CN108458119A - 燃气流量控制装置、方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气流量控制装置，包括进气通道、出气通道以及用于堵住出气通道的入口的塞子，所述塞子连接衔铁，衔铁与进气通道之间通过弹簧相连，衔铁周围设有线圈组，线圈组通电时能够通过衔铁对塞子施加不同大小的力，线圈组不通电时，衔铁的全部或者部分位于线圈组的包围中。还公开了该装置的控制方法和采用该装置的系统。本发明通过对线圈组中不同组线圈通电，能够对塞子施加不同大小的力，从而实现对燃气流量的多档控制。当线圈组停止通电时，弹簧的弹力和燃气自身的压力叠加能够使塞子的密封效果更加可靠。当塞子打开时，除了出气通道以外，燃气与外界没有其他接触的缝隙，能够保证燃气不会泄露，较传统的电磁阀具有更好的防泄漏功能。

Description

燃气流量控制装置、方法及系统
技术领域
本发明涉及燃气灶具领域，特别是涉及燃气流量控制装置、方法及系统。
背景技术
常规家用电器容易实现自动控制，但由于燃气的特殊性，很难实现对燃气流量的自动控制，尤其是很难实现燃气流量的多档控制。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够实现燃气流量多档控制的燃气流量控制装置、方法，以及能够实现燃气流量自动控制的闭环系统。
技术方案：本发明所述的燃气流量控制装置，包括进气通道、出气通道以及用于堵住出气通道的入口的塞子，所述塞子连接衔铁，衔铁与进气通道之间通过弹簧相连，衔铁周围设有线圈组，线圈组通电时能够对塞子施加不同大小的力，线圈组不通电时，衔铁的全部或者部分位于线圈组的包围中。
进一步，所述线圈组包括平行于弹簧依次设置的五个线圈。这样能够通过控制不同组线圈通电，对衔铁施加不同的电磁力，从而控制塞子的位置，实现燃气流量的多档控制。并且，不同组线圈通电能够产生不同大小且稳定的电磁力，使得塞子能够稳定地处在不同位置，也即能够保证塞子开度的稳定。
所述最靠近塞子的线圈和中间线圈同时通断电，次靠近塞子的线圈和次远离塞子同时通断电，中间线圈和最远离塞子的线圈同时通断电；衔铁平行于弹簧方向上的长度小于同时通断电的两个线圈之间的距离，大于相邻两个线圈之间的距离。这样能够提高衔铁在每两个线圈通电时行程的稳定性，从而提高塞子在每两个线圈通电时行程的稳定性，也即提高塞子开度变化的稳定性。
进一步，所述线圈组不通电时，弹簧处于压缩状态；衔铁的大部分位于线圈组的包围中。这样在线圈组不通电时，不仅仅依靠燃气自身压力使塞子堵住，而能够借助弹簧的弹力增强塞子的密封效果。此外，衔铁的大部分位于线圈组的包围中，能够有助于塞子在开启过程中更好地克服弹簧弹力和燃气压力。
根据本发明所述的燃气流量控制装置的控制方法，控制塞子开启到最大开度的过程为：首先同时给最靠近塞子的线圈以及中间线圈供电，一段时间后停止供电，然后同时给次靠近塞子的线圈以及次远离塞子的线圈供电，一段时间后停止供电，最后同时给中间线圈以及最远离塞子的线圈供电。这样操作的目的是因为阶梯式打开不会造成线圈供电电路出现瞬时大电流，以延长线圈组的使用寿命。此时的火焰状态为最大火焰。
根据本发明所述的燃气流量控制装置的控制方法，控制塞子关闭的过程为：首先停止对中间线圈以及最远离塞子的线圈供电，而对次靠近塞子的线圈以及次远离塞子的线圈供电，一段时间后停止供电，然后对最靠近塞子的线圈以及中间线圈供电，一段时间后停止供电。这样不是直接灭掉火焰，而是有一个缓冲过程，使火焰逐渐熄灭，能够减轻对塞子的磨损，有效延长塞子的使用寿命，也能够有效减小塞子对出气通道的磨损，防止密封效果受影响。
