CN101737955B - 水温控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度控制技术领域，提供了一种水温控制方法，该方法包括以下步骤：采集加热体停止工作后，其余热对单位水量的温度影响；根据加热体余热对单位水量的温度影响，获取温度控制参数；根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度。本发明还提供了一种水温控制装置。利用本发明，可获取加热体停止工作后其余热对水温的影响，并获取温度控制参数，根据该温度控制参数可设置加热体的工作时间，减少了加热体余热对目标温度造成的影响，提高了水温控制的精确度，并且降低了继电器的使用频度，延长了加热装置的寿命。

Description

水温控制方法及装置

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，更具体地说，涉及一种水温控制方法及装置。

背景技术

目前，在快速加热的水温控制中，一般的温度控制方式有：采用热敏电阻感应温度，MCU采样温度值，然后根据采样的温度值直接进行控制，即达到设定温度后，将加热负载关闭，低于设定温度后，将加热体打开。由于在许多的产品中加热体的功率变化比较大，被加热的水量多少也不一样，加热温度的设定值也不一样；同时，水温度反应到热敏电阻上需要一定的时间，而在该时间段内，发热体的余热会继续对水进行加热升温，从而造成了实际温度与被控制温度的差别很大，很难达到将水温精确控制的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术缺陷，提供一种水温控制方法及装置，以便提高快速加热过程中水温控制的精确度。

本发明水温控制方法包括以下步骤：

采集加热体停止工作后，其余热对单位水量的温度影响；

根据加热体余热对单位水量的温度影响，获取温度控制参数；

根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温从初始温度升至目标温度；所述温度控制参数依据下式进行计算：

Δtime＝[Δt12+Δt23+Δt34+......+Δt(x-1)x]/N；其中，Δtime为上升一个单位温度时所用到的时间；N为不同阶段的温度差值总和。

优选地，所述根据加热体余热对单位水量的温度影响，获取温度控制参数的步骤中包括：

设定其值小于目标温度的预设温度；

根据加热体停止工作后，各时间点所对应的水温相对于预设温度的变化，获取温度控制参数。

优选地，所述根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温从初始温度升至目标温度的步骤中包括：

将当前水温与目标温度比较，获取当前水温与目标温度的差值；

根据温度控制参数和当前水温与目标温度的差值，发出控制信号启动加热体进行工作。

优选地，所述将当前水温与目标温度比较，获取当前水温与目标温度的差值的步骤中包括：

设定采集当前水温的间隔时间；

根据间隔时间定时采集当前水温。

本发明还提供了一种温度控制装置，该温度控制装置包括：

温度采集单元，用于采集加热体停止工作后，其余热对单位水量的温度影响；

数据处理单元，用于根据加热体余热对水温的影响，获取温度控制参数；

主控单元，用于根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温从初始温度升至目标温度；所述温度控制参数依据下式进行计算：

Δtime＝[Δt12+Δt23+Δt34+......+Δt(x-1)x]/N；其中，Δtime为上升一个单位温度时所用到的时间；N为不同阶段的温度差值总和。

优选地，所述数据处理单元包括：

预设温度设定模块，用于设定其值小于目标温度的预设温度；

统计分析模块，用于根据加热体停止工作后，各时间点所对应的水温相对于预设温度的变化，获取温度控制参数。

优选地，所述主控单元包括：

比较模块，用于将当前水温与目标温度比较，获取当前水温与目标温度的差值；

信号处理单元，用于根据温度控制参数和当前水温与目标温度的差值，发出控制信号启动加热体进行工作。

优选地，所述主控单元还包括：

时间控制单元，用于设定采集当前水温的间隔时间；

采集启动单元，用于根据间隔时间定时采集当前水温。

由上可知，利用本发明中的水温控制方法和装置，可获取加热体停止工作后其余热对水温的影响，并获取温度控制参数，根据该温度控制参数可设置加热体的工作时间，减少了加热体余热对目标温度造成的影响，提高了水温控制的精确度，并且，无需对加热装置中的继电器进行频繁操作，延长了加热装置的寿命。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式中水温控制方法的流程图；

