CN113218087A - 电器设备保护棒消耗监控装置和电器设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电器设备保护棒消耗监控装置和电器设备，该装置包括限流组件、电压运算放大电路、控制器和交互装置，限流组件和电器设备的保护棒串联，且公共端连接电压运算放大电路，限流组件的另一端连接外部电源端，保护棒的另一端接地；电压运算放大电路连接控制器，控制器连接交互装置；电压运算放大电路对限流组件和保护棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至控制器，控制器根据放大电压信号控制交互装置输出保护棒消耗状态信息，能够准确自动监测保护棒的消耗状态并输出相应状态信息，以便用户知晓，实现了准确对电器设备的保护棒消耗进行监控，确保电器设备可靠运行。
Description
技术领域
本申请涉及电器设备技术领域，特别是涉及一种电器设备保护棒消耗监控装置和电器设备。
背景技术
随着科技的发展和社会的不断进步，越来越多的电器设备出现在人们的日常工作和生活中。电热水器作为一种以电作为能源进行加热的热水器，适用于家庭淋浴、盆浴等场合。
现有电热水器广泛采用安装镁棒作为保护棒，用来实现阴极保护，延长水箱寿命，降低水箱出现腐蚀泄露的故障率。镁棒在使用过程中属于消耗品，需要定期更换。如果不及时更换，水箱就失去了镁棒的保护。并且，镁棒深藏在水箱的内部，无法直观的看到，难以发现镁棒已消耗完。因此，如何准确对电器设备，如电热水器的保护棒消耗进行监控，确保电器设备可靠运行是一个亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对电器设备的保护棒消耗无法直观看到的问题，提供一种电器设备保护棒消耗监控装置和电器设备，能达到准确对电器设备的保护棒消耗进行监控，确保电器设备可靠运行的效果。
一种电器设备保护棒消耗监控装置，包括限流组件、电压运算放大电路、控制器和交互装置，所述限流组件和电器设备的保护棒串联，且公共端连接所述电压运算放大电路，所述限流组件的另一端连接外部电源端，所述保护棒的另一端接地；所述电压运算放大电路连接所述控制器，所述控制器连接所述交互装置；
所述电压运算放大电路对所述限流组件和所述保护棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至所述控制器，所述控制器根据所述放大电压信号控制所述交互装置输出保护棒消耗状态信息。
在其中一个实施例中，还包括第一电极片和第二电极片，所述第一电极片和所述第二电极片分别设置在所述保护棒两端，所述第一电极片连接所述限流组件，所述第二电极片接地。
在其中一个实施例中，所述电压运算放大电路包括放大器、电阻R3和电阻R4，所述放大器的反相输入端连接所述限流组件和所述保护棒的公共端，所述放大器的同相输入端通过所述电阻R3接地，所述放大器的电源端连接外部电源端，所述放大器的接地端接地，所述放大器的输出端连接所述控制器，并通过所述电阻R4连接所述放大器的同相输入端。
在其中一个实施例中，所述交互装置包括连接所述控制器的显示装置。
在其中一个实施例中，所述显示装置包括连接所述控制器的显示屏和/或状态指示灯。
在其中一个实施例中，所述状态指示灯为LED指示灯。
在其中一个实施例中，所述交互装置包括连接所述控制器的扬声器。
在其中一个实施例中，所述限流组件为限流电阻。
一种电器设备，包括保护棒和上述的电器设备保护棒消耗监控装置。
在其中一个实施例中，所述保护棒包括绝缘体和金属条，所述绝缘体设置有螺旋状的绝缘导槽，所述金属条设置于所述绝缘导槽。
上述电器设备保护棒消耗监控装置和电器设备，将限流组件和电器设备的保护棒串联，通过电压运算放大电路对限流组件和保护棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至控制器，控制器根据放大电压信号控制交互装置输出保护棒消耗状态信息，能够准确自动监测保护棒的消耗状态并输出相应状态信息，以便用户知晓，实现了准确对电器设备的保护棒消耗进行监控，确保电器设备可靠运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中电器设备保护棒消耗监控装置的结构原理图；
