用于檢測超聲波噴霧裝置中的液體不足的方法與流程

本發明涉及通常稱為霧化器的液體分配器，其使得可以通過超聲波發射器，典型為壓電元件，使微滴或氣溶膠的形式的流體精確地擴散。本發明更特別地涉及一種用于檢測霧化器中液體不足的方法。它還涉及一種用于噴射液體的超聲波裝置，其允許實施所述方法。

背景技術：

液體的分配，不管它們的性質如何(油性，水性或酒精性)，無論溶液或懸浮體(懸浮在液體中的顆粒)，都通過微粉化、霧化(atomization)、噴霧(nebulization)或氣溶膠的生成而發生。使用這些流體(fluid)分配裝置的主要應用涉及藥物的施用、化妝品特別是香水的擴散、消毒、氣味產生、空氣或介質如紙或紡織品的加濕以及生物試劑的分配。本發明更特別地涉及這種霧化器在機動車輛的空調系統中的應用。

存在不同類型的液體(liquid)霧化器。在第一類型的霧化器中，如文獻ep0516565和fr2899135中所述的，用于噴射(spray)液體的裝置包括在其上部部分中的開口罐，能夠容納待噴射的液體，以及布置在罐中的噴射液體的擴散器。該擴散器包括容納來自罐的液體的噴嘴，以及超聲波發射器，典型地是壓電元件，能夠在該液體中發射超聲波以便噴射它，該裝置通常被稱為聲噴泉。

超聲波發射器以高頻率振動以產生超聲波，因此必須被經常地冷卻以便防止由于過熱而導致它的惡化。關于此，超聲波發射器經常地浸在待噴射的液體中，該液體用于冷卻超聲波發射器。因此，在所有覆蓋超聲波發射器的液體被噴射之前，習慣地停止液體噴射，以便防止該超聲波發射器在沒有浸入液體的情況下振動。

一般而言，預定的最小水平對應于超聲波發射器在不過熱的情況下操作所需的液體的最低水平。液位傳感器使得可以確保存在足夠量的液體。

包括壓電轉換器和經受振動的微穿孔膜的超聲波液體霧化器也是已知的，例如如在ep2091663中所述的。如在文獻us2008/0217430中所述的，膜也會不受振動。由于壓電轉換器的振動，在動態壓力變化期間，液滴通過膜的孔噴射液體而形成。

在這種類型的膜霧化器中，重要的是保護所述轉換器免受霧化器的影響。如果沒有更多的液體，轉換器會暴露在露天的空氣中。當壓電元件的控制信號保持恒定時，振蕩膜的運動幅度將會增加，從而導致膜斷裂的風險。

技術實現要素：

本發明目的要在沒有額外的傳感器的情況下補救這些缺陷，因此成本較低。

本發明還涉及一種用于檢測超聲波噴射裝置中的液體不足的方法，該裝置包括至少一個能夠噴射液體的壓電元件。

根據本發明的方法包括：

-暫時向壓電元件供電的步驟，以便使壓電元件發生變形，

-測量由壓電元件在其變形下產生的電流強度的步驟，以及

-將所述強度與預定閾值進行比較的步驟，如果所述電流低于所述閾值，則在所述噴射裝置中檢測到的液體不足。

因此，通過將由壓電元件返回的電流的強度與存在足夠液體的裝置的操作相對應的預定閾值進行比較，可以檢測噴射裝置中是否存在液體。由于該方法，因此可以檢測所述裝置中的液體量不足或甚至不存在。

暫時向壓電元件供電的步驟可以包括在壓電元件的端子上施加電壓以使壓電元件發生變形的步驟，隨后是用于控制施加電壓的停止的步驟。

測量由壓電元件在其變形的作用下產生的電流的強度的步驟可以在所述停止之后的時間段期間得以實施，在所述時間段期間，壓電元件繼續變形。

超聲波噴射裝置可以包括壓電轉換器，該壓電轉換器設置有所述壓電元件和穿孔膜，該穿孔膜固定到所述轉換器并由壓電元件振動以便噴射液體與所述膜接觸。本發明也適用于任何類型的壓電噴涂裝置。因此，本發明可適用于聲噴泉型的壓電系統，或者甚至可適用于具有膜或柵格而沒有轉換器的壓電系統，即在膜和壓電元件之間沒有中間支撐件，其中所述面之一直接與水接觸，另一面與空氣接觸。

