JPH071190B2 - Water level detector for water heater with bath - Google Patents
Water level detector for water heater with bathInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は浴槽付給湯機における浴槽内の水位検出装置に
関し、特に、圧力センサを用い、浴槽内に湯量に基づく
圧力変化で水位を検出する装置の改良に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water level detecting device in a bathtub of a water heater with a bathtub, and in particular, a pressure sensor is used to detect the water level in the bathtub by a pressure change based on the amount of hot water. Regarding the improvement of the device.
[従来の技術] 従来例とは言っても最近の浴槽付給湯機では、浴槽内設
定水位までの自動湯張り機能を始め、冷めた湯の自動追
い焚き機能その他、マイクロコンピュータを用いてのか
なり高度な制御が可能となっている。また、熱交換器に
ついても、自動湯張り時や通常の蛇口、シャワー等の出
湯時に用いる給湯用のものに加え、追い焚き用に専用の
ものを有するものもある。[Prior Art] Even though it is a conventional example, a recent hot-water supply device with a bathtub includes an automatic filling function up to the set water level in the bathtub, an automatic reheating function for cold water, and other functions using a microcomputer. A high degree of control is possible. Further, as for the heat exchanger, in addition to the one for hot water supply used at the time of automatic filling of water or the normal tap, shower, etc., there is also one dedicated for reheating.
当然、このような給湯機にあっては、例えば使用者が任
意に設定するか、あるいは大体適当な何ヶ所かの高さ位
置のどれかに固定設定されている設定水位にまで、湯を
注湯し終えたか否かを知るため等に、浴槽内の水位を検
出する必要がある。Naturally, in such a water heater, for example, the user can pour hot water to a set water level that is set arbitrarily or fixed at any of several suitable height positions. It is necessary to detect the water level in the bathtub in order to know whether or not the bath is finished.
しかるに、この種の水位検出センサとして古典的なもの
は、浴槽内に浮かべて使うフロート・タイプのものであ
る。こうした液面検出計を用いれば、単に浴槽内の湯の
幾何的な液面高さで水位を知ることができるが、これは
最近の商品としては好まれない。浴槽に対して直接に取
付ける必要があって意匠感を損うのみならず、怪我等の
因にもなる。また、一般に連続的に水位の変化を検出す
ることはできず、あらかじめ定められた単一の高さ位置
にまで湯面が到達したか否かの判断しかできない。あえ
てフロート型で連続液面検出をなすためには、例えば筒
状のハウジング内にポテンショ・メータを収め、これを
非接触でフロートの動きに併せて可変操作する等、極め
て複雑で故障し易い構造とせねばならない。However, a classical type of water level detection sensor of this type is a float type that is used by floating in a bathtub. With such a liquid level detector, the water level can be known simply by the geometrical liquid level of the hot water in the bath, but this is not preferred as a recent product. It needs to be attached directly to the bathtub, which not only impairs the design, but also causes injury. Further, generally, it is not possible to continuously detect a change in the water level, and it is only possible to judge whether or not the molten metal surface has reached a predetermined single height position. In order to perform continuous liquid level detection with a float type, for example, a potentiometer is housed in a cylindrical housing, and it is operated in a non-contact manner and variably adjusted according to the movement of the float. I have to say.
そこで最近では、第4図にその概念が示されているよう
に、一般に圧力センサ21を用いて浴槽内の湯の水位を連
続的に検出する手法が採用されている。Therefore, recently, as the concept is shown in FIG. 4, a method of continuously detecting the water level of the hot water in the bathtub by using the pressure sensor 21 is generally adopted.
例えば、図示しない操作盤上での使用者の指令操作によ
り、給湯機本体20の制御装置に内蔵のマイクロ・コンピ
ュータ23(図中では単にCPU)に対して湯張り要求がな
されると、これに応じてマイクロ・コンピュータ23は図
示しないバーナに着火指令を発し、熱交換器22を加熱さ
せて、図示しない各温度センサや流量センサ等からの各
検出情報に基づき、設定温度にまで昇温した湯を浴槽11
に給湯し始める。このときの給湯口は、後に述べる理由
により、図中では給湯口ではなく「連通口12」と書かれ
ていて、浴槽11の底から所定の高さx(cm)の所に設け
られる。For example, when a user's command operation on an operation panel (not shown) requests a filling of water to the microcomputer 23 (simply CPU in the figure) built in the controller of the water heater main body 20, In response, the microcomputer 23 issues an ignition command to a burner (not shown) to heat the heat exchanger 22, and based on the detection information from the temperature sensors (not shown) and the flow rate sensor, the hot water is heated to the set temperature. The bathtub 11
To start hot water supply. The hot water supply port at this time is described as "communication port 12" instead of the hot water supply port in the figure for a reason described later, and is provided at a predetermined height x (cm) from the bottom of the bathtub 11.
このようにして浴槽11内への自動湯張りが開始する一方
で、マイクロ・コンピュータ23に対してはあらかじめ設
定水位データが与えられている。設定水位データとは、
浴槽11のどの高さ位置にまで湯を入れるかを指定するデ
ータであるが、これは実際には空の浴槽内に湯を入れ始
めてから当該設定水位に至ったときの水圧データで表さ
れ、したがってマイクロコンピュータ23には、付属のメ
モリを介し、用いる浴槽ごとに適当なる水圧と水位との
対応関係が与えられている。While the automatic filling of water into the bathtub 11 is started in this manner, preset water level data is given to the microcomputer 23 in advance. What is set water level data?
Although it is data that specifies which height position of the bathtub 11 the hot water is poured into, this is actually represented by the water pressure data when the set water level is reached after starting to put hot water into the empty bathtub, Therefore, the microcomputer 23 is provided with an appropriate correspondence between the water pressure and the water level for each bathtub to be used, through the attached memory.
すなわち、まず空の浴槽11に対し、aづつ注湯ないし
注水(以下、注湯で代表)して行くとすると、図示の場
合、圧力センサ21は浴槽11の底(ここを基準の高さ位置
“0"とする)からx cmの高さをもった連通口12と同じ高
さ位置にあるので、aづつ注湯されていっても、最初
の中はこの圧力センサ21の検出する圧力値は零である。That is, first, when pouring or pouring (a representative of pouring) one by one into an empty bathtub 11, the pressure sensor 21 in the case of the figure shows the bottom of the bathtub 11 (this is the standard height position). Since it is located at the same height as the communication port 12 that has a height of x cm from "0", the pressure value detected by this pressure sensor 21 will be the first even if pouring by a Is zero.
一般に圧力センサ21の検出出力は電圧出力であるので、
本書では以降、これをVPで表すが、第3図に示されてい
るように、この種市販されている圧力センサ21の検出対
象圧力範囲は正負に亙り、したがって検出圧力が零の場
合にも、ある一定の電圧出力VPxが生ずるようになって
いた。そのため、浴槽11内が空の状態から注湯が始まっ
ても、浴槽内の水位がx cmに至るまでは、圧力センサ出
力電圧VPはVP=VPxのままである。Generally, the detection output of the pressure sensor 21 is a voltage output,
In the rest of this document, this will be represented by V P. However, as shown in FIG. 3, the pressure range to be detected by the commercially available pressure sensor 21 of this kind is positive and negative, so that when the detected pressure is zero. However, a certain constant voltage output V P x was generated. Therefore, even if pouring starts from an empty state in the bathtub 11, the pressure sensor output voltage V P remains V P = V P x until the water level in the bathtub reaches x cm.
しかる、aづつb回、注湯が行なわれた所で連通口12
が湯に漬かり、これによって圧力センサ21に有意の水圧
が掛かり始めると、その出力電圧VPは増加し始める。し
たがって、圧力センサ21の出力電圧VPのこのような変化
を最初に捕えた時点までの注湯a・b()が、少なく
ともその浴槽11において湯船の底から圧力センサ21のあ
る高さ位置x(cm)まで湯を張るのに必要な湯量である
ことが分かる(多少の誤差は許容範囲内)。At the place where the pouring was done, a times a times and b times 12
When soaked in hot water, which causes significant pressure on the pressure sensor 21, its output voltage V P begins to increase. Therefore, the pouring a · b () until such a change in the output voltage V P of the pressure sensor 21 is first captured is at least at the height position x at which the pressure sensor 21 is located at the bathtub 11 from the bottom of the bathtub. It can be seen that the amount of hot water required to fill the water to (cm) is within the allowable range.