图2是上述实施方式中获取温度控制参数的方法流程图；

图3是上述实施方式中温度控制的坐标示意图；

图4是上述实施方式中根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度的具体流程图；

图5是上述实施方式中温度控制的坐标示意图；

图6是本发明的另一个实施方式中水温控制装置的结构示意图；

图7是图6所述实施方式中数据处理单元的结构示意图；

图8是图6所述实施方式中主控单元的结构示意图。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明的一个实施方式中水温控制方法的流程图。该方法包括以下步骤：

步骤S10，采集加热体停止工作后，其余热对单位水量的温度影响；例如，在一实施例中，可先控制加热体开始工作，对一定水量进行升温，当升至某一温度时，控制加热体停止工作，记录该时间点对应的水温；由于加热体还有余热，会继续对水温进行升温，直至该加热体本身的温度与水温一致，此时可将余热对水温的升温过程进行记录，获取该时间段内不同的时间点所对应的温度。

步骤S20，根据加热体余热对单位水量的温度影响，获取温度控制参数；上述各时间点的温度变化获取后，可对温度变化所用的时间与加热体停止工作时的水温和时间进行分析及计算，得出温度控制参数，以便获取加热体停止工作后，每升高一个温度值所需的单位时间。

步骤S30，根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度。上述温度控制参数获取后，可根据该参数设定加热体的工作时间，以便精确控制水温。在一实施例中，若需要从一初始温度(例如20℃)将水温升至一目标温度(例如80℃)，可根据上述温度参数，设定加热体的工作时间，使加热体的余热在水温从初始温度到目标温度的升温过程中得到充分利用，从而减少加热体余热在水温达到目标温度后继续对水温进行升温所造成的影响，提高了水温控制的精确度。在另一实施例中，若需要将水温控制在某一恒定温度范围内，例如要将水温控制在70±2℃，当温度低于69℃时，可根据温度控制参数获取水温从68℃升到70℃这一过程中，加热体的工作时间，从而重启加热体，使其工作，将水温升温至70℃，从而将水温控制在恒温状态。

本发明在水温控制过程中，可利用温度控制参数控制加热体的工作时间，从而精确控制水温，提高了水温控制的精确度。

请参照图2，上述步骤S20中可包括：

步骤S21，设定其值小于目标温度的预设温度；在一实施例中，可设置加热体的工作时间点所对应的温度为预设温度，该预设温度低于目标温度，例如，若需将水温升至目标温度80℃，可设定预设温度为70℃。

步骤S22，根据加热体停止工作后，各时间点所对应的水温相对于预设温度的变化，获取温度控制参数。例如，上述实施例中，可以时间和水温为坐标轴建立一坐标图，记录水温从20℃升至80℃的升温过程中，每隔一个单位时间所对应的温度变化，以获取上述温度控制参数。

图3是上述实施例，以时间和水温为坐标轴建立的坐标图，其中：

X轴：时间轴；

Y轴：温度轴；

Tset：目标温度点；

Tn、T(n-1)、Td、Tc、Tb、Ta：不同阶段的温度点；

Tstart：水起始温度点；

t1、t2、t3、t4、t(x-1)、tx：不同阶段的温度点所对应的时间点；

Δtime：在上升一个单位温度时所用到的时间。

首先，通过发热体加热热水，并实时读取温度，通过温度上升曲线计算出同时能反应水量多少与加热体功率大小的参数：Δtime。计算方式如下：

温度：Tb-Ta＝Δ1℃；

Tc-Tb＝Δ1℃；

Td-Tc＝Δ1℃；......

