专利名称：反馈式水流调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水流调节装置。
背景技术：
目前，电热水器、燃气热水器均有电子控制装置来控制出水温度，一般是根据使用者的设定来控制火力，以达到控制水温的目的，这是一种开环控制，控制系统并不真正对实际水温进行控制。而且当水压变化时，水流量变化，而火力并不为此进行相应调整，此时仍然会引起出水温度的变化，需要使用者通过手动调节冷热水阀门来调节温度，因此在水压不稳定时，根本就做不到恒温控制。随着人们生活水平的提高，家庭中央热水供应装置在国内的普及，冷热水龙头的应用更加广泛。但中央热水供应方式更容易受水压的影响，比如有人在沐浴的过程中，另外一人在厨房洗手，导致冷水水压下降，很可能导致沐浴的人被热水烫到。同时由于冷热水从混合到出水的过程有数秒的延时，导致人工精确控制水温的不可能。
虽然也有人提出了使用步进电机控制水温，如申请号为99111779.4的中国专利申请中，披露了一种微电脑水温自控器，对出水口的温度进行检测，单片机根据该温度与预定温度进行比较，当温度高于或低于预定温度时，单片机控制步进电机正转或反转，调节冷热水的进水量，以控制出水水温；由于仅仅测量混合水的温度，没有主动检测手段，不能快速的响应水压变化引起的水流量变化、导致出水温度的变化；而当检测到混合水出水温度异常时，再行控制，此时为时已晚，导常水温已经对使用者造成影响；因而该装置不能从根本解决问题，难以得到推广应用。
综上所述，要对出水温度进行自动控制，对冷热水流量进行主动、实时监控是必须具备的条件，但现有产品中，基本上都是对流量进行被动的手动调节，无法满足自动控温的要求。例如，在市场上最常用到的快速电热水器，淋浴器控制电热机构开关的机构往往是简单的水流开关或者水压开关，但是当水流不稳的时候，输出的热水忽冷忽热，其原因如下由开环控制的水流阀门调节水流的流量，只能在恒压供水的场合下使用，在供水水压不能稳定的情况下就不能稳定水流的流量，导致出水温度不能保持稳定。在使用手动阀控的水流量时，虽能够在一定范围内调节水流，但是由于不能测量水流量，同时提供给后级发热体的信号是开关信号，导致水压过低的时候不能恒温。很容易在意外的情况下，比如使用水压开关的电热水器发生出水口堵塞时，烧坏发热体。
发明内容
本实用新型的目的就是要克服上述现有技术中的不足之处，提供一种反馈式水流调节装置，首先能够主动、实时检测阀门进水流量，响应外界或自带的控制电路的对流量的控制，次之能够主动、实时检测阀门进水温度，响应外界或自带的控制电路的对进水温度、乃至混合水温度实时控制。
为此，本实用新型提出了一种反馈式水流调节装置，包括阀门，所述阀门包括阀杆1、阀体3，还包括阀门驱动机构2和用于对所述阀门流量进行采样的流量检测装置4，所述阀门驱动机构与所述阀杆机械连接，所述流量检测装置集成于所述阀体上。
上述的反馈式水流调节装置，还增设用于对所述阀门进水温度进行采样的进水温度检测电路，集成于所述阀体上。还包括主控电路5，其温度信号采样输入端、流量信号采样输入端分别与所述进水温度检测电路的温度信号采样输出端、流量检测装置的流量信号采样输出端连接，所述主控电路的控制信号输出端与所述阀门驱动机构的控制信号输入端连接。所述阀体3优选蝶阀。
上述的反馈式水流调节装置中，所述阀门驱动机构包括微型电机20、第一齿轮21和第二齿轮22，所述第一齿轮与所述电机驱动轴固定连接或集成为一体，所述第二齿轮与所述阀杆固定连接或集成为一体，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。所述流量检测装置包括水流检测波轮41和霍尔传感器42，所述水流检测波轮集成于所述阀体内，所述霍尔传感器置于所述阀体管壁外，与所述水流检测波轮对应设置，其检测信号输出端与所述主控电路电连接。
本实用新型的有益效果是1、通过在阀门上集成流量检测装置和阀门驱动机构，首先能够主动、实时检测阀门进水流量，响应外界或自带的控制电路的对流量的控制，可以与现有热水器配套使用，也可以独立使用或二个本实用新型装置配套使用，构成对冷热水流量进行调控的供水装置。
2、通过对阀门进水温度的主动、实时检测，可以响应外界或自带的控制电路的对进水温度、乃至混合水温度实时控制，可以与现有热水器配套使用，也可以独立使用或二个本实用新型的装置配套使用，构成对冷热水流量进行调控的供水装置。
3、二个本实用新型的装置配套使用，构成对冷热水流量进行调控的供水装置；可对冷热水流量先行进行控制，可以在冷/热进水的温度、水压不断变化的情况下保证出水口温度的恒定，在无须人手干预的情况下全自动完成恒定水温控制过程，对温度控制的响应快速，提高了舒适性；由于采用主动控制方式，还可以在在极端的情况下(比如冷水突然没有供应)在快速关断进水口，避免热水伤人，保证了使用过程的安全性。
