CN1370261A

CN1370261A - 流体加热及控制系统

Info

Publication number: CN1370261A
Application number: CN00811685A
Authority: CN
Inventors: 戴维·塞兹; D·P·夏普; T·L·哈曼; L·J·埃弗雷特; R·H·纽曼恩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: EP1208334A1; US6246831B1; CA2376219A1; EP1208334B1; IL146938A0; CA2376219C; CN100412460C; EP1208334A4; AU774789B2; HK1049876B; HK1049876A1; AU5739900A; WO2000077456A1

Abstract

对瞬时流动的流体加热器系统(1000)的控制包括一种逻辑控制方法,对多个加热元件(5)提供小步幅的功率调制,限制对闭环控制需要的响应,不会造成灯光闪烁。用脉宽调制的驱动方式激励线圈,降低工作周期,可以延长加热电路的机电继电器的线圈寿命,并且能检测电源电压上升时可能的线圈热量。禁止在检测到继电器线圈失去电源时立即驱动加热元件的三端可控硅开关,因而能延长继电器触点的寿命,例如是打开过热限制开关(8),以便确保继电器触点在加热元件电流为零时打开。

Description

流体加热及控制系统

技术领域

本发明总体涉及到用于瞬时加热流体的流动加热系统的控制，特别涉及到对控制的改进，这包括优化的功率调制算法，低功率稳定控制的方法，延长加热电路机电继电器的工作寿命的方法，一种冗余的故障安全电路，带有视听报警器的自身诊断功能，以及检测水平面的一种改进的方法。

发明背景

授予Walker等人的美国专利US3,909,588号公开了一种流体电加热器，它采用了浸入电绝缘流动罐中的电极，并且控制对流体温度和加热电极电流的检测。

授予July的美国专利US4,337,388号公开了一种快速响应水加热和输送系统，它包括水加热装置，水温检测装置，以及闭环控制的比例积分微分(PID)方法。

授予Dytch等人的美国专利US4,638,147号描述了一种微处理器控制的流动水加热器，是通过不同功率加热元件的切换组合来调节加热功率。

授予Braun等人的美国专利US4,829,159公开了一种切换电加热元件负载的方法，按顺序为所有负载通电，即不切断也不满载，以减少切换过渡过程。

授予Yoshino的美国专利US4,920,252号描述了一种多个加热元件的温度控制方法，在预定时间长度的一个周期内分配所需的激励时间。

授予Seitz的美国专利US5,216,743号公开了一种用于流动瞬时加热器的热塑性热交换器，这种加热器包括一个采用温度比较的控制系统。

授予White，Jr等人的美国专利US5,479,558号公开了一种具有流动响应控制装置的没有罐的流动水加热器。

授予Russell等人的美国专利US5,504,306号公开了一种没有罐的水加热系统，用微处理器式控制器检测水的出口温度，采取一种选择遥控温度设定装置，并且通过在一小部分电力线周期内供电来控制加热元件。

授予Seitz等人的美国专利US5,866,880号采用了多个加热元件，每个加热元件接收大致等量的功率，并且为每个元件供电之间之间的延迟不超过32个半周期。

流动流体的电加热器常常被叫做没有罐的流体电加热器，在流体流过热交换器时将流体加热。这种加热器的目的是从流体进入并通过热交换器到流体从加热器出口排出的时间内将流体加热到预期的给定值。从原理上说，用闭环系统实现这一过程是比较简单的，流动和温度的工作参数可以由系统预定。

在这一类应用中，理论上可以用标准的比例微分控制(PID)算法来实现对加热器的系统。例外，因为其在商业或工业中有许多用途，人们已经习惯了在这些应用中不受限制地使用电能。

对于住宅的水加热用途，所面临的是一种完全不同的条件。在流动加热器中加热流体的过程完全是动态的，并且需要快速响应和精确的温度控制-不仅要考虑用户的舒适还要考虑到安全。多年以来不断有人致力于涉及出“最佳的”家用“流动”或“没有罐的”水加热器。这些努力面临的许多问题涉及到所使用的常规流动检测装置不可靠，并且由于直接暴露于多变且具有侵蚀性的水的不同条件下而过早损坏。

