CN112438608B - 一种蒸箱水位测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种蒸箱水位测量装置,包括有水箱和水路系统,其特征在于:还包括有水泵、气体空腔、电磁阀和气压平衡装置;水箱的出水口第一路经第一管道和所述水泵的抽水口相连,水泵的排水口连接有电磁阀并经第二管道连接至水路系统;水箱的出水口第二路经第三管道连接至气体空腔的进气口,气体空腔的出气口连接有气压平衡装置;并且,水箱体积V1和气体空腔体积V2之间满足如下关系式:9V1≥V2≥4V1。本发明的优点在于:气体空腔内的气体可以始终和外界大气压保持动态平衡以使得水泵可以正常抽水,通过水泵电流的变化值反映水位的变化,不仅可以得到是否有水的结论,还可以获得不同时刻的水位值,测量结果更佳精确可靠,产品安全性更佳。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸箱设备,特别是一种蒸箱水位测量装置。
背景技术
目前,蒸箱的水位检测方法主要采用以下两种方式实现:其一、水箱中安装有可上下浮动的浮子,浮子上嵌入磁铁,通过磁铁和外部干簧管之间的作用,测量水箱中的水位;如已有的专利号为201821149839.1的中国实用新型《水位检测装置及蒸箱》公开了一种水位检测装置及蒸箱,包括箱体、为箱体供水的进水孔以及固设在箱体内的挡板;挡板将箱体分隔为相连通的至少两个区域,其中,一个区域内设有用于为蒸汽发生单元供水的出水孔,另一区域内设有用于检测液面高度的浮子组件;挡板用于阻隔油脂进入浮子组件所在区域。该专利的水位检测装置能够较好的阻隔油脂及其混合物,从而防止浮子被黏连。但是,浮子在水箱中存在被卡滞的风险,而且,浮子配干簧管的组合结构往往制造成本较高,使得产品整体性价比降低。
其二、通过测量水泵的电流值来实现水位的判断,考虑到水箱在有水和没有水两种状态下,水泵工作时的电流不同,通过检测两种状态判断水箱中是否有余水。该方式相对于第一种浮子配合干簧管的结构虽然有成本相对较低的优势,但是只能判断水箱中的水是否有无,而无法识别出水箱中还剩多少水量,从而无法提醒用户及时加水,实用性和安全性都存在不足之处。
综上所述,现有技术中的蒸箱的水位检测装置和方法还存在一定的缺陷和不足,有待于完善和作出进一步的改进。
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产品制造成本低且可准确测出水位高度的蒸箱水位测量装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种蒸箱水位测量装置,包括有设置于蒸箱壳体内的水箱和水路系统,其特征在于:所述的水位测量装置还包括有同样设置于所述蒸箱壳体内的水泵、气体空腔、电磁阀和气压平衡装置;其中,所述水箱包括有进水口和出水口,所述水箱的出水口第一路经第一管道和所述水泵的抽水口相连,所述水泵的排水口连接有所述电磁阀并经第二管道连接至所述的水路系统;所述气体空腔为包括有进气口和出气口的封闭腔室,所述水箱的出水口第二路经第三管道连接至所述气体空腔的进气口,该气体空腔的出气口连接有可与该气体空腔内的气压相平衡的所述气压平衡装置;并且,所述水箱的体积设置为V1,所述气体空腔的体积设置为V2,所述体积V1和体积V2之间满足如下关系式:9V1≥V2≥4V1。
考虑到结构简单、方便安装,作为优选,所述的气体空腔包括有底盘,底盘的截面形状可以呈U形或V形或其他形状,该底盘的开口部和所述蒸箱的壳体内顶板之间密封相抵以形成一个封闭的空腔。由于本申请中对于气体空腔的体积大小有一定的限制,通过U形底盘和壳体内顶板的组合形成一个密封的空腔,结构简单易于加工,而且结合了壳体结构,方便安装和拆卸;另外,受到蒸箱工作时温度上升,容易使得气体空腔内的气压受温度影响而发生变化,为了减少环境温度的干扰,考虑到蒸箱壳体的顶板和外界的热量交换较为迅速,将底盘安装在蒸箱的顶部可以保证气体空腔内的气体受环境温度变化最小。
