CN112890729A - 水垢检测方法、适用于该水垢检测方法的水箱及包含该水箱的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水垢检测方法、适用于该水垢检测方法的水箱及包含该水箱的设备，所述方法通过检测水箱的出水管路使用一段时间后的单位时间水流量变化判断出水管路内的积垢情况，进而对水箱内部的积垢情况做出判断，方法简单易行，显著提高了故障诊断能力，能够自动判断水箱内水位开关的故障，可扩展性好、适用场景广泛。
Description
技术领域
本发明涉及水垢检测技术，具体涉及一种水垢检测方法、适用于该水垢检测方法的水箱及包含该水箱的设备。
背景技术
日常生活及工业生产中所使用的水通常为自来水，自来水中含有矿物质，在设备长期运行过程中，容易在设备或管道表面形成水垢，水垢累积到一定程度会引发故障，如加热管烧坏、加热效率下降、水位开关卡住、管路堵塞等，影响设备的正常运行。如何准确检测水垢量、消除水垢带来的安全隐患是本领域一直渴望解决的难题。
实践中提出了多种检测水垢的技术方案，例如，CN2017104855958、CN2020103131611、CN2019114079045、CN2014103458295、CN2018110030586等提出了根据加热阶段加热体、受热腔体等的温度、能耗变化等因素判断水垢量的方法，该方法在实践中应用较为广泛，但在一些特殊场所，水垢积量会导致水箱容积变化，同时由于加热效率受多个因素影响，因此该方法无法准确测定水垢量；
CN2019107458422提出了根据水量、温度变化、加热时间等的关系判断水垢量的方法，该方法相对于前述方案而言，增加了水量检测，但应用场景受到很大限制，仅适用于水箱预先排空的情况，不能在工作状态下实时测量；
CN2017114795192提出了通过测量水硬度判断水垢增速的方法，但在实际应用中，影响积垢的因素很多，硬度只是影响积垢的一个因素，例如，洗碗机的使用频率多样化，影响结垢的因素不只是水的硬度，因此仅考虑水的硬度无法准确测定水垢的实际情况；
CN2018111446921、CN2014200205473、CN2018103822025等提出了基于光学、红外方式检测水垢量的方法，该方法对设备的结构设计提出特殊要求，设备结构复杂、成本高，仅适用于一些特殊的场景；
CN201720082610X提出了基于物理沉积方式检测水垢量的方法，该方法仅适用于容器底部有大量水垢积累的情况，超出了洗碗机等常用设备正常工作的范围，实用性较差。
综上，实践中虽提出了多种检测水垢的方法，但概况而言，普遍存在测量精度差、应用场景单一、设备结构复杂、实用性和适应性较差等技术问题，水垢检测技术仍存在很大的改进空间。以洗碗机为例，由于漂洗水箱为封闭式，没有成熟的水垢检测方法，无法准确测量水垢累积量，即使采取每月周期性人工巡检除垢，仍无法解决部分水垢重的设备频繁发生故障的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种水垢检测方法、适用于该水垢检测方法的水箱及包含该水箱的设备。所述检测方法应用条件简单，适用场景广泛，相比于现有技术，适用于各类水箱，包括不带加热功能、带加热功能，水箱容积受水垢量影响，以及设备使用频率多样化等各类应用场景，可用于水管、水位开关等多种配套设施，并能够适用于不同水箱容量、水质、使用频率等设备使用场景，应用前景广泛。
本发明的目的之一是提供一种水垢检测方法，其特征在于，
当水箱处于工作状态S1时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Q1；
当水箱处于工作状态S2时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Q2；
采用同样的方式，当水箱处于工作状态Sn时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Qn(n为自然数)；