问题1.在流体加热器中控制温度的标准方法是试图根据一个参考温度来调节流体的输出温度Tout。在许多情况下，参考输入是一个恒定温度给定值Tsp。在一个单输入(入口流体温度是Tin)单输出(出口流体)系统中，加热器试图维持输出流体的温度等于给定值，即Tout＝Tsp。在加热器的应用中，假设Tin是小于Tout。流体测量可以提供“正向输送”信息以便于控制。诸如涡轮机等常规的流体测量装置价格昂贵并且会受到水条件的不利影响。用来实现这种调节的传统的反馈方法是首先测量出口温度并将差值ERROR＝(Tsp-Tout)作为一个误差来计算。系统采用诸如PID(比例积分微分)等等控制方案尝试着将误差减小到零，在稳态流动中使ERROR＝0。

在标准控制方案被用于罐内温度控制时会受到多方面问题的困扰。首先，在加热和检测到流体温度变化之间有一个延迟。其次，这种系统往往对系统组成的改变或测量温度时有没有噪声很敏感，会在系统所采用的温度测量中造成误差。例如，如果最初用精确校准的热敏电阻来测量温度，热敏电阻的特性会随着时间而改变，造成测量误差。最后，由于系统滞后时间，这些系统在存在诸如流体流速迅速改变等扰动的情况下往往不能有效地控制出口流体温度。

问题2.Seitz等人的专利#5,216,743提出用温度差来检测流动/不流动状态，并提供了一种装置，在备用状态下对水进行周期性加热以维持低能使用，不仅能检测这些状态，还能监视温度梯度。Seitz等人的技术的主要缺点在于对温度检测器件也就是热敏电阻的选择，Seitz等人建议采用商品型热敏电阻，其电阻值彼此间原来就有很大差别，从而导致温度测量变化。这种变化的结果会影响到在“不流动”以及开始“流动”时用来为电源关闭提供响应控制的温度测量值，还会影响到为维持备用状态所需要的建立小温度梯度的能力。

即使当加热器中的流体温度很低时，用此类热敏电阻获得的温度读数也会彼此不同，例如能相差多达5华氏度以上。在大多数没有罐的水加热器中，两个热敏电阻之间测得的温度差被用于温度调节。由于电阻与温度特性的变化，在热敏电阻彼此之间往往存在不精确的温度差读数。为了补偿这些变化，控制参数中通常要包括对温度测量值的温度门限。这些温度门限往往比期望值大得多。这些过高的门限值结合着热敏电阻之间在特性上的差别会导致流体加热器相互间在性能上截然不同。在热敏电阻之间的温度测量值精度偏差很小的那种加热器中，关闭会更加精确并更快，从而在关闭时减少温度超调。对流体状态的响应也会缩短，从而在开始提供热水时避免明显的延迟。在备用时还能降低为维持较小温度梯度所需的能量。

当加热器的热敏电阻电阻值和产生的温度测量值象商品型热敏电阻所常见的那样有明显变化时，其负面作用是显而易见的。加热器对关闭的响应延长会使水过热，而对流动的响应延长会延迟流体加热的起动，因而延迟开始输送热水。在备用状态下，加热器维持一个人为的较高门限以保持所需的温度梯度，因而要使用更多能量来加热水。

对这些问题的一种部分解决方案是个别并人工地尝试着用接近相同的特性匹配热敏电阻。这一过程的成本降低了使用商品型热敏电阻在成本上的好处，特别是在大批量情况下。另一种方案是使用高质量热敏电阻，其特性具有很接近的制造公差，但是此类热敏电阻是非常昂贵的。

问题3.有许多涉及到用于起动流动水加热器的加热元件的控制方法的专利技术提出了对加热元件进行某种形式的功率调制。所有家用“流动”流体加热设备都需要5500-7000瓦的大功率加热元件。

在流体流速变化的条件下，对多个大功率元件的功率调制有5-10％的变化完全属于正常现象。这些功率变化对于流动式家用水加热器是正常的。在此类设备中，压力变化频繁，特别是乡村住宅中的水是由私人水井来提供的。在私人水井系统中，随着压力罐中压力的下降起动水泵并且增加压力以维持理想水压力。理想水压力是在水系统的压力调节器中通过设置压力开关点而人工设置的。随着水泵循环的压力变化会导致水的流速发生变化。水流的变化造成流动式水加热器的控制系统对加热元件的功率进行宽范围摆动的调制，尝试着跟踪流速变化所需的要求。在许多情况下，住宅是由陈旧或欠容量的电力变压器供电的。增加调制的水加热负载会导致线电压出现明显变化。此类电力条件在陈旧住宅，乡村和建成的房子中是非常普遍的。

