用于水盒的水位测量设备、蒸汽炉的制作方法

本实用新型涉及家电领域，具体地，涉及一种用于水盒的水位测量设备、蒸汽炉。
背景技术：
：水盒是蒸汽炉的重要组成部分，为蒸汽发生器提供水源。水盒水量的多少决定了是否能够顺利完成烹饪，不充分的水量会导致蒸汽加热中途停止，从而影响烹饪效果。目前，蒸汽炉水盒水位检测方法主要有浮标式和探针式，两种都是接触式测量方法。浮标式方法通常是基于电磁或霍尔效应等原理来完成水位检测，一般只有两档，用于检测高、低水位。探针式方法是基于电容原理来完成水位检测，检测档位的多少依赖于探针的多少。本申请实用新型人在实施上述现有技术的过程中发现：(1)浮标式和探针式方法均为接触式检测方法，也就是说浮子或金属探针必须放置水盒中，这样不易清洁，并容易污染水源；(2)浮标式方法难以完成多档水位检测，且检测结果比较粗糙；(3)探针式方法导致水盒结构设计复杂、电路引线麻烦、不方便用户取出加水，同时还增加生产制造的成本。技术实现要素：本实用新型实施例的目的是提供一种用于水盒的水位测量设备、蒸汽炉，用于解决或至少部分解决上述技术问题。为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种用于水盒的水位测量设备，所述设备包括：电路板，所述电路板的一侧贴合在水盒安装部的侧壁的内表面上；布置在所述电路板另一侧且竖向排列的一块或多块检测电容极板，每一块所述检测电容极板分别与大地组成检测电容，所述检测电容极板为铜箔；布置在所述电路板上的参考电容极板，该参考电容极板与大地组成参考电容；以及检测装置，用于检测每一所述检测电容两端的检测电压和参考电容两端的参考电压，并根据每一所述检测电压和所述参考电压来输出指示所述水盒分别与每一检测电容对应的位置处有水或无水的指示信号。可选地，所述检测装置使用与所述检测电容和所述参考电容一一对应的跨阻放大器检测电路来检测所述检测电压和所述参考电压，并且对所述检测电容和所述参考电容分别施加高频正弦载波信号。可选地，所述参考电容极板处于所述电路板上高于所述水盒的最大允许液位高度的位置处。可选地，所述参考电容极板与所述检测电容极板布置在所述电路板的相同侧。可选地，所述参考电容极板与所述检测电容极板布置在所述电路板的不同侧。可选地，所述参考电容极板的形状为圆形、方形或星形。可选地，所述设备包括4块所述检测电容极板。可选地，在水盒安装到位的情况下，所述检测电容极板和所述水盒与所述检测电容极板邻近的侧壁之间的距离不大于2mm，所述检测电容极板的面积为300mm2。相应地，本实用新型实施例还提供一种蒸汽炉，所述蒸汽炉包括：上述的用于水盒的水位测量设备；以及控制装置，用于根据所述检测装置输出的指示信号确定所述水盒的水位状态。可选地，所述蒸汽炉还包括：显示装置，所述控制装置还用于控制所述显示装置显示所述水盒的水位状态；和/或提示装置，所述控制装置还用于在所述水盒的水位达到预警值和/或水盒未安装到位的情况下，控制所述提示装置发出提示。通过上述技术方案，可以实现非接触式水位检测，因此无需对水盒进行任何加工设计，降低了制造成本；其次，由于设备无需与水接触，因此避免了水垢导致测量精度退化的问题。本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：图1示出了根据本实用新型一实施例的用于水盒的水位测量设备的结构示意图；图2示出了根据本实用新型一实施例的用于水盒的水位测量设备的结构示意图；图3示出了跨阻放大器检测电路的示意图；图4a至图4b示出了用于水盒的水位测量设备的安装位置示意图；图5示出了根据本实用新型一实施例的蒸汽炉的结构框图；以及图6示出了根据本实用新型一实施例的用于水盒的水位测量设备的方法的流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。