その後は、浴槽11内へのaづつの注湯ごとに増して行
く実際の水位と、当該そのときどきの圧力センサ21の出
力電圧値VPとは、概ね一対一で対応が採れる。After that, the actual water level, which increases every time a is poured into the bathtub 11, and the output voltage value V P of the pressure sensor 21 at that time are generally in one-to-one correspondence.
そこで、このような対応関係をメモリに書き込み、必要
時にマイクロコンピュータ23に与えることによって、以
後、実際の使用に際して使用者が設定水位を変更して
も、当該変更された水位までに要する全湯量は直ちに演
算することができるし、あるいはもっと簡単に、圧力セ
ンサ21の出力電圧値VPに基づいてその時々の浴槽内水位
を知ることもできる。Therefore, by writing such a correspondence relationship in the memory and giving it to the microcomputer 23 when necessary, even if the user subsequently changes the set water level during actual use, the total amount of hot water required up to the changed water level is It can be calculated immediately or, more simply, the water level in the bathtub at that time can be known based on the output voltage value V P of the pressure sensor 21.
もっとも、圧力センサ21の出力電圧VPは第3図示の通り
アナログ電圧値であるが、一般にこのアナログ・データ
はマイクロコンピュータ23によりデジタル値に変換して
利用される。したがって、水位検出の分解能ということ
についても考えねばならないが、第4図中、実線で示さ
れている浴槽11に認められるように、圧力センサ21と当
該浴槽11との間の設定高さ位置に大きな相違がなく、あ
らかじめ定められた許容範囲内の高さ相違であれば、十
分な分解能が得られていた。Of course, the output voltage V P of the pressure sensor 21 is an analog voltage value as shown in FIG. 3, but generally this analog data is used after being converted into a digital value by the microcomputer 23. Therefore, it is necessary to consider the resolution of the water level detection, but as can be seen in the bathtub 11 shown by the solid line in FIG. 4, at the set height position between the pressure sensor 21 and the bathtub 11. Sufficient resolution was obtained as long as there was no big difference and the height difference was within a predetermined allowable range.
例えば具体的な例を挙げてみるに、第3,4図に示されて
いるように、連通口12のある高さ位置x(cm)から浴槽
11内にあって湯を張るに際しての最大高さ位置x+α
(cm)までの浴槽内水位変化範囲α(cm)は、少し余裕
を見て大く見積っても一般に60cm程度で良い。逆に言え
ばそれ以上に深い浴槽は通常、考えられない。For example, taking a concrete example, as shown in FIGS. 3 and 4, the bathtub is moved from the height position x (cm) where the communication port 12 is located.
Maximum height position x + α when pouring hot water inside 11
The water level change range α (cm) in the bathtub up to (cm) is generally about 60 cm, even if it is roughly estimated with some margin. Conversely, a deeper bathtub is usually unthinkable.
一方、マイクロコンピュータ23によるアナログ対デジタ
ル変換時のビット数は容易かつ安価に8ビット程度は得
られるから、分解能は、 60(cm)/256=0.2cm/bit となり、十分である。On the other hand, the number of bits at the time of analog-to-digital conversion by the microcomputer 23 can be easily and inexpensively obtained at about 8 bits, so that the resolution is 60 (cm) /256=0.2 cm / bit, which is sufficient.
なお、浴槽11内にあって予定した最大高さ位置x+α
(cm)にまで湯が張られているときに対応する圧力セン
サ21の出力電圧値VPには、第3図中、記号VPMを付して
いる。It should be noted that the planned maximum height position x + α in the bathtub 11
The output voltage value V P of the pressure sensor 21 corresponding to when the hot water is filled up to (cm) is indicated by the symbol V PM in FIG.
また、第4図中にあって連通口12に対する湯の方向は、
上記で説明してきた給湯方向のみならず、括弧書きの矢
印にてその逆方向も示されているが、これは、先に少し
述べたように、追い焚き機能を持つ給湯機では、浴槽内
の湯を取込み口から取込み、給湯用と兼用の、または追
い焚き専用の熱交換器を介して加熱した後、再度、給湯
口から浴槽内に戻すようになっており、このようなもの
では、圧力センサ21は当該取込み口に連通する流路中に
設けられていても良いからである。したがって、後に述
べる本発明の場合もそうであるが、「連通口12」とは、
給湯口であっても良いし取込み口であっても良い。どち
らであっても、それらに連なった流路中に圧力センサ21
が設けられていれば良い。Further, in FIG. 4, the direction of the hot water with respect to the communication port 12 is
Not only the hot water supply direction explained above, but the opposite direction is also indicated by the arrow in parentheses, but this is because the water heater with the reheating function has Hot water is taken in through the inlet, heated through a heat exchanger that is also used for hot water supply or for reheating, and then returned to the bathtub from the hot water inlet again. This is because the sensor 21 may be provided in the flow path communicating with the intake port. Therefore, as in the case of the present invention described later, the "communication port 12" is
It may be a hot water supply port or an intake port. In either case, the pressure sensor 21
Should be provided.
[発明が解決しようとする課題] しかるに、第4図中、仮想線で示されているようにし、
最近の設置形態では、給湯機本体20の設けられている高
さ位置に対し、浴槽11の設置高さ位置が大きく異なるよ
うな場合も許容し得るよう、要求されている。例えば給
湯機本体20は家屋の一階相当部分の高さ位置に配し、浴
槽11は屋内の二階部分に設けるとか、あるいはその逆、
ないしは浴槽を地下室に設けるとか等である。[Problems to be Solved by the Invention] However, as shown in phantom lines in FIG.
In the recent installation form, it is required to allow a case where the installation height position of the bathtub 11 is greatly different from the installation height position of the water heater body 20. For example, the water heater body 20 is arranged at the height position of the first floor of the house, and the bathtub 11 is provided on the second floor of the house, or vice versa.
Or, for example, installing a bathtub in the basement.
ここで、第4図中、給湯機本体20とほぼ同程度の高さ位
置にある実線で示されている浴槽11の底を便宜上、基準
の高さ位置として高さ原点0mとし、それよりも高い位置
に設置された仮想線の浴槽11に底までの高さは+H
2(m)、低い位置に設置された浴槽の底までの高さは
−H1(m)とすると、それらの値はそれぞれ、容易に2m
程度は考えられる。Here, in FIG. 4, the bottom of the bathtub 11 indicated by a solid line at a height position substantially the same as that of the water heater main body 20 is set as a reference height position and the origin of height is set to 0 m. The height to the bottom of the virtual line bathtub 11 installed at a high position is + H
2 (m), and the height to the bottom of a bathtub installed at a low position is -H 1 (m), those values are easily 2 m respectively.
The degree is conceivable.
こうした場合には、給湯機本体20に内蔵の圧力センサ21
の検出対象水位変化範囲は、単に各浴槽内の水位変化範
囲α(cm)のみではなく、位置エネルギの影響を受ける
ことから当然のことではあるが、予想される浴槽自身の
設置高さ範囲をもカバーせねばならない。In such a case, the pressure sensor 21 built into the water heater body 20
The range of water level change to be detected is not limited to the water level change range α (cm) in each bathtub, but it is natural because it is affected by potential energy. Must also be covered.
事実、従来においては、このような場合、第2図に示さ
れるように、例えば−2mから+3mまでの5m幅を水位検出
対象範囲とし、0〜4Vの出力電圧範囲でこれを検出可能
なような圧力センサを用いていた。In fact, conventionally, in such a case, as shown in FIG. 2, for example, a 5 m width from −2 m to +3 m is set as the water level detection target range, and this can be detected in the output voltage range of 0 to 4 V. I used a different pressure sensor.