图2为一实施例中保护棒的结构示意图；
图3为一实施例中电器设备的保护棒消耗监控流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电器设备保护棒消耗监控装置，包括限流组件110、电压运算放大电路120、控制器和交互装置，限流组件110和电器设备的保护棒串联，且公共端连接电压运算放大电路120，限流组件110的另一端连接外部电源端，保护棒的另一端接地；电压运算放大电路120连接控制器，控制器连接交互装置；电压运算放大电路120对限流组件110和保护棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至控制器，控制器根据放大电压信号控制交互装置输出保护棒消耗状态信息。
其中，电器设备可以是电热水器，也可以是其他加热设备。为便于理解，以下以电热水器的保护棒消耗监控为例进行解释说明。限流组件110可以是采用电阻或其他具有限流功能的元件，当限流组件110采用电阻元件时，可以是采用单个电阻，也可以是采用多个电阻串联、并联或混联的结构。在一个实施例中，如图1所示，限流组件110为限流电阻R1。电阻2为电热水器的保护棒的等效电阻，保护棒一般采用镁棒，作用是使电热水器的内胆绝缘防止腐蚀。具体地，限流电阻R1与镁棒串联且公共端连接电压运算放大电路120，限流电阻R1的另一端连接+5V电源端，镁棒的另一端接地设置。电压运算放大电路120对限流电阻R1与镁棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至控制器，以便控制器进行信号识别。
控制器具体可采用MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)、CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)等控制芯片，控制器可预先保存不同腐蚀程度的镁棒阻值。在实际监控时，控制器根据接收的放大电压信号得到采样电压，根据采样电压、外部电源端的电压以及限流电阻R1进行分析可得到镁棒的电阻值，再结合保存的数据可对应得知镁棒的消耗程度。例如，可以是划分不同的电阻区间，一个电阻区间对应一个消耗级别，控制器根据实际计算得到的镁棒的电阻值所处区间，便可确定镁棒当前的消耗级别。
交互装置的具体结构并不是唯一的，根据交互装置的结构不同，其输出保护棒消耗状态信息的方式也会对应有所不同。交互装置可以是采用显示屏、指示灯、扬声器或其他器件，也可以是采用多个器件的组合。对应地，控制器可以是将分析确定的镁棒腐蚀级别发送至显示器进行显示以便用户查看。此外，控制器还可以在计算得到的镁棒电阻值达到保存的设定值时，则判定镁棒即将完全腐蚀，通过指示灯闪烁或扬声器输出语音信息，提示用户是否需要更换镁棒。
上述电器设备保护棒消耗监控装置，将限流组件110和电器设备的保护棒串联，通过电压运算放大电路120对限流组件110和保护棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至控制器，控制器根据放大电压信号控制交互装置输出保护棒消耗状态信息，能够准确自动监测保护棒的消耗状态并输出相应状态信息，以便用户知晓，实现了准确对电器设备的保护棒消耗进行监控，确保电器设备可靠运行。
在一个实施例中，电器设备保护棒消耗监控装置还包括第一电极片和第二电极片，第一电极片和第二电极片分别设置在保护棒两端，第一电极片连接限流组件，第二电极片接地。具体地，将第一电极片和第二电极片嵌入镁棒内部，可通过测量第一电极片和第二电极片两端分压来确定镁棒已达到何种腐蚀程度，方便进行连接和电压监测。
