CN113236852A - 一种智能恒温水阀的恒温保持方法 - Google Patents

一种智能恒温水阀的恒温保持方法 Download PDF

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CN113236852A CN202110585986.3A CN202110585986A CN113236852A CN 113236852 A CN113236852 A CN 113236852A CN 202110585986 A CN202110585986 A CN 202110585986A CN 113236852 A CN113236852 A CN 113236852A
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张力戈
袁林江
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices

Abstract

本发明提供了一种智能恒温水阀的恒温保持方法，属于恒温水阀技术领域。它解决了现有技术中的使用不安全等问题。本发明包括S1：输入指令：通过控制面板设定预设温度，处理元件接收预设温度；S2：流速控制和采集：处理元件通过第一出水控制器控制热水管水流流速，处理元件通过第二出水控制器控制冷水管水流流速，第一流速采集模块采集热水流速，第二流速采集模块采集冷水流速；S3：温度采集：第一温度采集模块采集出水管中的水流温度信息；S4：温度保持：处理元件对比水流温度信息和预设温度调节第一出水控制器和第二出水控制器；‑S4.1：调节温度保持；‑S5.1：使用温度保持。本发明具有保持恒温，不需要使用者长时间调节水阀，使用方便等优点。

Description

一种智能恒温水阀的恒温保持方法
技术领域
本发明属于恒温水阀技术领域，特别涉及一种智能恒温水阀的恒温保持方法。
背景技术
恒温水阀是在热水器中对出水温度进行控制的水阀，现有的水阀都是人手动调节，使用时，由于热水器热水温度不固定，使用者必须要不断调整水阀以保持水温的恒定，但这种调节需要不断调节水阀，调节时容易出现水资源的浪费，同时，由于水温需要人体感受才能知道是否合适，使用者调节水温温度时，水流会出现温度过高或过低的情况，会对使用者的皮肤造成损伤，使用不安全。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种智能恒温水阀的恒温保持方法。
本发明的目的可通过下列技术方案实现：一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：输入指令：通过控制面板设定预设温度，处理元件接收预设温度；
S2：流速控制和采集：处理元件通过第一出水控制器控制热水管水流流速，处理元件通过第二出水控制器控制冷水管水流流速，第一流速采集模块采集热水流速，第二流速采集模块采集冷水流速；
S3：温度采集：第一温度采集模块采集出水管中的水流温度信息；
S4：温度保持：处理元件对比水流温度信息和预设温度调节第一出水控制器和第二出水控制器；
-S4.1：调节温度保持：处理元件比较预设温度和水流温度信息，若水流温度信息大于预设温度，则处理元件控制第一出水控制器关小或第二出水控制器开大直至水流温度信息等于预设温度；若水流温度信息小于预设温度，则处理元件控制第一出水控制器开大或第二出水控制器关小直至水流温度信息等于预设温度；若水流温度信息等于预设温度，则处理元件控制第一出水控制器和第二出水控制器保持原位；
-S5.1：使用温度保持：处理元件根据第一流速传感器传递的信息实时调节第一出水控制器和第二出水控制器。
本发明的工作原理：使用者在控制面板上输入自己想要的水温，控制面板根据水温生成预设温度，并将预设温度传递至处理元件，处理元件根据预设温度，首先控制第一出水控制器和第二出水控制器打开热水管和冷水管，设置在热水管上的第一流速采集模块采集热水流速，设置在冷水管上的第二流苏采集模块采集冷水流速，当冷热水流到出水管中进行中和后，第一温度采集模块对出水管中的中和水流温度进行信息采集；
温度保持存在两个阶段：
