一种可加热智能水杯及其防干烧方法与流程

1.本技术涉及饮水器具领域，具体而言涉及一种可加热智能水杯及其防干烧方法。


背景技术：

2.可加热智能水杯可在车内、办公室、宾馆等场景使用。由于其可将杯中水加热至沸腾，所以需要对干烧进行防护。如果发生持续性的干烧，就有可能引起火灾等事故。
3.目前的车载加热水杯中也虽然也设计了防干烧机制，但其大都依靠单颗ntc热敏电阻来进行干烧检测。单传感器的设计存在传感器失效的可能，一旦传感失效，就有可能引起事故。


技术实现要素：

4.本技术针对现有技术的不足，提供一种可加热智能水杯及其防干烧方法，本技术通过若干传感单元综合设计了软硬结合的防干烧机制，能够在任意机制失效的状态下始终提供防护，避免事故发生。本技术具体采用如下技术方案。
5.首先，为实现上述目的，提出一种可加热智能水杯，其包括：水量传感器，其设置于杯体内，用于检测杯内水量，并在杯内水量未达到预设水量时触发加热保护机制；水质检测单元，其设置于杯体底部，用于检测杯内不同状态下的水质参数，提供杯内温度变化状态，并根据杯内温度变化状态触发加热保护机制；温度检测单元，用于检测杯体加热器件的温度参数，并在温度参数超出干烧阈值时触发加热保护机制；加热保护机制下，杯体加热器件停止加热。
6.可选的，如上任一所述的可加热智能水杯，其中，所述水质检测单元为由密封件固定于杯底的tds传感器。
7.可选的，如上任一所述的可加热智能水杯，其中，采用不具隔热效果的密封件时，所述tds传感器按照如下方式根据杯内温度变化状态触发加热保护机制：检测杯内温度变化速率，在杯内温度变化速率超出第一预设范围时触发加热保护机制；采用具备隔热效果的密封件时，所述tds传感器按照如下方式根据杯内温度变化状态触发加热保护机制：检测杯内温度变化速率，在杯内温度变化速率低于第二保护阈值时触发加热保护机制。
8.可选的，如上任一所述的可加热智能水杯，其中，杯体加热器件为设置于杯底的加热膜，所述温度检测单元为设置于加热膜底部的ntc热敏电阻。
9.可选的，如上任一所述的可加热智能水杯，其中，所述水量传感器为设置于杯盖上或杯体顶部的红外激光测距传感器，用于能测量杯内液面水位高度，从而得到水量。
10.可选的，如上任一所述的可加热智能水杯，其中，杯体加热器件上还设置有温度保险丝，所述温度保险丝串联在杯体加热器件的供电电路中，用于在杯体加热器件温度超出安全范围时熔断，使加热膜停止加热。
11.同时，为实现上述目的，本技术还提供一种防干烧方法，用于如上任一所述的可加热智能水杯，其步骤包括：在驱动杯体加热器件加热前，先触发杯体内的水量传感器检测杯
内水量，在杯内水量未达到预设水量时触发加热保护机制，在杯内水量达到预设水量时接受对杯体加热器件的驱动；杯体加热器件加热过程中，通过水质检测单元提供杯内温度变化状态，以根据杯内温度变化状态而触发加热保护机制；加热保护机制下，杯体加热器件停止加热。
12.可选的，如上任一所述的防干烧方法，其还包括以下步骤：在杯体加热器件加热过程中，还通过温度检测单元检测杯体加热器件的温度参数，以根据温度参数是否超出干烧阈值而触发加热保护机制。
13.可选的，如上任一所述的防干烧方法，其还包括以下步骤：在杯体加热器件加热过程中，还通过温度保险丝检测杯体加热器件温度是否超出安全范围，在超出安全范围时熔断温度保险丝，使杯体加热器件停止加热。
14.可选的，如上任一所述的防干烧方法，其中，通过水质检测单元提供杯内温度变化状态以根据杯内温度变化状态而触发加热保护机制的步骤具体包括：对于由不具隔热效果的密封件固定于杯底的水质检测单元，根据其所检测获得的杯内温度变化速率，在杯内温度变化速率超出第一预设范围时触发加热保护机制；对于由具备隔热效果的密封件固定于杯底的水质检测单元，根据其所检测获得的杯内温度变化速率，在杯内温度变化速率低于第二保护阈值时触发加热保护机制。
15.有益效果本技术所提供的可加热智能水杯及其防干烧方法，其在水杯中设置水量传感器作为启动加热的前置检测单元，配合水质检测单元对水温变化状态的监测以及温度检测单元的协同保护机制，能够及时根据杯内水量状态有效防止杯体加热器件干烧。本技术综合多种的防干烧机制，融合了水量传感器，tds水质传感器，ntc温度传感器，温度保险丝几种不同传感器的数据，从软件和硬件两个方面设计了防干烧机制，能够有效从软件防护和硬件防护，两个维度出发，通过4种具体的防干烧措施，提供综合防护。本技术的水杯在任意一种机制失效的状态下，都不会影响杯体整体的防干烧效果，能够有效避免严重事故的发生。