图1示出了根据本实用新型一实施例的用于水盒的水位测量设备的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供一种用于水盒的水位测量设备，该设备可以应用于任何具有水盒或类似水容器的家电设备，例如蒸汽炉、电热水瓶、热水器、饮水机、挂烫机、除湿机、加湿器、空气净化器、咖啡机、智能水杯等，本实用新型实施例是以蒸汽炉为例进行说明的。所述设备可以包括：电路板30，所述电路板30的一侧贴合在水盒安装部20的侧壁的内表面上；布置在所述电路板30另一侧且竖向排列的一块或多块检测电容极板40，每一块所述检测电容极板40分别与大地组成检测电容；布置在所述电路板30上的参考电容极板50，该参考电容极板50与大地组成参考电容；以及检测装置60，用于检测每一所述检测电容两端的检测电压和参考电容两端的参考电压，并根据每一所述检测电压和所述参考电压来输出指示所述水盒10分别与每一检测电容对应的位置处有水或无水的指示信号。各检测电容极板40在电路板30的侧面上竖向排列，每一检测电容极板40对应水盒的一个高度，每一检测电容也相应的对应水盒的一个高度，因此，通过判断水盒与每一检测电容对应的位置处有水还是无水，就可以确定出水盒中水位的高度。本实用新型实施例提供的水盒的水位测量设备可以实现非接触式水位测量，而且还可以防止各部件被溅射上水或被碰撞而引起的损坏。水盒10是用于给蒸汽炉的蒸汽发生器提供水源，为了实现水盒的水位测量，水盒10与各检测电容极板40邻近的部分容器壁应该是平整的，且材料应是绝缘的或者非导电的，例如，水盒10可以是塑料水盒。如图1所示，参考电容极板50与检测电容极板40可以共同布置在电路板30的同一侧，这种情况下，参考电容极板50的形状和大小可以与电容极板40的形状和大小一致，以使其电容特性保持一致。但是本实用新型实施例并不限制于此，如图2所示，参考电容极板50与检测电容极板40也可以布置在电路板30的不同侧，其中，检测电容极板40朝向水盒侧壁布置，参考电容极板50在电路板30的背向水盒侧壁的一侧布置，这种情况下，参考电容极板50的形状和大小可以是任意的，例如参考电容极板50的形状可以是圆形、方形或星形等。参考电容极板50可以处于电路板30上高于水盒10的最大允许液位高度的位置处，以使得参考电容的电容值不随水盒有水或没水状态而变化。可以理解，参考电容极板50也可以处于电路板30上低于水盒底部的位置处。电路板30的高度可以大于水盒10的高度，电路板30的一侧可以通过黏胶而被粘贴在所述水盒安装部20的侧壁的内表面上。检测电容极板40可以是任意一种可导电极板，例如可以是金属极板等。可选地，检测电容极板40可以是铜箔等，铜箔上可以涂有阻焊油，以防止铜箔长时间裸露在空气中发生氧化效应，并且可以避免铜箔之间发生短路。参考电容极板50的材质可以与检测电容极板40的材质相同。检测电容极板40在电路板上可以是沿水盒的高度方向均匀竖向排列的，也可以是根据需要而非均匀排列的，检测电容极板的面积优选可以是300mm2。此外，电路板30可以是PCB(PrintedCircuitBoard，印刷电路板)板，但是本实用新型实施例并不限制于此。检测电容极板40的形状可以是长方体，检测电容极板40的数量和安装位置可以由所需的水位检测的档位的数量来确定，例如，如果需设置四个档位，该四个档位分别是25％、50％、75％和100％，则电路板上可以覆盖有4块检测电容极板40，且该4块检测电容极板40从低到高分别对应于水盒高度的25％、50％、75％和100％。或者，反过来，也可以根据检测电容极板40的数量和位置来设置档位，例如，如果电路板上覆盖有4块检测电容极板40，且该4块检测电容极板40从低到高分别对应于水盒高度的25％、50％、75％和100％，则可以设置四个档位，该四个档位分别是25％、50％、75％和100％。针对每一检测电容，检测装置60可以根据检测电容两端的检测电压和参考电压之间的差值来确定水盒10与该检测电容对应的位置处有水还是无水。具体地，如果检测电容两端的检测电压和参考电压之间的差值大于第一预设值，则可以确定水盒10与该检测电容对应位置处有水，输出水盒10与该检测电容对应位置处有水指示信号，否则，可以确定水盒10与该检测电容对应位置处无水，输出水盒10与检测电容对应的位置处无水的指示信号。