调节温度保持阶段：在这个阶段，处理元件能够通过第一流速采集模块和第二流速采集模块得知热水管和冷水管中水流的流速，在通过第一温度采集模块得知出水管内的水流温度信息后，处理元件对比预设温度和第一温度采集模块采集的水流温度信息，若水流温度信息大于预设温度，则处理元件控制第一出水控制器关小或第二出水控制器开大直至水流温度信息等于预设温度，若水流温度信息小于预设温度，则处理元件控制第一出水控制器开大或第二出水控制器关小直至水流温度信息等于预设温度，若水流温度信息等于预设温度，处理元件控制第一出水控制器和第二出水控制器保持原位，在调节时，第一流速采集模块和第二流速采集模块实时传递热水管和冷水管中的流速信息，处理元件根据计算后控制第一出水控制器和第二出水控制器调整到一个固定位置，在这个位置水流温度等于预设温度；
使用温度保持阶段：在这个阶段，热水不断消耗，第一流速采集模块测得的热水流速会根据热水消耗而发生变化，处理元件能够在这种情况下不断调节第一出水控制器和第二出水控制器的位置，使得冷热水管中的水流流速变慢但温度恒定，从而获得一直保持不变的水温；
使用者不会因长时间使用后因热水使用完毕后突然被淋到冷水而感冒，也不会在使用时因突然改变的水温而不断调节水阀，使用更加安全方便。
在上述的一种智能恒温水阀中，所述的热水管中设置有用于采集热水温度的第二温度采集模块，所述的冷水管中设置有用于采集冷水温度的第三温度采集模块，所述的第二温度采集模块和第三温度采集模块用于提高处理元件的计算精度。
在上述的一种智能恒温水阀中，所述的处理元件设置有第一预设值和第二预设值，当所述的预设温度超过第一预设值时，所述的处理元件控制第一水流调节装置打开并同时控制第二水流调节装置关闭；当所述的预设温度低于第二预设值时，所述的处理元件控制第二水流调节装置打开并同时控制第一水流调节装置关闭。
在上述的一种智能恒温水阀中，所述的第一流速采集模块和第二流速采集模块均设置有上游传感器和下游传感器，所述的上游传感器向下游传感器传递正向声束信号，所述的下游传感器向上游传感器传递逆向声束信号；
当所述的热水管和冷水管内没有水流通过时，正向声束信号和逆向声束信号的接收时间相同，当所述的热水管和冷水管内有水流通过时，下游传感器向上游传感器传递的逆向声束信号会因水流正向流动产生的阻力而延长传递时间，使得正向声束信号的传播时间小于逆向声束信号的传播时间，设：
θ：正向声束信号和逆向声束信号与水流的流动方向的夹角；
M：正向声束信号和逆向声束信号在水流中的直线传播次数；
D：热水管和冷水管的内径；
Tup：正向声束信号的传播时间；
Tdown：逆向声束信号的传播时间；
得：ΔT＝Tup-Tdown；
水流流速式为：
Figure BDA0003087954880000041
第一流速采集模块能够通过水流流速式测得热水管中的水流流速v1，第二流速采集模块能够通过水流流速式测得冷水管中的水流流速v2。
在上述的一种智能恒温水阀中，设出水管水温为T，热水管温度为T1，热水管中水流流速为v1；冷水管温度为T2，冷水管中水流流速为v2；设热水管中的水温由T1降到T需放出的热量为：Q1＝c·m1·|T1-T|；冷水管中的水温由T2升到T需吸收的热量为：Q2＝c·m2·|T-T2|；当Q1＝Q2时，热水管和冷水管内的水流流速和流出的水流量相同，即c·m1·|T1-T|＝c·m2·|T-T2|，
Figure BDA0003087954880000042
考虑温度对水密度的改变，则有：T1温度下水密度为ρ1；T2温度下水密度为ρ2；
热水管和冷水管内的横截面积相同，设热水管和冷水管的内管径均为s，则在单位时间t内热水管流出的热水质量m1＝ρ1·v1·t·s；单位时间t内冷水管流出的冷水质量m2＝ρ2·v2·t·s；即可得出
Figure BDA0003087954880000051
热水质量m1＝ρ1·v1·t·s和冷水质量m2＝ρ2·v2·t·s中的变量仅存在v1和v2，
Figure BDA0003087954880000052
能够表达中和水流温度中热水和冷水的质量混合比例，若第三温度采集模块采集到的中和水流温度大于预设温度，则需要处理元件控制第一水流调节装置关小或第二水流调节装置开大，使得v1＜v2，热水出水量小于冷水出水量；若第三温度采集模块采集到的中和水流温度小于预设温度，则需要处理元件控制第一水流调节装置开大或第二水流调节装置关小，使得v1＞v2，热水出水量大于冷水出水量。
在上述的一种智能恒温水阀中，所述的第一流速采集装置和第二流速采集装置均设置为超声波测量仪。
在上述的一种智能恒温水阀中，所述的热水管采用耐高温材料制成。
在上述的一种智能恒温水阀中，所述的第一温度采集模块、第二温度采集模块和第三温度采集模块均设置为铂电阻温度传感器。
