CN111473131A - 一种混流电磁阀的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种混流电磁阀的控制方法，其特征在于包括如下步骤：一、初始化；二、输入出水温度T；三、检测设备是否存在故障；四、电磁阀导通；五、检测T1、T2及1、v2；六、计算阀芯转动角度θ；七、阀芯转动到指定位置；八、检测设备是否存在故障；九、制水；十、电磁阀断电；十一、阀芯转回初始位置，返步骤二；十二、电磁阀断电；骤十三、提示故障。本发明的优点在于：更加安全便捷，可靠性更高，电磁阀在故障状态下具有自动控制开关的功能，控制精度高，控制结果更为准确有效。

Description

一种混流电磁阀的控制方法
技术领域
本发明涉及电磁阀技术领域，特别是一种混流电磁阀的控制方法。
背景技术
常见的三通阀，通常有两个进口一个出口或者一个进口两个出口，一般可以作为分流阀或混流阀使用，如已有的专利号为201720102022.8的中国实用新型《一种机械专用的可测流量的三通阀》公开了一种机械专用的可测流量的三通阀，包括管道接口和手动阀体，所述手动阀体的前表面上设置有手动阀把手，且手动阀体的外部包裹有保温层，所述管道接口安装在手动阀体的左侧，所述管道接口的上方设置有电磁阀门，且管道接口的下方设置有检查口，所述检查口的左侧设置有垫片，且检查口右侧靠近垫片的下方位置处设置有螺丝。又如专利号为201420176590.9的中国实用新型《预调节温度测控三通阀》该三通阀包括阀体和阀芯，阀体具有进水口、直通口、旁通口、温控开关连接口。在所述温控开关连接口的正下方设置预调节阀连接口，预调节阀连接口与旁通口连通；在预调节阀连接口内安装预调节阀板；所述预调节阀板为圆筒形，并在筒壁上设置圆弧形缺口；预调节阀与阀体的预调节阀连接口之间采用可转动的密封连接；在预调节阀上和预调节阀板的底部设置预留孔，并安装测温传感器。
但是，现有的三通阀(特别是混流阀)一般多为手动调节，没有自动控制的开关功能，即便有电控功能，也往往采用改变加热功率的方式来控制混流后的出水温度，可靠性和便捷性较低，且对于混流阀这种混合后的流量输出很难实现精确的控制，因此，还有待于作出进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种流量可调节且具有自动控制开关功能的混流电磁阀的控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种混流电磁阀的控制方法，所述的混流电磁阀包括有相互连通的第一进水流道、第二进水流道和出水流道，第一进水流道和第二进水流道分别设置有直径相同且位于同一轴心线上的第一进水口和第二进水口，出水流道设置有可供经所述第一进水口和第二进水口混合后流出的出水口；其特征在于，所述第一进水口和第二进水口在混流交汇处还设置有由电机驱动的可转动的阀芯，该阀芯可同时调节第一进水口和第二进水口的开口大小，所述阀芯的横截面呈半圆形且与出水口为同轴心线设置，该阀芯的半圆形截面直径大于第一进水口的直径，所述第一进水口和第二进水口的轴心线穿过所述阀芯的半圆形截面的圆心，并且，出水温度T与阀芯转动角度θ之间满足如下关系式：
Figure BDA0002411819270000021
其中：
Figure BDA0002411819270000022
Figure BDA0002411819270000023
上述公式1、2和3中，T为出水口的出水温度，T1、T2分别为第一进水口和第二进水口的进水温度；v1、v2分别为第一进水口和第二进水口的进水流速；S1、S2分别为第一进水口和第二进水口的可导通开口的进水截面面积；r为第一进水口和第二进水口的半径；R为阀芯的半圆形截面的半径；θ为阀芯的半圆形截面的直径与Y轴之间的夹角，即以Y轴为起始位置的阀芯的转动角度；
所述的混流电磁阀的控制方法包括有如下步骤：
