專利名稱：反饋式水流調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水流調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
目前，電熱水器、燃氣熱水器均有電子控制裝置來控制出水溫度，一般是根據(jù)使用者的設(shè)定來控制火力，以達到控制水溫的目的，這是一種開環(huán)控制，控制系統(tǒng)并不真正對實際水溫進行控制。而且當(dāng)水壓變化時，水流量變化，而火力并不為此進行相應(yīng)調(diào)整，此時仍然會引起出水溫度的變化，需要使用者通過手動調(diào)節(jié)冷熱水閥門來調(diào)節(jié)溫度，因此在水壓不穩(wěn)定時，根本就做不到恒溫控制。隨著人們生活水平的提高，家庭中央熱水供應(yīng)裝置在國內(nèi)的普及，冷熱水龍頭的應(yīng)用更加廣泛。但中央熱水供應(yīng)方式更容易受水壓的影響，比如有人在沐浴的過程中，另外一人在廚房洗手，導(dǎo)致冷水水壓下降，很可能導(dǎo)致沐浴的人被熱水燙到。同時由于冷熱水從混合到出水的過程有數(shù)秒的延時，導(dǎo)致人工精確控制水溫的不可能。
雖然也有人提出了使用步進電機控制水溫，如申請?zhí)枮?9111779.4的中國專利申請中，披露了一種微電腦水溫自控器，對出水口的溫度進行檢測，單片機根據(jù)該溫度與預(yù)定溫度進行比較，當(dāng)溫度高于或低于預(yù)定溫度時，單片機控制步進電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)冷熱水的進水量，以控制出水水溫；由于僅僅測量混合水的溫度，沒有主動檢測手段，不能快速的響應(yīng)水壓變化引起的水流量變化、導(dǎo)致出水溫度的變化；而當(dāng)檢測到混合水出水溫度異常時，再行控制，此時為時已晚，導(dǎo)常水溫已經(jīng)對使用者造成影響；因而該裝置不能從根本解決問題，難以得到推廣應(yīng)用。
綜上所述，要對出水溫度進行自動控制，對冷熱水流量進行主動、實時監(jiān)控是必須具備的條件，但現(xiàn)有產(chǎn)品中，基本上都是對流量進行被動的手動調(diào)節(jié)，無法滿足自動控溫的要求。例如，在市場上最常用到的快速電熱水器，淋浴器控制電熱機構(gòu)開關(guān)的機構(gòu)往往是簡單的水流開關(guān)或者水壓開關(guān)，但是當(dāng)水流不穩(wěn)的時候，輸出的熱水忽冷忽熱，其原因如下由開環(huán)控制的水流閥門調(diào)節(jié)水流的流量，只能在恒壓供水的場合下使用，在供水水壓不能穩(wěn)定的情況下就不能穩(wěn)定水流的流量，導(dǎo)致出水溫度不能保持穩(wěn)定。在使用手動閥控的水流量時，雖能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)水流，但是由于不能測量水流量，同時提供給后級發(fā)熱體的信號是開關(guān)信號，導(dǎo)致水壓過低的時候不能恒溫。很容易在意外的情況下，比如使用水壓開關(guān)的電熱水器發(fā)生出水口堵塞時，燒壞發(fā)熱體。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，首先能夠主動、實時檢測閥門進水流量，響應(yīng)外界或自帶的控制電路的對流量的控制，次之能夠主動、實時檢測閥門進水溫度，響應(yīng)外界或自帶的控制電路的對進水溫度、乃至混合水溫度實時控制。
為此，本實用新型提出了一種反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，包括閥門，所述閥門包括閥桿1、閥體3，還包括閥門驅(qū)動機構(gòu)2和用于對所述閥門流量進行采樣的流量檢測裝置4，所述閥門驅(qū)動機構(gòu)與所述閥桿機械連接，所述流量檢測裝置集成于所述閥體上。
上述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，還增設(shè)用于對所述閥門進水溫度進行采樣的進水溫度檢測電路，集成于所述閥體上。還包括主控電路5，其溫度信號采樣輸入端、流量信號采樣輸入端分別與所述進水溫度檢測電路的溫度信號采樣輸出端、流量檢測裝置的流量信號采樣輸出端連接，所述主控電路的控制信號輸出端與所述閥門驅(qū)動機構(gòu)的控制信號輸入端連接。所述閥體3優(yōu)選蝶閥。