与现有技术相比，本发明具有保持恒温，不需要使用者长时间调节水阀，使用方便的优点。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的流速采集示意图。
图中，1、控制面板；2、处理元件；3、第一出水控制器；4、第二出水控制器；5、第一流速采集模块；6、第二流速采集模块；7、第一温度采集模块；8、第二温度采集模块；9、第三温度采集模块；12、热水管；13、冷水管；14、出水管；22、上游传感器；23、下游传感器。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：输入指令：通过控制面板1设定预设温度，处理元件2接收预设温度；
S2：流速控制和采集：处理元件2通过第一出水控制器3控制热水管12水流流速，处理元件2通过第二出水控制器4控制冷水管13水流流速，第一流速采集模块5采集热水流速，第二流速采集模块6采集冷水流速；
S3：温度采集：第一温度采集模块7采集出水管14中的水流温度信息；
S4：温度保持：处理元件2对比水流温度信息和预设温度调节第一出水控制器3和第二出水控制器4；
-S4.1：调节温度保持：处理元件2比较预设温度和水流温度信息，若水流温度信息大于预设温度，则处理元件2控制第一出水控制器3关小或第二出水控制器4开大直至水流温度信息等于预设温度；若水流温度信息小于预设温度，则处理元件2控制第一出水控制器3开大或第二出水控制器4关小直至水流温度信息等于预设温度；若水流温度信息等于预设温度，则处理元件2控制第一出水控制器3和第二出水控制器4保持原位；
-S5.1：使用温度保持：处理元件2根据第一流速传感器传递的信息实时调节第一出水控制器3和第二出水控制器4；
使用者在设定好温度后，处理元件2能够根据使用者设定的温度控制出水管14内的水流温度，使得出水管14输出的水流一直是使用者所需的温度，使用智能方便，不需要使用者频繁调节，也不会对使用者的使用造成影响，使用效果好。
使用温度保持阶段：在这个阶段，热水不断消耗，第一流速采集模块5测得的热水流速会根据热水消耗而发生变化，处理元件2能够在这种情况下不断调节第一出水控制器3和第二出水控制器4的位置，使得冷热水管12中的水流流速变慢但温度恒定，从而获得一直保持不变的水温；
使用者不会因长时间使用后因热水使用完毕后突然被淋到冷水而感冒，也不会在使用时因突然改变的水温而不断调节水阀，使用更加安全方便。
如图2所示，进一步细说，热水管12中设置有用于采集热水温度的第二温度采集模块8，冷水管13中设置有用于采集冷水温度的第三温度采集模块9，第二温度采集模块8和第三温度采集模块9用于提高处理元件2的计算精度，处理元件2在进行第一出水控制器3和第二出水控制器4的位置调节时，需要得知热水管12和冷水管13内的水流温度，再结合热水管12的水流流速和冷水管13的水流流速，处理元件2计算得出一个精准的保持位置，使得出水温度与使用者输入的温度保持一致，减少误差。
进一步细说，处理元件2设置有第一预设值和第二预设值，当预设温度超过第一预设值时，处理元件2控制第一水流调节装置打开并同时控制第二水流调节装置关闭；当预设温度低于第二预设值时，处理元件2控制第二水流调节装置打开并同时控制第一水流调节装置关闭；
第一预设值为出水管14中水流中和温度的最高温度，当使用者所需的温度大于第一预设值时，处理元件2控制第一出水控制器3开启并同时控制第二出水控制器4关闭，使得出水管14中只存在热水水流而不存在冷水水流，使得出水管14的输出水流的温度尽量符合使用者所需的温度；第二预设值为出水管14中水流中和温度的最低温度，当使用者所需的温度低于第二预设值时，处理元件2控制第一出水控制器3关闭并同时控制第二出水控制器4开启，使得出水管14中只存在冷水水流而不存在热水水流，使出水管14的输出水流的温度尽量符合使用者所需的温度。
如图3所示，进一步细说，第一流速采集模块5和第二流速采集模块6均设置有上游传感器22和下游传感器23，上游传感器22向下游传感器23传递正向声束信号，下游传感器23向上游传感器22传递逆向声束信号；
当热水管12和冷水管13内没有水流通过时，正向声束信号和逆向声束信号的接收时间相同，当热水管12和冷水管13内有水流通过时，下游传感器23向上游传感器22传递的逆向声束信号会因水流正向流动产生的阻力而延长传递时间，使得正向声束信号的传播时间小于逆向声束信号的传播时间，设：
θ：正向声束信号和逆向声束信号与水流的流动方向的夹角；