电压运算放大电路120的具体结构并不唯一，在一个实施例中，继续参照图1，电压运算放大电路120包括放大器U1-A、电阻R3和电阻R4，放大器U1-A的反相输入端-连接限流组件110和保护棒的公共端，放大器的同相输入端+通过电阻R3接地，放大器U1-A的电源端VCC连接外部电源端，放大器U1-A的接地端GND接地，放大器U1-A的输出端连接控制器，并通过电阻R4连接放大器U1-A的同相输入端+。具体地，放大器U1-A的电源端VCC连接+5V电源端，放大器U1-A的输出端通过端口IO_AD连接控制器的AD端口。通过更改相应的电路外部电阻值可控制电压运算放大电路120的电压放大倍数，通过该电路能够将镁棒电压放大，从而将镁棒腐蚀带来的微小变化放大，使得控制器的AD端口能够读取到镁棒等效电阻发生的变化并判断当前镁棒的腐蚀程度。
在一个实施例中，交互装置包括连接控制器的显示装置。其中，显示装置具体可包括连接控制器的显示屏和/或状态指示灯。具体地，显示屏可以是LED(Light EmittingDiode，发光二极管)显示屏或LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)显示屏，状态指示灯可以是LED指示灯。控制器可以是根据镁棒当前的消耗状态，控制显示屏显示不同的图片、文字或动画等信息，还可以在检测到镁棒电阻值达到设定值后控制显示屏显示提示信息，以提醒用户需要更换镁棒。或者，控制器可以是根据镁棒当前的消耗状态，控制相应数量的LED指示灯点亮来表征镁棒当前的消耗状态，还可以在测到镁棒电阻值达到设定值后控制LED指示灯显示特定颜色(如红色)，以提醒用户需要更换镁棒。
在另一个实施例中，交互装置包括连接控制器的扬声器。控制器可以是根据镁棒当前的消耗状态，控制扬声器输出对应的状态提示语音，以及在检测到镁棒电阻值达到设定值后控制扬声器输出更换提醒语音。可以理解，在其他实施例中，交互装置还可同时包括显示装置和扬声器，通过显示和语音输出的组合方式进行镁棒消耗状态的监控和镁棒更换提醒。
在一个实施例中，还提供了一种电器设备，包括保护棒和上述的电器设备保护棒消耗监控装置。其中，电器设备可以是电热水器，也可以是其他加热设备。如图1所示，电器设备保护棒消耗监控装置包括限流组件110、电压运算放大电路120、控制器和交互装置，限流组件110和电器设备的保护棒串联，且公共端连接电压运算放大电路120，限流组件110的另一端连接外部电源端，保护棒的另一端接地；电压运算放大电路120连接控制器，控制器连接交互装置。其中，限流组件110为限流电阻R1，电阻2为电器设备的保护棒的等效电阻。
具体地，电压运算放大电路120包括放大器U1-A、电阻R3和电阻R4，放大器U1-A的反相输入端-连接限流组件110和保护棒的公共端，放大器的同相输入端+通过电阻R3接地，放大器U1-A的电源端VCC连接外部电源端，放大器U1-A的接地端GND接地，放大器U1-A的输出端连接控制器，并通过电阻R4连接放大器U1-A的同相输入端+。
交互装置的具体结构并不是唯一的，交互装置可以是采用显示屏、指示灯、扬声器或其他器件，也可以是采用多个器件的组合。控制器可以是将分析确定的镁棒腐蚀级别发送至显示器进行显示以便用户查看。此外，控制器还可以在计算得到的镁棒电阻值达到保存的设定值时，则判定镁棒即将完全腐蚀，通过指示灯闪烁或扬声器输出语音信息，提示用户是否需要更换镁棒。
在一个实施例中，电器设备保护棒消耗监控装置还包括第一电极片和第二电极片，第一电极片和第二电极片分别设置在保护棒两端，第一电极片连接限流组件，第二电极片接地。
在一个实施例中，交互装置包括连接控制器的显示装置。其中，显示装置具体可包括连接控制器的显示屏和/或状态指示灯。显示屏可以是LED显示屏或LCD显示屏，状态指示灯可以是LED指示灯。控制器可以是根据镁棒当前的消耗状态，控制显示屏显示不同的图片、文字或动画等信息，还可以在检测到镁棒电阻值达到设定值后控制显示屏显示提示信息。或者，控制器可以是根据镁棒当前的消耗状态，控制相应数量的LED指示灯点亮来表征镁棒当前的消耗状态，还可以在测到镁棒电阻值达到设定值后控制LED指示灯显示特定颜色(如红色)，以提醒用户需要更换镁棒。
在另一个实施例中，交互装置包括连接控制器的扬声器。控制器可以是根据镁棒当前的消耗状态，控制扬声器输出对应的状态提示语音，以及在检测到镁棒电阻值达到设定值后控制扬声器输出更换提醒语音。