为了进一步减小环境温度变化对气体空腔内的气压影响,作为进一步优选,所述的底盘在外周壁还设置有形状大小与该底盘轮廓相匹配的隔热层。隔热层可以将底盘包裹起来,进一步降低温度影响的干扰。
作为优选,所述隔热层可以简单地为保温棉。保温棉可单独作为保温防寒材料,易切割安装,施工方便,隔热效果佳。
为了方便水箱的出口可以分别连接两个管道,作为优选,所述水箱的出水口设置有三通阀,所述第一管道和第三管道分别经该三通阀连接至水箱的出水口。
气压平衡装置主要实现气体空腔内部的气压和外部大气压之间的平衡,保证平衡的稳定性和可靠性,作为优选,所述的气压平衡装置为活塞组件,该活塞组件包括有外壳以及设置于该外壳内的活塞和弹簧,所述外壳开设有可与所述气体空腔的出气口相连通的开口,所述活塞可沿所述外壳做直线运动,所述弹簧的一端与所述外壳的底部相抵,该弹簧的另一端与所述活塞相抵并使得该活塞具有始终靠近所述外壳开口的趋势。活塞组件通过弹簧力和气体空腔内气压的平衡实现活塞的往复运动,当气体空腔内的气压发生变化时,活塞组件的设置可以保证气压变动的平稳性,进而保证水位测量的可靠性和稳定性。
与现有技术相比,本发明的优点在于:在系统中单独设置了气体空腔,设计结构简单实用,该气体空腔和水箱、水泵、电磁阀及水路系统一起形成一个相对密封的环境,气体空腔内的气体可以始终和外界大气压保持动态平衡以使得水泵可以正常抽水,通过水泵电流的变化值反映水位的变化,不仅可以得到是否有水的结论,还可以获得不同时刻的水位值,测量结果更佳精确可靠,产品安全性更佳。
附图说明
图1为本发明实施例的蒸箱水位测量装置总结构示意图(总体)。
图2为图1所示蒸箱水位测量装置的局部结构示意图。
图3为本发明实施例的气体空腔结构示意图。
图4为本发明实施例的活塞组件结构示意图。
图5为本发明实施例的水箱结构示意图。
图6为本发明实施例的水位测量装置的封闭系统结构示意图。
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6所示,本实施例的蒸箱水位测量装置包括有设置于蒸箱壳体1内的水箱2、水路系统3、水泵4、气体空腔5、电磁阀6和气压平衡装置7,这里的气体空腔5为包括有进气口和出气口的封闭腔室;其中,水箱2包括有进水口和出水口22,为了方便水箱2的出口可以分别连接多个管道,本实施例在水箱2的出水口22设置有三通阀21,水箱2的出水口22经该三通阀21分别连接有第一管道81和第三管道83;水箱2的出水口第一路经第一管道81和水泵4的抽水口相连,水泵4的排水口连接有电磁阀6并经第二管道82连接至水路系统3;水箱2的出水口第二路经第三管道83连接至气体空腔5的进气口,该气体空腔5的出气口连接有可与该气体空腔5内的气压相平衡的气压平衡装置7。
于是,水箱2、水泵4、电磁阀6、水路系统3、气体空腔5和气压平衡装置7之间分别通过第一管道81、第二管道82和第三管道83的对应连接形成一个相对封闭的密封回路,参见图6,为了实现这个密封回路,水箱2上只有一个用来加水的开口,在水箱2推入到位后,和整个系统形成一个密封的环境。
考虑到结构简单、方便安装,气体空腔5包括有截面呈U形的底盘51,如图3所示,底盘51的截面形状也可以采用其他结构,该底盘51的开口部和蒸箱的壳体1内顶板11之间密封相抵以形成一个封闭的空腔,设定水箱2的体积设置为V1,气体空腔5的体积设置为V2,则体积V1和体积V2之间还需满足如下关系式:4V1≤V2≤9V1。