步骤一、程序启动，初始化设置；
步骤二、根据实际需要，输入所需的出水温度T；
步骤三、检测设备是否存在故障，如是，则跳转到步骤十二；如否，则继续执行下一步骤；
步骤四、混流电磁阀通电导通；
步骤五、检测第一进水口和第二进水口的进水温度T1、T2，以及第一进水口和第二进水口的进水流速v1、v2；
步骤六、根据公式1、公式2和公式3计算出阀芯转动角度θ的最小值；
步骤七、将阀芯转动角度θ值转换为可控制电机转动的脉冲信号，所述电机驱动阀芯转动到指定位置；
步骤八、检测设备是否存在故障，如是，则跳转到步骤十二；如否，则继续执行下一步骤；
步骤九、按照设定的出水温度T开始制水；
步骤十、制水完成，混流电磁阀断电；
步骤十一、电机复位，所述阀芯转回初始位置，然后返回步骤二；
步骤十二、混流电磁阀断电，并且，电机复位；
步骤十三、提示设备故障。
作为优选，所述步骤五中，在第一进水口和第二进水口分别设置有可测试进水温度的水温传感器，并且，在第一进水口和第二进水口还分别设置有可测试进水流速的流速仪或者流量计。
作为优选，所述阀芯转动角度θ的转动范围为0°≤θ≤360°。
为了保证转动的旋转精度，作为优选，所述阀芯通过阀轴与所述电机相连，并且，所述阀轴与阀芯一体成型。阀轴与阀芯采用一体成型结构可以有效保证转动精度，同时，还可以采用陶瓷材质，以提高阀芯阀轴在电磁阀内的连接密封性。
为了方便制造和装配，作为优选，所述阀芯为横截面呈半圆形的半圆柱，所述阀芯沿阀轴的顶端轴向外凸且与该阀轴同轴设置，所述阀芯的直径与所述阀轴的直径相等。
为了进一步提高阀芯的强度，作为优选，所述阀芯的平面外周壁与阀轴的端面之间还设置有加强筋。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用了一种可转动的阀芯，通过控制阀芯的转动角度来实现第一进水口和第二进水口的不同开口大小的控制，通过调节两个进水口的流量从而实现出水口的水温调节，与传统的采用改变加热功率的控制方式来控制出水温度，本申请的方案更加安全便捷，可靠性更高；本申请的控制方案可以根据检测结果来控制电磁阀的通断，当机器出现故障(如出现漏水的情况)时，可以有效控制电磁阀断电，使得电磁阀在故障状态下具有自动控制开关的功能，能够及时提醒用户进行查修，使用安全性更高；本申请的方案依据出水温度T与阀芯转动角度θ之间的数学关系来实现算法控制，在输入所需要的出水温度参数及检测到相关进水参数后，可以快速获得阀芯转动角度θ的数值，通过将转动角度θ转换为脉冲信号，可以用电机有效控制阀芯的转动，控制精度高，控制结果更为准确有效。
附图说明
图1为本发明实施例的混流电磁阀的阀体结构示意图。
图2为本发明实施例的混流电磁阀的出水口局部放大图。
图3为本发明实施例的混流电磁阀的调节阀杆结构示意图。
图4a为本发明实施例的调节阀杆的结构示意图之一(初始位置)。
图4b为本发明实施例的调节阀杆的结构示意图之二(沿逆时针旋转90度)。
图4c为本发明实施例的调节阀杆的结构示意图之三(沿逆时针旋转180度)。
图4d为本发明实施例的调节阀杆的结构示意图之四(沿逆时针旋转270度)。
图5为本发明实施例的混流电磁阀的进水口半径r、阀芯半径R与调节阀杆的转动角度θ之间的几何关系示意图。
图6为本发明实施例的混流电磁阀的控制方法流程图。
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～图3所示，本实施例公开了一种混流电磁阀结构，该混流电磁阀包括有阀体，以及设置于阀体上的相互连通的第一进水流道11、第二进水流道12和出水流道13，其中，第一进水流道11和第二进水流道12分别设置有直径相同且位于同一轴心线上的第一进水口111和第二进水口121，出水流道13设置有可供经第一进水口111和第二进水口121混合后流出的出水口131。
