СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТИ, ВЫТЕКАЮЩЕЙ ИЗ ЁМКОСТИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ
METHOD FOR DETERMINING THE QUANTITY OF A LIQUID FLOWING FROM THE VESSEL OF THE ARBITRARY FORM

Изобретение относится к способам определения засорения и устройствам для их реализации, в частности индикаторам условий фильтрования, и может быть использовано для улучшения качества очистки питьевой воды в бытовых фильтрах кувшинного типа.
Бытовые устройства для очистки воды обычно снабжены механическими и сорбционно-фильтрующими элементами для удаления нежелательных и вредных примесей.
Срок годности сорбционно-фильтрующих элементов зависит от их типа, объема, качества исходной воды и количества очищенной воды.
Известны различные средства индикации окончания срока службы устройств для очистки воды.
Известны, например, устройства для очистки воды [US 4698164, 1987 г.] и [US 5089144, 1992 г.], снабженные средствами индикации, характеризующимися механическими и электрическими методами суммирования потока воды, прошедшего через блок очистки. Однако эти устройства достаточно сложны, громоздки и дороги.
Известно устройство для очистки воды [RU 2145252, 2000 г.], в котором механизм индикации окончания срока службы устройства выполнен в виде камеры с поворотным поплавком и ограничителем движения поплавка, при этом каждый поворот поплавка соответствует одному циклу очистки.
Недостатком устройства являются большие габариты, сложность конструкции и, соответственно, высокая цена.
Также известен фильтр кувшинного типа для очистки воды, содержащий в ручке кувшина индикатор окончания срока службы фильтра, который содержит привод, выполненный в виде зубчатых колес, и чувствительный элемент, выполненный в виде пружины или мембраны [RU 2189271, 2002 г.].
Описанное устройство имеет сложную и малонадежную конструкцию, зависящую от физических свойств чувствительного элемента и коэффициента трения в деталях механизма (в том числе и от свойств и качества смазки).
Наиболее близким по совокупности признаков и принципу работы техническим решением является устройство [RU 2181615, 2002 г.], работа которого основана на зависимости количества очищенной воды от времени и количества наклонов кувшина в плоскости излива, предусмотрено выполнение механизма индикации с возможностью ограничения угла наклона воспринимающего элемента при осуществлении наклона фильтра в направлении излива очищенной воды, а элемент индикации устройства выполнен с возможностью обеспечения регистрации крайнего углового положения воспринимающего и преобразовательного элементов в момент слива очищенной воды из изливного элемента емкости фильтра.
К недостаткам данного устройства также можно отнести наличие механических подвижных элементов, правильная работа которых зависит от коэффициента трения в деталях механизма (в том числе и от свойств и качества смазки). Наличие сложных воспринимающих устройств (геркон, магнит, датчик холла) снижает надежность и энергоемкость и увеличивает цену устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является осуществление контроля за ресурсом фильтрующего патрона в устройствах для очистки жидкости посредством определения ее количества, прошедшей через емкость произвольной формы при сохранении простоты конструкции комплекса оборудования для реализации этой задачи.
Технический результат достигается тем, что предложен способ определения количества жидкости, вытекающей из емкости произвольной формы, выполненной с функциями ее периодического наполнения и опорожнения при ее наклоне, заключающийся в том, что указанную емкость снабжают датчиком угла наклона и счетчиком времени наклона емкости, при этом углу наклона, превышающего заранее определенный для конкретной емкости, соответствует определенная скорость истечения жидкости из этой емкости; датчик соединяют с блоком обработки, оснащенным средством индикации и фиксирующим начальный момент истечения жидкости и время наклона емкости; при этом объем вытекшей жидкости определяют как произведение времени наклона емкости под углом, превышающим заранее определенный, на скорость истечения жидкости при таком угле. При этом счетчик времени включают при превышении значения определенного угла наклона и выключают при снижении ниже этого значения.
Комплекс оборудования для осуществления предложенного способа представляет собой в типовом исполнении моноблок, который монтируется на корпусе или крышке емкости для очистки воды. В состав комплекса в базовом исполнении входят корпус, печатная плата, блок обработки, датчик угла наклона и элемент питания. Комплекс может быть снабжен звуковым и/или визуальным средством индикации для сигнализации об окончании ресурса фильтрующего патрона и/или отображения количества жидкости, прошедшей через фильтр и/или оставшийся объем до окончания ресурса и т.п., а также средством управления (например, кнопка).
Средство индикации отображает суммарное количество вылитой жидкости и/или срок окончания ресурса фильтрующего элемента. Варианты исполнений могут быть следующие:
1. Цифровой дисплей с индикацией объема пролитой жидкости и/или оставшимся объемом до окончания ресурса фильтра.
2. Зуммер с индикацией окончания ресурса фильтра.
3. Светодиоды с индикацией окончания ресурса фильтра.
4. Светодиоды с индикацией цветами оставшегося ресурса (например: зеленый - больше половины, желтый - меньше половины, красный - окончание ресурса).
Корпус, предпочтительно, выполняются из пластиков, сертифицированных для использования в изделиях, контактирующих с питьевой водой. Предлагаемая технология изготовления корпуса - литье под давлением.