由于本申请中对于气体空腔5的体积大小有一定的限制,通过U形底盘51和壳体1内顶板11的组合形成一个密封的空腔,结构简单易于加工,而且结合了壳体1结构,方便安装和拆卸;另外,受到蒸箱工作时温度上升,容易使得气体空腔5内的气压受温度影响而发生变化,为了减少环境温度的干扰,考虑到蒸箱壳体1的顶板和外界的热量交换较为迅速,将底盘51安装在蒸箱的顶部可以保证气体空腔5内的气体受环境温度变化最小。
本实施例主要通过密封回路系统中的气体压力和体积之间变化关系来表现每个瞬时的水位,根据理想气体状态方程可知:PV=nRT,其中,P为气体空腔5内的气体压力(即密封回路中的气体压力),V为气体空腔5内的气体体积,n为气体物质的量,R为玻尔兹曼常数,T是气体空腔5内的气体热力学温度;
如要保证其中P和V有相对确定的关系,首先要保证n、R、T三个参数量的乘积为一个常数,由于本实施例的系统是个相对密封的环境,一旦密封回路形成,n和R即为常量,而气体热力学温度T则会随着环境发生变化;
为了保证T为恒定值,本实施例将气体空腔5安装在蒸箱的顶部,和安装在蒸箱的其他位置相比,安装在蒸箱的顶部温度变化最小,因为顶板和外界的热量交换较为迅速;同时,为了进一步减小环境温度变化对气体空腔5内的气压影响,本实施例的底盘51在外周壁还覆盖连接有形状大小与该底盘51轮廓相匹配的隔热层52,该隔热层52可以将底盘51包裹起来,进一步降低温度影响的干扰;隔热层52可以采用现有技术中的各种隔热装置,简单地优选为保温棉,保温棉可单独作为保温防寒材料,易切割安装,施工方便,隔热效果佳。由此,通过上述气体空腔5的安装位置以及隔热层52的设置这两方面,从而保证气体空腔5的温度变化受外界影响最小,确保气体热力学温度T基本不发生变化。
本实施例中的气压平衡装置7主要为实现气体空腔5内部的气压和外部大气压之间的平衡,为了保证平衡的稳定性和可靠性,本实施例的气压平衡装置7采用活塞组件,如图4所示,该活塞组件包括有外壳71以及设置于该外壳71内的活塞72和弹簧73,外壳71开设有可与气体空腔5的出气口相连通的开口711,活塞72可沿外壳71做直线运动,弹簧73的一端与外壳71的底部相抵,该弹簧73的另一端与活塞72相抵并使得该活塞72具有始终靠近外壳71的开口711的趋势。
本实施例针对上述活塞组件,可以获得如下的受力分析:
P0×S=P×S+k·△x,其中,P为气体空腔5内的气体压力,P0为外界大气压,S为活塞横截面面积,k为弹簧力系数,△x为弹簧压缩变化量;
在初始状态下,P和P0相等,当蒸箱开始工作后,水箱2内的水逐渐被抽走,则P开始逐渐变小,得到△P=P0-P,于是又获得如下公式:
由此可知,当存在活塞组件的情况下,压力变化值△P和弹簧力的变化存在一定的线性关系,即压力变化值是线性可测的,而随着系统内压力的变化,水泵的电流值也相应发生变化,同样满足线性变化,这满足了水泵电流值反映水位的必要条件,通过测量水泵电流值即可获得相应时刻的水位值,实现对蒸箱水位的精确测量。
由现有的技术可知,如果用直流水泵抽取一个密闭环境中的水,由于大气压的作用,会导致水泵4无法将水抽取出来,而本申请的气体空腔5正好和外界大气压之间形成了一种动态的平衡,利用气体空腔5中气体体积的变化会导致压力的变化,并进而反映在水泵4的电流值上,通过检测水泵4的电流可最终反映出水箱2中的水位。
为了保证在大气压作用下,水泵4能够从封闭环境下的水箱2中不断抽取出水,需要对水箱2的体积V1和气体空腔5的体积V2进行设计,以保证蒸箱工作过程中,内外气压可始终保持平衡,本实施例中两者体积需满足如下要求:4V1≤V2≤9V1,具体推导过程如下:
根据内外压力平衡关系,(P0-△P)·(V0+△V)=P0·V0,式中P0为外界大气压,V0为初始状态下系统内空气的总体积,△P为系统内的压力变化值,△V为系统内的气体体积变化值,并且,△P和△V均大于零,由此得出:
