探测水位和水温的装置制造方法及图纸

一种探测水位和水温的方法及装置，其包括介电常数传感器和电气线路板，介电常数传感器设置在盛水容器上或者与盛水容器相连通的接管上，电气线路板设置在所在的设备上，利用水与气体的介电常数明显不同，以及水的介电常数随温度变化的特性，通过检测介电常数的变化来探测容器中的水位和水温。本实用新型专利技术主要用于饮水机上控制电加热器中的水位和水温，也可以用于其它类似的设备上。与现有技术相比，本实用新型专利技术的特点是：一个传感器可同时作探测水位和探测水温两个用途，成本低；测温在瞬时完成；传感器没有机械动作，且可以不与水接触，所以结构简单，既能保证水质卫生，又方便维护，并且使用寿命长；此外还可探测容器中的水是否处于沸腾状态。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

探渊水位和水溫的装置所属拔术领域本技术涉及水位和水温的控制
，尤其涉及一种探测饮水机 电加热器中水位和水温的装置。背舉拔术控制饮水机热罐中水温的公知技术有第一种技术采用温控器控制水温，即在热罐上设置温控器，当罐内水温 上升到温控器的控制温度时，温控器起跳，断开电加热器电源。这种技术的 优点是电路简单，成本低。其缺点是控制滞后，且难以实现在水沸腾时 断电。其原因是感温元件与饮用水之间存在热阻、感温元件本身的精度和 热惰性误差，使得温控器探测到的温度总是不同于饮用水当时的实际温度， 罐壁越厚，热阻越大，问题越严重。第二种技术釆用测温探头控制水温，即在热罐上设置可深入热罐内部 的测温探头，当测温探头探测到罐内水温上升到设定值时，控制电路断开电 加热器电源。这种技术的优点是用户可在一定范围内任意设定加热温度，并 且热惰性小于第一种技术。其缺点是测温探头与罐体之间的密封结构存在 泄漏隐患，控制滞后的问题没有从根本上解决，并且成本较高。控制饮水机热罐中水位的公知技术有第一种技术采用浮球(也可用浮子)和干簧管控制水位。 一种方法是 在水中设置浮球，浮球上设有磁铁，在容器外部设置干簧管；另一种方法是 将干簧管设置在结构管内(结构管内无水，保持干燥)，将装有磁铁的环状浮 子套在管外；利用磁铁接近或远离干簧管使干簧管出现闭合或断开，以此判 断水位是否在所控制的位置，进而控制电磁阀的启闭和电加热器电源的通断。 这种技术应用较普遍，其缺点是结构较复杂，影响可靠性，此外，成本较高，并且对水质有一定影响。第二种技术采用电极控制水位，即在水中设置两个或两个以上电极， 利用电极是否导通判断水位是否在所控制的位置，进而控制电磁阀的启闭和 电加热器电源的通断。这种技术应用较普遍，但存在不可克服的缺点水的 导电性能受水中杂质含量的影响，如纯净水与普通水的导电性能有很大的差 异，纯净水几乎不导电，而普通水有较好的导电性能，所以水质的差异将严 重影响这种方法的可靠性。第三种技术采用光电控制水位，即在水中设置不透光的浮球(或浮子)， 在透光器壁的一側设置红外发光管，在透光器壁的另一側设置红外接收管， 利用浮球是否遮挡红外光来判断水位是否在所控制的位置，进而控制电磁阀 的启闭和电加热器电源的通断。这种技术的应用也较普遍，其缺点是器壁 材料必须透光，应用范围受到一定限制，并且成本较高。综上所述，探测饮水机热罐中水位和水温，公知技术采用的是两种完全 不同的方法，设置两套相互独立的装置实现的，所以结构较复杂、成本较高 是必然的。要采用一个方法，设置一套装置同时实现探测水位和水温两种功 能还需要技术上的突破。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述现有技术现状的不足而提供一种探测水位 和水温的方法及装置，本技术主要用于饮水机上控制热罐中的水位和水 温，也可以用于其它类似的设备上。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种探测水位和水 温的方法及装置，其包括介电常数传感器和电气线路板，介电常数传感器设 置在盛水容器上或者与盛水容器相连通的接管上，电气线路板设置在所在的 设备上；利用水与气体的介电常数明显不同，以及水的介电常数随温度变化 的特性，通过检测介电常数的变化来探测容器中的水位和水温。