УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО НАБОРА ВОДЫ С ОДНОВРЕМЕННЫМ ИЗМЕРЕНИЕМ ВЕСА
DEVICE FOR AUTOMATIC WATER INTAKE WITH SIMULTANEOUS WEIGHT MEASUREMENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее техническое решение относится к устройствам, обеспечивающим автоматический налив воды, и может быть использовано, в частности, в устройстве для приготовления напитков, таком как чайник, термопот, электрический самовар, кофейник и тому подобное.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В основном устройства для нагрева воды с автонабором учитывают время набора воды, но не учитывают набранное ранее количество воды. Они просчитывают объем, который набирается за определенное время, и регулируют подачу воды по времени.
Известно устройство для приготовления чая (CN 204232762 U, дата приоритета 05.12.2014, МПК A47G 19/16; A47J 31/00; A47J 31/46; A47J 31/56). Устройство содержит основание (другое название - база), резервуар с водой и чайник. Нагревательный агрегат, входящий в состав устройства, используется для нагрева водопроводный воды. Бак для воды выполнен разъемным, расположен на основании (базе) и подключен к центральному водоснабжению через первый клапан. Заварочный чайник также выполнен разъемным, расположен на основании (базе) и подключен к выходному патрубку водоснабжения через второй клапан. Чайник состоит из корпуса и крышки.
Устройство для приготовления чая обеспечивает автоматический налив воды в чайник из бака для воды, который наполняется от центрального водоснабжения.
Недостатком данного технического решения является отсутствие контроля количества воды в самом устройстве, что сказывается на удобстве использования.
Известно устройство для приготовления напитков (WO 2004008922, дата приоритета 24.07.2002, МПК A47J 27/21; A47J 31/057; A47J 31/44; A47J 31/54), содержащее основание, имеющее впускное отверстие для воды, электрический нагреватель в основании и водопроводную трубу, контактирующую с нагревателем. Труба имеет входное отверстие, соединенное с входным отверстием основания, и выходное отверстие над основанием. Чайник для воды имеет съемную опору на основании и верхнее отверстие для размещения под выпускным отверстием трубы и нижнее выпускное отверстие для соединения с входным отверстием основания на поддерживаемом на нем чайнике. Это позволяет воде в чайнике поступать в трубу для нагрева нагревателем и затем выходить через выпускное отверстие трубы. Также имеется кофейник, который можно устанавливать на основании или над основанием и который имеет верхнее отверстие для размещения под выпускным отверстием трубы, так что вода из него может попадать в емкость.
Недостатком данного технического решения является отсутствие контроля количества воды в самом устройстве, что сказывается на удобстве использования.
Известен электрический чайник с автоматическим устройством подачи воды (CN 106551623 А, дата приоритета 06.10.2017, МПК A47J 7/21). Электрический чайник содержит основание и корпус чайника на основании. Основание электрически соединено с корпусом котла через 360-градусный беспроводный электрический соединитель. Защитная крышка расположена в нижней части корпуса котла. Наружное кольцо защитной крышки равномерно снабжено множеством зубьев колеса в направлении вдоль окружности. Наружная боковая стенка корпуса котла снабжена участком впуска воды. Участок впуска воды содержит входную полость для воды. Входное отверстие для воды сообщается с полостью для чайника. Узел выпуска и передачи воды расположен на основании и содержит участок выпуска воды, трансмиссионную шестерню, двигатель и трансмиссионный вал для соединения трансмиссионной шестерни с двигателем. Когда корпус чайника устанавливается на основание, передаточная шестерня на основании находится в зацеплении с зубьями колеса корпуса котла.
Недостатком данного технического решения является отсутствие контроля количества воды в самом устройстве, что сказывается на удобстве использования.
Известен электрический чайник с подставкой (RU 95237 U1, дата приоритета 11.01.2010, МПК A47J 31/54), взятый за прототип из-за своих ближайших характеристик. Подставка дополнительно имеет узел подключения воды; электроклапан, соединенный с узлом подключения воды; патрубок, соединенный с выходом электроклапана и идущий в верхнюю часть подставки, конец патрубка изогнут так, что направлен в носик чайника; токоподводящие контакты для токосъемных контактов электродов уровней воды чайника; блок управления; таймер; чайник дополнительно имеет: электроды уровней воды, расположенные внутри по высоте корпуса чайника; клавишу управления на количество положений, равное числу электродов уровней воды в чайнике, за исключением общего электрода; токосъемные контакты электродов уровней воды. При этом сам чайник имеет систему, предотвращающую перелив воды в чайник, представляющую собой поплавок, приводящий в движение магнит, воздействующий на геркон, размыкающий цепь управления электроклапаном.
Недостатком данного технического решения является сложная система контроля количества воды в самом устройстве, представляющая собой поплавок, приводящий в движение магнит, воздействующий на геркон, размыкающий цепь управления электроклапаном, что сказывается на удобстве использования.