該方法還可以包括在檢測到液體不足的情況下，用于控制施加的電壓的確定性停止的步驟。

該方法還可以包括在檢測到液體不足的情況下觸發可聽信號和/或光信號的步驟。

壓電元件典型地是壓電陶瓷。

本發明還涉及一種超聲波液體噴射裝置，其包括至少一個能夠噴射液體的壓電元件。

根據本發明的裝置包括能夠暫時給壓電元件通電以使壓電元件變形的設備，能夠測量由壓電元件在其變形的作用下產生的電流的強度的設備，能夠將所述強度與預定閾值進行比較的設備，以及如果所述強度低于所述閾值則能夠檢測噴射裝置中的液體不足的設備。

該裝置可包括由蓋封閉的液體儲存器。所述罐可以是礦泉水瓶。因此，該系統可以集成水系統、泵和用作罐的礦泉水瓶。

該裝置可以包括壓電轉換器，該壓電轉換器設置有能夠噴射液體的至少一個壓電元件，所述轉換器包括容納待噴射的液體的空腔。

特別地，該裝置可以包括壓電轉換器，該壓電轉換器設置有所述壓電元件和固定到轉換器并由壓電元件振動以便噴射與所述膜接觸的液體的穿孔膜。

轉換器的總長度與壓電元件的直徑或寬度之比有利地大于或等于1。

本發明還涉及一種包括上述裝置的空調系統。

所述空調系統可以是用于機動車輛的空調系統。

附圖說明

本發明的其他目的、特征和優點將從以下僅作為非限制性示例并參考附圖的描述中變得更加明顯，其中：

-圖1是能夠實施根據本發明的方法的超聲波噴射裝置的縱向截面視圖；

-圖2是圖1的裝置的轉換器的部分分解透視圖；

-圖3是允許實施該方法的圖1的裝置的電子示意圖；以及

-圖4以方框圖形式示出了該方法的各個步驟。

具體實施方式

如圖1所示，超聲波噴射裝置1包括由蓋3封閉的液體罐2。蓋3可設置有便于排出氣泡的桿4。除了液體之外，壓電轉換器5也位于罐2的內部。在未示出的實施例中，壓電轉換器5布置在罐2的外側，并且該裝置包括將液體從罐2帶到所述壓電轉換器5的管道。

裝置1還包括電連接器6，其使得能夠對壓電轉換器5進行供電。

如圖2所示，壓電轉換器5包括優選地在50khz至200khz的頻率范圍內振動的轉換器主體7。轉換器主體7包括容納待噴射液體的空腔。

一個或更多個優選由一片或多層壓電陶瓷組成的壓電元件8被布置在轉換器主體7上。微穿孔膜9或厚度格柵(例如在20和200μm之間)被機械地固定到其中它的振動速度最大的轉換器主體7的端部。通過將液體噴射通過膜9中的孔而形成液滴。

該組件形成壓電轉換器5，其是以縱向模式振動的機電轉換器。縱向模式由以下事實限定：轉換器5沿著其對稱軸線通過它的橫截面的伸長或收縮而變形(這里，轉換器5的對稱軸特別是基本上正交于轉換器5的延伸的主平面的軸線。這種類型的轉換器的振動特性基本上由其長度決定，使得轉換器的總長度與壓電陶瓷8的直徑或寬度之比優選大于或等于1。

由壓電致動器組成的噴射器基于逆壓電效應：跨壓電元件的端子施加電壓導致所述部件的機械變形。

使膜9振蕩的動作，該膜在一側與空氣接觸并在另一側與液體例如水接觸，具有產生噴霧的作用。

壓電元件的一個特點是它們具有非常精確的諧振頻率，可以對其進行電氣建模。

可以通過簡單的電容器對壓電元件進行電氣建模。然而，壓電技術的特定特征在于機電耦合。假設這里的主題是機械振蕩器應用，則并聯地增加rlc串聯電路來建模機械振蕩。

壓電元件的等效阻抗的表達式(s＝jω)如下：

這里觀察到兩個特定的脈沖：

-ωs：對應于所謂的反諧振頻率的串行脈沖。該串行脈沖對應于壓電元件的等效阻抗的振幅的模數的最小值。

-ωp：對應于所謂的諧振頻率的并行脈沖。并行脈沖對應于壓電元件的等效阻抗的振幅的模數的最大值。

觀察到，一旦我們離開這個諧振頻率，強度和電壓之間的相移就會發展。

重要的是保護轉換器5免受噴射器的影響。如果沒有足夠的水，則轉換器5將全部或部分地在露天中，然而由于壓電元件8的控制信號不改變，所以振蕩膜9的運動幅度將因此增加，并且將存在有破損的風險。