Предпочтительно, что корпус выполняют разъемным, состоящим из двух или более частей, что обеспечивает простой и технологичный способ сборки, а герметизацию разъемных частей корпуса осуществляют сваркой или прокладкой из гигиеничных материалов.
Внутри корпуса размещают печатную плату, на которой смонтированы все компоненты устройства. Основным электронным компонентом является микроконтроллер, в памяти которого находится управляющая программа, реализующая заявляемый способ определения количества жидкости. Микроконтроллер может быть как бескорпусного исполнения (dice), так и корпусного, в корпусе QFP или аналогичном для поверхностного монтажа. Последний вид монтажа наиболее технологичен й обеспечивает максимальную плотность упаковки элементов на плату.
Для обеспечения повышения точности измерений проводят предварительную калибровку оборудования в режиме полного опорожнения емкости без ее сопутствующего наполнения. При опорожнении измеряют время истечения жидкости при разных углах наклона больше заданного, при котором начинается истечение из емкости, определяют скорости истечения жидкости при этих углах, результаты усредняют, а рассчитанную таким образом среднюю скорость опорожнения заносят в память блока обработки показаний.
Общее количество жидкости, вышедшей под действием силы тяжести из емкости произвольной формы определяют простым суммированием произведений зафиксированных отрезков времени, в течении которых угол наклона емкости был больше заданного, на среднюю скорость опорожнения. Такой подход позволяет проводить достоверное определение при наполнении емкости с остатками жидкости, т.е. при ее неполном опорожнении.
Комплекс оборудования также может дополнительно иметь функцию обыкновенного таймера. Эта функция необходима, т.к. в процессе эксплуатации бактериостатический компонент, содержащийся в фильтрующем элементе, постепенно вырабатывается, и со временем внутри начинается рост микрофлоры. В память устройства предварительно заносят показатели временного ресурса данного элемента. Таких показателей может быть несколько в зависимости от модели. В начале использования после установки элемента в бытовой фильтр пользователь запускает таймер при помощи средства управления. По окончании временного ресурса устройство при помощи средств индикации оповещает пользователя о необходимости замены фильтрующего элемента.
На Фиг. 1 изображен бытовой фильтр для очистки воды кувшинного типа, оснащенный комплексом оборудования для определения количества жидкости, где:
1 - верхний резервуар; 2 - фильтрующий элемент; 3 - нижняя емкость; 4 - комплекс оборудования.
На Фиг. 2 представлен комплекс оборудования в разрезе, предназначенный для установки в кувшин бытового фильтра для очистки воды, где:
5 - корпус; 6 - печатная плата; 7 - блок обработки показаний; 8 - датчик(и) наклона; 9 - средство индикации; 10 - кнопка смены режимов/показаний; 11 - элемент(ы) питания.
На Фиг. 3 изображен чертеж комплекса оборудования, где представлен частный случай выполнения датчика наклона. Это один из самых простых и недорогих вариантов. Он представляет собой наклонную трубку (12) и расположенный внутри нее шарик (13), выполненные из токопроводящих материалов. Один конец трубки глухой, на втором имеется электрическая контактная пластина (14), закрепленная на трубке через изолятор (15). Трубка и пластина являются выводами, подключаемыми к электронной схеме.
Целесообразно размещать контактную пластину в верхнем торце наклонной трубки, т.к. в этом случае при статичном вертикальном положении емкости шарик будет находиться у нижнего торца трубки и электрическая цепь будет разомкнута, что экономит заряд элементов питания.
Допустимо размещать более одной трубки с шариками, установленные под разными углами. Разным углам наклона соответствуют разные средние скорости истечения из емкости, что в итоге позволяет повысить точность определения количества вытекшей жидкости.
При этом важно, что конструкция датчика угла наклона может быть любой, соответствующей критериям надежности, компактности и невысокой себестоимости.
Комплекс оборудования, закрепленный на емкости бытового фильтра для очистки воды, работает следующим образом. Неочищенную воду заливают в верхний резервуар (1) емкости бытового фильтра для очистки воды, после чего она, пройдя через фильтрующий элемент (2), очищается от вредных примесей и попадает в основную нижнюю емкость (3). Затем осуществляют отбор этой воды для дальнейшего ее использования методом отклонения емкости от вертикального положения. На наклон емкости с водой реагирует датчик наклона, установленный на этой емкости в составе комплекса оборудования (4). Шарик (13) перекатывается к контактной пластине (14) и замыкает электрическую цепь. Сигнал, получаемый от датчика наклона (8) емкости, запускает таймер отсчета времени. При возврате емкости в исходное вертикальное положение цепь размыкается, датчик наклона (8) посылает сигнал к остановке таймера. Блок обработки (7) рассчитывает количество вытекшей из емкости жидкости и сохраняет его в памяти. Количество определяется как произведение средней скорости истечения жидкости при определенном угле наклона на время этого истечения. При последующих опорожнениях емкости результаты расчетов суммируются для определения общего количества вылитой жидкости. При этом таймер запускается только при достижении определенного угла наклона, зависящего от конструкции различных видов емкостей.
Выполнение заявленного изобретения позволяет обеспечить контроль за ресурсом фильтрующего патрона в устройствах для очистки жидкости и уведомить пользователя о текущем статусе и/или окончании срока эксплуатации при сохранении простоты конструкции комплекса оборудования для реализации этой задачи.