[发明专利]噪声式水温控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水温控制装置，尤其涉及一种利用水中的噪声信号对水温进行自动控制的“噪声式水温控制电路”。

 

背景技术

检测水温、控制水温， 是人们在生活和生产中最常见的技术手段之－。大功率广播发射机、雷达发射机的水冷却系统，饮水机、热水器、内燃机（例如汽车发动机）的冷却水等，都要采用检测水温、控制水温的技术手段。

检测水温或控制水温，必须用温度传感器（Temperature sensor）。由于温度检测的普遍性，温度传感器的使用量在各种传感器中高居首位。

高档设备例如雷达发射机的水冷却系统，常用下列类型的温度传感器：热敏电阻温度传感器例如MF53-1、铂电阻Pt100温度传感器、集成模拟温度传感器例如AD590、集成数字温度传感器例如MAX6575；简易的设备例如饮水机则普遍采用突跳式双金属片（例如KSD301）作温度传感器。

上述的温度传感器，精度均可满足所在设备的控制要求，但普遍存在下列重大的技术缺陷：热惯性大、响应时间长。

所述的MF53-1、Pt100、AD590、 MAX6575等温度传感器，为了传感水温，必须在原有封装（例如MF53-1原有封装与普通电阻器近似、AD590则与三极管外形相同）的基础上进行再封装，再封装形式－般为：外壳用金属材料，壳内填充绝缘材料例如环氧树脂。众所周知，绝缘材料是热的不良导体，由于绝缘材料的隔热作用，就使所述的温度传感器“热惯性大、响应时间长”（ 以下简称热时间常数）。

温度传感器“热惯性大、热时间常数长” 的缺陷, 在许多场合会影响其所在设备的性能。 例如,在固态雷达发射机中, 功率晶体管的结温每增加10℃, 其可靠性就将下降60%。饮水机普遍采用的突跳式双金属片（例如KSD301）,是贴在饮水机加热容器壁上的, 其感温的时间则更长。

近年来逐步使用的红外测温传感器的热惯性几乎为零, 但无论诸如雷达冷却水还是诸如饮水机中的水都是密闭于容器（或管道）中, 红外测温传感器只能测盛水容器的壁温, 而水温传导至容器壁需要传导时间, 同时容器壁会散热而不能真实反映容器内的水温, 因此, 即使用价格昂贵的红外测温传感器也不能根本性地解决“热惯性大、热时间常数长” 的问题。

针对现有技术存在的缺陷, 本发明要达到的目标是：利用水中的噪声信号的特性, 设计－种可以检测即时温度并对水温进行即时自动控制的“噪声式水温控制电路”。

 

发明内容

众所周知，除纯净水以外的水，例如自来水、江河水、工业或生活污水都是具有一定导电能力的物质（雷达发射机的冷却水, 虽然是经净化处理, 电阻率较高, 但不是“纯净水” 仍有一定的导电能力），其含有离子、水合电子（hydrated  elecctron或eaq）等多种带电微粒。这些带电微粒受热、光、电磁场等作用，会产生热噪声、散弹噪声、闪烁噪声等多种噪声。根据《概率论》和热力学统计理论等方法可以证明，水中的噪声是功率频谱密度均匀、与频率无关的白噪声，其电压均方值为Un²=4KTRB…………………………………………………（1）

（1）式中：K为波尔兹曼常数：1.38×10^-23焦耳/度（绝对温度）；

          T为水的温度，以绝对温度计量；

          R为水的等效电阻；

          B为测试设备的通频带。

（1）式表明，所述的水中存在数值为Un的噪声电压, 并且, 该噪声电压Un的均方值Un² 与水温T（绝对温度）成正比。用示波器则可直观地显示该噪声电压Un，图1是上海地区自来水在室温为32℃时的噪声波形图。

所述的噪声电压Un（以下称噪声信号Un）的特征是：

1、         与水温同步变化, 其均方值Un² 与水温T（绝对温度）成正比；

2、         无热惯性，热时间常数（热响应时间）为零;

3、         若用作控制信号, 则可实现对水温的“即时控制”。

本发明就是一种利用所述的噪声信号Un来实现对水温自动控制的装置。

本发明由容器（或管道）AV、接地电极AE、传感电极AK、耦合电容C3、放大电路20、检波电路30、温度设定电路40、执行电路50及直流电源10组成；