しかし、直ぐに明らかなように、先の従来例の場合のよ
うに、圧力センサ21が浴槽内の湯の高さ変化範囲X+α
内にのみ位置している結果、1mに満たない測定ダイナミ
ック・レンジを有すれば良い場合に比し、こうした広い
高さ範囲を測定可能領域とする圧力センサを用いたと
き、同じビット数でアナログ対デジタル変換をしたので
は、その分解能は著しく劣ることになってしまう。However, as will be readily apparent, as in the case of the prior art example, the pressure sensor 21 changes the height change range X + α of the hot water in the bathtub.
Compared to the case where the measurement dynamic range is less than 1 m as a result of being located only inside, when using a pressure sensor with such a wide height range as the measurable area, analog with the same number of bits is used. If the digital-to-digital conversion is performed, the resolution will be significantly inferior.
例えば、用いるマイクロコンピュータ23における8ビッ
トA/D変換可能電圧範囲、すなわちフルスケールが電源
電圧に等しい5Vであったとした場合、5mの水位変化を0
〜4Vの出力電圧範囲で表す圧力センサを使用した時に得
られる分解能は、 500(cm)/4(V)×5(V)/256=2.4(cm)/bit となり、十分とは言えなくなってくる。特に、マイクロ
コンピュータ23における変換誤差が3ビット程度見込ま
れる場合には、考え得る最大誤差もその三倍、すなわ
ち、分解能にして7.2cmとなり、これは大き過ぎる。For example, if it is assumed that the 8-bit A / D convertible voltage range in the microcomputer 23 used, that is, the full scale is 5 V, which is equal to the power supply voltage, the water level change of 5 m is 0
The resolution obtained when using a pressure sensor expressed in the output voltage range of ~ 4V is 500 (cm) / 4 (V) x 5 (V) / 256 = 2.4 (cm) / bit, which is not enough. come. In particular, when the conversion error in the microcomputer 23 is expected to be about 3 bits, the maximum error that can be considered is three times that, that is, the resolution is 7.2 cm, which is too large.
本発明はこの点の解消を目的としたものであり、浴槽設
置位置が給湯機本体の設置位置に対し、高さ方向に相当
変化することが予想され、その結果、広い高さ範囲を検
出対象とする圧力センサを用いねばならない場合にも、
その分解能の低下を防ぎ、高精度での浴槽内水位検出を
可能ならしめるような水位検出装置を提供せんとするも
のである。The present invention is intended to solve this problem, and it is expected that the bathtub installation position will change considerably in the height direction with respect to the installation position of the water heater body, and as a result, a wide height range will be detected. If you have to use a pressure sensor such as
An object of the present invention is to provide a water level detection device that prevents the deterioration of the resolution and enables highly accurate detection of the water level in the bathtub.
[課題を解決するための手段] 本発明は上記目的を達成するため、浴槽の湯に連通する
連通口への流路中に圧力センサを配し、当該圧力センサ
の検出圧力変換出力電圧をデジタル値に変換し、変換し
たデジタル値に基づいて浴槽内の湯の水位を検出する装
置における改良として、上記圧力センサの上記出力電圧
値を、変換可能なアナログ入力電圧値範囲が特定の値範
囲に固定されたアナログ対デジタル変換器によって上記
デジタル値に変換する前に増幅し、該増幅された圧力セ
ンサの出力電圧値の変化範囲を上記アナログ対デジタル
変換器の上記変換可能な入力電圧値範囲を越える範囲と
する増幅回路と、同じく上記デジタル値への変換の前
に、上記増幅された圧力センサの出力電圧値の変化範囲
の中、上記アナログ対デジタル変換器によって上記変換
可能な範囲を選択するために、該増幅された圧力センサ
の出力電圧に負または正のオフセット電圧を加算するオ
フセット電圧加算回路と、を有して成る浴槽付給湯機用
水位検出装置を提案する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention arranges a pressure sensor in a flow path to a communication port communicating with hot water of a bathtub and digitally detects a pressure conversion output voltage detected by the pressure sensor. As an improvement in the device that converts the value into a value and detects the water level of the hot water in the bath based on the converted digital value, the output voltage value of the pressure sensor is converted into an analog input voltage value range within a specific value range. A fixed analog-to-digital converter amplifies the converted voltage value before converting it into the digital value, and a change range of the amplified output voltage value of the pressure sensor is converted into the convertible input voltage value range of the analog-to-digital converter. Before the conversion into the amplification circuit and the conversion into the digital value, the analog-to-digital converter in the change range of the output voltage value of the amplified pressure sensor is used. And an offset voltage adder circuit for adding a negative or positive offset voltage to the amplified output voltage of the pressure sensor in order to select the convertible range. To propose.
[作用] 本発明によると、A/D変換側の都合により、デジタル値
に変換可能なアナログ電圧範囲がある一定の変化幅に固
定され、かつ、ある一定のビット数でのA/D変換を行な
わねばならない場合にも、浴槽内の水位に対応する圧力
センサの検出圧力値(出力電圧)を増幅しているので、
ビット当たりの圧力値変化分、ひいてはビット当たりの
測定水位値変化分は細かくなり、分解能が増す。[Operation] According to the present invention, due to the convenience of the A / D conversion side, the analog voltage range that can be converted to a digital value is fixed to a certain change width, and A / D conversion is performed with a certain number of bits. Even when it must be done, since the pressure value (output voltage) detected by the pressure sensor corresponding to the water level in the bathtub is amplified,
The change in pressure value per bit, and thus the change in measured water level value per bit, becomes finer and the resolution is increased.
したがって、例えば1mに満たない水位変化範囲をのみ、
検出対象とすれば良い場合とは異なり、浴槽内の湯の水
位を検出するべき当該浴槽自体の高さ位置そのものが大
きく変化し、例えば±2mからそれ以上にも及んで変化す
ることが見込まれる結果、圧力センサにもそうした広い
高さ範囲を測定対象とするものを選ばねならない場合に
も、必要な浴槽内の水位検出分解能は犠牲にしないで済
む。Therefore, for example, only the water level change range less than 1 m,
Unlike the case where it is only necessary to detect it, it is expected that the height position of the bath itself, which should detect the water level of the hot water in the bathtub, will change significantly, for example, ± 2 m and beyond. As a result, the required water level detection resolution in the bathtub does not have to be sacrificed even when a pressure sensor that must measure such a wide height range must be selected.
しかし、単に圧力センサの出力電圧を増幅しただけで
は、デジタル変換可能な電圧範囲を出てしまうことも容
易に考えられる。However, it is easily conceivable that the voltage range that can be converted into a digital value will be exceeded by simply amplifying the output voltage of the pressure sensor.
例えば先に例を挙げた圧力センサのように、圧力変化を
通じて5mの水位高さ変化を0〜4Vで検出可能な圧力セン
サがあった場合、これを単純に例えば5倍程度に増幅す
ると、デジタル変換せねばならない電圧範囲は0〜20V
にもなってしまう。For example, if there is a pressure sensor that can detect a water level height change of 5 m at 0 to 4 V through pressure change, such as the pressure sensor mentioned above, simply amplifying this to about 5 times will cause a digital change. The voltage range that must be converted is 0 to 20V
It also becomes.
ところが、最近のマイクロコンピュータを用いた給湯機
本体組込みの制御回路の電源電圧は5V程度が主流となっ
てきており、したがって、マイクロコンピュータでのソ
フト的な処理により等価的にアナログ−デジタル変換機
能を満たす場合にも、あるいは専用ハード・ウエアとし
てのアナログ−デジタル変換器を用いる場合にも、上記
のように単に圧力センサの出力電圧を増幅しただけで
は、当該出力電圧変化範囲はそれらによるデジタル変換
可能なアナログ電圧範囲(一般に電源電圧にほぼ等し
い)を逸脱してしまう。However, the power supply voltage of the control circuit built in the main body of the water heater using a recent microcomputer is about 5V, and therefore, the analog-digital conversion function is equivalently performed by software processing in the microcomputer. Whether the output voltage of the pressure sensor is satisfied or when an analog-digital converter is used as dedicated hardware, the output voltage change range can be converted into a digital signal by simply amplifying the output voltage of the pressure sensor as described above. The analog voltage range (generally equal to the power supply voltage) is exceeded.
