CN212284629U - 一种自适应调速的雾化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及雾化器技术领域，公开了一种自适应调速的雾化装置，包括座体、瓶体和雾化电机，瓶体和座体之间布置有压电陶瓷片；座体内还布置有控制单元，控制单元与压电陶瓷片信号连接，压电陶瓷片用于与向控制单元传递压力信号，控制单元用于接收压力信号并判断雾化液体的液位以及实际雾化速率；雾化电机与控制单元信号连接，控制单元内预设有预设雾化速率，控制单元用于比较实际雾化速率与预设雾化速率并向雾化电机传输转速信号。当液位发生变化时，控制单元根据液位的变化速率可以得到实际雾化速率，控制单元比较实际雾化速率与预设雾化速率的数值之后调节雾化电机的转速，完成“液位－雾化电机转速”的闭环控制，实现雾化速率自适应调节。

Description

一种自适应调速的雾化装置

技术领域

本实用新型涉及雾化器技术领域，特别是涉及一种自适应调速的雾化装置。

背景技术

雾化装置通过气泵，将盛放在液体容器内的液体分解成细微的水滴散发于周围的环境之中，其已经广泛应用于日常生活中，如酒店、大堂等各个场所的香薰机等。

雾化装置包括雾化电机和储存液体容器，储存液体容器只是单纯地储存液体的容器，不能及时地获悉液位，不具备液位提示功能，用户不能及时添加雾化液体，造成雾化电机做无用功，造成能量的不必要损耗，不能满足绿色生活的要求。

授权公告号为CN209645581U，授权公告日为2019.11.19的实用新型专利公开了一种超声波雾化储液装置，包括储液箱、电机、传动杆、搅拌杆、加热器和液位器，储液箱底部设有底座，底座内侧设有电机，电机上侧设有传动杆，传动杆两侧均设有搅拌杆，搅拌杆之间安装有加热器，搅拌杆内侧设有马达，马达下侧安装有螺旋桨，储液箱左下侧设有通管，储液箱左侧设有操控面板，储液箱右侧设有安装有液位器，液位器内侧设有透明玻璃管，透明玻璃管是通过导线连接于储液箱，透明玻璃管内侧设有漂浮。上述的超声波雾化储液装置在储液箱上安装液位器，利用透明玻璃管以及内侧的漂浮检测液位，使用户可以及时地添加液体。

现有的雾化装置的雾化电机大多为固定转速工作，即雾化液体的剩余储量变化时雾化电机的雾化速率保持固定。但是雾化装置的实际雾化速率受到所处的工况例如外界环境的空气湿度，温度等影响，例如雾化装置应用于香薰机中，由于香熏精油中的芳香烃是有低毒，且大多数是化学合成的，里面有很多的化学毒素，因此会对人造成很大的伤害，如果香薰的香味挥发物浓度太高，长时间吸入过浓的香味会有害健康。

而雾化液体的剩余储量变化时，雾化液体由于溶质的沉淀、混合溶液中不同的溶液分层等，不同的液位的情况下溶质的浓度不同，导致在相同的雾化速率下释放的雾化液滴中包含的芳香烃的质量不同，随着雾化时间的延长，混合溶液中的溶质的数量增大时，会导致香薰的香味挥发物浓度太高，而雾化装置中若采用高精度的液位传感器设于雾化容器中会显著增加成本，因此雾化装置的雾化速率的自适应调节至关重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种自适应调速的雾化装置，以解决现有技术中雾化液体的液位变化时雾化速率不变，有害人员健康的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种自适应调速的雾化装置，包括座体、布置在所述座体上的瓶体和雾化电机，所述瓶体内具有用于容纳雾化液体的容纳腔，所述瓶体和座体之间布置有用于检测瓶体对座体压力的压电陶瓷片；

所述座体内还布置有控制单元，所述控制单元与所述压电陶瓷片信号连接，所述压电陶瓷片用于与向所述控制单元传递压力信号，所述控制单元用于接收压力信号并判断雾化液体的液位以及实际雾化速率；

所述雾化电机与所述控制单元信号连接，所述控制单元内预设有预设雾化速率，所述控制单元用于比较所述实际雾化速率与预设雾化速率并向所述雾化电机传输转速信号。

优选地，所述瓶体与所述压电陶瓷片之间还布置有压力放大机构。

优选地，所述压力放大机构包括第一承压片、第二承压片和弹簧，所述第一承压片布置在所述瓶体的底部，所述第二承压片的面积小于所述压电陶瓷片的面积，所述弹簧连接在所述第一承压片与第二承压片之间。

