N1、N3、A均为已知量，且ics和Uout可通过仪器测得，因此，通过上述装置，可以检测出水电阻Rw的大小。
由公式(2)可以理解，检测电压Uout与水电阻Rw呈线性关系，即上述装置的输出量与被测量呈线性关系，简化了处理器303的计算，方便了数据的处理与显示。
根据本发明的一个实施例，上述的水电阻检测装置还可以包括：第一电容，第一电容与原边绕组201并联。
具体地，在原边绕组201并联一个电容，可以使电路工作在谐振状态，从而可以最大程度抑制带外的干扰，同时可以降低变压器20寄生参数的影响。
综上所述，根据本发明实施例的水电阻检测装置，通过变压器将交流电流信号耦合到第一副边绕组以向测量探头施加测量电压，并通过第二副边绕组进行反馈以获得反馈输出信号，最后通过处理单元对反馈输出信号进行处理以获得检测电压，并根据检测电压和交流电流信号计算水电阻。由此，该装置通过变压器的磁耦合实现水电阻的测量，既可以实现测量电路和被测物的电气隔离，提高检测装置的安全性，还可以抑制带外的干扰，同时，该装置的输出量与被测量呈线性关系，方便了数据的处理与显示。
此外，本发明还提出一种用水设备，其包括上述的水电阻检测装置。
在本发明实施例中，用水设备可以为电热水器或者净水器。
根据本发明实施例的用水设备，通过上述的水电阻检测装置的变压器将交流电流信号耦合到第一副边绕组以向测量探头施加测量电压，并通过第二副边绕组进行反馈以获得反馈输出信号，最后通过处理单元对反馈输出信号进行处理以获得检测电压，并根据检测电压和交流电流信号计算水电阻。由此，该用水设备通过变压器的磁耦合实现水电阻的测量，既可以实现测量电路和被测物的电气隔离，提高检测装置的安全性，还可以抑制带外的干扰，同时，输出量与被测量呈线性关系，方便了数据的处理与显示。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种水电阻检测装置，其特征在于，包括：
测量探头；
电源单元，所述电源单元用以输出交流电流信号；
变压器，所述变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，所述原边绕组与所述电源单元的输出端相连，所述第一副边绕组与所述测量探头相连，所述变压器用于将所述交流电流信号耦合到所述第一副边绕组以向所述测量探头施加测量电压，并通过所述第二副边绕组进行反馈以获得反馈输出信号；
处理单元，所述处理单元与所述第二副边绕组相连，所述处理单元对所述反馈输出信号进行处理以获得检测电压，并根据所述检测电压和所述交流电流信号计算水电阻。
2.如权利要求1所述的水电阻检测装置，其特征在于，所述电源单元包括：
振荡电路，所述振荡电路用以输出高频正弦波信号；
电压转电流电路，所述电压转电流电路的输入端与所述振荡电路的输出端相连，所述电压转电流电路的输出端与所述原边绕组相连，所述电压转电流电路对所述高频正弦波信号进行转换以输出所述交流电流信号至所述原边绕组。
3.如权利要求1或2所述的水电阻检测装置，其特征在于，所述处理单元包括：
放大电路，所述放大电路与所述第二副边绕组相连，所述放大电路对所述反馈输出信号进行放大；
检波电路，所述检波电路与所述放大电路相连，所述检波电路对放大后的反馈输出信号进行还原以输出所述检测电压；
处理器，所述处理器与所述检测电路相连，所述处理器根据所述检测电压和所述交流电流信号计算所述水电阻。
4.如权利要求3所述的水电阻检测装置，其特征在于，所述检波电路采用峰值检波器。
5.如权利要求3所述的水电阻检测装置，其特征在于，所述处理器根据以下公式计算所述水电阻：
<mrow>
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<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>o</mi>
<mi>u</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msqrt>
<mn>2</mn>
</msqrt>
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<mi>Ai</mi>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>s</mi>
</mrow>
</msub>
<mfrac>
<msub>
<mi>N</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>N</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mfrac>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>W</mi>
</msub>
</mrow>
其中，Uout为所述检测电压，A为所述放大电路的放大倍数，ics为所述交流电流信号，N1为所述原边绕组的匝数，N3为所述第二副边绕组的匝数，Rw为所述水电阻。
6.如权利要求1所述的水电阻检测装置，其特征在于，所述第一副边绕组的匝数＞所述原边绕组的匝数＞所述第二副边绕组的匝数。
7.如权利要求1所述的水电阻检测装置，其特征在于，还包括：
第一电容，所述第一电容与所述原边绕组并联。
8.一种用水设备，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的水电阻检测装置。
9.如权利要求8所述的用水设备，其特征在于，所述用水设备为电热水器或者净水器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180508 |