Tn-Tn-1＝Δ1℃；

N＝Δ1℃+Δ1℃+......+(N-1个Δ1℃)+(N个Δ1℃)

时间：t2-t1＝Δt12；t3-t2＝Δt23；t4-t3＝Δt34；......

t(x-1)-tx＝Δt(x-1)x；

Δtime＝[(Δt12+Δt23+Δt34+......+Δt(x-1)x)/N]

因为水量的不同，在同样的加热功率下，所上升单位温度时所用到的时间是不一样的，所以可利用Δtime作为不同水量不同负载功率的温度控制参数，检测出加热体对温度上升造成的影响，特别是加热体停止工作后，其余热对温度的影响。Δtime反应出来的就是每加热升高1℃要用多少时间。

参照图4，上述步骤S30中可包括：

步骤S31，设定采集当前水温的间隔时间；

步骤S32，根据间隔时间定时采集当前水温；

步骤S33，将当前水温与目标温度比较，获取当前水温与目标温度的差值；

步骤S34，根据温度控制参数和当前水温与目标温度的差值，发出控制信号启动加热体进行工作。

在一实施例中，可设定每隔1秒采集一次水温，若通过比较得知采集到的温度与目标温度相差一定值时，可根据该差值产生一控制信号发送至加热体，以控制加热体重新开始工作，使水温保持在目标温度的可控范围之内。

图5为上述温度控制的坐标示意图。其中：

X轴：时间轴；

Y轴：温度轴；

Tset：目标温度点；

Tn：时间点t2对应的温度点

Tz：通过利用Δtime得出来的一个提前控制的温度点。Δtime越大Tz越小；Δtime越小Tz越大。

Δ1℃：1个单位温度；

Tstart：水起始温度点；

t1、t2、t3、t4：不同阶段的温度点所对应的时间点；

Δtime：在上升1个单位温度时所用到的时间。

On段：闭合发热体电源时加热升温曲线段。

Off段：断开发热体电源时降温曲线段。

当温度小于Tz时，发热体电源闭合进行加热升温，在此温度曲线段内，根据上述方法获取Δtime；

当温度到达Tz时，关闭发热体电源，利用余热加热升温，等待时间为(t2-t1)。如果等待时间内温度达到Tset，则进入其它工作状态；如果时间到了t2，温度还没有达到目标值，则发出控制信号控制发热体进行工作，以对水温进行升温，加热时间为(t3-t2)，从如下公式中可得出：

(t3-t2)＝[(Tset-Tn)×Δtime]，

时间到了以后发热体停止工作；

加热时间内只要温度达到Tset，进入下一工作状态，否则利用余热加热升温，等待时间为(t4-t3)，如果等待时间内温度达到Tset，进入下一工作状态；

如果时间达到t4温度一直没有达到设定的温度Tset，则t4以后一直闭合电源发热体加热升温，直到水温度达到Tset，进入下一工作状态。

在一般情况下，升温曲线进行到t2或者是t3时，将会达到设定的温度Tset；只在出现检测Δtime错误的情况下，才会进行到t4及以后状态。

参照图6，本发明中水温控制装置可包括：

温度采集单元10，用于采集加热体停止工作后，其余热对单位水量的温度影响；在一实施例中，温度采集单元10可包括一热敏电阻(NegativeTemperature Coefficient，简称NTC)，可通过该热敏电阻采集不同时间点的水温变化。

数据处理单元20，用于根据加热体余热对水温的影响，获取温度控制参数；例如，上述各时间点的温度变化获取后，可通过数据处理单元20对温度变化所用的时间与加热体停止工作时的水温和时间进行分析及计算，得出温度控制参数，以便获取加热体停止工作后，每升高一个温度值所需的单位时间。

主控单元30，用于根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度。上述温度控制参数获取后，可利用主控单元30根据该参数设定加热体的工作时间，以便精确控制水温。

如图7所示，上述数据处理单元20可包括：

预设温度设定模块21，用于设定其值小于目标温度的预设温度；在一实施例中，可利用预设温度设定模块21设置加热体的工作时间点所对应的温度为预设温度，该预设温度低于目标温度，例如，若需将水温升至目标温度80℃，可设定预设温度为70℃。