M：正向声束信号和逆向声束信号在水流中的直线传播次数；
D：热水管12和冷水管13的内径；
Tup：正向声束信号的传播时间；
Tdown：逆向声束信号的传播时间；
得：ΔT＝Tup-Tdown；
水流流速式为：
Figure BDA0003087954880000091
第一流速采集模块5能够通过水流流速式测得热水管12中的水流流速v1，第二流速采集模块6能够通过水流流速式测得冷水管13中的水流流速v2。
进一步细说，设出水管14水温为T，热水管12温度为T1，热水管12中水流流速为v1；冷水管13温度为T2，冷水管13中水流流速为v2；设热水管12中的水温由T1降到T需放出的热量为：Q1＝c·m1·|T1-T|；冷水管13中的水温由T2升到T需吸收的热量为：Q2＝c·m2·|T-T2|；当Q1＝Q2时，热水管12和冷水管13内的水流流速和流出的水流量相同，即c·m1·|T1-T|＝c·m2·|T-T2|，
Figure BDA0003087954880000092
考虑温度对水密度的改变，则有：T1温度下水密度为ρ1；T2温度下水密度为ρ2；
热水管12和冷水管13内的横截面积相同，设热水管12和冷水管13的内管径均为s，则在单位时间t内热水管12流出的热水质量m1＝ρ1·v1·t·s；单位时间t内冷水管13流出的冷水质量m2＝ρ2·v2·t·s；即可得出
Figure BDA0003087954880000101
热水质量m1＝ρ1·v1·t·s和冷水质量m2＝ρ2·v2·t·s中的变量仅存在v1和v2，
Figure BDA0003087954880000102
能够表达中和水流温度中热水和冷水的质量混合比例，若第三温度采集模块9采集到的中和水流温度大于预设温度，则需要处理元件2控制第一水流调节装置关小或第二水流调节装置开大，使得v1＜v2，热水出水量小于冷水出水量；若第三温度采集模块9采集到的中和水流温度小于预设温度，则需要处理元件2控制第一水流调节装置开大或第二水流调节装置关小，使得v1＞v2，热水出水量大于冷水出水量。
进一步细说，第一流速采集装置和第二流速采集装置均设置为超声波测量仪，超声波在液体中传播时，液体的流动将使超声波的传播时间出现微小变化，通过超声波测量仪捕捉这种微小变化来检测水流的流速，检测灵敏度高，检测结果准确。
进一步细说，热水管12采用耐高温材料制成，延长使用寿命，避免使用者频繁更换热水管12，使用效果好。
进一步细说，第一温度采集模块7、第二温度采集模块8和第三温度采集模块9均设置为铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器有良好的长期稳定性，不会因高低温而引起物理或化学变化，使用更加安全。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了大量术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：输入指令：通过控制面板(1)设定预设温度，处理元件(2)接收预设温度；
S2：流速控制和采集：处理元件(2)通过第一出水控制器(3)控制热水管(12)水流流速，处理元件(2)通过第二出水控制器(4)控制冷水管(13)水流流速，第一流速采集模块(5)采集热水流速，第二流速采集模块(6)采集冷水流速；
S3：温度采集：第一温度采集模块(7)采集出水管(14)中的水流温度信息；
S4：温度保持：处理元件(2)对比水流温度信息和预设温度调节第一出水控制器(3)和第二出水控制器(4)；
-S4.1：调节温度保持：处理元件(2)比较预设温度和水流温度信息，若水流温度信息大于预设温度，则处理元件(2)控制第一出水控制器(3)关小或第二出水控制器(4)开大直至水流温度信息等于预设温度；若水流温度信息小于预设温度，则处理元件(2)控制第一出水控制器(3)开大或第二出水控制器(4)关小直至水流温度信息等于预设温度；若水流温度信息等于预设温度，则处理元件(2)控制第一出水控制器(3)和第二出水控制器(4)保持原位；
-S5.1：使用温度保持：处理元件(2)根据第一流速传感器传递的信息实时调节第一出水控制器(3)和第二出水控制器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，所述的热水管(12)中设置有用于采集热水温度的第二温度采集模块(8)，所述的冷水管(13)中设置有用于采集冷水温度的第三温度采集模块(9)，所述的第二温度采集模块(8)和第三温度采集模块(9)用于提高处理元件(2)的计算精度。