采用本发明所述的燃气流量控制装置的系统，还包括火焰温度检测装置和控制器P1，火焰温度检测装置包括容纳腔，容纳腔中在进气的方向上依次设有吸气风扇和温度传感模块，吸气风扇用于吸入火焰附近的空气，温度传感模块用于对吸气风扇吸入的空气进行温度采集，并将温度采集结果送至控制器P1。由于传统温度传感器的封装外壳往往是有机材料，难以承受油污的污染和火焰的灼烧，因此将温度传感模块设置在容纳腔中，通过吸气风扇吸入火焰附近的空气，再对空气进行温度采集，这样能够避免温度传感器直接接触火焰或者离火焰太近，有效防止其受到油污的污染和火焰的灼烧。
进一步，还包括控制器P1，所述吸气风扇的负极接地，正极连接继电器K1的动触点，继电器K1的常开触点连接电源，继电器K1中线圈的一端连接电源，线圈的另一端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1基极的输入信号通过控制器P1控制。这样能通过控制器P1对吸气风扇进行控制，也可实现吸气风扇的间歇式运转，抽样采集火焰附近空气温度。
进一步，所述线圈组中的所有线圈结构相同，线圈的一端连接电源，另一端连接IGBT管Q3的漏极，IGBT管Q3的源极与漏极之间还并联有二极管D5，IGBT管Q3的源极接地，IGBT管Q3的栅极通过电阻R6连接光耦G1中三极管的发射极，光耦G1中三极管的发射极还通过电阻R5接地，光耦G1中三极管的集电极输入电压VCC，光耦G1中发光二极管的阴极通过电阻R4接地，发光二极管的阳极的输入信号通过控制器P1控制。
进一步，还包括电子点火器Z1，电子点火器Z1的电源端连接继电器K2的动触点，继电器K2的常开触点连接电源，继电器K2中线圈的一端连接电源，线圈的另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极的输入信号通过控制器P1控制。
有益效果：本发明公开了一种燃气流量控制装置、方法及系统，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)通过对线圈组中不同线圈通电，能够对塞子施加不同大小的力，从而实现对燃气流量的多档控制；
2)当线圈组停止通电时，附加的燃气自身的压力能够使塞子的密封效果更加可靠；
3)当塞子打开时，除了出气通道以外，燃气与外界没有其他接触的缝隙，能够有效保证燃气不会泄露，较传统的电磁阀具有更好的防泄漏功能；
4)对于火焰温度的检测更加精准，温度传感器被保护而延长其使用寿命，并保证了检测的精度，提高了控制的可靠性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中燃气流量控制装置的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中火焰温度检测装置的正视图；
图3为本发明具体实施方式中火焰温度检测装置的侧视图；
图4为本发明具体实施方式中系统的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图，对本发明的技术方案做进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种燃气流量控制装置，如图1所示，包括进气通道14、出气通道1以及用于堵住出气通道1的入口的锥形塞子2，塞子2包括横截面积小的头部和横截面积大的底部，图1中箭头表示燃气的流向。塞子2头部用于塞住出气通道1，出气通道1端部还设有橡胶圈3，使得塞子2塞住出气通道1时密封效果更好。塞子2底部连接衔铁5，进气通道14的出气端设有弹簧支架13，衔铁5与弹簧支架13之间通过弹簧12相连。衔铁5周围设有线圈组，线圈组不通电时，衔铁5大部分位于线圈组的包围中。此外，衔铁5还可以部分或者全部位于线圈组的包围中。线圈组不通电时，弹簧12处于压缩状态。