3、使用了低阻尼的小型马达驱动，在没有电或者控制电路损坏的情况下也可以很轻易的开关水龙头进行手动控制，不至于影响使用者的继续正常使用。
4、本实用新型阀门阀体使用蝶阀代替了传统的电控球阀，做到了轻负载以及快速响应，同时大大降低了功耗。
图1是本实用新型实施例的结构示意图；图2是图1实施例的阀门装置结构示意图；图3是本实用新型的应用范例数控主动恒温供水龙头的结构示意图；图4是本实用新型实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一如图1所示，本实用新型的包括阀门和与阀门集成一体的阀门驱动机构2、流量检测装置4和进水温度检测电路、主控电路5。
阀门驱动机构2包括微型电机20、第一齿轮21和第二齿轮22，第一齿轮和第二齿轮为锥形齿轮，第一齿轮与电机驱动轴固定连接，第二齿轮与水流控制手柄固定连接，第一齿轮与第二齿轮啮合。由主控电路根据温度、流量等对其进行控制，阀门驱动机构与阀杆1机械连接，带动阀杆转动，改变阀门开合度，从而改变流量。微型电机还可以直接选用带锥形齿轮的微型电机。
流量检测装置4包括水流检测波轮41和霍尔传感器42，水流检测波轮集成于阀体内，霍尔传感器于阀体外管壁与水流检测波轮对应设置，水流带动波轮的转动，由霍尔传感器将波轮的转速转化为脉冲信号，提供给主控电路换算出流量。
进水温度检测电路包括温度传感器71和温度变送模块，温度传感器71设置于阀门的进水口处；以利于尽快采样到温度信号，提供给主控电路作相应控制决策。
在正常不工作无人工干预的情况下，装置处于关闭状态。当需要供水的时候，首先通过微型电机20打开阀门，然后通过温度传感器71检测进的水温，同时通过检测水流波轮41的转速换算得出水流速度。进水温度检测电路、流量检测装置的检测到的温度、流量信号分别接入主控电路的信号输入端，提供给主控电路作控制决策，主控电路的控制信号输出端连接阀门驱动机构的控制信号输入端，控制阀门驱动机构执行相应的动作，以调节流量。
如图2本例的阀门部分的装配结构示意图所示，依次为进水导管31、密封圈支架32、密封圈橡胶部件33、蝶阀固定导孔34、开关碟片35(包括阀杆1)、内置磁体的水流检测波轮42、波轮轴承38、出水导管39，集成在总成36中，形成一个带流量检测装置的阀体。
图4是本实施例中包括主控电路、温度变送模块等在内的电路原理图，J1是LCD液晶显示模块，液晶模块使用通用的串行接口，数据量不大的情况下，用接口引出到适合的位置安装。Q10、Q11是镜像恒流源，提供温度变送模块测温度之用。
U1、U2是电源低压差稳压模块，保证电源供应的稳定。U3为主控电路的MCU，MG1、MG2是电机驱动桥。电机驱动桥含有位置反馈控制的感应器，能够实时感应开合度。S1、S2、S3为按钮开关，系统总开关/温度调节以及设置。HALL1、HALL2为流量变送模块。由于电路中设置有两路温度变送、两路流量变送、两路马达驱动，方便将其扩展应用到对冷热水进行自动控制。
实施例二本例与实施例一的不同之处在于，为防止水流倒灌，在蝶阀的进水口处增设单向阀。
实施例三本例与实施例一的不同之处在于，考虑到在水龙头的铸造过程，水流计量波轮很难安装到转角的位置，采用直接设置在阀门入水口的直通位置。
以下是本实用新型装置的应用范例如图3所示，为两个本实用新型的装置配套使用，省去一个主控电路5，仅配置一个主控电路，并将设置位置稍作调整至51处，构成一个数控主动恒温供水龙头的结构示意图。两个本实用新型的装置分别引流冷热水混合，从出水龙头9排出混合水，出水龙头设置有两个出水口，一个为龙头出水口用于直接排放混合水，一个为沐浴头出水口用于接至沐浴喷头，还设置有水流切换开关91，用于将出水在两个出水口之间作切换；左右阀门的开合度通过算法精确控制在恰当的范围使得出水的温度保持在设定范围之内。为了增加系统的精确程度，增设出水温度检测电路检测出水水温作为进一步的精确控制；出水口温度检测电路包括出水口温度传感器61和温度变送模块，温度传感器61设置于出水龙头的出水口处，进水口进水温度、出水口出水温度信号分别提供给主控电路。阀杆1上固定连接阀门控制手柄，以便系统掉电或不需自动控制时，可以手动调节水流量。
还增设出水口水流强制切换机构8，由主控电路控制；包括微型电机81、齿轮82和齿条，齿轮固定设置于电机的驱动轴，齿条集成于水流切换开关61，齿轮与齿条啮合。