在一个实施例中，保护棒包括绝缘体和金属条，绝缘体设置有螺旋状的绝缘导槽，金属条设置于绝缘导槽。其中，保护棒具体可采用镁棒，对应地，金属条为镁条。具体地，可采用绝缘材料制作圆柱状的绝缘体，并围绕绝缘体表面形成螺旋状的绝缘导槽，以用作设置镁条，即绝缘体像螺钉的螺牙，而镁条则填充在螺牙与螺牙之间的间隙，第一电极片和第二电极片分别设置在绝缘体两侧与镁条连接。
本实施例中，通过结构设计将镁棒设计成为螺旋状的镁棒结构，能够增大镁棒的等效电阻，并且在镁棒腐蚀过程中也能够较大的影响镁棒的等效电阻，使控制器能够更好的读取镁棒分压的变化值。
上述电器设备，将限流组件110和保护棒串联，通过电压运算放大电路120对限流组件110和保护棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至控制器，控制器根据放大电压信号控制交互装置输出保护棒消耗状态信息，能够准确自动监测保护棒的消耗状态并输出相应状态信息，以便用户知晓，实现了准确对电器设备的保护棒消耗进行监控，确保电器设备可靠运行。
为便于更好地理解上述电器设备保护棒消耗监控装置和电器设备，下面结合具体实施例进行详细解释说明。
本申请提供的电器设备镁棒消耗监控装置，用电压放大电路监测镁棒腐蚀导致的电压微小变化，能够监测电器设备内镁棒的剩余量，在镁棒不足时及时提示用户更换镁棒，实现阴极保护，延长水箱寿命，通过放大电路放大镁棒腐蚀对镁棒电阻的影响，从而精确监控镁棒腐蚀的进度。
具体地，镁棒生产时在镁棒中添加两个电极片，通过测试两电极之间的电压来监测镁棒的腐蚀程度。随镁棒的腐蚀程度加剧，镁棒相应的等效电阻发生改变，从而导致镁棒分压发生更改，通过运放放大器放大此电压，从而使得控制器判断镁棒是否已腐蚀。此外，在镁棒生产时将镁棒的结构设计成螺旋状，能够增大镁棒等效电阻，当镁棒腐蚀程度加剧会增大镁棒等效电阻的变化，从而使控制芯片的AD端口读取镁棒分压变化。
如图1所示为电器设备保护棒消耗监控装置的结构图。通过电压运算放大电路120可将镁棒电压放大100倍，通过控制芯片的AD端口读取该电压值，判断镁棒是否已腐蚀。5V供电电源与限流电阻R1的1端连接，限流电阻R1的2端与放大器U1-A的反相输入端、电阻R2的1端连接，电阻R2的2端与信号地相连接。放大器U1-A的同相输入端与电阻R3的1端连接，电阻R3的2端与信号地相连接，放大器U1-A的同相输入端与电阻R4的1端相连接，电阻R4的2端与放大器U1-A的输出端相连接，放大器U1-A的输出端与控制芯片的AD端口相连接。
如图2所示为保护棒的结构示意图，以保护棒采用镁棒为例，通过将电极片插入镁棒两端，将镁棒等效成为一个电阻，镁棒设计为一个螺旋状的结构，之间设计为绝缘导槽，能够增加镁棒等效电阻。镁棒的具体结构包括：
镁棒电极A、B：将电极嵌入镁棒内部，可通过测量电极A、B两端分压来确定镁棒已达到何种腐蚀程度。电极A、B分别对应图1中电阻R2的1端和2端。
镁棒绝缘导槽：设置在镁棒主体部分，通过绝缘导槽将镁棒分隔为更长更细的镁棒长条，能够增加镁棒的等效电阻，相应的也能使镁棒腐蚀产生的电阻变化更大，使镁棒等效电阻分压产生变化。
本身请使用螺旋结构的镁棒，能够增大镁棒的等效电阻，并且在镁棒腐蚀过程中，能够较原来的镁棒结构使得镁棒等效电阻发生较大更改，通过电压运算放大电路120将镁棒电压放大，控制芯片的AD端口能够更容易接收到镁棒腐蚀影响带来的变化。
如图3所示为电器设备的保护棒消耗监控流程图。本申请提出的新型镁棒结构，通过结构设计的方法将镁棒设计成为螺旋状的镁棒结构，能够增大镁棒的等效电阻，并且在镁棒腐蚀过程中也能够较大的影响镁棒的等效电阻，使主控芯片能够读取镁棒分压的变化值，主控芯片能够通过镁棒分压的变化值分辨镁棒达到何种腐蚀程度，并在镁棒即将完全腐蚀前，通过指示灯提示用户需要更换镁棒。
电压运算放大电路120通过更改相应的电路外部电阻值控制电压放大倍数，通过该电路能够将镁棒电压放大100倍，通过实验测试不同腐蚀程度的镁棒阻值，将相应的数据存入主控芯片中，当主控芯片的AD端口检测到相应的数据值之后提示用户当前镁棒的腐蚀程度。