ところが本発明の場合には、上記のようにして増幅した
圧力センサの出力電圧値に対し、さらに負または正の直
流オフセット電圧を加算する回路を設けているので、そ
の増幅した電圧変化範囲の一部をのみ、デジタル変換す
れば良いようになっている。However, in the case of the present invention, since a circuit for adding a negative or positive DC offset voltage to the output voltage value of the pressure sensor amplified as described above is provided, one of the ranges of the amplified voltage change range is provided. Only the part needs to be digitally converted.
例えば−15V(直流電圧値であるので常に一定)をオフ
セット電圧として加算すると、上記のように増幅された
圧力センサ出力電圧変化範囲が0〜20Vであった場合、
これは−15〜+5Vにシフトされる。もちろん、本書で言
う負の値の加算とは、絶対値において等しい正の値の減
算と同じ意味であるから、上記は+15Vを減算すると言
い換えることもできる。For example, if -15V (which is a DC voltage value and therefore always constant) is added as an offset voltage, when the pressure sensor output voltage change range amplified as described above is 0 to 20V,
This is shifted from -15 to + 5V. Of course, addition of a negative value in this document has the same meaning as subtraction of a positive value that is equal in absolute value, so the above can be rephrased as subtracting + 15V.
いずれにしろ、このような演算処理をなすと、0〜5Vを
フルスケールとするアナログ対デジタル変換を行なう場
合には、上記において−15Vから0Vまでの部分は捨てら
れ、0〜5V部分のみが当該デジタル変換に供されるの
で、実質的に、用いた圧力センサの測定ダイナミック・
レンジ0〜4Vの上四分の一の部分である3〜4Vの間の1V
の変化幅のみが5倍に増幅されて測定対象となる。In any case, if such an arithmetic process is performed, when performing analog-to-digital conversion with 0 to 5V as the full scale, the part from -15V to 0V is discarded in the above, and only the part from 0 to 5V is discarded. Since it is subjected to the digital conversion, the measurement dynamics of the pressure sensor used is substantially
1V between 3-4V which is the upper quarter part of the range 0-4V
Only the change width of is amplified 5 times and becomes the measurement target.
同様に、−5Vを加算すれば、増幅された圧力センサ出力
電圧値変化範囲は−5〜+15Vにシフトされ、その中、
0〜5Vの部分がデジタル変換の対象となるのであれば、
増幅前の圧力センサの測定ダイナミック・レンジ0〜4V
に関して言えば、下四分の一の部分である0〜1Vの部
分、及び上半分の部分である2〜4Vの部分は検出対象か
ら外され、間の1〜2Vの部分のみが5倍に増幅されてデ
ジタル変換対象変化幅とされる。Similarly, if -5V is added, the amplified pressure sensor output voltage value change range is shifted to -5 to + 15V.
If the 0-5V part is the target of digital conversion,
Measurement dynamic range of pressure sensor before amplification 0-4V
Regarding, regarding the lower quarter part, 0 to 1V part, and the upper half part, 2 to 4V part, are excluded from the detection target, and only the 1 to 2V part between them is quintupled. It is amplified and set as the change width for digital conversion.
これが何を意味するかと言えば、浴槽自体の高さ位置、
例えば浴槽の底を基準位置とすると、この基準位置の高
さの変動分をシフトできることに相当する。すなわち、
最終的に検出したいのは、高さ原点に対する各浴槽の基
準位置に加えての浴槽内水位ではなく、浴槽がどの高さ
位置にあってもそれにかかわらず、その浴槽内における
水位である。そして、当該水位自体は、決して数mにも
及ぶ変化を示すことはなく、すでに述べたように、せい
ぜい1m未満の変化である。What this means is the height position of the bathtub itself,
For example, when the bottom of the bathtub is used as the reference position, this corresponds to the fact that the variation in height of this reference position can be shifted. That is,
What is finally desired to be detected is not the water level in the bathtub in addition to the reference position of each bathtub with respect to the height origin, but the water level in the bathtub regardless of the height position of the bathtub. Then, the water level itself never shows a change of several meters, and as already mentioned, the change is less than 1 m at the most.
したがって、上記のように、例え測定ダイナミック・レ
ンジとしては5mにも及ぶ圧力センサを用いねばならなく
とも、浴槽の高さ変動を相殺するか、少なくとも小さな
影響に留めれば、その中のどこか1m程度の変化範囲をの
み、高分解能で測定することができる。Therefore, as mentioned above, even if it is necessary to use a pressure sensor with a measurement dynamic range of up to 5 m, it is possible to offset the fluctuation of the height of the bathtub, or at least to make it a small effect, and somewhere in it. Only the change range of about 1m can be measured with high resolution.
してみると明らかな通り、本発明はまさしく、これを可
能とすることになる。必要な水位変化幅(例えば1m)に
相当する部分の圧力センサ出力電圧変化範囲をのみ、増
幅してデジタル変換でき、浴槽自体の高さ変化に起因し
て測定不要となった圧力センサ出力電圧増幅分は合理的
に捨て去ることができるからである。As will be apparent, the present invention does just that. Amplification of the pressure sensor output voltage change range of the part corresponding to the required water level change width (for example, 1 m) and digital conversion can be performed, and pressure sensor output voltage amplification that makes measurement unnecessary due to the height change of the bathtub itself The minutes can be reasonably discarded.
もちろん、差動型の圧力センサ等、負の出力電圧範囲を
一部に持つタイプを使用した場合、必要なデジタル変換
範囲が負領域であって、デジタル変換可能な電圧範囲が
正領域であるならば、本発明に従ってまず圧力センサの
出力電圧を増幅した後には、正の直流オフセット電圧を
加算することで上記と同様の作用を期待することができ
る。Of course, when using a type that has a negative output voltage range, such as a differential pressure sensor, if the required digital conversion range is in the negative range and the digitally convertible voltage range is in the positive range, For example, according to the present invention, after the output voltage of the pressure sensor is first amplified, a positive DC offset voltage can be added to expect the same effect as above.
[実 施 例] 以下、第1図に即し、本発明の実施例につき説明する。[Examples] Examples of the present invention will be described below with reference to FIG.
本発明では、すでに述べた目的からして明らかなよう
に、給湯機本体20ないしはそれに内蔵の圧力センサ21と
浴槽11との配置関係は、すでに第4図に関して説明した
ように、圧力センサ21の高さ位置が実線の浴槽11に関し
て示してあるように、当該浴槽内の湯の水位変化範囲内
に位置している場合の外、圧力センサ21の高さ位置が仮
想線の浴槽11,11にて示されているように、大きく異な
ることもあるような場合も想定している。In the present invention, as is clear from the above-mentioned object, the arrangement relationship between the water heater main body 20 or the pressure sensor 21 built therein and the bathtub 11 is, as already described with reference to FIG. As shown in the bath line 11 whose height position is shown by the solid line, the height position of the pressure sensor 21 is outside the bath line 11, 11 where the bath line 11 and 11 are shown by virtual lines. As shown in the above, there are cases in which there may be large differences.
これに関し、ここでの説明における浴槽11自体の高さの
基準位置はそれらの底とし、したがって実線で示されて
いる浴槽11の底の位置を高さ原点0(m)とした場合、
その上に仮想線で示されている浴槽の高さ位置は+H2、
下側に仮想線で示されている浴槽11の高さ位置は−H1と
なる。In this regard, if the reference position of the height of the bathtub 11 itself in the description here is their bottom, and therefore the position of the bottom of the bathtub 11 shown by the solid line is the height origin 0 (m),
The bathtub height position indicated by the phantom line is + H 2 ,
The height position of the bathtub 11 shown by a virtual line on the lower side is −H 1 .
さらに便宜上、このシステムでは、高さ原点に対し、浴
槽11の設定可能な高さ範囲は当該−H1から+H2までとす
る。つまり、第4図に仮想線で示されている上下の浴槽
11,11は、それぞれ、許容し得る最上限位置+H2(m)
と最下限位置 m)に設置されていることになる。Further, for convenience, in this system, the height range in which the bathtub 11 can be set with respect to the height origin is −H 1 to + H 2 . That is, the upper and lower bathtubs shown in phantom in FIG.