上述主控电路、进水口温度检测电路和出水口温度检测电路的的温度变送模块、阀门驱动机构等集成为一个厚膜模块，在装配过程中装配在水龙头的后方的金属盒内，自下而上安装，用密封圈封住。电源供应采用7.2V锂离子二次电池，电池的更换也是设计在模块的边上，电池设计有防水圈，从下往上安装，电源接触点带有自锁机构，按一下电池锁紧，按一下电池弹出。对于通过冷热进水的温度、流量的检测，可以得到混合水的温度因为无论冷水还是热水，其比热完全相同，则相同体积的温度为X的水跟温度为Y的水相混合，混合水的温度为(X+Y)/2。根据这个原理，则可以导出以同样流速流过相同管径的X温度的水根Y温度的水混合后温度为(X+Y)/2，如果流速不同，比如X温度的水的流速为A，Y温度的水的流速为B，则混合水的温度就是(AX+BY)/(A+B)。
正常使用中最常碰到的问题就是冷水或者热水的压力突然下降，导致出水的温度变化，甚至于影响沐浴，由于本应用范例设置有一个水流检测装置，所以在碰到这样的情况的时候，无须等到出水口检查到水温异常的情况下主动减小另一个供水管道的阀门的开合度，达到维持温度稳定的目的。然后同时缓慢增大压力下降的阀门的开合度，尽量维护出水口的压力。冷水热水流量的控制是通过主控电路先对冷水的阀门小范围开通，同时对应小范围开通热水的阀门，混合水将从小水流慢慢开始增加一直到设定的水流速度以及温度。
在将本应用范例替换传统的机械式手动调温的水龙头后，使用者可以事先调节好需要的水温，然后启动主控电路，此时出水口出水是从下端的龙头口出水，以便使用者测试水温，做进一步的温度调节。在经温度、流量数据采集、处理、控制工作之后，水温达到使用者需要的温度。此时使用者可以选择由淋浴头出水口(莲蓬头)出水，或者是由下端的龙头出水口放水到浴缸。在淋浴过程中，微处理器和传感器会实时的感应出水口的水温，通过小型马达驱动蝶阀，控制冷热水的流量，从而保证出水口的水温恒定在使用者设定的温度上。在使用者淋浴完毕，会自动将出水方式设定回由下端出水口出水，同时内部记忆关闭时的水温，下次使用时会自动按前一次关闭时的水温开始供使用者调节，避免每次使用都要重新调试温度的繁琐。在主控电路电源供电不足时，会给使用者以低电压警报，提醒使用者更换电池。同时，使用者可以自己设定最高、低温控制温度限制，保证水温在过高和过低的情况下关闭水阀，避免造成烫伤或冻伤。在主控电路断电的情况下，并不影响传统的机械式手动调温的方式，不影响使用者正常使用淋浴设备。如果是宾馆酒店等需要长期使用本产品的，可以采用外接电源长期供电，避免经常更换电池的麻烦。该设计体积小，便于代替各种淋浴器的龙头，价格低，可以完全符合民用的成本要求。
权利要求1.一种反馈式水流调节装置，包括阀门，所述阀门包括阀杆(1)、阀体(3)，其特征是还包括阀门驱动机构(2)和用于对所述阀门流量进行采样的流量检测装置(4)，所述阀门驱动机构与所述阀杆机械连接，所述流量检测装置集成于所述阀体上。
2.如权利要求1所述的反馈式水流调节装置，其特征是还包括用于对所述阀门进水温度进行采样的进水温度检测电路，集成于所述阀体上。
3.如权利要求1或2所述的反馈式水流调节装置，其特征是还包括主控电路(5)，其温度信号采样输入端、流量信号采样输入端分别与所述进水温度检测电路的温度信号采样输出端、流量检测装置的流量信号采样输出端连接，所述主控电路的控制信号输出端与所述阀门驱动机构的控制信号输入端连接。
4.如权利要求1或2所述的反馈式水流调节装置，其特征是所述阀体(3)是蝶阀。
5.如权利要求3所述的反馈式水流调节装置，其特征是所述阀门驱动机构包括微型电机(20)、第一齿轮(21)和第二齿轮(22)，所述第一齿轮与所述电机驱动轴固定连接或集成为一体，所述第二齿轮与所述阀杆固定连接或集成为一体，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。
6.如权利要求3所述的反馈式水流调节装置，其特征是所述流量检测装置包括水流检测波轮(41)和霍尔传感器(42)，所述水流检测波轮集成于所述阀体内，所述霍尔传感器置于所述阀体管壁外，与所述水流检测波轮对应设置，其检测信号输出端与所述主控电路电连接。
7.如权利要求3所述的反馈式水流调节装置，其特征是所述进水温度检测电路包括温度传感器，所述温度传感器(71)安装于所述阀体的进水口。
专利摘要本实用新型公开了一种反馈式水流调节装置，包括阀门，还集成了主控电路(5)、阀门驱动机构(2)、进水温度检测电路、流量检测装置(4)通过主动、实时检测阀门进水流量，响应外界或主控电路(5)对流量的控制，可以与现有热水器配套使用，也可以独立使用或二个本实用新型装置配套使用，构成对冷热水流量进行自动调控的供水装置。
文档编号G05D7/06GK2791411SQ20042015032
公开日2006年6月28日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者潘昶 申请人:深圳市亚联电子开发有限公司