上述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置中，所述閥門驅(qū)動機構(gòu)包括微型電機20、第一齒輪21和第二齒輪22，所述第一齒輪與所述電機驅(qū)動軸固定連接或集成為一體，所述第二齒輪與所述閥桿固定連接或集成為一體，所述第一齒輪與第二齒輪嚙合。所述流量檢測裝置包括水流檢測波輪41和霍爾傳感器42，所述水流檢測波輪集成于所述閥體內(nèi)，所述霍爾傳感器置于所述閥體管壁外，與所述水流檢測波輪對應(yīng)設(shè)置，其檢測信號輸出端與所述主控電路電連接。
本實用新型的有益效果是1、通過在閥門上集成流量檢測裝置和閥門驅(qū)動機構(gòu)，首先能夠主動、實時檢測閥門進水流量，響應(yīng)外界或自帶的控制電路的對流量的控制，可以與現(xiàn)有熱水器配套使用，也可以獨立使用或二個本實用新型裝置配套使用，構(gòu)成對冷熱水流量進行調(diào)控的供水裝置。
2、通過對閥門進水溫度的主動、實時檢測，可以響應(yīng)外界或自帶的控制電路的對進水溫度、乃至混合水溫度實時控制，可以與現(xiàn)有熱水器配套使用，也可以獨立使用或二個本實用新型的裝置配套使用，構(gòu)成對冷熱水流量進行調(diào)控的供水裝置。
3、二個本實用新型的裝置配套使用，構(gòu)成對冷熱水流量進行調(diào)控的供水裝置；可對冷熱水流量先行進行控制，可以在冷/熱進水的溫度、水壓不斷變化的情況下保證出水口溫度的恒定，在無須人手干預(yù)的情況下全自動完成恒定水溫控制過程，對溫度控制的響應(yīng)快速，提高了舒適性；由于采用主動控制方式，還可以在在極端的情況下(比如冷水突然沒有供應(yīng))在快速關(guān)斷進水口，避免熱水傷人，保證了使用過程的安全性。
3、使用了低阻尼的小型馬達驅(qū)動，在沒有電或者控制電路損壞的情況下也可以很輕易的開關(guān)水龍頭進行手動控制，不至于影響使用者的繼續(xù)正常使用。
4、本實用新型閥門閥體使用蝶閥代替了傳統(tǒng)的電控球閥，做到了輕負(fù)載以及快速響應(yīng)，同時大大降低了功耗。


圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1實施例的閥門裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的應(yīng)用范例數(shù)控主動恒溫供水龍頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型實施例的電路原理圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。
實施例一如圖1所示，本實用新型的包括閥門和與閥門集成一體的閥門驅(qū)動機構(gòu)2、流量檢測裝置4和進水溫度檢測電路、主控電路5。
閥門驅(qū)動機構(gòu)2包括微型電機20、第一齒輪21和第二齒輪22，第一齒輪和第二齒輪為錐形齒輪，第一齒輪與電機驅(qū)動軸固定連接，第二齒輪與水流控制手柄固定連接，第一齒輪與第二齒輪嚙合。由主控電路根據(jù)溫度、流量等對其進行控制，閥門驅(qū)動機構(gòu)與閥桿1機械連接，帶動閥桿轉(zhuǎn)動，改變閥門開合度，從而改變流量。微型電機還可以直接選用帶錐形齒輪的微型電機。
流量檢測裝置4包括水流檢測波輪41和霍爾傳感器42，水流檢測波輪集成于閥體內(nèi)，霍爾傳感器于閥體外管壁與水流檢測波輪對應(yīng)設(shè)置，水流帶動波輪的轉(zhuǎn)動，由霍爾傳感器將波輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號，提供給主控電路換算出流量。
進水溫度檢測電路包括溫度傳感器71和溫度變送模塊，溫度傳感器71設(shè)置于閥門的進水口處；以利于盡快采樣到溫度信號，提供給主控電路作相應(yīng)控制決策。
在正常不工作無人工干預(yù)的情況下，裝置處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)需要供水的時候，首先通過微型電機20打開閥門，然后通過溫度傳感器71檢測進的水溫，同時通過檢測水流波輪41的轉(zhuǎn)速換算得出水流速度。進水溫度檢測電路、流量檢測裝置的檢測到的溫度、流量信號分別接入主控電路的信號輸入端，提供給主控電路作控制決策，主控電路的控制信號輸出端連接閥門驅(qū)動機構(gòu)的控制信號輸入端，控制閥門驅(qū)動機構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作，以調(diào)節(jié)流量。