优选地，所述第一承压片与第二承压片均为圆形结构，第一承压片、第二承压片均与所述瓶体同轴布置，所述弹簧垂直于第一承压片与第二承压片。

优选地，所述座体包括底座和布置在所述底座上的瓶壳，所述瓶体套装在所述瓶壳内，瓶体的高度高于所述瓶壳的高度，所述压电陶瓷片布置在所述瓶壳的内底部。

优选地，所述控制单元包括液位检测模块和电荷放大模块，所述电荷放大模块连接在所述压电陶瓷片与液位检测模块之间。

优选地，所述座体上还布置有显示屏，所述显示屏与所述控制单元信号连接，所述显示屏用于接收控制单元传输的液位信号和雾化速率信号。

本实用新型实施例一种自适应调速的雾化装置与现有技术相比，其有益效果在于：压电陶瓷片具有压力敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，利用压电陶瓷片的正压电效应，当液位发生变化时，压电陶瓷片受到的压力发生变化，压电陶瓷片产生的电荷量随受到的外力的变化而变化，控制单元通过检测电荷量的变化即可连续地实时测量液位，无需与雾化液体直接接触即可检测液位变化，既避免液体受污染，又延长了雾化装置的使用寿命；根据液位的变化速率可以得到实际雾化速率，控制单元比较实际雾化速率与预设雾化速率的数值之后向雾化电机传输转速信号，调节雾化电机的转速，完成“液位－雾化电机转速”的闭环控制，实现雾化速率自适应调节，在不同的液位下输出同样的溶质浓度，保证人员的身体健康。

附图说明

图1是本实用新型的自适应调速的雾化装置的整体结构示意图；

图2是图1的自适应调速的雾化装置的内部结构示意图；

图3是图2的自适应调速的雾化装置在A处的放大示意图；

图4是图1的自适应调速的雾化装置的结构爆炸视图；

图5是图1的自适应调速的雾化装置的结构框图；

图6是图1的自适应调速的雾化装置的工作流程图。

图中；1、瓶体；2、第一承压片；3、压电陶瓷片；4、瓶壳；5、底座；6、开关按钮；7、电源接口；8、输出端口；9、控制单元；10、显示屏；11、第二承压片；12、弹簧；13、压力放大机构；14、导线；201、显示模块；202、液位检测模块；203、混合液；204、雾化电机；205、调节模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的一种自适应调速的雾化装置的优选实施例，如图1至图6所示，该自适应调速的雾化装置包括座体、瓶体1、压电陶瓷片3、雾化电机204和控制单元9，瓶体1布置在座体上，瓶体1用于容纳雾化液体，控制单元9布置在座体上，雾化电机204与控制单元9信号连接，控制单元9用于控制雾化电机204的动作以控制该自适应调速的雾化装置的工作。

瓶体1为圆柱形的空腔机构，瓶体1的内腔形成用于容纳雾化液体的容纳腔，瓶体1的顶部为开放结构。瓶体1采用绝缘材质制作成型，瓶体1选用高密度聚乙烯(HDPE)，HDPE是一种结晶度高、非极性面呈一定程度的半透明状，它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性能，耐环境应力开裂性亦较好，硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀。

座体包括底座5和瓶壳4，瓶壳4为筒形结构，瓶壳4的顶部为开口结构，瓶壳4的底部设置有外径减小的阶梯型的外壁面。底座5为圆柱形结构，底座5的顶端成型有环形槽，环形槽与瓶体1底部的阶梯型的外壁面配合，使瓶体1可以装配在底座5上，瓶壳4与底座5采用螺纹密封连接。底座5的底面为平面，便于底座5稳定支撑。

底座5的内部开设有矩形槽，矩形槽内安装有控制单元9，底座5的外壁面上还布置有电源接口7和开关按钮6，电源接口7用于与外部电源连接，开关按钮6用于控制该自适应调速的雾化装置的启停作业。底座5上还布置有输出端口8，输出端口8与控制单元9的调节模块205信号连接，输出端口8用于与雾化电机204信号连接，输出端口8可以向雾化电机204传输控制单元9的转速信号，以调节雾化电机204的转速，实现对雾化速率的随工况自适应调节。