现有技术中,目前直流水泵的吸程为1.5m左右,本实施例设定直流水泵的吸程范围为1m~2m,已知大气压为10m水柱,由直流水泵电流的极限范围可得出系统内空气压力变化的范围为0.1~0.2atm;综上可得出:
其中,△Vmin为系统内的气体体积变化最小值,△Vmax为系统内的气体体积变化最大值;当水箱2在装满水的初始状态下,则V0=V2;当水箱2内的水完全抽干时,则△V=V1,最终可得出:4V1≤V2≤9V1。
本实施例在整个系统的运行过程中,弹簧73的压缩程度与气体空腔5内部的气体压力有关,并且在每一个瞬时都和气体空腔5内的气体压力保持平衡;于是,活塞组件通过弹簧力和气体空腔5内气压的平衡实现活塞72的往复运动,当气体空腔5内的气压发生变化时,活塞组件的设置可以保证气压变动的平稳性,进而保证水位测量的可靠性和稳定性。
本实施例设计了一种可以检测水箱2内即时水位的装置,和以往的水位浮标检测方式不同,本实施例的检测装置利用了水泵4吸水时电流值变化反映水位变化的原理,通过增设气体空腔,从而实现密闭系统内气压和外界大气压的动态平衡,最终保证水泵的正常抽水,相比于现有技术中检测水泵电流只能获得是否有水的检测结果,本实施例由于在气体空腔的出气的水泵电流值可随着水箱内水位的变化而变化,可以实现对水位变化的精确测量,获得系统在不同工作时刻的水箱水位值,测量结果更为精确可靠。
Claims (6)
1.一种蒸箱水位测量装置,包括有设置于蒸箱壳体(1)内的水箱(2)和水路系统(3),其特征在于:所述的水位测量装置还包括有同样设置于所述蒸箱壳体(1)内的水泵(4)、气体空腔(5)、电磁阀(6)和气压平衡装置(7);
其中,所述水箱(2)包括有进水口和出水口,所述水箱(2)的出水口第一路经第一管道(81)和所述水泵(4)的抽水口相连,所述水泵(4)的排水口连接有所述电磁阀(6)并经第二管道(82)连接至所述的水路系统(3);所述气体空腔(5)为包括有进气口和出气口的封闭腔室,所述水箱(2)的出水口第二路经第三管道(83)连接至所述气体空腔(5)的进气口,该气体空腔(5)的出气口连接有可与该气体空腔(5)内的气压相平衡的所述气压平衡装置(7);
并且,所述水箱(2)的体积设置为V1,所述气体空腔(5)的体积设置为V2,所述体积V1和体积V2之间满足如下关系式:4V1≤V2≤9V1。
2.根据权利要求1所述的蒸箱水位测量装置,其特征在于:所述的气体空腔(5)包括有底盘(51),该底盘(51)的开口部和所述蒸箱的壳体(1)内顶板(11)之间密封相抵以形成一个封闭的空腔。
3.根据权利要求2所述的蒸箱水位测量装置,其特征在于:所述的底盘(51)在外周壁还设置有形状大小与该底盘(51)轮廓相匹配的隔热层(52)。
4.根据权利要求3所述的蒸箱水位测量装置,其特征在于:所述隔热层(52)为保温棉。
5.根据权利要求1所述的蒸箱水位测量装置,其特征在于:所述水箱(2)的出水口设置有三通阀(21),所述第一管道(81)和第三管道(83)分别经该三通阀(21)连接至水箱(2)的出水口。
6.根据权利要求1所述的蒸箱水位测量装置,其特征在于:所述的气压平衡装置(7)为活塞组件,该活塞组件包括有外壳(71)以及设置于该外壳(71)内的活塞(72)和弹簧(73),所述外壳(71)开设有可与所述气体空腔(5)的出气口相连通的开口(711),所述活塞(72)可沿所述外壳(71)做直线运动,所述弹簧(73)的一端与所述外壳(71)的底部相抵,该弹簧(73)的另一端与所述活塞(72)相抵并使得该活塞(72)具有始终靠近所述外壳(71)的开口(711)的趋势。
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