第一进水口111和第二进水口121在混流交汇处3还设置有阀芯21，该阀芯21可同时调节第一进水口111和第二进水口121的开口大小，阀芯21的横截面呈半圆形且与出水口131为同轴心线设置，该阀芯21的半圆形截面直径大于第一进水口111的直径，第一进水口111和第二进水口121的轴心线穿过阀芯21的半圆形截面的圆心。
阀芯21可由电机驱动实现转动，为了保证转动的旋转精度，阀芯21通过阀轴22与电机相连，并且，阀轴22与阀芯21一体成型以形成一个调节阀杆，阀轴22与阀芯21采用一体成型结构可以有效保证转动精度，同时，本实施例的调节阀杆采用陶瓷材质，以提高调节阀杆在电磁阀内的整体连接密封性。
为了方便制造和装配，阀芯21为横截面呈半圆形的半圆柱，阀芯21沿阀轴22的顶端轴向外凸且与该阀轴22同轴设置，阀芯21的直径与阀轴22的直径相等；阀体在出水口131相对的位置还开设有可供调节阀杆插入的安装孔14，调节阀杆的阀芯21穿过该安装孔14并正好设置于第一进水口111和第二进水口121的混流交汇处3，出水口131与阀芯21相对而设，调节阀杆的阀轴22一端则与电机的输出轴相连，电机驱动阀轴22并进而实现阀芯21的转动控制。
为了进一步提高阀芯21的强度，阀芯21的平面外周壁与阀轴22的端面之间还设置有截面呈三角形的加强筋23。
如图4a～4d、图5所示，本实施例的阀芯21在初始位置时，如图4a所示，阀芯21的直径与Y轴呈0度，此时，第一进水口111封闭，第二进水口121完全打开；当阀芯21从初始位置沿逆时针方向转过90度，如图4b所示，此时，第一进水口111和第二进水口121的上半部分均打开，且两者的开口大小相同；当阀芯21从初始位置沿逆时针转过180度，如图4c所示，此时，第一进水口111完全打开，第二进水口121封闭；当阀芯21从初始位置沿逆时针转过270度，如图4d所示，此时，第一进水口111和第二进水口121的下半部分均打开，且两者的开口大小相同；当阀芯21在图4d的位置沿逆时针继续转过90度之后，阀芯21复位，回到初始位置。
根据图5所示，本实施例的出水温度T与阀芯21转动角度θ之间满足如下关系式：
Figure BDA0002411819270000051
其中：
Figure BDA0002411819270000052
Figure BDA0002411819270000053
上述公式1、2和3中，T为出水口131的出水温度，T1、T2分别为第一进水口111和第二进水口121的进水温度；v1、v2分别为第一进水口111和第二进水口121的进水流速；S1、S2分别为第一进水口111和第二进水口121的可导通开口的进水截面面积；r为第一进水口111和第二进水口121的半径；R为阀芯21的半圆形截面的半径；θ为阀芯21的半圆形截面的直径与Y轴之间的夹角，即以Y轴为起始位置的阀芯21的转动角度，阀芯21转动角度θ的转动范围为0°≤θ≤360°。
如图5所示并结合图4a～4d，其中，点O为X轴与Y轴的交点，阀芯21在初始位置时，阀芯21的直径与Y轴重合，阀芯21的半圆形截面位于Y轴的左侧；A、B、C、D四点分别为进水口与阀芯21直径所在圆的交点，并且，AC和BD的连线分别经过O点；在阀芯21转过的一个周期内(即阀芯21以Y轴为起始位置，沿逆时针方向转过360度)，具体地，会出现如下的几种状态，：
当
Figure BDA0002411819270000054
时(即阀芯21的直径从Y轴逆时针转至AC线)，第一进水口111完全封堵，第二进水口121完全导通；
当
Figure BDA0002411819270000055
时(即阀芯21的直径从AC线逆时针转至X轴)，第一进水口111和第二进水口121部分导通，其中，第一进水口111的进水截面小于第二进水口121的进水截面；
当
Figure BDA0002411819270000056
时(即阀芯21的直径与X轴第一次重合)，第一进水口111的进水截面等于第二进水口121的进水截面(第一进水口111和第二进水口121的上半部分均打开)；