11 and 11 are the maximum allowable upper limit position + H 2 (m)
And the lowest position m).
また、浴槽11内にあって給湯機本体20に内蔵の熱交換器
22に連通する連通口12の浴槽底面からの高さ位置はX
(cm)とし、浴槽11内にあって検出対象とすべき水位変
化範囲はX+α(cm)とする。圧力センサ21はこの連通
口12に連通する流路中に設けられるが、これによる圧力
に対応しての検出対象の水位変化幅は、上記の浴槽11に
関する許容高さ変化範囲−H1〜+H2に加え、許容上限高
さ位置+H2にある浴槽11内における最大水位値X+αま
で、カバーするものとする。In addition, a heat exchanger that is inside the bathtub 11 and is built in the water heater body 20.
The height of the communication port 12 that communicates with 22 from the bottom of the bathtub is X
(Cm), and the water level change range in the bathtub 11 to be detected is X + α (cm). The pressure sensor 21 is provided in the flow path communicating with the communication port 12, and the water level change width of the detection target corresponding to the pressure due to this is the allowable height change range −H 1 to + H with respect to the bath 11. In addition to 2 , the maximum water level value X + α in the bathtub 11 located at the allowable upper limit height position + H 2 is covered.
さらに、従来例との対比の便宜上、第4図中ではそれぞ
れ異なる寸法に示されているが、それぞれの値H1,H2は
絶対値において等しく、各々2mであるとし、かつ、浴槽
内水位の検出対象変化幅X+αは1mであるとする。もっ
とも、既述したように、連通口12の浴槽内底面からの高
さXは一般的には10cm程度であり、αはせいぜい深くて
も50〜60cm程度であれば良いため、1mの測定対象変化幅
は不要であり、実際にもこれはもっと縮小可能ではある
が、説明を簡単化するため、上記の値を用いておく。Further, for convenience of comparison with the conventional example, although shown in different sizes in FIG. 4, respective values H 1 and H 2 are equal in absolute value and are 2 m, respectively, and the water level in the bathtub is It is assumed that the detection target change width X + α of 1 is 1 m. However, as described above, the height X of the communication port 12 from the bottom surface of the bathtub is generally about 10 cm, and α is at most 50-60 cm at the most, so it is necessary to measure 1 m. The range of change is not necessary, and although this can be reduced in reality, the above value is used to simplify the description.
こうした条件の下に、この実施例で用いる圧力センサ21
は、すでに説明した第2図示の特性を有しているものと
する。すなわち、−H1の高さ位置に相当する−2mから、
(+H2+X+α)の高さ位置に相当する+3mまでの全ス
パン5mを0〜4Vの出力電圧変化範囲で対応する。なお、
実験に用いた圧力センサで高さ原点0mにおける出力電圧
はほぼ+1.7Vであった。Under these conditions, the pressure sensor 21 used in this embodiment is
Has the characteristics shown in the second illustration already described. That is, from -2m corresponding to the height position of -H 1 ,
The total span of 5m up to + 3m, which corresponds to the height position of (+ H 2 + X + α), corresponds to the output voltage change range of 0 to 4V. In addition,
With the pressure sensor used in the experiment, the output voltage at the origin of height 0m was almost + 1.7V.
このような圧力センサ21の出力電圧をデジタル値に変換
して水位検出の用に供する水位検出装置として、本発明
を満足する回路構成例は、例えば第1図に示すようにな
る。An example of a circuit configuration satisfying the present invention as a water level detecting device for converting the output voltage of the pressure sensor 21 into a digital value and using it for water level detection is as shown in FIG. 1, for example.
圧力センサ21の出力電圧VA(上記の約束に従って0〜4V
の変化幅)は第一の演算増幅器31の正相入力(+)に与
えられており、この演算増幅器31の出力電圧VDはアナロ
グ対デジタル変換器24の入力に与えられる。Output voltage V A of pressure sensor 21 (0-4V according to the above promise)
Is applied to the positive phase input (+) of the first operational amplifier 31, and the output voltage V D of this operational amplifier 31 is applied to the input of the analog-to-digital converter 24.
ただし、この実施例においては、最近ではこの種の給湯
機の制御装置に組込まれることが普通になっているマイ
クロコンピュータ(CPU)23によるソフト的な処理によ
り、実質的にアナログ−デジタル変換器(A/D)24が組
込まれているに等しい機能が生ずる場合を想定してい
る。However, in this embodiment, the analog-to-digital converter (substantially an analog-digital converter (substantially) is processed by software processing by the microcomputer (CPU) 23, which is usually incorporated in the controller of this type of hot water heater recently. It is assumed that a function equivalent to that of the A / D) 24 is incorporated.
もちろん、本発明は、専用のハードウエアとしてA/D変
換器24が用意される場合にも適用することができるが、
いずれにしてもデジタル変換された数値データは、すで
に述べたように、当該マイクロコンピュータ23により、
設定水位までの自動湯張り機能等、この種給湯機の制御
に利用される。Of course, the present invention can be applied to the case where the A / D converter 24 is prepared as dedicated hardware,
In any case, the digital-converted numerical data is, by the microcomputer 23, as described above,
It is used to control this kind of water heater, such as the automatic filling function up to the set water level.
一方、この第一の演算増幅器31の出力と逆相入力(−)
の間には帰還抵抗R2が設けられ、また、当該逆相入力は
抵抗R1を介し、もう一つの演算増幅器32の出力に接続さ
れている。On the other hand, the output of the first operational amplifier 31 and the negative phase input (-)
A feedback resistor R 2 is provided between them, and the negative phase input is connected to the output of another operational amplifier 32 via the resistor R 1 .
したがって、もし仮に、この第二の演算増幅器32の出力
電位が実質的に接地電位に等しい場合には、抵抗R1の一
端を単に接地したに等しいことになり、かつ、この状態
を考えれば明らかな通り、第一演算増幅器31は文字通り
通常の入力電圧増幅機能を有しており、そのゲインGは G=1+R2/R1 ‥‥‥ となる。Therefore, if the output potential of the second operational amplifier 32 is substantially equal to the ground potential, it means that one end of the resistor R 1 is simply grounded, and if this state is considered, it is clear. That is, the first operational amplifier 31 literally has a normal input voltage amplifying function, and its gain G is G = 1 + R 2 / R 1 ...
ここで、規格にある値に従い、抵抗R2の抵抗値が39KΩ
であり、抵抗R1の値が10KΩであったとすれば、上記ゲ
インGはG=4.9となる。Here, according to the value in the standard, the resistance value of the resistor R 2 is 39K Ω
If the value of the resistor R 1 is 10 KΩ , the gain G is G = 4.9.
簡単のため、以下、第1図に示されている第一演算増幅
器31の増幅率GはG=5にまるめるが、もし仮に、第二
演算増幅器32の出力電圧が接地電位であるならば、圧力
センサ21の出力電圧VPの変化幅0〜4Vは第一演算増幅器
31の出力電圧VD変化幅として0〜20Vにまで5倍、拡大
されることになる。For the sake of simplicity, the amplification factor G of the first operational amplifier 31 shown in FIG. 1 is rounded to G = 5, but if the output voltage of the second operational amplifier 32 is ground potential, then The variation range of the output voltage V P of the pressure sensor 21 is 0 to 4 V, the first operational amplifier
The output voltage V D change width of 31 is expanded five times to 0 to 20V.
そのため、この第一演算増幅器31の出力電圧VDをそのま
まA/D変換器24の入力に与えたのでは、当該A/D変換器24
においてのデジタル変換可能な電圧範囲を出てしまうこ
とも容易に考えられる。すでに述べたように、最近のマ
イクロコンピュータを用いた給湯機本体組込みの制御回
路の電源電圧は5V程度が主流となってきており、当然、
デジタル値への変換可能なアナログ電圧範囲(一般に電
源電圧にほぼ等しい)もこの電源電圧は越えられないか
らである。Therefore, if the output voltage V D of the first operational amplifier 31 is directly applied to the input of the A / D converter 24, the A / D converter 24
It is easily conceivable that the voltage range that can be digitally converted in the above will be exceeded. As already mentioned, the power supply voltage of the control circuit built into the main body of the water heater using a recent microcomputer is about 5V, and naturally, of course,
This is because the analog voltage range that can be converted into a digital value (generally approximately equal to the power supply voltage) cannot be exceeded.