其中，第一预设值为预先确定的数值，对于由不同的检测电容极板形成的检测电容，所述第一预设值可以不同。下面将对检测装置60根据检测电容两端的检测电压和参考电压之间的差值来确定水盒10与该检测电容对应的位置处有水或无水的方式进行理论验证。由于检测电压和参考电压很小，因此检测装置60可以使用与检测电容和参考电容一一对应的跨阻放大器检测电路对检测电压和参考电压分别进行放大以确定检测电压和参考电压，并且可以对检测电容和参考电容分别施加高频正弦载波信号。以检测任一检测电容极板与大地组成的检测电容Ci为例进行说明，其中，检测电容的容阻表示为Xi，i为检测电容的编号，i＝1,2,…,n，n为检测电容的数量值。图3示出了跨阻放大器检测电路的示意图。图3中，Vc为高频正弦载波信号，它的幅度与频率分别表示为V0和f；跨阻放大器输出电压为Vi，Vi为将检测电容两端电压放大以后输出的电压，本实用新型实施例中也将其称为检测电压；Cf为反馈电容，Cf容阻为Xf；Rf为反馈电阻，Cpi为寄生电容；Cpi容阻为Xpi，对于固定的电路结构与布局布线，寄生电容Cpi为固定值，则根据虚短虚断原理可以有：其中，由式(1)、(2)可推导出：其中，其中，ω为电流角频率，ε0为真空介电常数，εri为材料的相对介电常数，空气的相对介电常数接近1，而水的介电常数约为81.5，二者差别较大，这是电容式水位检测理论的基础。S为检测电容极板面积，di为检测电容的间距。由于1＞＞ωRfCf，公式(3)可简化为：则Vi的幅度Vim为：考虑到跨阻放大器会存在失配的直流电压Vpi，因此有：每一检测电容极板各自连接有一个跨阻放大器检测电路，由于电路中导线长度等参数的不同，所以对于不同的检测电容，公式(7)中失配直流电压Vpi也将不同，若简单地使用跨阻放大器输出的电压幅度Vim来进行水盒对应位置处有水或无水的判断，则容易产生误判，导致测量精度降低。为此，本实用新型引入参考电容Ck的方式，通过与参考电容Ck做差模处理，从而消除失配直流电压Vpi的差异性对Vim造成的影响。参考电容Ck，其电压幅值表示为Vkm，与检测电容类似，使用跨阻放大器检测电路来检测参考电容两端的电压，则由公式(7)可得出其中，εk为参考电容之间的材料的相对节点常数，Sk为参考电容极板的面积，dk为参考电容的间距，Cpk为寄生电容，Vpk为与参考电容极板连接的跨阻放大器中的失配直流电压。由公式(7)和(8)可推导出检测电容Ci与参考电容Ck之间的电压幅值增量ΔV由于检测电容Ci与参考电容Ck均以大地为电容的另外极板，则公式(9)中di≈dk故这里采用减法，等效于对直流偏置电压的差模处理，把直流偏置电压的影响降到最低，故Vpi-Vpk≈0，寄生电容经过差模处理后，对电压幅值影响微弱，故Cpi-Cpk≈0，则公式(10)可简化为：公式(11)表明，检测电压与参考电压之间的差值ΔV与相对介电常数εi为线性关系。由于在相同的频率f环境下V0、Rf、ε0、εk、S、Sk、di均为常数，因此通过测量检测电压与参考电压之间的差值ΔV即可判断相对介电常数εi的大小，从而判断电容中电介质是水还是空气。综上所述，检测装置根据检测电容两端的检测电压和参考电压之间的差值来确定水盒与该检测电容对应的位置处有水或无水的方式是可行的。进一步地，由于空气的相对介电常数接近1，而水的相对介电常数约为81.5，因此，根据公式(11)当水盒与检测电容对应位置处有水或无水时，检测电压与参考电压之间的差值ΔV区别较大，从而通过监测检测电压与参考电压之间的差值ΔV就可以判断水盒与检测电容对应位置处有水还是无水。具体地，如果差值ΔV大于第一预设值，则可以确定水盒与该检测电容对应位置处有水，否则，可以确定水盒与该检测电容对应位置处无水。由于设置在不同位置处的检测电容极板对应的极板面积和电容间距可能存在微小的加工误差，从而导致参数不完全一致，根据公式(11)可知，检测电压与参考电压之间的差值ΔV也将不同，从而需要预先确定每个检测电容各自对应的第一预设值。