3.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，所述的处理元件(2)设置有第一预设值和第二预设值，当所述的预设温度超过第一预设值时，所述的处理元件(2)控制第一水流调节装置打开并同时控制第二水流调节装置关闭；当所述的预设温度低于第二预设值时，所述的处理元件(2)控制第二水流调节装置打开并同时控制第一水流调节装置关闭。
4.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，所述的第一流速采集模块(5)和第二流速采集模块(6)均设置有上游传感器(22)和下游传感器(23)，所述的上游传感器(22)向下游传感器(23)传递正向声束信号，所述的下游传感器(23)向上游传感器(22)传递逆向声束信号；
当所述的热水管(12)和冷水管(13)内没有水流通过时，正向声束信号和逆向声束信号的接收时间相同，当所述的热水管(12)和冷水管(13)内有水流通过时，下游传感器(23)向上游传感器(22)传递的逆向声束信号会因水流正向流动产生的阻力而延长传递时间，使得正向声束信号的传播时间小于逆向声束信号的传播时间，设：
θ：正向声束信号和逆向声束信号与水流的流动方向的夹角；
M：正向声束信号和逆向声束信号在水流中的直线传播次数；
D：热水管(12)和冷水管(13)的内径；
Tup：正向声束信号的传播时间；
Tdown：逆向声束信号的传播时间；
得：ΔT＝Tup-Tdown；
水流流速式为：
Figure FDA0003087954870000031
第一流速采集模块(5)能够通过水流流速式测得热水管(12)中的水流流速v1，第二流速采集模块(6)能够通过水流流速式测得冷水管(13)中的水流流速v2。
5.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，设出水管(14)水温为T，热水管(12)温度为T1，热水管(12)中水流流速为v1；冷水管(13)温度为T2，冷水管(13)中水流流速为v2；
设热水管(12)中的水温由T1降到T需放出的热量为：Q1＝c·m1·|T1-T|；
冷水管(13)中的水温由T2升到T需吸收的热量为：Q2＝c·m2·|T-T2|；
当Q1＝Q2时，热水管(12)和冷水管(13)内的水流流速和流出的水流量相同，即c·m1·|T1-T|＝c·m2·|T-T2|，
Figure FDA0003087954870000032
考虑温度对水密度的改变，则有：T1温度下水密度为ρ1；T2温度下水密度为ρ2；
热水管(12)和冷水管(13)内的横截面积相同，设热水管(12)和冷水管(13)的内管径均为s，则在单位时间t内热水管(12)流出的热水质量m1＝ρ1·v1·t·s；单位时间t内冷水管(13)流出的冷水质量m2＝ρ2·v2·t·s；即可得出
Figure FDA0003087954870000041
热水质量m1＝ρ1·v1·t·s和冷水质量m2＝ρ2·v2·t·s中的变量仅存在v1和v2，
Figure FDA0003087954870000042
能够表达中和水流温度中热水和冷水的质量混合比例，若第三温度采集模块(9)采集到的中和水流温度大于预设温度，则需要处理元件(2)控制第一水流调节装置关小或第二水流调节装置开大，使得v1＞v2，热水出水量小于冷水出水量；若第三温度采集模块(9)采集到的中和水流温度小于预设温度，则需要处理元件(2)控制第一水流调节装置开大或第二水流调节装置关小，使得v1＞v2，热水出水量大于冷水出水量。
6.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，所述的第一流速采集装置和第二流速采集装置均设置为超声波测量仪。
7.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，所述的热水管(12)采用耐高温材料制成。
8.根据权利要求2所述的一种智能恒温水阀的恒温保持方法，其特征在于，所述的第一温度采集模块(7)、第二温度采集模块(8)和第三温度采集模块(9)均设置为铂电阻温度传感器。
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