Задача заявляемого технического решения - создание более упрощенного (по сравнению с аналогами) устройства для автоматического набора воды, обеспечивающего контроль количества воды за счет измерения веса.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Техническое решение вышеуказанной задачи достигается за счет создания устройства для автоматического набора воды с одновременным измерением веса, включающего в себя корпус подставки и корпус емкости устройства, узел для подключения источника воды, узел подачи воды, средство измерения объема воды, блок питания, нагревательный элемент, и отличающегося тем, что в корпус емкости встроены узел впуска воды и средство измерения температуры воды, узел подачи воды является электронно управляемым, средство измерения для определения объема воды встроено в подставку, в подставку встроена плата управления, имеющая в своем составе как минимум один датчик освещенности, при этом обеспечен двунаправленный обмен информацией по радиоканалу.
Возможен вариант технического решения, при котором температура воды измеряется при помощи датчика, встроенного в емкость. Тип датчика определяет погрешность и динамику измерений, а также стоимость технического решения. Так, применение платинового термосопротивления является наиболее точным и затратным способом измерения температуры. При этом оно обеспечивает долговечность прибора, в отличие от NTC-сопротивления, которое со временем испытывает деградацию из-за высоких температур.
Возможен вариант технического решения, при котором корпус подставки выполнен из термопласта и стекла, а корпус емкости из стекла, металла и силиконовых уплотнений.
Возможен вариант технического решения, при котором подключение электроэнергии к нагревателю происходит при помощи электромагнитного реле под управлением силовой платы. Применение полупроводникового реле или симистора делает прибор долговечнее.
Возможен вариант технического решения, при котором подача воды из магистрали питания водой под давлением осуществляется при помощи электромагнитного клапана. В случае перекачивания воды из другой емкости, где она не находится под давлением, используется насос импеллерного, мембранного или любого другого типа. Внутри трубки для подвода воды в устройство предусмотрена установка фильтра для защиты от загрязнений и препятствования отложению солей.
Возможен вариант технического решения, при котором в ножках подставки установлены датчики веса тензометрического типа, образующие мостовую схему для измерения веса воды, находящейся в емкости на подставке, например в чайнике. Единожды, до наполнения емкости водой, устройство производит тарирование, чтобы корректно определять количество воды без учета веса подставки и емкости.
Возможен вариант технического решения, при котором в корпусе подставки установлены катушки индуктивности с отверстием для сердечника. Сердечник из магнитного материала подпружинен и является опорой подставки. При наполнении емкости водой за счет веса конструкции происходит погружение сердечника внутрь катушки. Плата управления осуществляет измерение индуктивности катушки и ее изменение пересчитывает в объем воды.
Возможен вариант технического решения, при котором ножки подставки механически связаны с капсюлями конденсаторов. При увеличении веса конструкции капсюли упруго деформируются, увеличивая свою электрическую емкость. Плата управления осуществляет измерение электрической емкости и пересчет ее в объем воды. Также имеется коррекция вычислений по температуре окружающей среды, так как метод измерения чувствителен к ней.
Возможен вариант технического решения, при котором в корпусе предусмотрено окошко для датчика освещенности. Плата управления по показаниям датчика корректирует интенсивность свечения индикаторов и/или подсветки, если таковая предусмотрена в конструкции, чтобы не ослепить пользователя в темноте.
Возможен вариант технического решения, при котором корпус устройства предусматривает кнопки управления устройством, которые в зависимости от дизайна устройства выполнены в виде тактовых, сенсорных или их комбинации. Количество кнопок зависит от поддерживаемого изделием функционала.
Возможен вариант технического решения, при котором подача воды осуществляется через коаксиальный разъем, в центре которого предусмотрен канал для воды. При этом при отделении емкости от подставки канал механически перекрывается как в емкости, так и в подставке. За счет металлических контактов и концентрических контактов на ответной части разъем обеспечивает электрическое подключение датчика температуры в емкости и нагревателя.
Возможен вариант технического решения, при котором подача воды в емкость осуществляется через окно в его крышке. Для этого после установки емкости на подставку поворотный механизм вставляет патрубок подачи воды в центр крышки емкости. При этом под действием патрубка в крышке открывается окно, шторка или дверца которого подпружинена и в нормальном состоянии закрыта в целях безопасности.
Возможен вариант технического решения, при котором для передачи данных использовано промежуточное устройство, обеспечивающее увеличение дистанции передачи данных и преобразование данных для разных протоколов. Например, в качестве такого устройства может выступать гейтвей Wi-Fi - Bluetooth.
Возможен вариант технического решения, при котором для осуществления связи с промежуточным устройством, приложением на смартфоне или компьютере пользователя в плату управления установлены компоненты, обеспечивающие радиосвязь по протоколу Wi-Fi. Реализация может быть как в виде отдельного модуля, так и в виде отдельных микросхем, установленных на печатную плату.
Возможен вариант технического решения, при котором подсветка и индикация в устройстве выполнены при помощи RGB-светодиодов. Индикация состояния осуществляется при помощи цвета и интенсивности свечения. При возможности управлять цветом и свечением каждого светодиода или группы светодиодов индивидуально есть возможность осуществления дополнительных световых эффектов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие особенности и преимущества технического решения раскрыты в приведенном ниже описании примера выполнения устройства и на чертежах, прилагаемых к описанию и не ограничивающих объем данного решения.