如圖2本例的閥門部分的裝配結(jié)構(gòu)示意圖所示，依次為進水導(dǎo)管31、密封圈支架32、密封圈橡膠部件33、蝶閥固定導(dǎo)孔34、開關(guān)碟片35(包括閥桿1)、內(nèi)置磁體的水流檢測波輪42、波輪軸承38、出水導(dǎo)管39，集成在總成36中，形成一個帶流量檢測裝置的閥體。
圖4是本實施例中包括主控電路、溫度變送模塊等在內(nèi)的電路原理圖，J1是LCD液晶顯示模塊，液晶模塊使用通用的串行接口，數(shù)據(jù)量不大的情況下，用接口引出到適合的位置安裝。Q10、Q11是鏡像恒流源，提供溫度變送模塊測溫度之用。
U1、U2是電源低壓差穩(wěn)壓模塊，保證電源供應(yīng)的穩(wěn)定。U3為主控電路的MCU，MG1、MG2是電機驅(qū)動橋。電機驅(qū)動橋含有位置反饋控制的感應(yīng)器，能夠?qū)崟r感應(yīng)開合度。S1、S2、S3為按鈕開關(guān)，系統(tǒng)總開關(guān)/溫度調(diào)節(jié)以及設(shè)置。HALL1、HALL2為流量變送模塊。由于電路中設(shè)置有兩路溫度變送、兩路流量變送、兩路馬達驅(qū)動，方便將其擴展應(yīng)用到對冷熱水進行自動控制。
實施例二本例與實施例一的不同之處在于，為防止水流倒灌，在蝶閥的進水口處增設(shè)單向閥。
實施例三本例與實施例一的不同之處在于，考慮到在水龍頭的鑄造過程，水流計量波輪很難安裝到轉(zhuǎn)角的位置，采用直接設(shè)置在閥門入水口的直通位置。
以下是本實用新型裝置的應(yīng)用范例如圖3所示，為兩個本實用新型的裝置配套使用，省去一個主控電路5，僅配置一個主控電路，并將設(shè)置位置稍作調(diào)整至51處，構(gòu)成一個數(shù)控主動恒溫供水龍頭的結(jié)構(gòu)示意圖。兩個本實用新型的裝置分別引流冷熱水混合，從出水龍頭9排出混合水，出水龍頭設(shè)置有兩個出水口，一個為龍頭出水口用于直接排放混合水，一個為沐浴頭出水口用于接至沐浴噴頭，還設(shè)置有水流切換開關(guān)91，用于將出水在兩個出水口之間作切換；左右閥門的開合度通過算法精確控制在恰當(dāng)?shù)姆秶沟贸鏊臏囟缺３衷谠O(shè)定范圍之內(nèi)。為了增加系統(tǒng)的精確程度，增設(shè)出水溫度檢測電路檢測出水水溫作為進一步的精確控制；出水口溫度檢測電路包括出水口溫度傳感器61和溫度變送模塊，溫度傳感器61設(shè)置于出水龍頭的出水口處，進水口進水溫度、出水口出水溫度信號分別提供給主控電路。閥桿1上固定連接閥門控制手柄，以便系統(tǒng)掉電或不需自動控制時，可以手動調(diào)節(jié)水流量。
還增設(shè)出水口水流強制切換機構(gòu)8，由主控電路控制；包括微型電機81、齒輪82和齒條，齒輪固定設(shè)置于電機的驅(qū)動軸，齒條集成于水流切換開關(guān)61，齒輪與齒條嚙合。
上述主控電路、進水口溫度檢測電路和出水口溫度檢測電路的的溫度變送模塊、閥門驅(qū)動機構(gòu)等集成為一個厚膜模塊，在裝配過程中裝配在水龍頭的后方的金屬盒內(nèi)，自下而上安裝，用密封圈封住。電源供應(yīng)采用7.2V鋰離子二次電池，電池的更換也是設(shè)計在模塊的邊上，電池設(shè)計有防水圈，從下往上安裝，電源接觸點帶有自鎖機構(gòu)，按一下電池鎖緊，按一下電池彈出。對于通過冷熱進水的溫度、流量的檢測，可以得到混合水的溫度因為無論冷水還是熱水，其比熱完全相同，則相同體積的溫度為X的水跟溫度為Y的水相混合，混合水的溫度為(X+Y)/2。根據(jù)這個原理，則可以導(dǎo)出以同樣流速流過相同管徑的X溫度的水根Y溫度的水混合后溫度為(X+Y)/2，如果流速不同，比如X溫度的水的流速為A，Y溫度的水的流速為B，則混合水的溫度就是(AX+BY)/(A+B)。
正常使用中最常碰到的問題就是冷水或者熱水的壓力突然下降，導(dǎo)致出水的溫度變化，甚至于影響沐浴，由于本應(yīng)用范例設(shè)置有一個水流檢測裝置，所以在碰到這樣的情況的時候，無須等到出水口檢查到水溫異常的情況下主動減小另一個供水管道的閥門的開合度，達到維持溫度穩(wěn)定的目的。然后同時緩慢增大壓力下降的閥門的開合度，盡量維護出水口的壓力。冷水熱水流量的控制是通過主控電路先對冷水的閥門小范圍開通，同時對應(yīng)小范圍開通熱水的閥門，混合水將從小水流慢慢開始增加一直到設(shè)定的水流速度以及溫度。
