СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ЗАКИПАНИЯ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G01N29/02 A47J27/212 

Изобретение относится к бытовой технике и может быть использовано в любых случаях, когда требуется определить момент закипания жидкости, поставленной на плите в сосуде произвольной формы.

В быту для регистрации момента закипания применяется специальная посуда, снабженная индикаторами момента закипания, например чайник со свистком или кастрюля-"скороварка". Удобных устройств, встроенных в кухонную плиту и способных сообщить о начале закипания любой жидкости в посуде произвольной формы, нет.

Известен способ регистрации ранних стадий закипания в трубопроводах, основанный на рассеянии звукового поля в массе пузырьков, возникающих в водной среде. Для обнаружения пузырьков в водной среде излучают звуковые волны и на выходе регистрируют уровень их амплитуды. В присутствии пузырьков происходит рассеяние звука. [Л.Островский и А.Просперетти. Пузырьки и звук Наука в Росси, 1992, N 1-2, с.28-29, рис.2]
Устройство для регистрации ранних стадий закипания состоит из источника и приемника звуковых сигналов, между которыми находится исследуемая жидкость [источник тот же]
Известный способ и устройство регистрации ранних стадий закипания требуют специального источника звуковой энергии и непосредственного контакта источника и приемника с жидкостью, что затрудняет их использование в бытовых целях. Устройство, реализующий предлагаемый способ, размещается на кухонной плите и позволяет точно определить начало кипения жидкости в любой посуде без непосредственного контакта устройства с жидкостью.

Способ определения момента закипания жидкости, включающий регистрацию уровня шума закипающей жидкости, предполагает определение момента закипания по максимуму уровня шума в звуковом диапазоне частот.2 Для выполнения способа предлагается устройство, содержащее датчик акустических колебаний, селективный фильтр, два источника опорного напряжения, два компаратора, регулируемый делитель, интегрирующую цепочку, RS-триггер, цепь сброса при включении, индикатор. Выход датчика акустических колебаний соединен со входом селективного фильтра, выход селективного фильтра соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с первым источником опорного напряжения через регулируемый делитель. Выход первого компаратора соединен со входом интегрирующей цепочки, выход которой соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен со вторым источником опорного напряжения. Выход второго компаратора соединен с первым входом RS-триггера, второй вход которого соединен с цепью сброса при включении, выход триггера соединен с индикатором.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа определения момента закипания; на фиг.2 показан спектр шума кипящей воды, снятый с помощью перестраиваемого селективного фильтра с добротностью Q=5.

Устройство (фиг.1) содержит датчик акустических колебаний 1, селективный фильтр 2, компараторы 3 и 7, источники опорного напряжения 4 и 6, регулируемый делитель 8, интегрирующую цепь 7, RS-триггер 9, цепь сброса при включении 10, индикатор (генератор звуковых сигналов с громкоговорителем) 11.

Сущность способа определения момента закипания состоит в том, что при кипении возникающие в толще воды пузырьки вызывают акустические волны в воде, затем эти колебания распространяются через сосуд и подставку по плите, где и фиксируются датчиком. Спектр этого акустического шума имеет максимум в районе сотен Герц и показан на фиг.2. Следовательно, обнаружив повышение уровня шума в области максимума, можно определить момент закипания.

Рассмотрим один из возможных вариантов осуществления способа, для чего проанализируем принцип работы функциональной схемы, изображенной на фиг.1.

Датчик 1 закреплен на плите и по возможности изолирован от приема колебаний по воздуху. Это позволяет повысить отношение сигнал/шум и уменьшить вероятность срабатывания от посторонних шумов. Электрический сигнал с датчика поступает на избирательный усилитель 2, амплитудно-частотная характеристика которого повторяет спектр полезного сигнала, т.е. относительно белого шума он является оптимальным фильтром. С выхода усилителя аналоговый сигнал поступает на вход компаратора 3, который сравнивает поступивший сигнал с опорным напряжением. Это напряжение формируется из напряжения, вырабатываемого источником 4 регулируемым делителем 8. Регулировка нужна для того, чтобы подстраивать устройство под объем и вид жидкости.

Появление полезного сигнала на выходе компаратора 3 приводит к тому, что он начинает периодически срабатывать и на его выходе начинают появляться положительные импульсы. Эти импульсы поступают на вход интегрирующей цепочки 5, напряжение на выходе которой сравнивается компаратором 7 с напряжением источника опорного напряжения 6. Когда компаратор 3 начинает периодически срабатывать (при закипании воды), напряжение на выходе цепочки 5 начинает повышаться и через несколько секунд это вызывает срабатывание компаратора 7. Задержка срабатывания с помощью цепочки 5 позволяет повысить помехоустойчивость к импульсным помехам (звукам от ударов и др.).

Первое же переключение компаратора 7 перебрасывает триггер 9, который сбрасывается каждый раз при включении цепью сброса 10. Появившаяся на выходе триггера 9 логическая единица разрешает работу звукового генератора 11, который с помощью громкоговорителя вырабатывает звуковые сигналы, предупреждающие о начале кипения воды.

Включается сигнал с помощью выключения питания. При следующем включении схема снова переходит в режим ожидания, т.к. снова сбрасывается триггер 9.

Использование: бытовая техника. Сущность изобретения: момент закипания жидкости определяют по максимуму уровня шума в звуковом диапазоне частот. Устройство для определения момента закипания содержит датчик акустических колебаний, соединенный с селективным фильтром, который соединен также с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с первым источником опорного напряжения черезе регулируемый делитель. Выход первого компаратора соединен с первым входом второго компаратора через интегрирующую цепочку. Второй вход второго компаратора соединен со вторым источником опорного напряжения. Выход второго компаратора соединен с первым входом RS-триггера, второй вход которого соединен с целью сброса при включении. Выход RS-триггера соединен с индикатором. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения момента закипания жидкости, включающий регистрацию уровня шума закипающей жидкости, отличающийся тем, что момент закипания жидкости определяют по максимуму уровня шума в звуковом диапазоне частот. 2. Устройство для определения момента закипания жидкости, содержащее датчик акустических колебаний, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит селективный фильтр, два источника опорного напряжения, регулируемый делитель, два компаратора, интегрирующую цепочку, RS-триггер, цепь сброса при включении, индикатор, причем выход датчика акустических колебаний соединен с входом селективного фильтра, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с первым источником опорного напряжения через регулируемый делитель, выход первого компаратора соединен с входом интегрирующей цепочки, выход последней с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с вторым источником опорного напряжения, выход второго компаратора соединен о первым входом RS-триггера, второй вход которого соединен с цепью сброса при включении, выход RS-триггера соединен с индикатором.