随着对加热元件的功率调制，电压的频率会有变化，特别是会在照明电路中造成“闪烁”。Braun的专利US4,829,159提出了减少闪烁的重要性。公开了一种单独改变各个元件工作周期的方法，用来控制一个炉子中起动的加热元件总数所吸取的最大功率。加热元件的大小不同，有些加热元件比其他加热元件的功率大得多。Braun采用不同功率的加热元件并且“逐渐”调节有关的加热元件在各时间周期内的“通”和“断”，这对于流动式水加热器设备不是一种性能令人满意的方式。为了尽量减少闪烁，要控制加热元件以实现多个加热元件以连环方式彼此独立地各自按顺序起动(消耗电流)，当一个负载(加热元件)被关断时，下一个负载(功率不同的加热元件)就导通。Braun采用了不同功率并且各自的工作周期也不同的元件，这样，在切换这种负载的功率时，就能在获得平均理想功率电平的同时维持连环的负载。

Seitz等人在专利US5,866,880中提出通过一种唯一的“功率共享”控制方法来实现闪烁控制。Seitz的控制系统是首先起动第一加热元件，然后在不超过32个半周期内起动第二加热元件，按顺序为各元件增加大致等量的功率。Seitz提出从多个加热元件的调制中切换负载应该被限制在为流体加热器的总负载增加或去掉尽量一致的负载。这个一致负载被限制在由于单个加热元件的功率在一个ac半周期内被顺序增加到所有元件总的现有负载或是减小而带来的增量负载变化。

问题4.在流体加热系统中，在流体不流动的“备用”状态下总希望尽量降低能量消耗。这就需要精确的温度测量。在流动加热器中，要检测温度变化往往需要几秒钟。这是因为与其他系统部件的延迟相组合的热敏电阻响应的时间常数。特别是在采用例如型号为GeneralAutomotive编号25502的商用型热敏电阻的情况下是这样的，参见Seitz的专利US5,216,743。如上述的问题2中所述，大多数热敏电阻的热敏电阻特性彼此间存在明显的差别。

Seitz的专利US5,216,743为维持所采用的温度梯度提出了一种方法，用来控制在“备用”状态下消耗的能量。除非该控制方法考虑到需要在几秒钟时间内采用小幅度增量的脉冲能量，使系统能够实际开始检测，并且能响应很小例如是一(1)度的温度变化，这种控制系统必须具有较大差别的温度门限。这些较大的温度门限要求加热器控制增加比实际需要更多的能量，将水加热到比实际需要更高的温度。由于通过热交换器的温度损失的速度会随着流体被加热到高于其所处环境的环境温度而加快，都希望精确地维持小温度门限。另外，没有能力维持这样小的温度差，来自热水固定设备的小水滴需要加热器经常循环，并且会导致较大和不必要的能量消耗。

问题5.大多数商用流体加热器具有很少的诊断特征。用户只有在加热器出故障后才会发现问题，而这往往出现在最不合适的时间。如果加热器是处在用户不易检查的阁楼或其他位置，情况就会更坏。如果加热器或是其有关的管道开始泄漏，用户在它开始漏水之前可能全然不知。如果流动式流体加热器中的温度继电器或其他温度测量器件出现故障，常规系统是依靠超温器件(高限温度继电器)切断元件的电源。在大功率流动式加热器中，流体在短时间内就能达到很危险的地步，比大多数此类高限温度器件的响应时间要短。因此，在大多数储存罐加热器中需要有减压阀门。即使这样，每年还会因流体加热器由于温度和压力检测器件故障导致的超温状态而破裂造成不少不幸的严重伤害。

问题6.液面检测电路被用来检验热交换器内部的流体是否处在安全水平。Seitz等人在专利US5,216,743中公开了一种液面检测电路，它是按ac线路频率通过水传导一个小电流来工作的。如果水位合适，有流体接触的一个导电传感器就会通过水将电流传送给同样是流体接触的地电源。这种方案主要依赖于其对水的阻抗的可靠性。因为水的阻抗在世界各地有很大变化，这种方案在特殊场合中不够可靠。另外，与水面探针相邻的电加热元件可能有一个受腐蚀的鞘，造成水中漏电。这种电路可能会错误指示水面不足，因为在电流动水加热器中从泄漏元件到地的电流会在探针上产生一个小电压。这一ac电压会被检测和整流，如果它高于2.2伏的水位检测门限，就会造成加热器因错误的水位检测故障而关闭。