當沒有水時，諧振頻率也會變化。由于水量不足或缺水，振蕩頻率增加，這在壓電元件變形的作用下對由壓電元件產生的電流的強度有影響。

因此，可以檢測出由于該頻移而不再有更多的水量或水量不足的事實。轉換器5不再位于壓電材料的諧振頻率。這具有以下結果：電壓和強度之間的相移將改變，并且由壓電元件在其變形的作用下產生的電流的強度將降低。

根據本發明的方法使用這種觀察結果：如果由壓電元件在其變形作用下產生的電流的強度小于閾值，則認為在噴射裝置中存在不足量的液體。

由于強度與電壓成比例(u＝zi)且電壓與施加在壓電元件上的壓力成比例(u＝sp，s＝靈敏度常數＝s＝k.h，k＝壓電常數，h＝晶體的寬度)，因此強度與施加在壓電元件上的壓力成比例；應當注意到，當與壓電元件接觸的介質不再是水而是空氣時，該壓力進一步降低。

用于檢測介質變化的設備是例如通過分流器讀取強度的設備。分流器是非常低阻抗的器件，其允許電流使用極少的能量從電路的一個點傳遞到另一個點。低值電阻可被用作測量分流來測量通過它的電流的測量分流器。分流器是用于測量強電流的校準和已知電阻。為此，通過并聯連接的電壓表在其端子處測量電壓；歐姆定律用于推導流過分流器的電流。

通過將強度值與與水接觸的膜的正常操作相對應的閾值進行比較，檢測出頻移，因此檢測到電流的消耗量的下降。在檢測到不足量水或缺水后，重要的是保護壓電材料，而且通過蜂鳴器和/或光信號(例如發光二極管)給用戶發警報。為此，生成電子控制信號，其可以例如控制可聽信號和/或光信號的觸發。

圖3是示出允許實施根據本發明的方法的裝置10的電子電路圖。

電阻r的壓電元件11被連接到電流放大器12。由于強度值相當低，優選在將其與閾值進行比較之前將其放大(實際上，它是測量的電壓，代表電流，被放大)。分流器型比較器13使得可以將分流器端子處的電壓與基準電壓vs進行比較。以等效的方式，比較器13可以將通過分流器的強度與參考強度進行比較。如果測量的電壓或測量的強度小于對應于與液體接觸的膜9的正常操作的閾值，則微處理器14使得可以控制壓電元件11的停止。微處理器14還可以控制可聽信號15和/或光信號16的觸發，以警告用戶液體量不足。

因此，根據本發明的超聲波液體噴射裝置10可以包括至少一個能夠噴射液體的壓電元件11，能夠暫時給壓電元件11通電以便致使壓電元件11變形的設備，能夠測量由壓電元件11在其變形的作用下產生的電流的強度的設備，能夠將所述強度與閾值進行比較的設備(例如，比較器13)，以及如果所述強度低于所述閾值則能夠檢測噴射裝置1中的液體量不足的設備(例如，微處理器14)。

例如，壓電元件11可以通過壓電效應正常供電0.9秒。電信號然后將激勵壓電元件11并生成振動動量。然后，對于0.1s，壓電元件11不再被供電，而是通過慣性繼續振動。它的作用就像電阻式傳感器(應變計)。此時壓電元件11的“響應”是通過反壓電效應來測量的：仍在運動的壓電元件11生成電信號，該電信號的電流被測量并其與對應于與液體接觸的膜9的正常操作的參考值進行比較。如果偏差超過閾值，則關閉壓電元件11并給出報警。

該方法的各個步驟因此在圖4中被再現。該方法從暫時向壓電元件供電的步驟e1開始，以便致使壓電元件的變形。此步驟e1之后是用于測量由壓電元件在其變形作用下產生的電流的強度的步驟e2。該方法接下來是將所述強度與預定閾值進行比較的步驟e3，如果所述強度低于所述閾值，則在噴射裝置中檢測到的液體量不足(步驟4)。