瓶壳4的内径大于瓶体1的外径，瓶体1同轴套设在瓶壳4内，瓶体1的开口端面高于瓶壳4的上端面。瓶壳4的内底部开设有阶梯凹槽，阶梯凹槽沿靠近底座5的方向直径逐渐减小，阶梯凹槽的上部的直径略小于压电陶瓷片3的直径，压电陶瓷片3过盈装配在阶梯凹槽的上部，阶梯凹槽的上部的高度略大于压电陶瓷的厚度，并采用环氧树脂AB胶将压电陶瓷粘贴固定在阶梯凹槽的阶梯面上。

阶梯凹槽的下部使压电陶瓷片3与底座5之间形成空心层，即压电陶瓷片3中间部分没有接触物，可供压电陶瓷片3在竖直方向上发生形变。压电陶瓷片3的极化电极分别焊接导线14穿过瓶壳4底部中间通道接入底座5上的控制单元9。

压电陶瓷片3具有压力敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，利用压电陶瓷片3的正压电效应，当液位发生变化时，压电陶瓷片3受到的压力发生变化，压电陶瓷片3产生的电荷量随受到的外力的变化而变化，控制单元9通过检测电荷量的变化即可连续地实时测量液位，根据液位的变化速率可以得到实际雾化速率。

瓶体1的底部与压电陶瓷片3之间还布置有压力放大机构13，压力放大机构13用于放大瓶体1传输给压电陶瓷片3的压力，增加压电陶瓷片3的电荷量，以提高检测结果的精确性。压力放大机构13包括第一承压片2、第二承压片11和弹簧12，第一承压片2与第二承压片11均为圆形结构，第一承压片2、第二承压片11以及弹簧12均为金属材质且与瓶体1同轴布置，弹簧12垂直于第一承压片2与第二承压片11，以保证压力以瓶体1的轴向传递，提高检测结果的精确性。

第一承压片2固定在瓶体1的底部，第一承压片2的顶面与瓶体1的底面接触，第二承压片11的底面与压电陶瓷片3的端面接触，弹簧12的顶端与第一承压片2焊接固定、弹簧12的底端与第二承压片11焊接固定，使传力路径平稳。第一承压片2的直径与瓶体1的直径相同，第一承压片2的直径大于第二承压片11的直径，并且第二承压片11的直径小于压电陶瓷片3的直径，即第二承压片11的面积小于第一承压片2、压电陶瓷片3的面积。

由于压电陶瓷片3的中间部分悬空设置，瓶体1以及瓶体1内的雾化液体的重力经放大机构间接作用于压电陶瓷片3的水平面上，由于压力放大机构13、瓶体1、压电陶瓷片3的圆心同轴布置，故压电陶瓷片3在竖直平面上的最大扰度变形位于压电陶瓷片3的中心。当第二承压片11的直径越小，压电陶瓷片3的受力面积越小，压电陶瓷片3的最大挠度越大，因此当液位发生变化(即压电陶瓷片3受到的压力变化)时，压电陶瓷片3的最大挠度变化越明显，产生的电荷量的变化越明显，故而极大地提高了液位检测的灵敏度。

另外，在第一承压片2与第二承压片11之间设置弹簧12，随着液位的下降，弹簧12储存的弹性势能逐渐释放，在释放势能的瞬间，会产生一个竖直向上的加速度，由牛顿第二定律，压电陶瓷片3会受到一个向上的合外力，加大了压电陶瓷片3的形变恢复量，在一定程度上提高了液位检测的灵敏度。然而，若压电陶瓷片3的直径与第二承压片11的直径的比值过大，压电陶瓷片3的最大挠度过大，超出了压电陶瓷片3所能承载的机械强度。本实施例中的第二承压片11的直径为压电陶瓷片3的直径的1/3，弹簧12的直径为第二承压片11的直径的一半。

控制单元9包括液位检测模块202、显示模块201、调节模块205和电荷放大模块，电荷放大模块连接在压电陶瓷片3与液位检测模块202之间，即压电陶瓷片3的极化电极连接电荷放大模块，再经电荷放大模块连接液位检测模块202。在压电陶瓷片3的正压电效应下，液位变化使得作用于压电陶瓷片3的压力发生变化，压电陶瓷片3产生的电荷量随压力的变化而改变，经电荷放大模块将压电陶瓷片3产生的微弱电荷变化变换成与其成正比的电压变化。显示模块201用于与瓶体1上的显示屏10信号连接，显示液位等信息；调节模块205用于与雾化电机204信号连接，以调节雾化电机204的转速。