问题7.家用水加热器是为了在预定给定值温度范围内工作而制造的。一般都可以人工调节温度给定值。家庭或商业使用的热水设备在多样性上的一个需要是让用户能够远程调节其给定值温度。

问题8.任何流动式水加热器具有足够的功率能照顾到一栋房子的需求，在环境水温会下降到40华氏度的地区需要的有效功率要提供的最小输入是75,000btu。这就需要容量至少达22,000瓦即22kW的电热水器。按240伏工作的22kW电加热器可能需要的电流大约是92安培。许多10年内的住宅建筑不能为家庭提供125安培以上的供电。按照National Electric Code Article 220-31提供了一种计算总负载需求的方法，可用来为现有住宅增加负载。依照使用的差异，热水器的负载可以按40％需求系数计算，并且在负载计算中降低热水器的负载需求。在家中同时存在大空调器或电动空间加热负载的地区，如果不增加对家庭的电力供应，很不适合在家中安装22kW的加热器。家庭电力供应的升级是一种昂贵的方法，并且已经失去了对这种大功率电动流动加热器的现有家用设备更新的很大一部分市场。

其他问题。家用热水使用的另一个需要考虑的问题是限制来自储存罐本身的热水的使用量，它支配着家庭成员在浴室中使用热水的时间。然而，在使用足够容量的流动热水器时，对热水使用量的唯一限制是它的最大有效流速。确认这一事实对于远程限制是非常必要的，可以按私人代码来分配给各家庭成员一次淋浴的实际时间。

如上所述，由于热水器往往是装在阁楼或其他遥远的位置，不仅希望热水器能具有自身诊断的特征，还要能够对故障提供远程报警。

本发明克服了现有技术的缺点。

发明概述

本发明为流体的加热提供了一种系统，方法和装置。在流体流过包含电加热元件的多个加热腔时可以将流体加热到理想的温度。出口流体的温度是用一种新的控制方法精确控制的，该方法体现为加热器电路板上的一个微处理器中的程序。加热腔的尺寸可容纳加热元件并且可供足够的流体流动。在加热腔中不需要储存过多的流体。

本发明采用的温度给定值参考方法能够在一个宽变化范围内很精确地控制入口流体温度，流速，和用来测量温度的系统部件的变化。加热腔的控制程序比前述的流体加热器更加健全，这种流体加热器具有良好的抗扰动能力，并且对温度测量误差不敏感。

在最佳实施例中用热敏电阻来测量流体温度。特别是采用了低成本的商品型热敏电阻，就象汽车发动机组中用来监视水温的那种热敏电阻。以往使用这种热敏电阻的缺点是热敏电阻彼此间往往存在明显的偏差。在本发明的应用中，在用热敏电阻测量相同的温度时，这一偏差在温度值上可能出现多达5度的偏差。这一差别对加热器控制系统的性能有明显的影响。特别是在不同热敏电阻之间的温度关系被用于控制，紧急关闭，检测流动/不流动状态，以及用于在备用状态下维持温度梯度时，这种影响特别严重。

用一个功率调制器按半周期间隔为多个加热元件提供功率，用于响应流体加热，同时控制造成电灯闪烁的AC电源电压变化。

进而，本发明在流体不流动的备用状态下需要很小的功率。这是得益于在加热器内对温度的精确测量，以及用来检测流体流动或不流动的方法。

本发明具有自身诊断能力和紧急关闭保护功能。本发明实施例的硬件及软件(程序)的组合为不工作的部件例如是温度传感器，继电器，三端双向可控硅开关，加热元件等等提供了自身诊断检测。本发明公开了一种改进的水位检测电路，它利用低电平，高频率信号对低传导性流体执行可靠的流动检测，并且流体中存在AC电源频率的电流，它是因不接地的加热元件鞘或通过损坏的鞘暴露于流体的加热元件电极漏电而造成的。本发明的实施例同时利用作为微型控制器程序之一部分的一种软件“监视器”定时器和一种充分冗余的紧急关闭电路。这种电路能防止程序闭锁状态造成任何加热元件三端双向可控硅开关或继电器线圈因持续带电而为加热元件施加有害的功率。进而，由于是在通过加热元件的电流基本为零时打开继电器触点，继电器触点寿命被延长了。具体办法是在检测到继电器线圈功率降低时禁止加热元件三端双向可控硅开关立即驱动。可能需要继电器断电的状态是超温限制开关打开，或者是其他系统故障或关闭。