在將本應(yīng)用范例替換傳統(tǒng)的機械式手動調(diào)溫的水龍頭后，使用者可以事先調(diào)節(jié)好需要的水溫，然后啟動主控電路，此時出水口出水是從下端的龍頭口出水，以便使用者測試水溫，做進一步的溫度調(diào)節(jié)。在經(jīng)溫度、流量數(shù)據(jù)采集、處理、控制工作之后，水溫達到使用者需要的溫度。此時使用者可以選擇由淋浴頭出水口(蓮蓬頭)出水，或者是由下端的龍頭出水口放水到浴缸。在淋浴過程中，微處理器和傳感器會實時的感應(yīng)出水口的水溫，通過小型馬達驅(qū)動蝶閥，控制冷熱水的流量，從而保證出水口的水溫恒定在使用者設(shè)定的溫度上。在使用者淋浴完畢，會自動將出水方式設(shè)定回由下端出水口出水，同時內(nèi)部記憶關(guān)閉時的水溫，下次使用時會自動按前一次關(guān)閉時的水溫開始供使用者調(diào)節(jié)，避免每次使用都要重新調(diào)試溫度的繁瑣。在主控電路電源供電不足時，會給使用者以低電壓警報，提醒使用者更換電池。同時，使用者可以自己設(shè)定最高、低溫控制溫度限制，保證水溫在過高和過低的情況下關(guān)閉水閥，避免造成燙傷或凍傷。在主控電路斷電的情況下，并不影響傳統(tǒng)的機械式手動調(diào)溫的方式，不影響使用者正常使用淋浴設(shè)備。如果是賓館酒店等需要長期使用本產(chǎn)品的，可以采用外接電源長期供電，避免經(jīng)常更換電池的麻煩。該設(shè)計體積小，便于代替各種淋浴器的龍頭，價格低，可以完全符合民用的成本要求。
權(quán)利要求1.一種反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，包括閥門，所述閥門包括閥桿(1)、閥體(3)，其特征是還包括閥門驅(qū)動機構(gòu)(2)和用于對所述閥門流量進行采樣的流量檢測裝置(4)，所述閥門驅(qū)動機構(gòu)與所述閥桿機械連接，所述流量檢測裝置集成于所述閥體上。
2.如權(quán)利要求1所述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，其特征是還包括用于對所述閥門進水溫度進行采樣的進水溫度檢測電路，集成于所述閥體上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，其特征是還包括主控電路(5)，其溫度信號采樣輸入端、流量信號采樣輸入端分別與所述進水溫度檢測電路的溫度信號采樣輸出端、流量檢測裝置的流量信號采樣輸出端連接，所述主控電路的控制信號輸出端與所述閥門驅(qū)動機構(gòu)的控制信號輸入端連接。
4.如權(quán)利要求1或2所述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述閥體(3)是蝶閥。
5.如權(quán)利要求3所述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述閥門驅(qū)動機構(gòu)包括微型電機(20)、第一齒輪(21)和第二齒輪(22)，所述第一齒輪與所述電機驅(qū)動軸固定連接或集成為一體，所述第二齒輪與所述閥桿固定連接或集成為一體，所述第一齒輪與第二齒輪嚙合。
6.如權(quán)利要求3所述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述流量檢測裝置包括水流檢測波輪(41)和霍爾傳感器(42)，所述水流檢測波輪集成于所述閥體內(nèi)，所述霍爾傳感器置于所述閥體管壁外，與所述水流檢測波輪對應(yīng)設(shè)置，其檢測信號輸出端與所述主控電路電連接。
7.如權(quán)利要求3所述的反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述進水溫度檢測電路包括溫度傳感器，所述溫度傳感器(71)安裝于所述閥體的進水口。
專利摘要本實用新型公開了一種反饋式水流調(diào)節(jié)裝置，包括閥門，還集成了主控電路(5)、閥門驅(qū)動機構(gòu)(2)、進水溫度檢測電路、流量檢測裝置(4)通過主動、實時檢測閥門進水流量，響應(yīng)外界或主控電路(5)對流量的控制，可以與現(xiàn)有熱水器配套使用，也可以獨立使用或二個本實用新型裝置配套使用，構(gòu)成對冷熱水流量進行自動調(diào)控的供水裝置。
文檔編號G05D7/06GK2791411SQ20042015032
公開日2006年6月28日 申請日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月27日
發(fā)明者潘昶 申請人:深圳市亞聯(lián)電子開發(fā)有限公司