液位检测模块202用于分析电荷放大模块传输的电压，并根据电压判断瓶体1内雾化液体的具体液位。当该雾化装置开始工作时，控制单元9的液位检测模块202只需检测电荷放大器输出电压的变化曲线，再通过带通滤波过滤除液位变化外的外界干扰因素，即得到关于“液位—电压”的单一自变量的变化曲线，最后，在实际工况下获得“液位—电压”的一一匹配机制。

控制单元9内预设有与不同液位一一对应的预设雾化速率，预设雾化速率可根据用户的需要或者雾化装置所处的环境需求自行修改，以满足不同用户的需求，以达到最为合适的控制效果。控制单元9设置一定的雾化实际间隔，雾化时间间隔的设定可以为1s，2s，3s，4s，5s，6s等。控制单元9通过前述的原理检测雾化时间间隔内的第一液位和第二液位，根据第一液位和第二液位的液位差以及雾化时间间隔，计算出该雾化装置的实际雾化速率，比较实际雾化速率与预设雾化速率，则向雾化电机204传输转速信号，改变雾化电机204的转速，从而调节实际雾化速率。

本实施例中，控制单元9通过改变雾化电机204的驱动电压调节雾化电机204的转速，若实际雾化速率大于预设雾化速率，则控制单元9向雾化电机204传输降压信号，通过降低雾化电机204的驱动电压来降低转速；若实际雾化速率小于预设雾化速率，则控制单元9向雾化电机204传输加压信号，通过增加雾化电机204的驱动电压来增加转速。

在瓶壳4上还布置有显示屏10，显示屏10与控制单元9的显示模块201信号连接，显示屏10用于接收并显示控制单元9传输的液位信号和雾化速率信号，反馈雾化电机204的实际转速。

本实用新型的工作过程为：在电源接口7上接入电源线，输出端口8连接雾化电机204，启动开关按钮6，该自适应调速的雾化装置开始雾化，雾化电机204将瓶体1内的雾化液体混合空气泵送到外部环境，依靠“液位－雾化电机转速”的闭环控制使得雾化装置的实际雾化速率始终保持预设雾化速率进行雾化。

控制单元9检测液位以及调节雾化电机204的转速时，包括以下步骤：

步骤301，操作人员根据使用环境输入预设雾化速率。其中预设雾化速率可根据用户的需要或者雾化装置所处的环境需求自行修改，以满足不同用户的需求，以达到最为合适的控制效果。

步骤302，设置控制单元9读取液位的雾化时间间隔。

设置一定的雾化时间间隔，控制单元9读取该雾化时间间隔的首尾两端的瓶体内混合液的液位。雾化时间间隔的设定可以为1s，2s，3s，4s等。雾化时间间隔的大小决定了总的实际雾化时间越接近预设雾化时间，雾化时间间隔越短，越接近预设雾化时间，但所需的程序的计算量越大，故应选择一个合适的雾化时间间隔。本实施例中，雾化时间间隔设置为5s。

步骤303，控制单元9获取第一液位。控制单元9读取设定的雾化时间间隔的首端的液位作为第一液位。该自适应调速的雾化装置刚开始雾化时，控制单元9以瓶体1内的混合液203的液位作为第一液位；

步骤304，控制单元9判断第一液位是否为零。

具体判断方法为，假设瓶体1内不储存液体，瓶体1净重量为m₁，储存在瓶体1的溶液的重量为m₂。作用于压力放大机构13端面的垂直于端面的力为G＝(m₁+m₂)·g(其中g为检测装置所处位置的重力加速度)，压力放大机构13的压力放大系数为λ，经压力放大机构13作用于压电陶瓷片3的垂直于接触面的力为F＝λ·G。

由于压电陶瓷片3受到压力的作用会产生厚度变形，根据压电陶瓷片3的纵向压电效应，产生的表面电荷为Q＝d·F，(其中d为压电陶瓷片3的压电常数)，因此压电陶瓷片3产生的表面电荷Q＝d·λ·(m₁+m₂)·g。

随着液位的变化(即储存在瓶体1的溶液的重量为m₂发生变化)，压电陶瓷片3产生的表面电荷Q也发生变化，且液位与产生电荷Q存在一一对应关系。当瓶体1内不储存液体，控制单元检测到压电陶瓷片3表面产生的电荷Q＝d·λ·m₁·g，即液位为零。