16.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。
附图说明
17.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1是本技术的可加热智能水杯的整体结构示意图；图2是本技术的可加热智能水杯4种防干烧机制的原理图；图3是本技术的可加热智能水杯所采用的防干烧方法的步骤流程图；图4是本技术的可加热智能水杯中水质检测单元所得杯内温度变化状态曲线；图5是本技术的可加热智能水杯的剖视结构图；图6是图5中可加热智能水杯剖视结构的局部放大图；图7是为实际测量无水情况下ntc热敏电阻测量值与tds传感器测量值的变化曲线；图8是为实际测量有水情况下ntc热敏电阻测量值与tds传感器测量值的变化曲
线。
具体实施方式
18.为使本技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
20.本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
21.本技术中所述的“内、外”的含义指的是相对于智能水杯本身而言，由杯身外壳指向内胆中水体的方向为内，反之为外；而非对本技术的装置机构的特定限定。
22.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
23.本技术中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对智能水杯时，由杯身内胆底部加热膜指向杯盖的方向即为上，反之即为下，而非对本技术的装置机构的特定限定。
24.图1为根据本技术的一种可加热智能水杯，其包括：水量传感器，其设置于杯体内，用于检测杯内水量，并在杯内水量未达到预设水量时触发加热保护机制；水质检测单元，其设置于杯体底部，用于检测杯内不同状态下的水质参数，提供杯内温度变化状态，并根据杯内温度变化状态触发加热保护机制；温度检测单元，用于检测杯体加热器件的温度参数，并在温度参数超出干烧阈值时触发加热保护机制；加热保护机制下，杯体加热器件停止加热。
25.由此，本技术能够在驱动杯体加热器件加热前，先触发杯体内的水量传感器检测杯内水量，在杯内水量未达到预设水量时触发加热保护机制，在杯内水量达到预设水量时接受对杯体加热器件的驱动；杯体加热器件加热过程中，通过水质检测单元提供杯内温度变化状态，以根据杯内温度变化状态而触发加热保护机制；加热保护机制下，杯体加热器件停止加热。
26.具体使用中，本技术可将水量传感器设置在杯盖上或杯体顶部，通过红外激光测距传感器，测量杯内液面水位高度，从而得到水量。
27.本技术中，水质检测单元可具体采用由密封件固定于杯底的tds传感器实现。tds传感器一般可嵌在水杯内胆中，同时检测水质和水温。对于未设置隔热层的水杯，或采用不具隔热效果的密封件提供密封防护的tds传感器，其通常可通过检测杯内温度变化速率，在杯内温度变化速率超出第一预设范围时触发加热保护机制，以实现空杯干烧保护。
28.而对于设置隔热层的水杯，或采用具备隔热效果的密封件提供密封防护的tds传感器，其通常可根据tds传感器的传感数据，通过杯内温度变化状态，在检测导杯内温度变
化速率低于第二保护阈值时触发加热保护机制，实现空杯干烧保护。
29.上述步骤中，根据杯内保温机制以完全不同的温度变化状态触发加热保护机制，其原理在于，加热膜等加热装置对杯内水体进行加热时的高温会通过硅胶和导线传导到tds传感器。当有水时，水会给传感器散热，tds传感器采集的温度变化曲线较慢；当无水干烧时，tds传感器检测到的温度为杯底侧壁温度，由于杯底壁面直接接触加热元件，tds传感器会快速升温，温升曲线图4中如f2所示，因此此时可以通过杯内温度变化速率是否低于保护阈值判断是否空杯，进而触发干烧保护机制。tds传感器对水杯内温度状态变化会受杯底之间的密封件隔热效果的影响。当密封件隔热效果不好的情况下，tds所检测导的温度变化即为水杯内水体的实际温度，tds在使用时温度判断更准确。此时，若杯内无水直接加热，会直接影响值tds传感器使传感器温度快速上升，进而触发干烧保护机制。