针对某一检测电容，可以根据以下方式来预先确定与该检测电容对应的第一预设值：(1)无水状态下，考虑水盒安装偏差，例如，考虑水盒与检测电容极板之间的安装间隙的最大值和最小值、水盒晃动过程等，然后分别测量这些不同情况下的检测电压与参考电压之间的差值，选取这些差值中的最大值ΔVimax。(2)有水状态下，考虑水盒安装偏差，例如，考虑水盒与检测电容极板之间的安装间隙的最大值和最小值、水盒晃动过程等，然后分别测量这些不同情况下的检测电压与参考电压之间的差值，选取这些差值中的最小值ΔVimin。(3)将所述最大值和所述最小值的平均值确定为与所述检测电容对应的第一预设值ΔVi0，即：ΔVi0＝(ΔVimax+ΔVimin)/2，其中i为检测电容的编号，i＝1,2,…,n，n为检测电容的数量值。上述方式所述第一预设值为所述最大值和所述最小值之间的平均值，可以理解，所述第一预设值可以选取所述最大值和所述最小值之间的任意值，本实用新型实施例并不作特定限制。以在电路板上设置4块检测电容极板和1块参考电容极板为例，其中4块检测电容极板从低到高分别对应于水盒高度的25％、50％、75％和100％，且4块检测电容极板的面积相同，为3mm2。经过使用上述方式可以确定出与每块检测电容极板形成的检测电容对应的第一预设值，如下表所示，表1不同检测电容对应的第一预设值的测试结果25％50％75％100％ΔVimax64110133171ΔVimin172223235272ΔVi0118166.5184221.5如表1所示，有水和无水状态下，检测电压与参考电压之间的差值区别较大，通过对不同位置处的检测电容对应的第一预设值分别进行预先设定，可以有效消减直流偏置电压的影响、电容板加工误差和水盒安装偏差带来的影响，极大的提高了检测灵敏度。本实用新型实施例中使用的检测装置可以是专用IC芯片，该芯片可编程，可以具有11至22个电容检测通道，其可以连接多块电容极板，输出信号可以通过I/O输出端口或IIC数字接口输出，并且可以高电平表示有水的指示信号，以低电平表示无水的指示信号。以在电路板上设置4块检测电容极板和1块参考电容极板为例，其中4块检测电容极板从低到高分别对应于水盒高度的25％、50％、75％和100％，分别使用4个I/O输出端口来输出水盒与各检测电容对应的位置处有水或无水的指示信号。芯片实时检测各检测电容的检测电压和参考电容的参考电压，并计算检测电容和参考电容之间的差值，如果差值大于对应的第一预设值，则在对应端口输出指示有水的高电平信号，否则输出指示无水的低电平信号。则电平信号“0000”“0001”、“0011”、“0111”、“1111”分别对应的水位状态为“低于25％”、“高于25％而低于50％”、“高于50％而低于75％”、“高于75％而低于100％”、“100％”，其中，高电平“1”表示有水，低电平“0”表示无水。图4a至图4b示出了用于水盒的水位测量设备的安装位置示意图。如图4a至图4b所示，水盒10可以从水盒安装部20水平抽出，也可以水平推入至所述水盒安装部20内。用于水盒的水位测量设备100可以安装在水盒安装部20的任一侧壁的内表面上，例如可以安装在水盒安装部20的后侧壁的内表面上(如图4a所示)，或者可以安装在水盒安装部20的左右两侧壁的任一侧壁的内表面上(如图4b所示)。在水盒10安装到位的情况下，用于水盒的水位测量设备100和所述水盒与用于水盒的水位测量设备100邻近的侧壁之间的距离不大于2mm，由于检测电容极板布置在电路板上，因此，也可以限制检测电容极板和所述水盒与所述检测电容极板邻近的侧壁之间的水平距离不大于2mm，以提高检测灵敏度。如果水盒没有安装到位，即水盒与电容极板之间的水平距离大于2mm，则即使水盒装满水，检测装置输出的仍然是指示水盒无水的指示信号，例如输出电平信号“0000”，这种情况下，需要提示用户将水盒安装到位。因此，检测装置如果检测到水盒与所述检测电容对应的位置处无水的情况下，需要进一步判断确实是无水还是水盒未安装到位。具体地，针对每一检测电容，如果检测装置判断出检测电容两端的检测电压与参考电压之间的差值大于第一预设值，则输出水盒与该检测电容对应的位置处有水的指示信号。