当
Figure BDA0002411819270000057
时(即阀芯21的直径从X轴逆时针转至BD线)，第一进水口111和第二进水口121部分导通，其中，第一进水口111的进水截面大于第二进水口121的进水截面；
当
Figure BDA0002411819270000061
时(即阀芯21的直径从BD线逆时针转至AC线)，第一进水口111完全导通，第二进水口121完全封堵；
当
Figure BDA0002411819270000062
时(即阀芯21的直径从AC线逆时针转至X轴)，第一进水口111和第二进水口121部分导通，其中，第一进水口111的进水截面大于第二进水口121的进水截面；
当
Figure BDA0002411819270000063
时(即阀芯21的直径与X轴第二次重合)，第一进水口111的进水截面等于第二进水口121的进水截面(第一进水口111和第二进水口121的下半部分均打开)；
当
Figure BDA0002411819270000064
时(即阀芯21的直径从X轴逆时针转到BD线)，第一进水口111和第二进水口121部分导通，其中，第一进水口111的进水截面小于第二进水口121的进水截面；
当
Figure BDA0002411819270000065
时(即阀芯21的直径从BD线逆时针转回到Y轴)，第一进水口111完全封堵，第二进水口121完全导通，阀芯21复位并回到初始位置。
综上所述，阀芯21在一个转动周期内，如果要保持第一进水口111和第二进水口121都在打开状态，阀芯21的转动角度θ的有效取值范围为：
Figure BDA0002411819270000066
或者
Figure BDA0002411819270000067
通过电机控制阀芯21转动到合适的角度，就可以控制第一进水口111和第二进水口121的进水流量大小，从而实现对出水温度的调节。
如图6所示，本实施例的混流电磁阀的控制方法包括有如下步骤：
步骤一、程序启动，初始化设置；
步骤二、根据实际需要，输入所需的出水温度T；
步骤三、检测设备是否存在故障，如是，则跳转到步骤十二；如否，则继续执行下一步骤；
步骤四、混流电磁阀通电导通；
步骤五、检测第一进水口111和第二进水口121的进水温度T1、T2，以及第一进水口111和第二进水口121的进水流速v1、v2；其中，在第一进水口111和第二进水口121分别设置有可测试进水温度的水温传感器，并且，在第一进水口111和第二进水口121还分别设置有可测试进水流速的流速仪或者流量计；
步骤六、根据公式1、公式2和公式3计算出阀芯21转动角度θ的最小值；
步骤七、将阀芯21转动角度θ值转换为可控制电机转动的脉冲信号，所述电机通过阀轴22驱动阀芯21转动到指定位置；
步骤八、检测设备是否存在故障，如是，则跳转到步骤十二；如否，则继续执行下一步骤；
步骤九、按照设定的出水温度T开始制水；
步骤十、制水完成，混流电磁阀断电；
步骤十一、电机复位，阀芯21转回初始位置，然后返回步骤二；
步骤十二、混流电磁阀断电，并且，电机复位；
步骤十三、提示设备故障。
本实施例可根据实际输入的出水温度，通过调整第一进水口111和第二进水口121的进水截面大小，从而实现不同进水温度的混合比例，相比较于传统的采用改变加热功率的控制方式，本实施例的控制方法可以出水温度调节的一步到位(本实施例可在检测到出水参数的3s内进行调整控制，快速获得所需水温)，调节更加快速、精准，而且可靠性更高；另外，本实施例在出水前和出水中分别对设备故障进行判断，当设备发生故障时(只要出现故障报警均以故障信号处理)，可以有效控制电磁阀自动断电(具有自动开关的功能)，实现水路的及时闭合以保证设备使用的安全性，实现制水全过程的控制保护，以免对用户造成危害。

Claims (6)