30.由于杯底侧壁传热较快，且加热一般都设置在杯底，因此为了保证tds传感器有一个良好的工作环境，通常密封件会进行特殊加工，以保证有较好的隔热性能。当选用具有良好隔热效果的密封件时，，杯底的温度不容易直接传导到tds传感器上。因此，当杯底隔热效果较好时，无水空杯被加热的状态下，tds传感器所检测到的温度为杯中空气温度，由于空气传热比水更慢，因此隔热较好的杯底会使得tds传感器在杯内空烧状态下温度上升较慢。此状态的温升曲线如图4中f3所示，此时可以利用此tds传感器，在杯内温度变化速率较低时判定空烧触发相应的保护机制。
31.但是在实际的加热过程中，即使采用较好的隔热材料制作密封件，杯底加热膜会由于距离tds传感器距离太近，而直接影响tds测温精度。实际测试中，空杯状态下，通常会导致10℃左右的误差。由于误差的存在，导致直接采用tds测量时，可能存在误检的情况，如果通过算法调整检测方案，可能增长检测时间，在空杯情况下，较长的检测时间可能会导致加热膜损坏。因此，一般可设置隔热良好的杯底进行空烧检测时的第二保护阈值设置至略微接近于不具隔热效果的杯底进行空烧检测时的第一预设范围。即，可根据图4中隔热较好状态下测量的空烧升温曲线f3，确定一个升温相较f3更陡的第二保护阈值以通过该第二保护阈值触发对杯内空烧的保护而避免因加热膜设置距离导致的tds传感器10℃左右的检测误差产生误判。
32.也就是说，本技术可通过如下方式，利用水质检测单元所检测的杯内温度变化状态触发加热保护机制：对于由不具隔热效果的密封件固定于杯底的水质检测单元，设置水杯根据该水质检测单元所检测获得的杯内温度变化速率，在杯内温度变化速率超出第一预设范围时触发加热保护机制；对于由具备隔热效果的密封件固定于杯底的水质检测单元，设置水杯根据该水质检测单元所检测获得的杯内温度变化速率，在杯内温度变化速率低于第二保护阈值时触发加热保护机制。
33.上述的可加热智能水杯，其杯体加热器件可设置为安装于杯底的加热膜，其温度检测单元可设置为安装于加热膜底部的ntc热敏电阻。加热膜上，除设置ntc热敏电阻外，还可选进一步设置金属温度保险丝，以通过检测加热膜的温度提供过热保护。其具体安装结构如图5和6所示，水杯1内设置容纳液体的容纳腔100，容纳腔底部下方设置固定架3，固定架3和容纳腔底部之间设置加热膜2之类的加热元件。容纳腔100底部中央设置有tds传感器4，固定架3上设置固定孔位用于固定ntc热敏电阻6进行温度检测。
34.在实际测试过程中，我们发现不管是利用tds传感器测温或者是利用ntc热敏电阻
测加热膜水温，都存在检测时间过长的问题，具体是因为，在有水情况下，水温在加热初期上升温度较慢，如图8所示，是在杯中有水时，的加热曲线，可以看到一直持续到18s时，tds传感器检测的温度并没有明显变化，实际检测要超过一分钟，检测温度才有明显变化，这样，单独用tds传感器可能无法有效的快速区分有水和无水状态。同时，由于在无水下需要检测相当长的时间来与有水状态下区分，导致监测时间过长，加热膜容易烧坏或者触发保护。为了缩小检测时间，提供下面的检测方式：对于ntc热敏电阻，当有水加热时，加热膜的温度一般不会超过140℃。当干烧时，温度会快速升高到超过200℃，最后会烧坏加热膜。结合实测，采用以下方法进行干烧判断：结合ntc热敏电阻和tds传感器，利用两颗传感器的差值做干烧判断，差值阈值一般设定为50℃。当两个检测温度只差超过差值阈值时，则认为是干烧。如图7所示为实际测量的在无水情况下，ntc热敏电阻测量值与tds传感器测量值的变化曲线，可以看到，13s左右时，即达到差值阈值50℃，此时ntc热敏电阻检测值在77℃，说明加热膜温度远低于烧坏所需温度，判断时间也较短。而在图8所示有水情况下，两传感器的检测温度差值不大，可通过差值方式有效避免有水状态下误检测。据此，本技术可将温度参数的干烧阈值设置为：杯体加热器件的温度参数超出水质检测单元所检测的杯内温度的阈值。本技术可将该干烧阈值设置为杯体加热器件的温度参数超出水质检测单元所检测的杯内温度达到10℃、20℃、30℃甚至50℃以上的温差，以通过温差方式判断加热膜温度无法由杯内水体吸收从而检测出杯内无水空烧的状态。