盛水容器中正常情况下可能存在的介质是水、水蒸气和空气，水、水蒸 气和空气在不同温度T时的相对介电常数s j口下表所示表1<table>table see original document page 5</column></row><table>从表l可以看出，空气和水蒸气的相对介电常数约等于l,水的相对介电常数在OX: ~ lOOt:温度范围内为88. 0 ~ 55. 3,其变化规律是随着温度的升高而减小。结合表1可知a. 当盛水容器中无水或者水位很低时，传感器所检测的介质为空气，空 气的相对介电常数很小，约等于l。b. 当盛水容器中水满时，传感器所检测的介质为水，水的相对介电常数 较大，在88. 0 - 55.3之间，并且与水温有一一对应关系。c. 当盛水容器中介质的温度较高且水位较低时，传感器所检测的介质为 水蒸汽，水蒸气的相对介电常数很小，约等于l。所以，可以通过检测介质的相对介电常数来探测盛水容器中是否有水， 水温是多少，进而控制电磁闽的启闭和电加热器电源的通断。本技术技术用于控制电加热器电源的通断时，其控制原理如下a. 盛水容器中无水，即e,l,此时电加热器不得通电，以防无水干烧；b. 盛水容器中水满，即"=88.0~55.3,根据水温要求确定是否需要给 电加热器通电；c. 盛水容器中水位较低，即1 < sr< 55.3,此时电加热器不得通电， 以防无水干烧；d. 盛水容器中的水处于沸腾状态，也就是水温较高并且继续加热时水温 不再上升，即"《 55.3，并且相对介电常数的增量A " = 0,此时电加热 器应断电停止加热。由于水的沸点是随压力的变化而变化的，当压力为l大气压时水的沸点为ioot:，当压力小于i大气压时水的沸点小于ioox:,所以只要Sr接近或者等于55.3，并且在加热过程中er不变，即可判定盛水容器中的水处于沸腾状态。所述的介电常数传感器可以是电容传感器，通过检测电容量的变化来反映介电常数的变化；所述的介电常数传感器可以是电磁波传播速度传感器， 通过检测电磁波在介质中传播时传播速度的变化来反映介电常数的变化；所 述的介电常数传感器可以是电磁波角频率传感器，通过检测电磁波在介质中 传播时角频率的变化来反映介电常数的变化；所述的介电常数传感器也可以 是其它类型的传感器，通过检测与介电常数有函数关系的其它参量的变化来 反映介电常数的变化。当采用电容传感器时，现以平行极板电容为例，利用物理学知识 一定 结构和尺寸的电容器，其电容量是其中的介质的介电常数的函数，设传感器 电容的极板面积为S,平行极板的间距为d,真空中的介电常数为s。，极板 间介质的相对介电常数为^，若忽略极板的边缘效应，则该传感器电容的电 容量C为C = ￡e￡^ (1)式(l)说明传感器电容的电容量与极板间介质的相对介电常数"之 间存在一一对应的正比关系。所以，可以通过检测传感器电容的电容量变化 情况进行探测盛水容器中的水位和水温。当釆用电磁波传播速度传感器时，利用物理学知识电磁波在特定介质 中的传播速度V与该介质的相对介电常数"有关，其关系式如下<formula>formula see original document page 6</formula>(2) 式(2)中的C为光速，C = 0. 3m /ns。式(2)说明电磁波在介质中传播时，传播速度V与传播介质的相对介 电常数"之间存在一一对应关系。所以，可以通过检测电磁波传播速度V的 变化情况进行探测盛水容器中的水位和水温。所述的电磁波传播速度传感器可以采用如下方式构造 在介质的一側设置电磁波发射头，在介质的另 一側设置电磁波接收头。电磁波发射头发射的电磁波穿过介质到达电磁波接收头，设电磁波发射头到电磁波接收头之间的距离为d，在t,时刻发射电磁波，在t2时刻接收到电磁波, 则电磁波在该介质中的传播速度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测水位和水温的装置，其特征在于：ａ．包括介电常数传感器和电气线路板；ｂ．介电常数传感器设置在盛水容器上或者与盛水容器相连通的接管上，电气线路板设置在所在的设备上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄樟焱，
申请(专利权)人：黄樟焱，
类型：实用新型
国别省市：97[中国|宁波]