统计分析模块22，用于根据加热体停止工作后，各时间点所对应的水温相对于预设温度的变化，获取温度控制参数。例如，上述实施例中，可以时间和水温为坐标轴建立一坐标图，记录水温从70℃升至80℃过程中，每隔一个单位时间所对应的温度变化，以获取上述温度控制参数。

如图8所示，上述主控单元30包括：

时间控制模块31，用于设定采集当前水温的间隔时间；

采集启动模块32，用于根据间隔时间定时采集当前水温

比较模块33，用于将当前水温与目标温度比较，获取当前水温与目标温度的差值；

信号处理模块34，用于根据温度控制参数和当前水温与目标温度的差值，发出控制信号启动加热体进行工作。

在一实施例中，可利用时间控制单元31设定每隔1秒采集一次水温，若通过比较模块33比较得知采集到的温度与目标温度相差一定值时，可通过信号处理单元34根据该差值产生一控制信号发送至加热体，以控制加热体重新开始工作，使水温保持在目标温度的可控范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集加热体停止工作后，其余热对单位水量的温度影响；

根据加热体余热对单位水量的温度影响，获取温度控制参数；

根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度；

所述温度控制参数依据下式进行计算：

Δtime＝[Δt12+Δt23+Δt34+......+Δt(x-1)x]/N；其中，Δtime为上升一个单位温度时所用到的时间；N为不同阶段的温度差值总和；t2-t1＝Δt12；t3-t2＝Δt23；t4-t3＝Δt34，t(x-1)-tx＝Δt(x-1)x；t1、t2、t3、t4、t(x-1)、tx为不同阶段的温度点所对应的时间点。

2.根据权利要求1所述的水温控制方法，其特征在于，所述根据加热体余热对单位水量的温度影响，获取温度控制参数的步骤中包括：

设定其值小于目标温度的预设温度；

根据加热体停止工作后，各时间点所对应的水温相对于预设温度的变化，获取温度控制参数。

3.根据权利要求1或2所述的水温控制方法，其特征在于，所述根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度的步骤中包括：

将当前水温与目标温度比较，获取当前水温与目标温度的差值；

根据温度控制参数和当前水温与目标温度的差值，发出控制信号启动加热体进行工作。

4.根据权利要求3所述的水温控制方法，其特征在于，所述根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度的步骤中还包括：

设定采集当前水温的间隔时间；

根据间隔时间定时采集当前水温。

5.一种水温控制装置，其特征在于，包括：

温度采集单元，用于采集加热体停止工作后，其余热对单位水量的温度影响；

数据处理单元，用于根据加热体余热对水温的影响，获取温度控制参数；

主控单元，用于根据温度控制参数设定加热体工作时间，将水温升至目标温度；

所述温度控制参数依据下式进行计算：

Δtime＝[Δt12+Δt23+Δt34+......+Δt(x-1)x]/N；其中，Δtime为上升一个单位温度时所用到的时间；N为不同阶段的温度差值总和；t2-t1＝Δt12；t3-t2＝Δt23；t4-t3＝Δt34，t(x-1)-tx＝Δt(x-1)x；t1、t2、t3、t4、t(x-1)、tx为不同阶段的温度点所对应的时间点。

6.根据权利要求5所述的水温控制装置，其特征在于，所述数据处理单元包括：

预设温度设定模块，用于设定其值小于目标温度的预设温度；

统计分析模块，用于根据加热体停止工作后，各时间点所对应的水温相对于预设温度的变化，获取温度控制参数。

7.根据权利要求5所述的水温控制装置，其特征在于，所述主控单元包括：

比较模块，用于将当前水温与目标温度比较，获取当前水温与目标温度的差值；

信号处理单元，用于根据温度控制参数和当前水温与目标温度的差值，发出控制信号启动加热体进行工作。

8.根据权利要求7所述的水温控制装置，其特征在于，所述主控单元还包括：

时间控制单元，用于设定采集当前水温的间隔时间；

采集启动单元，用于根据间隔时间定时采集当前水温。

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