また、仮に0〜20Vに亙る入力電圧範囲を一括して変換
可能なA/D変換器24が用意されたとしても、そのビット
数を相当増やさなければ、最終的に検出したい、たかだ
か1m程度の水位差に対しては、高い分解能を示すことが
できない。8ビット程度では、すでに述べた通り、A/D
変換誤差をも考えると最終的に7cm以上もの粗い分解能
に留まってしまう。Even if an A / D converter 24 capable of collectively converting the input voltage range of 0 to 20 V is prepared, if the number of bits is not significantly increased, it is desired to finally detect, at most, about 1 m. It cannot show high resolution for the water level difference. With about 8 bits, as already mentioned, A / D
Considering the conversion error, the final resolution is 7 cm or more.
しかし、本発明の場合には、図示されている実施例に認
められるように、その一端を第一演算増幅器31の逆相入
力に接続している抵抗R1の他端は第二演算増幅器32の出
力に接続しており、一方、この第二演算増幅器32はいわ
ゆるボルテージ・フォロア構成となっていて、インピー
ダンス変換器となっているため、当該第二演算増幅器32
の正相入力に与えるアナログ直流電圧VAの極性及び絶対
値の如何により、第一演算増幅器31の出力電圧範囲を全
体として正または負にシフトすることができる。つま
り、こうした回路構成によると、第一演算増幅器31の出
力電圧VDは、先の式によるゲインGを利用して、 VD=G・VP−(R2/R1)・VA ‥‥‥ で表すことができ、明らかなように、この式における
右辺第1項は、第一演算増幅器31により入力の圧力セン
サ出力電圧VPを単に増幅する機能を示しているが、第2
項は、直流電圧VAの大きさとその極性(正または負)に
応じて(R2/R1)・VAだけ、当該第一演算増幅器31の出
力電圧VDを負または正にシフトし得ることを意味してい
る。However, in the case of the present invention, as seen in the illustrated embodiment, the other end of the resistor R 1 whose one end is connected to the negative phase input of the first operational amplifier 31 has the other end of the second operational amplifier 32. On the other hand, since the second operational amplifier 32 has a so-called voltage follower structure and is an impedance converter, the second operational amplifier 32 is connected to the output of the second operational amplifier 32.
Depending on the polarity and the absolute value of the analog DC voltage V A given to the positive phase input of, the output voltage range of the first operational amplifier 31 can be shifted positively or negatively as a whole. That is, according to such a circuit configuration, the output voltage V D of the first operational amplifier 31 is V D = G · V P − (R 2 / R 1 ) · V A. It can be expressed as follows, and as is clear, the first term on the right side of this equation shows the function of simply amplifying the input pressure sensor output voltage V P by the first operational amplifier 31, but the second term
The term shifts the output voltage V D of the first operational amplifier 31 to negative or positive by (R 2 / R 1 ) · V A according to the magnitude of the DC voltage V A and its polarity (positive or negative). Means to get.
したがって、本願要旨構成中に言うような直流オフセッ
ト電圧を加算する回路とは、この実施例の場合、第二演
算増幅器32と抵抗R1,R2による回路となる。Therefore, in the case of this embodiment, the circuit for adding the DC offset voltage as described in the gist of the present application is a circuit including the second operational amplifier 32 and the resistors R 1 and R 2 .
さらに、この実施例では、当該第二演算増幅器32の入力
に与えるアナログ直流電圧VAはマイクロコンピュータ23
から与えられる場合が示されており、また、その値及び
極性は、当該マイクロコンピュータ23での後述する適当
なる演算ないし判断の下に得られた二値数値データをD/
A変換器25(ソフト的な処理によるか、別途なハードウ
エアで良い)によりデジタル対アナログ変換することで
得られる場合を想定している。Further, in this embodiment, the analog DC voltage V A given to the input of the second operational amplifier 32 is the microcomputer 23
The value and the polarity are the binary numerical data obtained under appropriate calculation or judgment by the microcomputer 23, which will be described later.
It is assumed that it can be obtained by digital-to-analog conversion by the A converter 25 (by software processing or by separate hardware).
なお、単に数値データのみでも出力電圧の極性を決定す
ることもできるが、もちろん、極性データのみは図示し
ない別途なレジスタ等に与えることで別に取扱うように
しても良いし、本実施例におけるように、一方の極性
(この場合、負)の直流オフセット電圧のみを加算すれ
ば良い場合には、当然、そのような極性に関する選択的
な反転処理は不要となる。Note that the polarity of the output voltage can be determined simply by using only the numerical data, but of course, only the polarity data may be separately handled by giving it to a separate register (not shown), as in the present embodiment. In the case where only the DC offset voltage of one polarity (in this case, negative) needs to be added, naturally, the selective inversion processing regarding such polarity is not necessary.
このような回路の使い方、特に直流オフセット電圧VAの
決定の仕方は、例えば次のようにし得る。How to use such a circuit, in particular, how to determine the DC offset voltage V A can be as follows, for example.
第4図に即して説明したように、浴槽11内の湯の高さが
連通口12には至らない範囲であれば、浴槽11の底が高さ
原点0mにある限り、その時の圧力センサ出力電圧VPは第
3図に示されるようにある一定値VPXであるべきであ
る。As described with reference to FIG. 4, if the height of the hot water in the bathtub 11 does not reach the communication port 12, as long as the bottom of the bathtub 11 is at the height origin 0 m, the pressure sensor at that time The output voltage V P should be some constant value V PX as shown in FIG.
ただ、この実施例では、高さ原点0mに対して負の高さ領
域まで、水位検出の対象としており、第2図示の特性の
圧力センサ21では当該高さ原点0mに水位があるとき、上
記のように1.7Vが得られるようになっており、また、そ
の特性曲線の傾きは4(V)/5(m)=0.8(V/m)であ
るので、流通口12の高さXが例えば10cmであるならば、
上記の一定値VPXは(1.7+0.08)Vとなる(ほぼ1.8Vと
しよう)。この値はもちろん、既知の値として付属のメ
モリに格納することにより、マイクロコンピュータ23に
て管理することができる。However, in this embodiment, the water level is detected up to a negative height region with respect to the height origin 0 m, and the pressure sensor 21 having the second characteristic shown in FIG. 1.7V is obtained, and the slope of the characteristic curve is 4 (V) / 5 (m) = 0.8 (V / m), the height X of the flow port 12 is For example, if it is 10 cm,
The above constant value V PX is (1.7 + 0.08) V (let's assume about 1.8V). Of course, this value can be managed by the microcomputer 23 by storing it in the attached memory as a known value.
全く同様に、高さ原点0mにある浴槽11内において1mまで
を水位検出範囲とした場合(実際にはそんなに深くは必
要ないが既述のように説明の便宜のため)、その最大水
位時に相当する圧力センサ21の出力電圧VPMは、2.5Vと
なる。Similarly, when the water level detection range is up to 1m in the bathtub 11 at the origin of height 0m (actually, it is not necessary to be so deep, but for convenience of explanation as described above), it is equivalent to the maximum water level. The output voltage V PM of the pressure sensor 21 is 2.5 V.
したがって、高さ原点にある浴槽に関して必要なこの圧
力センサ圧力電圧範囲1.7〜2.5Vをゲイン5により増幅
すると、8.5〜12.5Vの4V幅となる。Therefore, when the pressure sensor pressure voltage range 1.7 to 2.5V required for the bath at the height origin is amplified by the gain 5, the width becomes 4V of 8.5 to 12.5V.
ところが、スパンにおいては4Vと適当ではあっても、マ
イクロコンピュータ23の側においてデジタル変換値に変
換可能な電圧範囲が電源電圧により絶対値で+0〜+5V
と決定されてしまっているような場合には、上記スパン
の下限における絶対電圧値+8.5Vでさえ、高過ぎる。However, even though the span is suitable at 4V, the voltage range that can be converted into a digital conversion value on the microcomputer 23 side is +0 to + 5V in absolute value depending on the power supply voltage.