本系统具有可以和微型控制器相互通信的双向串行端口。具有诸如终端仿真程序等标准化软件，或是能够读取串行数据流的任何标准的ASCII通信软件。在加热器工作时，程序可以将其内部数据提供给外部设备或模块。可以将向加热器发回的指令发送给加热器程序。在最佳实施例中，这些指令可以用于诊断，改变诸如基本温度，给定值间隔，或是用于负载分离的功率门限等控制参数。另外，串行端口还可以用于习惯温度记录，数据存储，千瓦(KW)使用量和其他用途。本发明的另外一个特征在于可以用串行通信信息将这一流体加热系统连接到网络，其他设备，显示器上，控制器可以将这一流体加热器作为外围设备的一个较大系统中的主机或是从属设备。在本发明的范围之内还可以兼容使用任何形式的计算机通信，例如可以使用但是不仅限于通用串行总线(USB)，Ethernet，FireWire，红外线，光纤等等。

多腔温度调节

预期有一或多个流体腔，每个流体腔内具有至少一个加热元件。预期在每个流体腔中还有温度传感器。如果通过多个腔的流体的流速发生变化，各腔中的流体温度在腔与腔之间就会与稳态温度有明显的变化。如果仅仅在最后一个加热腔的出口测量流体温度就会出现问题，由于加热系统的慢响应时间会出现明显的温度变化(过热或过冷)。本发明的一个实施例解决这一不良温度变化的方法是确定一个计算的温度给定值与各腔中测得的温度之和相比较的偏差。如果有(正或负的)偏差，温度控制器就比仅仅将出口温度作为给定值温度参考时提前接收温度信息。这样，控制器就能更快地响应温度变化，并且修改其对发送给功率调制器的功率值的计算。

例如在本发明的实施例中，可以由以下公式来确定计算的给定值：

CSP＝A×Trise+B×Tin

其中CSP是计算的给定值，Trise是理想出口温度与实际入口温度(Tin)之间的温度差，对于一个四腔的实施例，A是常数2.5，而B是常数4，或者是对于一个两腔的实施例，A是常数1.5，而B是常数2。可以用以下公式计算出偏差：

偏差＝CSP-∑Tn

其中Tn是腔n中的温度，对四腔实施例来说，n＝1，2，3，4，而对于两腔实施例的n＝1，2。如果偏差是正值，POWER就需要一个较大的值；如果偏差是负值，POWER就需要一个较小的值；如果偏差大约处在零值为POWER计算的值就可能是正好。

热敏电阻匹配和校准

在本发明的实施例中，热敏电阻被用来测量入口流体温度和加热器中各点的温度。热敏电阻是商用的，它按照一定的标准保持一个给定的公差。同样材料的热敏电阻彼此之间容易存在偏移量上的变化，但是温度对电阻曲线的形状不会有很大变化。因此，在一定程度上对类似的热敏电阻进行选择是可能的，能够使热敏电阻的特性在重要的温度范围内实现匹配。在加热器中都希望热敏电阻的量度彼此间尽量相同。加热器的功能之一就是在一个腔中建立一个斜温层。如果一个腔顶部的热敏电阻与该腔底部的热敏电阻测得的温度有几度的偏差，特别是在顶上的一个读数很低时，要建立斜温层就有问题了。失配的热敏电阻在尝试着确定一个元件产生的温升量时也会带来问题。

无论是不是按照需要的公差购买热敏电阻还是在收货之后进行测试并按照公差来分类，热敏电阻都会以未知的特性进入生产过程。尽管可以使用具有足够严格公差的热敏电阻，还是希望能够调整那些公差超过指定范围的热敏电阻。这是热敏电阻老化的需要，往往需要用大量另外的产品更换坏的热敏电阻，或者是在生产中直接采用公差较大的零件。如果在禁止为加热元件供电的同时让水以恒定温度通过加热器，每个热敏电阻就会获得基本上相同的温度，但是可能稍有差别。然后可以用一个精密温度测量设备测量精确的水温，然后用来校正加热器控制程序所使用的变量。对读数高的那些热敏电阻可以提供一个从其读数中减去的校正系数。对读数低的那些热敏电阻可以提供一个加到其读数上的校正系数。