线圈组包括平行于弹簧12依次设置的五个线圈，分别为最靠近塞子2的第一线圈7、次靠近塞子2的第二线圈8、中间的第三线圈9、次远离塞子2的第四线圈10以及最远离塞子2的第五线圈11。其中，第一线圈7与第三线圈9同时通电时燃气灶的火焰为小火，第二线圈8与第四线圈10同时通电时燃气灶的火焰为中火，第三线圈9与第五线圈11同时通电时燃气灶的火焰为大火。由此可见，上述燃气流量控制装置可实现四个档位的燃气流量，分别对应的火焰情况为：无火、小火、中火和大火。衔铁5平行于弹簧12方向上的长度小于同时通断电的两个线圈之间的距离，大于相邻两个线圈之间的距离。
本具体实施方式还公开了燃气流量控制装置的控制方法，其中，控制燃气流量控制装置开启的过程为：首先同时给第一线圈7以及第三线圈9供电，一段时间后停止供电，然后同时给第二线圈8以及第四线圈10供电，一段时间后停止供电，最后同时给第三线圈9以及第五线圈11供电。控制燃气流量控制装置关闭的过程为：首先停止对第三线圈9以及第五线圈11供电，而对第二线圈8以及第四线圈10供电，一段时间后停止供电，然后对第一线圈7以及第三线圈9供电，一段时间后停止供电。
本具体实施方式还公开了采用上述燃气流量控制装置的系统，系统包括上述燃气流量控制装置、火焰温度检测装置、控制器P1、电子点火器Z1和操作面板M1，如图4所示。
火焰温度检测装置如图2和图3所示，包括容纳腔15，容纳腔15可采用金属管。如图3所示，容纳腔15中在进气的方向上依次设有吸气风扇17和温度传感模块18，吸气风扇17用于吸入火焰附近的空气，温度传感模块18用于对吸气风扇17吸入的空气进行温度采集，并将温度采集结果送至控制器P1。吸气风扇17通过设置在容纳腔15中的支架16固定。图3中箭头表示空气的吸入方向。
如图4所示，吸气风扇17的负极接地，正极连接继电器K1的动触点，继电器K1的常开触点连接12V电源，继电器K1中线圈的一端连接12V电源，线圈的另一端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1基极的输入信号通过控制器P1控制。三极管Q1的基极还可以通过电阻R2连接控制器P1。
线圈组中的所有线圈结构相同，为了简便描述，图4中仅画出了第一线圈7的周边电路，对于其他四个线圈及周边电路分别以第二线圈模块81、第三线圈模块91、第四线圈模块101和第五线圈模块111的框图表示，其内部电路就不再赘述。第一线圈7的一端连接24V电源，另一端连接IGBT管Q3的漏极，IGBT管Q3的源极与漏极之间还并联有二极管D5，IGBT管Q3的源极接地，IGBT管Q3的栅极通过电阻R6连接光耦G1中三极管的发射极，光耦G1中三极管的发射极还通过电阻R5接地，光耦G1中三极管的集电极输入电压VCC，光耦G1中发光二极管的阴极通过电阻R4接地，发光二极管的阳极的输入信号为控制器P1输出的PWM波。其中，IGBT管Q3的型号为G20N60。
电子点火器Z1的电源端连接继电器K2的动触点，继电器K2的常开触点连接12V电源，继电器K2中线圈的一端连接12V电源，线圈的另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极的输入信号通过控制器P1控制。三极管Q2的基极还可以通过电阻R3连接控制器P1。
温度传感模块18包括温度传感器W1，温度传感器W1采集的信号送至控制器P1。温度传感器W1的型号为DS18B20。由于不同季节的环境温度不同，所以系统在每次启动时都自动采集环境温度存储作为火焰附近空气温度的比较基准值。弹簧12压缩程度会随着火焰增大而压缩率越高，当弹簧12的张力较大，可通过增加直流电PWM波的占空比来调节线圈组的驱动力，以保证塞子2的张开度。
操作面板M1与控制器P1之间采用全双工串行通信方式，操作面板M1可选用带有串行接口的触摸屏或者LCD显示器加键盘。可通过操作面板M1设置燃气流量控制装置的开启时间，大、中、小火各自的工作时段，使得被加热物体达到理想的加热效果。