以水箱所处的工作状态S1为基础，基于下式计算工作状态Sn时的水垢度量Pn，Pn＝1-Qn/Q1；
根据Pn值判断水箱的积垢状况。
本发明提供的水垢检测方法的基本原理是：水箱在长期使用过程中，水箱内部及其出水管路内部的积垢情况基本相同，通过检测出水管路内的积垢情况能反映水箱内的积垢情况。水箱运行一段时间后，出水管路内部发生一定程度的积垢，出水管路的内径减小，单位时间内的水流量也相应降低，因此在水箱使用一段时间后，可通过检测出水管路的单位时间水流量变化判断出水管路内的积垢情况，进而对水箱内部的积垢情况作出判断。
本发明所述的“工作状态”是指水箱在使用一段时间后所呈现的积垢状态。所述单位时间可以以小时、分、秒等为单位，具体根据实际情况而定。
当把水箱及其管路的无垢状态作为工作状态S1时，Pn反映的是工作状态Sn时的绝对水垢度量。
如前所述的方法，可选的，水箱的出水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的出水量；所述水箱出水管路的单位时间水流量Qn的测量方法如下：在Sn状态下，记录流量测量装置的初始读数Wn1，让水在出水管路内流通一段时间tn后，记录流量测量装置的读数Wn2，则Sn状态时水箱的出水管路的单位时间水流量Qn＝(Wn2-Wn1)/tn；
如前所述的方法，可选的，在水箱的进水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的进水量，所述水箱内还设置有水位开关，所述水位开关用于调节水箱内的实际水位处于标准水位，当水箱内的实际水位低于标准水位时，通过进水管路向水箱补水，当水位达到标准水位时，停止补水。所述水箱出水管路的单位时间水流量Qn的测量方法如下：当水箱处于工作状态Sn时，首先通过水位开关将水箱内的实际水位调整至标准水位，记录进水管路上流量测量装置的初始读数Wn1，然后通过水箱的出水管路向外排水一段时间tn后停止排水，并通过水位开关控制进水管路向水箱补水至标准水位，记录流量测量装置的读数Wn2，则Sn状态时水箱的出水管路的单位时间水流量Qn＝(Wn2-Wn1)/tn；
优选的，为了避免由于设备的机械特性、进水管路、出水管路、流量测量装置等存在工作误差，可通过多次测量求平均值的方法确定Qn；
所述“根据Pn值判断水箱的积垢状况”包括根据工作状态S1、S2、……，Sn的发生时间和P1，P2，……，Pn的对应关系，通过算法预测水垢量随时间的变化趋势，判断水垢度量达到阈值TS1的时间，以便根据实际工况安排工作人员按需巡检。该方法提高了检测方法的故障诊断能力，能够实现按需上门，对水垢严重的门店，及时上门巡检；对水垢较轻的门店，以更合理的长周期巡检。
所述算法为本领域的常规算法，包括但不限于线性回归、指数回归、时间序列分析等。
所述阈值TS1根据水箱的具体情况，结合故障发生概率、专家经验、服务标准等因素综合决定。
所述“根据Pn值判断水箱的积垢状况”进一步包括根据工作状态S1、S2、……，Sn的发生时间和P1，P2，……，Pn的对应关系，通过异常检测方法计算水箱的出水管路单位时间排水量异常比例，当异常比例超出阈值TS2后，判定为水位开关故障。所述方法能自动识别水箱部件的运转情况，识别某一时段水位开关的故障发生概率，提高了水箱的自动化程度。
所述异常检测方法包括但不限于数值判断、高斯分布分位数、箱线图法、DBSCAN、孤立森林等。
所述阈值TS2根据所采用的异常检测方法，结合故障发生概率、专家经验、服务标准等因素综合决定。
优选的，所述方法还可以借助云端进行数据分析和比较，提高大规模设备运营中的故障诊断能力。本发明对借助云端进行数据分析和比较的手段没有特别限定，可以采用现有技术中常用的分析和比较方法。
本发明的另一目的是提供一种适用于上述水垢检测方法的水箱，在水箱的出水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的出水量。
优选的，在出水管路上设置有抽水装置，通过抽水装置控制出水管路从水箱排水。