本申请通过电压运算放大电路120能够将镁棒腐蚀带来微小的变化放大，使得芯片AD端口能够读取到镁棒等效电阻发生的变化并判断当前镁棒的腐蚀程度，使用本申请的镁棒结构，能够使镁棒等效电阻增大，从而使芯片AD端口更易读取该电压值。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请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描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，包括限流组件、电压运算放大电路、控制器和交互装置，所述限流组件和电器设备的保护棒串联，且公共端连接所述电压运算放大电路，所述限流组件的另一端连接外部电源端，所述保护棒的另一端接地；所述电压运算放大电路连接所述控制器，所述控制器连接所述交互装置；
所述电压运算放大电路对所述限流组件和所述保护棒的公共端的电压进行放大，输出放大电压信号至所述控制器，所述控制器根据所述放大电压信号控制所述交互装置输出保护棒消耗状态信息。
2.根据权利要求1所述的电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，还包括第一电极片和第二电极片，所述第一电极片和所述第二电极片分别设置在所述保护棒两端，所述第一电极片连接所述限流组件，所述第二电极片接地。
3.根据权利要求1所述的电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，所述电压运算放大电路包括放大器、电阻R3和电阻R4，所述放大器的反相输入端连接所述限流组件和所述保护棒的公共端，所述放大器的同相输入端通过所述电阻R3接地，所述放大器的电源端连接外部电源端，所述放大器的接地端接地，所述放大器的输出端连接所述控制器，并通过所述电阻R4连接所述放大器的同相输入端。
4.根据权利要求1所述的电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，所述交互装置包括连接所述控制器的显示装置。
5.根据权利要求4所述的电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，所述显示装置包括连接所述控制器的显示屏和/或状态指示灯。
6.根据权利要求5所述的电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，所述状态指示灯为LED指示灯。
7.根据权利要求1所述的电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，所述交互装置包括连接所述控制器的扬声器。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的电器设备保护棒消耗监控装置，其特征在于，所述限流组件为限流电阻。
9.一种电器设备，其特征在于，包括保护棒和权利要求1-8任意一项所述的电器设备保护棒消耗监控装置。
10.根据权利要求9所述的电器设备，其特征在于，所述保护棒包括绝缘体和金属条，所述绝缘体设置有螺旋状的绝缘导槽，所述金属条设置于所述绝缘导槽。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110573043.9A Pending CN113218087A (zh) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | 电器设备保护棒消耗监控装置和电器设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113218087A (zh) |
-
2021
- 2021-05-25 CN CN202110573043.9A patent/CN113218087A/zh active Pending
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