步骤305a、若第一液位不为零，控制单元9按预设雾化速率向雾化电机204输入驱动电压，雾化电机204匹配对应转速并启动。

根据用户所设定的雾化速率，控制单元9自动匹配对应的雾化电机204转速，雾化电机204的转速可通过控制电机的驱动电压以达到目的。

步骤305b、若第一液位为零，控制单元9控制雾化电机204停止工作，控制单元9通过显示屏10和报警器提醒用户添加液体。

步骤306，控制单元获取第二液位。

控制单元9读取经过该雾化时间间隔后的瓶体1内混合液203的液位，作为第二液位，即设定的雾化时间间隔尾端的液位作为第二液位。

步骤307，控制单元9判断第二液位是否为零。判断方法同第一液位的判断方法一致。

步骤308a、若第二液位不为零，控制单元9根据第一液位和第二液位的液位差以及雾化时间间隔，计算实际雾化速率。

实际雾化速率的计算方法为第一液位和第二液位的液位差除以瓶体1内雾化液体的液位从第一液位雾化到第二液位所用的时间，即设置的雾化时间间隔。

步骤308b、若第二液位为零，控制单元9控制雾化电机204停止工作，并通过显示屏10和报警器提醒用户添加液体。

步骤309、控制单元9比较实际雾化速率与预设雾化速率，调节雾化电机204的驱动电压，雾化电机204按预设雾化速率继续雾化。

若实际雾化速率大于预设雾化速率，则控制单元9向雾化电机204传输降压信号，通过降低雾化电机204的驱动电压来降低转速。若实际雾化速率小于预设雾化速率，则控制单元9向雾化电机204传输加压信号，通过增加雾化电机204的驱动电压来增加转速，在调节驱动电压完毕时，继续雾化。

最后，依次重复步骤303－步骤309，直到雾化结束。

综上，本实用新型实施例提供一种自适应调速的雾化装置，其压电陶瓷片具有压力敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，利用压电陶瓷片的正压电效应，当液位发生变化时，压电陶瓷片受到的压力发生变化，压电陶瓷片产生的电荷量随受到的外力的变化而变化，控制单元通过检测电荷量的变化即可连续地实时测量液位，根据液位的变化速率可以得到实际雾化速率，控制单元比较实际雾化速率与预设雾化速率的数值之后向雾化电机传输转速信号，调节雾化电机的转速，完成“液位－雾化电机转速”的闭环控制，实现雾化速率自适应调节，在不同的液位下输出同样的溶质浓度，保证人员的身体健康。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种自适应调速的雾化装置，其特征在于，包括座体、布置在所述座体上的瓶体和雾化电机，所述瓶体内具有用于容纳雾化液体的容纳腔，所述瓶体和座体之间布置有用于检测瓶体对座体压力的压电陶瓷片；

所述座体内还布置有控制单元，所述控制单元与所述压电陶瓷片信号连接，所述压电陶瓷片用于与向所述控制单元传递压力信号，所述控制单元用于接收压力信号并判断雾化液体的液位以及实际雾化速率；

所述雾化电机与所述控制单元信号连接，所述控制单元内预设有预设雾化速率，所述控制单元用于比较所述实际雾化速率与预设雾化速率并向所述雾化电机传输转速信号。

2.根据权利要求1所述的自适应调速的雾化装置，其特征在于，所述瓶体与所述压电陶瓷片之间还布置有压力放大机构。

3.根据权利要求2所述的自适应调速的雾化装置，其特征在于，所述压力放大机构包括第一承压片、第二承压片和弹簧，所述第一承压片布置在所述瓶体的底部，所述第二承压片的面积小于所述压电陶瓷片的面积，所述弹簧连接在所述第一承压片与第二承压片之间。

4.根据权利要求3所述的自适应调速的雾化装置，其特征在于，所述第一承压片与第二承压片均为圆形结构，第一承压片、第二承压片均与所述瓶体同轴布置，所述弹簧垂直于第一承压片与第二承压片。

5.根据权利要求1－4任一项所述的自适应调速的雾化装置，其特征在于，所述座体包括底座和布置在所述底座上的瓶壳，所述瓶体套装在所述瓶壳内，瓶体的高度高于所述瓶壳的高度，所述压电陶瓷片布置在所述瓶壳的内底部。

6.根据权利要求1－4任一项所述的自适应调速的雾化装置，其特征在于，所述控制单元包括液位检测模块和电荷放大模块，所述电荷放大模块连接在所述压电陶瓷片与液位检测模块之间。

7.根据权利要求1－4任一项所述的自适应调速的雾化装置，其特征在于，所述座体上还布置有显示屏，所述显示屏与所述控制单元信号连接，所述显示屏用于接收控制单元传输的液位信号和雾化速率信号。

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