优选的，水箱还设置有云端通信装置，借助云端多设备数据分析和比较，提高大规模设备运营中的故障诊断能力。本发明对云端通信装置没有特别限定，可以采用现有技术中常用的云端通信装置及通信方法。
相应的，本发明提供一种包含上述水箱的设备。优选的，所述设备是洗碗机。
本发明的又一目的是提供另一种适用于上述水垢检测方法的水箱，在水箱的进水管路上设置流量测量装置，用于测量所述水箱的进水量；所述水箱内还设有水位开关，所述水位开关用于控制水箱内的水位处于标准水位，当水箱内的实际水位低于标准水位时，通过进水管路向水箱补水；当水位达到标准水位时，停止补水。
优选的，在出水管路上设置有抽水装置，通过抽水装置控制出水管路从水箱排水。
优选的，所述水箱还设置有云端通信装置，借助云端多设备数据分析和比较。本发明对云端通信装置没有特别限定，可以采用现有技术中常用的云端通信装置及通信方法。
相应的，本发明提供一种包含上述水箱的设备。优选的，所述设备是洗碗机。
本发明的技术效果：
1.本发明提供的水垢检测方法，由于采用了水流量指标，测量方法及应用条件简单，技术方案的可扩展性好，扩大了水垢检测方法的适用范围，可以测量不同水箱容量、水质、使用频率等场景下的设备积垢情况。
2.所述检测方法可以预测水箱内的水垢量随时间而变化的趋势，提高检测方法的故障诊断能力，实现按需上门，对水垢严重的门店，及时上门巡检；对水垢较轻的门店，以更合理的长周期巡检。依不同地区水质差异，可以将巡检周期平均延长5-10倍，显著节约大规模设备运营成本。
3.所述检测方法能自动识别水箱部件的运转情况，提高水箱的自动化程度，识别某一时段水位开关的故障发生概率，自动判断水位开关的故障。
附图说明
图1是本发明提供的一种实施例中水箱结构示意图
图2是本发明提供的另一种实施例中水箱结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
本发明提供一种水垢检测方法，其特征在于，
当水箱处于工作状态S1时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Q1；
当水箱处于工作状态S2时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Q2；
采用同样的方式，当水箱处于工作状态Sn时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Qn(n为自然数)；
以水箱所处的工作状态S1为基础，基于下式计算工作状态Sn时的水垢度量Pn，Pn＝1-Qn/Q1；
根据Pn值判断水箱的积垢状况。
当把水箱及其管路的无垢状态作为工作状态S1时，则Pn反映的是工作状态Sn时的绝对水垢度量。
图1示出了本发明提供的一种适用于上述水垢检测方法的水箱，在水箱的出水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的出水量；在出水管路上设置有抽水装置，通过抽水装置控制出水管路从水箱排水。
水箱出水管路的单位时间水流量Qn的测量方法如下：在Sn状态下，记录流量测量装置的初始读数Wn1，让水在出水管路内流通一段时间tn后，记录流量测量装置的读数Wn2，则Sn状态时水箱的出水管路的单位时间水流量Qn＝(Wn2-Wn1)/tn；
所述单位时间可以以小时、分、秒等为单位，具体根据实际情况而定。
为了避免由于设备的机械特性、进水管路、出水管路、流量测量装置等存在工作误差，可通过多次测量求平均值的方法确定水箱的出水管路的单位时间水流量Qn；
所述“根据Pn值判断水箱的积垢状况”包括根据工作状态S1、S2、……Sn的发生时间和P1，P2，……pn的对应关系，通过算法预测水垢量随时间的变化趋势，判断水垢度量达到阈值TS1的时间。
所述算法为本领域的常规算法，包括但不限于线性回归、指数回归、时间序列分析等。
所述阈值TS1根据水箱的具体情况，结合故障发生概率、专家经验、服务标准等因素综合决定。