If it has been decided that the absolute voltage value + 8.5V at the lower limit of the above span is too high.
そこで、上記式の右辺第2項(R2/R1)・VAの値(す
なわち(R2/R1)が本実施例では3.9なので、これも以
降、まるめて4とする4VA)が例えば7.5Vとなるように
決定すれば、上記のように高さ原点0m位置における8.5
〜12.5Vの第一演算増幅器出力は、スパンとしては同一
の幅4Vを保ったまま、絶対電圧値においても+1〜+5V
にまでシフトすることができ、マイクロコンピュータ23
側のA/D変換の入力電圧範囲として適当なものとなる
し、従来と同様、8ビット程度でA/D変換を掛けても、
ビット当たりの水位分解能は十分なものが得られる。Therefore, the value of the second term (R 2 / R 1 ) · V A on the right-hand side of the above equation (that is, (R 2 / R 1 ) is 3.9 in this embodiment, and henceforth, it is rounded down to 4V A ). If, for example, it is determined to be 7.5 V, as described above, 8.5 at the height origin 0 m position
The output of the first operational amplifier of ~ 12.5V is +1 to + 5V in absolute voltage value while keeping the same width of 4V as the span.
Microcomputer that can shift up to 23
It will be appropriate as the input voltage range for the A / D conversion on the side, and even if the A / D conversion is applied with about 8 bits as in the conventional case,
Sufficient water level resolution per bit is obtained.
明らかなように、上記VAの値は、設置された浴槽の高さ
位置の関数として最適な値に設定することができ、か
つ、そのようにすれば、浴槽11がこの場合、−2mから+
2mの範囲でどの高さ位置にあっても、常にその各高さ位
置においてせいぜい1m未満程度の水位変化範囲をのみ、
検出対象範囲とすることができる。Obviously, the value of V A can be set to an optimum value as a function of the height position of the installed bathtub, and in that case, the bathtub 11 will in this case be from −2 m +
Regardless of which height position is within the range of 2 m, at each height position, there is always a water level change range of less than 1 m at most.
It can be set as a detection target range.
例えば、+1.4mの位置に設置された浴槽があり、したが
ってその連通口12までの高さ位置は+1.5mであるような
場合、その浴槽において連通口12までの高さにおける圧
力センサ出力電圧は、第2図の特性曲線の傾き0.8と出
力電圧軸切片の値1.7Vとから、2.9Vと計算される(リニ
アリティが良いため、実測値もこれに良く合致する)。
そして、これが第一演算増幅器31によるゲインG=5に
従って増幅されたとすると、5倍して14.5Vとなる。For example, when there is a bathtub installed at a position of + 1.4m, and therefore the height position to the communication port 12 is + 1.5m, the pressure sensor output voltage at the height to the communication port 12 in the bathtub. Is calculated as 2.9V from the slope 0.8 of the characteristic curve of FIG. 2 and the value 1.7V of the output voltage axis intercept (since the linearity is good, the measured value also agrees well with this).
Then, if this is amplified according to the gain G = 5 by the first operational amplifier 31, it is multiplied by 5 to become 14.5V.
逆に言って、ある高さの浴槽内において連通口12まで水
(湯)を満たした結果、第二演算増幅器32の出力電位が
接地電位のときに第一演算増幅器31のゲインによっての
み増幅された出力電圧VDが14.5Vとなったならば、その
浴槽の連通口高さXは高さ原点0mに対しては+1.5mであ
ると知ることができる。Conversely, as a result of filling the communication port 12 with water (hot water) in a bathtub of a certain height, when the output potential of the second operational amplifier 32 is the ground potential, it is amplified only by the gain of the first operational amplifier 31. If the output voltage V D becomes 14.5 V, it can be known that the communication port height X of the bathtub is +1.5 m with respect to the height origin 0 m.
そこで逆に、そのたびごとには特に浴槽の高さを知らな
くても、当該電圧値14.5Vが得られたときには上記のシ
フト用直流オフセット電圧値4VAとして13.5Vを与えるよ
うにすれば、その浴槽においても先と同様、槽内水位の
検出対象範囲を+1〜+5Vの絶対電圧値範囲にシフトす
ることができる。これは、上記原理からして、その浴槽
における最大水位時の圧力センサ出力電圧を求めなくて
もそうなる。因みに、+1.5mから1m上の2.5mでは、ゲイ
ンGを掛けられた後の値は18.5Vとなり、これから上記
の13.5Vを引くとデジタル変換に供すべき最大電圧値は5
Vとなる。Therefore, conversely, without knowing the height of the bathtub each time, if the voltage value of 14.5V is obtained, by giving 13.5V as the shift DC offset voltage value 4V A , In the bathtub, as in the previous case, the detection range of the water level in the bath can be shifted to the absolute voltage value range of +1 to + 5V. According to the above-mentioned principle, this is possible even if the pressure sensor output voltage at the maximum water level in the bath is not obtained. By the way, at 2.5m up from + 1.5m to 1m, the value after being multiplied by the gain G is 18.5V, and if 13.5V above is subtracted from this, the maximum voltage value to be used for digital conversion is 5
It becomes V.
これをもっと一般的に言うと、上記式は、上記式に
よるG=1+R2/R1(式)を代入し、整理することに
より、 VD=(VP−VA)・(R2/R1)+VP ‥‥‥ と書替えることができる。To put this more generally, the above equation is obtained by substituting G = 1 + R 2 / R 1 (equation) according to the above equation, and rearranging it so that V D = (V P −V A ) · (R 2 / It can be rewritten as R 1 ) + V P.
そこで、どの高さHXの浴槽11でも連通口12の位置に水位
があるときの圧力センサ出力電圧VPHXに基づき、第一演
算増幅器出力電圧VDを例えば1Vにしたければ、当該VD=
1(V)を上記式に代入し、さらに変形してVAについ
て解くと、 VA=VPHX−(1-VPHX)・(R1/R2) ‥‥‥ となって、R1/R2の項は既知であり、また当然、VPHXも
あらかじめ知って置くことができるので、これらの値に
共づき、マイクロコンピュータ23による演算の結果、D/
A変換器25を出た後のアナログ直流オフセット電圧VAが
この値に固定になるような二値数値データを求め、これ
を当該D/A変換器25(既述のように実際はソフト的な処
理で良いが)に与えれば良い。もちろん、上記VDを1Vに
設定するのは単なる例示である。Therefore, if it is desired to set the first operational amplifier output voltage V D to, for example, 1 V on the basis of the pressure sensor output voltage V PHX when there is a water level at the position of the communication port 12 in any height H X of the bath 11, the V D =
1 (V) is substituted into the above equation and solving for further modification to V A, V A = V PHX - (1-V PHX) · (R 1 / R 2) becomes ‥‥‥, R 1 Since the term / R 2 is known, and of course V PHX can also be known in advance, the value of D /
Binary numerical data is obtained such that the analog DC offset voltage V A after leaving the A converter 25 is fixed at this value, and this is calculated by the D / A converter 25 (as described above, it is actually a soft value). It can be processed, but it can be given to. Of course, setting V D above to 1V is merely exemplary.
このように、各具体的な数値例に即し、本実施例につき
詳記したが、本発明によると、浴槽自体の高さ位置、例
えば浴槽の底を基準位置とするならばこの基準位置の高
さ原点に対する高さ変動分を相殺ないし低減し、浴槽が
どの高さ位置にあってもそれにはかかわらず、デジタル
変換値への変換可能な電圧範囲にて同じビット数でその
浴槽内における水位を検出することができる。Thus, the present embodiment has been described in detail in accordance with each specific numerical example, but according to the present invention, if the height position of the bathtub itself, for example, the bottom of the bathtub is the reference position, this reference position Height fluctuations relative to the height origin are canceled or reduced, regardless of the height position of the bathtub, regardless of the height position, the water level in the bathtub is the same number of bits within the voltage range that can be converted to a digital conversion value. Can be detected.