1.一种混流电磁阀的控制方法，所述的混流电磁阀包括有相互连通的第一进水流道(11)、第二进水流道(12)和出水流道(13)，第一进水流道(11)和第二进水流道(12)分别设置有直径相同且位于同一轴心线上的第一进水口(111)和第二进水口(121)，出水流道(13)设置有可供经所述第一进水口(111)和第二进水口(121)混合后流出的出水口(131)；其特征在于，所述第一进水口(111)和第二进水口(121)在混流交汇处还设置有由电机驱动的可转动的阀芯(21)，该阀芯(21)可同时调节第一进水口(111)和第二进水口(121)的开口大小，所述阀芯(21)的横截面呈半圆形且与出水口(131)为同轴心线设置，该阀芯(21)的半圆形截面直径大于第一进水口(111)的直径，所述第一进水口(111)和第二进水口(121)的轴心线穿过所述阀芯(21)的半圆形截面的圆心，并且，出水温度T与阀芯(21)转动角度θ之间满足如下关系式：
Figure FDA0002411819260000011
其中：
Figure FDA0002411819260000012
Figure FDA0002411819260000013
上述公式1、2和3中，T为出水口(131)的出水温度，T1、T2分别为第一进水口(111)和第二进水口(121)的进水温度；v1、v2分别为第一进水口(111)和第二进水口(121)的进水流速；S1、S2分别为第一进水口(111)和第二进水口(121)的可导通开口的进水截面面积；r为第一进水口(111)和第二进水口(121)的半径；R为阀芯(21)的半圆形截面的半径；θ为阀芯(21)的半圆形截面的直径与Y轴之间的夹角，即以Y轴为起始位置的阀芯(21)的转动角度；
所述的混流电磁阀的控制方法包括有如下步骤：
步骤一、程序启动，初始化设置；
步骤二、根据实际需要，输入所需的出水温度T；
步骤三、检测设备是否存在故障，如是，则跳转到步骤十二；如否，则继续执行下一步骤；
步骤四、混流电磁阀通电导通；
步骤五、检测第一进水口(111)和第二进水口(121)的进水温度T1、T2，以及第一进水口(111)和第二进水口(121)的进水流速v1、v2；
步骤六、根据公式1、公式2和公式3计算出阀芯(21)转动角度θ的最小值；
步骤七、将阀芯(21)转动角度θ值转换为可控制电机转动的脉冲信号，所述电机驱动阀芯(21)转动到指定位置；
步骤八、检测设备是否存在故障，如是，则跳转到步骤十二；如否，则继续执行下一步骤；
步骤九、按照设定的出水温度T开始制水；
步骤十、制水完成，混流电磁阀断电；
步骤十一、电机复位，所述阀芯(21)转回初始位置，然后返回步骤二；
步骤十二、混流电磁阀断电，并且，电机复位；
步骤十三、提示设备故障。
2.根据权利要求1所述的混流电磁阀的控制方法，其特征在于：所述步骤五中，在第一进水口(111)和第二进水口(121)分别设置有可测试进水温度的水温传感器，并且，在第一进水口(111)和第二进水口(121)还分别设置有可测试进水流速的流速仪或者流量计。
3.根据权利要求1所述的混流电磁阀的控制方法，其特征在于：所述阀芯(21)转动角度θ的转动范围为0°≤θ≤360°。
4.根据权利要求1所述的混流电磁阀的控制方法，其特征在于：所述阀芯(21)通过阀轴(22)与所述电机相连，并且，所述阀轴(22)与阀芯(21)一体成型。
5.根据权利要求4所述的混流电磁阀的控制方法，其特征在于：所述阀芯(21)为横截面呈半圆形的半圆柱，所述阀芯(21)沿阀轴(22)的顶端轴向外凸且与该阀轴(22)同轴设置，所述阀芯(21)的直径与所述阀轴(22)的直径相等。
6.根据权利要求5所述的混流电磁阀的控制方法，其特征在于：所述阀芯(21)的平面外周壁与阀轴(22)的端面之间还设置有加强筋(23)。
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