Claims (10)

1.燃气流量控制装置，包括进气通道(14)、出气通道(1)以及用于堵住出气通道(1)的入口的塞子(2)，其特征在于：所述塞子(2)连接衔铁(5)，衔铁(5)与进气通道(14)之间通过弹簧(12)相连，衔铁(5)周围设有线圈组，线圈组通电时能够对塞子(2)施加不同大小的力，线圈组不通电时，衔铁(5)的全部或者部分位于线圈组的包围中。
2.根据权利要求1所述的燃气流量控制装置，其特征在于：所述线圈组包括平行于弹簧(12)依次设置的五个线圈。
3.根据权利要求2所述的燃气流量控制装置，其特征在于：所述最靠近塞子(2)的线圈和中间线圈同时通断电，次靠近塞子(2)的线圈和次远离塞子(2)同时通断电，中间线圈和最远离塞子(2)的线圈同时通断电；衔铁(5)平行于弹簧(12)方向上的长度小于同时通断电的两个线圈之间的距离，大于相邻两个线圈之间的距离。
4.根据权利要求1所述的燃气流量控制装置，其特征在于：所述线圈组不通电时，弹簧(12)处于压缩状态；衔铁(5)的大部分位于线圈组的包围中。
5.根据权利要求2所述的燃气流量控制装置的控制方法，其特征在于：控制塞子开启到最大开度的过程为：首先同时给最靠近塞子(2)的线圈以及中间线圈供电，一段时间后停止供电，然后同时给次靠近塞子(2)的线圈以及次远离塞子(2)的线圈供电，一段时间后停止供电，最后同时给中间线圈以及最远离塞子(2)的线圈供电。
6.根据权利要求2所述的燃气流量控制装置的控制方法，其特征在于：当塞子(2)开度最大时，控制塞子(2)关闭的过程为：首先停止对中间线圈以及最远离塞子(2)的线圈供电，而对次靠近塞子(2)的线圈以及次远离塞子(2)的线圈供电，一段时间后停止供电，然后对最靠近塞子(2)的线圈以及中间线圈供电，一段时间后停止供电。
7.采用根据权利要求1所述的燃气流量控制装置的系统，其特征在于：还包括火焰温度检测装置和控制器P1，火焰温度检测装置包括容纳腔(15)，容纳腔(15)中在进气的方向上依次设有吸气风扇(17)和温度传感模块(18)，吸气风扇(17)用于吸入火焰附近的空气，温度传感模块(18)用于对吸气风扇(17)吸入的空气进行温度采集，并将温度采集结果送至控制器P1。
8.根据权利要求7所述的采用燃气流量控制装置的系统，其特征在于：所述吸气风扇(17)的负极接地，正极连接继电器K1的动触点，继电器K1的常开触点连接电源，继电器K1中线圈的一端连接电源，线圈的另一端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1基极的输入信号通过控制器P1控制。
9.根据权利要求7所述的采用燃气流量控制装置的系统，其特征在于：所述线圈组中的所有线圈结构相同，线圈的一端连接电源，另一端连接IGBT管Q3的漏极，IGBT管Q3的源极与漏极之间还并联有二极管D5，IGBT管Q3的源极接地，IGBT管Q3的栅极通过电阻R6连接光耦G1中三极管的发射极，光耦G1中三极管的发射极还通过电阻R5接地，光耦G1中三极管的集电极输入电压VCC，光耦G1中发光二极管的阴极通过电阻R4接地，发光二极管的阳极的输入信号通过控制器P1控制。
10.根据权利要求7所述的采用燃气流量控制装置的系统，其特征在于：还包括电子点火器Z1，电子点火器Z1的电源端连接继电器K2的动触点，继电器K2的常开触点连接电源，继电器K2中线圈的一端连接电源，线圈的另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极的输入信号通过控制器P1控制。
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