所述“根据Pn值判断水箱的积垢状况”进一步包括根据工作状态S1、S2、……Sn的发生时间和P1，P2，……pn的对应关系，通过异常检测方法计算水箱的出水管路单位时间排水量异常比例，当异常比例超出阈值TS2后，判定为水位开关故障。
所述异常检测方法包括但不限于数值判断、高斯分布分位数、箱线图法、DBSCAN、孤立森林等。
所述阈值TS2根据所采用的异常检测方法，结合故障发生概率、专家经验、服务标准等因素综合决定。
优选的，所述水箱还设置有云端通信装置，借助云端多设备数据分析和比较，提高大规模设备运营中的故障诊断能力。本发明对云端通信装置没有特别限定，可以采用现有技术中常用的云端通信装置及通信方法。
相应的，本发明提供一种包含上述水箱的设备。优选的，所述设备是洗碗机。
图2示出了本发明提供的另一种适用于所述水垢检测方法的水箱，所述水箱的出水口连接有出水管路，进水口连接有进水管路，在出水管路上设置有抽水装置，通过抽水装置控制出水管路从水箱排水；在水箱的进水管路上设置流量测量装置，用于测量所述水箱的进水量；所述水箱内还设有水位开关，所述水位开关用于控制水箱内的水位处于标准水位，当水箱内的实际水位低于标准水位时，通过进水管路向水箱补水；当水位达到标准水位时，停止补水。
优选的，所述水箱还设置有云端通信装置，借助云端多设备数据分析和比较，提高大规模设备运营中的故障诊断能力。本发明对云端通信装置没有特别限定，可以采用现有技术中常用的云端通信装置及通信方法。
所述水箱出水管路的单位时间水流量Qn的测量方法如下：当水箱处于工作状态Sn时，首先通过水位开关将水箱内的实际水位调整至标准水位，记录进水管路上流量测量装置的初始读数Wn1，然后通过水箱的出水管路向外排水一段时间tn后停止排水，通过水位开关控制进水管路向水箱补水至标准水位，记录流量测量装置的读数Wn2，则Sn状态时水箱的出水管路的单位时间水流量Qn＝(Wn2-Wn1)/tn；
为了避免由于设备的机械特性、进水管路、出水管路、流量测量装置等存在工作误差，可通过多次测量求平均值的方法确定水箱的出水管路的单位时间水流量Qn；
所述“根据Pn值判断水箱的积垢状况”包括根据工作状态S1、S2、……Sn的发生时间和P1，P2，……Pn的对应关系，通过算法预测水垢量随时间的变化趋势，判断水垢度量达到阈值TS1的时间，以便根据实际工况安排工作人员按需巡检。
所述算法为本领域的常规算法，包括但不限于线性回归、指数回归、时间序列分析等。
所述阈值TS1根据水箱的具体情况，结合故障发生概率、专家经验、服务标准等因素综合决定。
所述“根据Pn值判断水箱的积垢状况”进一步包括根据工作状态S1、S2、……Sn的发生时间和P1，P2，……Pn的对应关系，通过异常检测方法计算水箱的出水管路单位时间排水量异常比例，当异常比例超出阈值TS2后，判定为水位开关故障。
所述异常检测方法包括但不限于数值判断、高斯分布分位数、箱线图法、DBSCAN、孤立森林等。
所述阈值TS2根据所采用的异常检测方法，结合故障发生概率、专家经验、服务标准等因素综合决定。
优选的，所述水箱还设置有云端通信装置，借助云端多设备数据分析和比较，提高大规模设备运营中的故障诊断能力。本发明对云端通信装置没有特别限定，可以采用现有技术中常用的云端通信装置及通信方法。
相应的，本发明提供一种包含上述水箱的设备。优选的，所述设备是洗碗机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内做的任何修改、等同替换和改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种水垢检测方法，其特征在于，
当水箱处于工作状态S1时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Q1；
当水箱处于工作状态S2时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Q2；
采用同样的方式，当水箱处于工作状态Sn时，测量水箱出水管路的单位时间水流量Qn，n为自然数；