На фиг. 1 показано устройство для автоматического набора воды с примером реализации технического решения в виде чайника.
Поз. 1 - устройство для автоматического набора воды, состоящее из чайника и
подставки.
Поз. 2 - ножки с датчиком
Поз. 3 - трубка подачи воды
Поз. 4 - насос
Поз. 5 - плата управления
Поз. 6 - модуль связи Bluetooth
Поз. 7 - плата питания
Поз. 8 - коаксиальная контактная группа с каналом подачи воды
Поз. 9 - нагреватель
Поз. 10 - датчик температуры
Поз. 11 - линейка подсветки из цветных светодиодов
Поз. 12 - кнопка
На фиг. 2 показано устройство средств измерения количества воды.
Поз. 13 - тензометрический датчик веса, устанавливаемый в ножке чайника
Поз. 14 - тензорезистор
Поз. 15 - ножка, прикрепленная к датчику 13
Поз. 16 - обкладка емкостного датчика веса
Поз. 17 - обкладка емкостного датчика веса, деформируемая или смещаемая ножкой 15
Поз. 18 - ножка-сердечник индуктивного датчика веса
Поз. 19 - катушка индуктивности
Поз. 20 - пружина, выталкивающая сердечник 18
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Подставка (1) имеет 4 ножки (2), представляющие собой тензодатчики, и штуцер для подключения трубки подачи воды (3). Внутри подставки находятся помпа (4), плата управления (5) с модулем Bluetooth (6), плата блока питания (7), коаксиальная контактная группа (8). Через контактную группу осуществляется подача электроэнергии на нагреватель чайника (9), подключение датчика температуры (10), подача воды в чайник. Также контактная группа обеспечивает независимую защиту от перегрева.
Тензодатчики обеспечивают взвешивание конструкции и тем самым измерение количества воды в чайнике.
Плата управления содержит микроконтроллер, снабженный радиоканалом, сенсорные кнопки, светодиоды для индикации, аналогово-цифровой преобразователь для весов. Блок питания содержит реле для включения и выключения нагревателя в чайнике.
По периметру подставки расположена полоса подсветки (11), внутри которой находятся 24 цветных светодиода с индивидуальным управлением каждым из них. Отдельный датчик освещенности (12) обеспечивает подстройку интенсивности свечения, чтобы не ослепить пользователя в темноте.
Программное обеспечение предусматривает измерение веса чайника, набор, нагрев, индикацию, связь по радиоканалу и управление подсветкой.
После тарирования чайник обеспечивает определение количества воды в чайнике с погрешностью 50 миллилитров для емкости 2 литра.
Чайник представляет собой металлическую колбу в цилиндрическом корпусе. На днище колбы установлен электронагреватель мощностью 2,2 кВт (9). В днище колбы герметично установлен датчик температуры (10), а через ручку пропущена трубка для подачи воды.
Устройство для автоматического набора воды основано на взвешивании устройства для нагрева воды и вычислении количества воды согласно массе необходимого количества воды.
В отличие от прототипа в заявленном техническом решении происходит регуляция подачи по фактическому объемы воды с измерением массы устройства для кипячения с водой, которая прямо пропорциональна массе необходимого количества воды. Взвешивание и вычисление количества воды в устройстве для автоматического набора воды решается в одном из вариантов реализации за счет введения тензометрического датчика. Последний представляет собой специальную упругую конструкцию с закрепленным на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации упругой конструкции, деформируемой под весом устройства для нагрева воды, которая будет пропорциональна силе, приложенной к заявляемому устройству. Сам тензометрический датчик в предпочтительном варианте реализации расположен во всех четырех ножках. Или в зависимости от устройства для нагрева воды он может находиться в корпусе заявляемого устройства.
Еще одним вариантом реализации является метод измерения индуктивности катушки, которая зависит от глубины погружения в катушку сердечника, которая в свою очередь механически зависит от веса воды в емкости.
Следующим вариантом реализации является метод, основанный на измерении электрической емкости конденсатора, расстояние между обкладками которого зависит от количества воды в емкости.
В устройстве для автоматического набора воды 1 имеется узел подключения источника воды 3, представляющий собой шланг. Для того чтобы добавить воду в корпус устройства для автоматического набора воды 1, необходимо в узел подключения воды 3 подключить воду. Вода поступает в 8-контактную группу (контактная пара) с помощью насоса 4. Или вместо насоса использован электромагнитный клапан для подачи воды из сети под давлением.
Процесс кипячения осуществляется по алгоритму кипячения. Измерение веса воды осуществляется весовыми тензодатчиками в ножках 2. Программе известен вес самого заявляемого устройства 1 и его вес с максимальным объемом воды (1 литр). На основании этих данных определяется уровень воды в устройстве 1. В случае недостаточности воды плата управления 5 включает узел подачи воды 4 до тех пор, пока вес устройства 1 не станет достаточным.
Предлагаемое устройство для автоматического набора воды избавляет пользователя от лишних манипуляций. Необходимое количество воды автоматически обеспечивается панелью управления.