35.一般，本技术中的温度保险丝可直接或间接串联在杯体加热器件的供电电路中，用于在杯体加热器件温度超出安全范围时熔断，通过硬件方式使加热膜停止加热。
36.参照图2所示，本技术的水杯可提供4种防干烧保护机制。其中，水量传感器、tds传感器、热敏电阻这三种机制生效需要程序处理，属于软件防护机制。温度保险丝过温即会熔断，属于硬件防护机制。本技术可通过将软件防护和硬件防护分别设置为独立工作而实现更为系统的防护效果。
37.以图3为例，本技术的智能水杯可通过其内部软件程序设置为；在开机后先设置至待机状态。待机状态下，通过用户按键或者通过app接受用户控制指令，进而根据客户的触发而相应触发加热程序，加热程序会先前置通过水量传感器检测水量，若当时杯内水量低于30毫升，则先暂缓停止加热而提示客户杯内水量过少，有干烧风险。此可作为水杯的第一重的保护。
38.当检测到杯内水量大于30毫升时，可正常启动加热程序。加热时程序运行过程中会通过tds传感器实时检测水温。此时，一旦通过tds传感器检测到水温上升过快，则会认为当前是干烧状态，此时同样需要触发停止加热。此可作为水杯的第二重的保护。
39.上述加热过程中，程序还会进一步的同时会通过贴在加热膜上的热敏电阻实时检测加热膜的温度。由此，当检测到加热膜的温度超过阈值时，同样可认为当前是干烧状态，此时需相应触发杯内加热器件停止加热。由此，本技术可提供第三重软件保护。
40.除上述3重软件保护以外，本技术还可进一步通过硬件方式，在软件锁死或故障时提供更为可靠的独立防护。硬件防护机制可贯穿水杯的整个使用过程。加热时，或待机时，或任意状态下，不论水杯加热软件机制是否失效，一旦检测到不论任何原因导致的加热膜温度持续升高至超出安全范围的情况，只要杯内温度达到将温度保险丝熔断的程度，即可
阻断加热器件的供电通路，从而停止加热。
41.综上，本技术为实现可靠的判断当前是否干烧的目的，提出一种综合多种机制的防干烧方法。本技术融合了水量传感器，tds水质传感器，ntc温度传感器，温度保险丝等不同传感器的数据，从软件和硬件两个方面设计了防干烧机制。本技术中利用水量传感器作为加热的前置条件。采用红外激光测距传感器测量水位高度，从而得到水量。红外激光测距传感器的最小精度可根据杯底容积设置至30毫升。用户按下加热键希望启动杯体加热时，程序会先检测水量，水量如果小于30毫升，则不启动加热。
42.本技术还通过转用tds传感器实现对杯内温度的检测。tds传感器用于测量水质，测量值与温度有相关性，所以一般tds传感器内部会带有温度传感器，作为水质测量的校正，tds传感器一般设置于杯底中心。本发明利用tds传感器内部的温度传感器器测量温度，并通过温度变化曲线，确定是否干烧，在具体实施过程中，会出现如下两种情况：在tds传感器周围一周与杯底之间设置有密封件的情况下，当有水加热时，温度上升曲线较慢；当无水加热时温度上升很快，因此可利用水温上升速度是否超出设定范围而判断干烧。在tds传感器周围一周与杯底之间设置有具备隔热效果的密封件的情况下，当有水加热时，温度上升曲线较慢；当无水加热时温度上升很快会更慢，因此可利用水温上升速度是否低于设定范围而判断干烧。
43.本技术还在加热膜上增加了一颗ntc热敏电阻测量温度，当有水加热时，加热膜的温度一般不会超过140℃。当干烧时，温度会快速升高到超过200℃，最后会烧坏加热膜。因此，本技术还可利用这颗ntc热敏电阻测量加热膜温度，通过设置干烧阈值，在加热膜温度超过阈值时判定干烧，停止加热。
44.除以上软件判定机制外，本技术还增加了金属温度保险丝用于过温保护。温度保险丝也可设置为贴在加热膜上，当温度过温时，保险丝直接熔断从而停止加热，防止火灾等事故。温度保险丝的保护是硬件层的保护，当软件故障，其他防干烧机制失效，温度保险丝可提供最后一道安全防护。
45.以上仅为本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本技术的保护范围。