以水箱所处的工作状态S1为基础，基于下式计算工作状态Sn时的水垢度量Pn，Pn＝1-Qn/Q1；
根据Pn值判断水箱的积垢状况。
2.如权利要求1所述的水垢检测方法，其特征在于，所述根据Pn值判断水箱的积垢状况包括根据工作状态S1、S2、……Sn的发生时间和P1，P2，……Pn的对应关系，预测水垢量随时间的变化趋势，判断水垢度量达到阈值TS1的时间，以便根据实际工况安排工作人员按需巡检。
3.如权利要求1所述的水垢检测方法，其特征在于，所述根据Pn值判断水箱的积垢状况包括根据工作状态S1、S2、……Sn的发生时间和P1，P2，……Pn的对应关系，计算水箱的出水管路单位时间排水量异常比例，当异常比例超出阈值TS2后，判定为水位开关故障。
4.如权利要求1所述的水垢检测方法，其特征在于，在水箱的出水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的出水量；所述水箱出水管路的单位时间水流量Qn的测量方法如下：当水箱处于Sn状态时，记录流量测量装置的初始读数Wn1，让水在出水管路内流通一段时间tn后，记录流量测量装置的读数Wn2，则Sn状态时水箱的出水管路的单位时间水流量Qn＝(Wn2-Wn1)/tn。
5.如权利要求1所述的水垢检测方法，其特征在于，在水箱的进水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的进水量；所述水箱内还设置有水位开关，所述水位开关用于控制水箱内的水位处于标准水位，当水箱内的实际水位低于标准水位时，通过进水管路向水箱补水；当水位达到标准水位时，停止补水；所述水箱出水管路的单位时间水流量Qn的测量方法如下：当水箱处于工作状态Sn时，首先通过水位开关将水箱内的实际水位调整至标准水位，记录进水管路上流量测量装置的初始读数Wn1，然后通过水箱的出水管路向外排水一段时间tn后停止排水，通过水位开关控制进水管路向水箱补水至标准水位，记录流量测量装置的读数Wn2，则Sn状态时水箱的出水管路的单位时间水流量Qn＝(Wn2-Wn1)/tn。
6.如权利要求1-5任一项所述的水垢检测方法，其特征在于，通过多次测量求平均值的方法确定水箱的出水管路的单位时间水流量Qn。
7.如权利要求2所述的方法，所其特征在于，借助云端进行数据分析和比较，提高大规模设备运营中的故障诊断能力。
8.如权利要求3所述的方法，所其特征在于，借助云端进行数据分析和比较，提高大规模设备运营中的故障诊断能力。
9.一种适用于权利要求1-4任一项所述水垢检测方法的水箱，其特征在于，在水箱的出水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的出水量。
10.如权利要求9所述的水箱，其特征在于，在出水管路上设置有抽水装置，通过抽水装置控制出水管路从水箱排水。
11.如权利要求9所述的水箱，其特征在于，所述水箱还设置有云端通信装置。
12.一种包含权利要求9-11任一项所述水箱的设备。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备是洗碗机。
14.一种适用于权利要求1-3或5任一项所述水垢检测方法的水箱，其特征在于，在水箱的进水管路上设置有流量测量装置，用于测量水箱的进水量；所述水箱内还设置有水位开关，所述水位开关用于控制水箱内的水位处于标准水位，当水箱内的实际水位低于标准水位时，通过进水管路向水箱补水，当水位达到标准水位时，停止补水。
15.如权利要求14所述的水箱，其特征在于，在所述出水管路上设置有抽水装置，通过抽水装置控制出水管路从水箱排水。
16.如权利要求14所述的水箱，其特征在于，所述水箱还设置有云端通信装置。
17.一种包含权利要求14-16任一项所述水箱的设备。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述设备是洗碗机。
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