したがって、上記のように、例え測定ダイナミック・レ
ンジとしては5mにも及ぶ圧力センサを用いねばならなく
とも、その中、浴槽設置位置に応じて必要な水位変化幅
(例えば1m)に相当する部分の圧力センサ出力電圧変化
範囲のみを増幅し、その抽出された変化範囲(スパン)
をのみ、デジタル変換することができ、換言すれば、浴
槽自体の高さ変化に起因し、デジタル変換する必要のな
い圧力センサ出力電圧増幅分は合理的に捨てられること
になる。Therefore, as mentioned above, even if it is necessary to use a pressure sensor that extends up to 5 m as the measurement dynamic range, of the part corresponding to the water level change width (for example, 1 m) required depending on the bathtub installation position, Only the change range of the pressure sensor output voltage is amplified and the extracted change range (span)
Can be digitally converted, in other words, due to the height change of the bathtub itself, the pressure sensor output voltage amplification that does not need to be digitally converted is reasonably discarded.
もちろん、差動型の圧力センサ等、負の出力電圧範囲を
一部に持つタイプを使用した結果、デジタル変換可能な
電圧範囲が正領域に限られているのに、変換対象の入力
電圧範囲が負領域となるならば、圧力センサ出力電圧を
増幅後に加算する適当絶対値の直流オフセット電圧を正
とすることで、上記同様の作用を期待することができ
る。Of course, as a result of using a type that has a negative output voltage range, such as a differential pressure sensor, the voltage range that can be digitally converted is limited to the positive range, but the input voltage range to be converted is If it is in the negative region, the same action as above can be expected by setting the DC offset voltage of an appropriate absolute value, which is added after amplification of the pressure sensor output voltage, to be positive.
ただし、高さに関する原点位置は任意に設定可能であ
り、各パラメータも単に平行移動すれば良いので、例え
ば第2図中、−2m点を原点0m位置とし、ここから+5mま
での範囲を圧力センサ21の測定対象として任せることも
できる。However, the origin position related to height can be set arbitrarily, and each parameter only needs to be moved in parallel. For example, in Fig. 2, the -2m point is the origin 0m position, and the range from here to + 5m is the pressure sensor. You can also leave it as 21 measurement targets.
さらに、第1図示回路によると、圧力センサ21の経年変
化により、マイクロコンピュータ23が最初に設定した直
流オフセット電圧値VAが適当でなくなり、連通口12の位
置で異なる出力電圧VDが得られるようになった場合に
も、その補正は簡単であり、自動化することもできる。
これは本発明の目的を達成した結果として付随的に発生
した効果であるが、得られてみると、これも意外に大き
な効果であることが分かる。Further, according to the first illustrated circuit, the DC offset voltage value V A initially set by the microcomputer 23 becomes inappropriate due to the aging of the pressure sensor 21, and a different output voltage V D is obtained at the position of the communication port 12. In such a case, the correction is simple and can be automated.
This is an effect that is incidental as a result of achieving the object of the present invention, but once obtained, it is also surprisingly large.
[効果] 本発明によれば、給湯機本体に対して設置可能な浴槽の
高さ範囲をかなり広く許容する必要があり、したがっ
て、浴槽内水位検出のために用いる圧力センサにもその
圧力検出範囲の広いものを使用せねばならない場合に
も、一旦、ある高さ位置に設定された浴槽11に関して
は、あえてアナログ対デジタル変換のビット数を増さず
とも、槽内水位を高い分解能を持って精度良く検出する
ことができる。[Effect] According to the present invention, the height range of the bathtub that can be installed with respect to the main body of the water heater needs to be allowed to be quite wide, and therefore, the pressure sensor used for detecting the water level in the bathtub also has the pressure detection range. Even if it is necessary to use a wide bathtub, with regard to the bathtub 11 once set at a certain height position, even if the number of bits for analog-to-digital conversion is not increased, the water level in the bath must be highly resolved. It can be detected accurately.
換言すれば、給湯機本体と浴槽との間の高さ関係の規定
を緩和することができ、より柔軟で商品性の高い給湯シ
ステムを構築することができる。In other words, it is possible to relax the regulation of the height relationship between the water heater main body and the bathtub, and to construct a hot water supply system that is more flexible and has high marketability.
第1図は本発明の水位検出装置の一実施例における要部
回路の概略構成図, 第2図は浴槽内水位を圧力の変化で検出し、対応する出
力電圧を発生する圧力センサを用いた場合の当該浴槽内
水位と出力電圧の変化関係の傾向を示す説明図, 第3図は比較的広い水位差を検出可能な市販圧力センサ
の特性例の説明図, 第4図は給湯機本体ないし圧力センサ設置位置と浴槽設
置高さ位置との関係を示す説明図, である。 図中、11は浴槽、12は連通口、20は給湯機本体、21は圧
力センサ、22は熱交換器、23はマイクロコンピュータ、
24はA/D変換器、25はD/A変換器、31は第一演算増幅器、
32は第二演算増幅器、R1,R2は抵抗器、VPは圧力センサ
出力電圧、VDはデジタル値への変換に供すべき第一演算
増幅器出力電圧、VAは直流オフセット電圧、である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main circuit in an embodiment of a water level detecting device of the present invention, and FIG. 2 uses a pressure sensor that detects a water level in a bath by a change in pressure and generates a corresponding output voltage. Fig. 3 is an explanatory view showing the tendency of the change relation between the water level in the bathtub and the output voltage in the case, Fig. 3 is an explanatory view of a characteristic example of a commercially available pressure sensor capable of detecting a relatively wide water level difference, and Fig. 4 is a water heater body or FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the pressure sensor installation position and the bathtub installation height position. In the figure, 11 is a bathtub, 12 is a communication port, 20 is a water heater main body, 21 is a pressure sensor, 22 is a heat exchanger, 23 is a microcomputer,
24 is an A / D converter, 25 is a D / A converter, 31 is a first operational amplifier,
32 is a second operational amplifier, R 1 and R 2 are resistors, V P is a pressure sensor output voltage, V D is a first operational amplifier output voltage to be used for conversion into a digital value, and V A is a DC offset voltage. is there.
Claims (1)
力センサを配し、該圧力センサの検出圧力変換出力電圧
をデジタル値に変換し、該デジタル値に基づいて浴槽内
の湯の水位を検出する装置であって; 上記圧力センサの上記出力電圧値を、変換可能なアナロ
グ入力電圧値範囲が特定の値範囲に固定されたアナログ
対デジタル変換器によって上記デジタル値に変換する前
に増幅し、該増幅された圧力センサの出力電圧値の変化
範囲を上記アナログ対デジタル変換器の上記変換可能な
入力電圧値範囲を越える範囲とする増幅回路と; 同じく上記デジタル値への変換の前に、上記増幅された
圧力センサの出力電圧値の変化範囲の中、上記アナログ
対デジタル変換器によって上記変換可能な範囲を選択す
るために、該増幅された圧力センサの出力電圧に負また
は正のオフセット電圧を加算するオフセット電圧加算回
路と; を有して成る浴槽付給湯機用水位検出装置。1. A pressure sensor is arranged in a flow path to a communication port which communicates with hot water of a bathtub, a pressure conversion output voltage detected by the pressure sensor is converted into a digital value, and the inside of the bathtub is converted based on the digital value. A device for detecting the water level of hot water; converting the output voltage value of the pressure sensor into the digital value by an analog-to-digital converter having a convertible analog input voltage value range fixed to a specific value range. An amplifying circuit which is previously amplified and has a range in which the output voltage value of the amplified pressure sensor changes exceeds the range of the convertible input voltage value of the analog-to-digital converter; Of the output voltage value of the amplified pressure sensor, the output of the amplified pressure sensor is selected in order to select a range convertible by the analog-to-digital converter. Offset voltage addition circuit and for adding a negative or positive offset voltage to the voltage; water level detecting device tub with water heater comprising a.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2287244A JPH071190B2 (en) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | Water level detector for water heater with bath |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH04161824A JPH04161824A (en) | 1992-06-05 |
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Family
ID=17714899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Family Cites Families (5)
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1990
- 1990-10-26 JP JP2287244A patent/JPH071190B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH04161824A (en) | 1992-06-05 |
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