如果判断出所述差值不大于所述第一预设值，则可以继续判断所述差值是否小于第二预设值，如果所述差值不小于所述第二预设值，则可以确定水盒与所述检测电容对应的位置处无水，输出指示无水的指示信号。如果所述差值小于第二预设值，则可以输出水盒未安装到位的指示信号，其中，第二预设值小于第一预设值。第二预设值的确定方式与上述第一预设值的确定方式类似，检测水盒未安装到位时，各检测电压与参考电压之间的差值，从这些差值中选取最大差值作为所述第二预设值。针对不同的检测电容，所使用的第二预设值可以相同。检测装置可以在任意一个检测电压与参考电压之间的差值小于所述第二预设值的情况下，输出水盒未安装到位的指示信号，例如，在使用I/O输出端口输出信号时，可以单独增加一个输出水盒是否安装到位的指示信号的端口。可选地，也可以输出水盒安装到位的指示信号，例如，可以使用高电平表示水盒安装到位，低电平表示水盒未安装到位，或可以不进行输出水盒安装到位的指示信号，而仅在水盒未安装到位的时候输出水盒未安装到位的指示信号，以用于提示用户将水盒安装到位。通过上述实施例，本实用新型实施例提供的用于水盒的水位测量设备能够执行非接触式水位检测，因此无需对水盒进行任何加工设计，降低了制造成本；其次，由于设备无需与水接触，因此避免了水垢导致测量精度退化的问题；最后，采用了先进的参考电容差分比较法进行水位判断，可有效抑制运算放大器的失配直流电压、寄生电容、加工误差和安装偏差等带来的影响，具有更高的水位判断精度。图5示出了根据本实用新型一实施例的蒸汽炉的结构框图。如图5所示，本实用新型实施例还提供一种蒸汽炉，该蒸汽炉可以包括根据本实用新型任一实施例所述的用于水盒的水位测量设备100；以及控制装置200，其可以用于根据设备100的检测装置输出的指示信号确定水盒的水位状态，例如，以在电路板上设置4块检测电容极板和1块参考电容极板为例，其中4块检测电容极板从低到高分别对应于水盒高度的25％、50％、75％和100％，如果接收到电平信号为“1111”，则可以确定水盒中的水位为100％，如果接收到的电平信号为“0001”，则可以确定水盒中的水位高于25％而低于50％等，其中，高电平“1”表示有水，低电平“0”表示无水。控制装置200也可以在接收到检测装置输出的水盒未安装到位的指示信号时，确定水盒未安装到位。进一步地，蒸汽炉还可以包括显示装置和/或提示装置，其中，控制装置还可以控制显示装置显示水盒的水位状态，以及在水盒的水位状态达到预警值和/或水盒未安装到位的情况下，控制提示装置发出提示。所述提示装置可以是声音提示装置等，或者可以通过显示装置来发出提示，例如，通过显示装置发出文字提示或闪烁提示等。显示装置、提示装置可以与控制装置集成在一起，例如，可以由控制面板来执行控制装置、显示装置和提示装置所执行的功能。上述实施例是以蒸汽炉为例进行说明的，但是可以理解，本实用新型实施例提供的用于水盒的水位测量设备可以应用于任何具有水盒或类似水容器的其它家电设备，例如电热水瓶、热水器、饮水机、挂烫机、除湿机、加湿器、空气净化器、咖啡机、智能水杯等。图6示出了根据本实用新型一实施例的用于水盒的水位测量设备的方法的流程示意图。如图6所示，本实用新型实施例还提供一种用于水盒的水位测量设备的方法，其中所述用于水盒的水位测量设备为根据本实用新型任一实施例所述的用于水盒的水位测量设备，所述方法可以包括：步骤S61，检测每一所述检测电容两端的检测电压和参考电容两端的参考电压；以及步骤S62，根据每一所述检测电压和所述参考电压来输出指示所述水盒分别与每一检测电容对应的位置处有水或无水的指示信号。其可以实现非接触式水位测量，而且还可以防止各部件被溅射上水或被碰撞而引起的损坏。本实用新型实施例提供的用于水盒的水位测量设备的方法的具体工作原理和益处与上述本实用新型实施例提供的用于水盒的水位测量设备的具体工作原理和益处类似，这里将不再赘述。以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。当前第1页1 2 3