功率调制器

在工作中，由加热器的微型控制器程序计算需要提供给加热元件的功率。在本发明的最佳实施例中，功率是由在微型控制器中运行的一个功率调制器程序来控制的。来自控制程序的功率值代表一个理想功率值，并且提供给功率调制器程序。以下将这一理想功率值称为“POWER”。为微型控制器建立一个输入信号，在主电压源线电压频率的每个过零点产生一个脉冲。标称的线电压频率是50Hz或60Hz，因此，信号频率是100Hz或120Hz。功率调制器程序与这一输入信号同步，并且在电源电压波形的过零点上切换加热元件的功率。在驱动加热元件负载在电源电压波形过零点上导通或关断时，需要在瞬间有大幅度的功率。例如，一个7,000瓦加热元件要导通一个半周期就需要7,000瓦幅度的功率，或者是240伏和29安培幅度的电流。由于电压源的阻抗不是零，来自电压源的电压随着对负载的调制也会受到调制。对电源电压进行调制的作用可能出现在从同一个电源接收功率的其他设备中，特别是室内的照明设备。

如果有可能通过改善电源变压器的性能并降低供电设备线路的串联电阻来减少电压源的电压降，就能尽量减少对电压源的调制。发光的类型也是人感觉到调制的一个因素。对于白炽灯，灯丝的质量是一个因素。对于莹光灯和白炽灯来说，如果电压源低于标称值，电压调制就更加明显。灯的电源越接近标称电压，感觉到的电压调制就越小。

本文所述的功率调制器技术为使用提供了一种最佳的折衷。调制的幅值和频率对灯光闪烁都是重要的因素。然而，提供给加热元件的功率幅度的幅值没有对这些幅度的频率(重复)那么容易控制，因为可供使用的选择很少。这些功率幅度的频率或重复有更多的选择。

对于人的视觉来说，电灯所得到的电压幅值改变的速率是值得注意的。在电灯中，60Hz正弦波电压波形通过等效的绝对值变换系数转变成光。就象全波整流一样，波动频率是120Hz。低于120Hz的频率成分更加引人注意，一直可以到很低的频率。因此，为了避免“闪烁”，灯光中的高频调制成分最好是处在线电压频率(50，60Hz)和双倍线电压频率(100，120Hz)或者是更高。

本发明的一个特征是用功率调制器程序产生线电压频率(及其可能的谐波)或2Hz以下的频率成分。

本发明的目的在于功率调制器最好是不要产生2Hz和线电压频率之间的调制频率，这样就不会在工作中产生令人讨厌的灯光闪烁。然而，如果不产生2Hz和线电压频率之间的中间频率成分，就会有一个虚假的结果，好象提供给加热元件的奇数半周期AC电压比偶数半周期要多，或者是相反。如果功率调制器偏爱施加比偶数半周期更多的奇数半周期，电源变压器就会受到直流(DC)偏置的影响，在变压器中产生有害的磁化电流。最好让变压器工作在其B-H曲线的中间，使变压器不会饱和。否则就会出现两种有害的负面影响。一种影响是在1/2线电压上出现功率调制成分，它会造成讨厌的灯光闪烁。另一种影响是，在偏离变压器B-H曲线的中心操作变压器时，功率变换会稍有下降。

本发明的另一个目的是利用功率调制器程序借助于颠倒负载电流波形的极性来均衡DC偏置，从而平均由功率调制器操作所产生的任何DC成分。

在本发明的两个最佳实施例中使用了两个或四个加热元件，每个实施例分别有两个或四个加热腔。在本发明的范围内预期可以使用一或多个加热腔中所包含的一或多个加热元件。由功率调制器程序为提供功率产生各种“模式”或“图形”，用来使加热元件通电。这些模式规定了为加热元件通电的顺序。进而，本发明的功率调制模式不产生线电压频率以下或2Hz以上的调制频率成分，对两个元件的实施例有5种调制模式，对四个元件的实施例有9种调制模式(这些模式还包括零功率和满功率)。本发明的另一个特征是为每个加热元件提供等量的功率(功率共享)。还可以通过功率控制程序来执行对加热元件的功率共享。

由上述功率调制模式产生的频率成分是高频，以下将其称为“高频模式”。为了产生这些不同的高频模式，在八个半-周期(对于四-元件模型)和四个半-周期(对于二-元件模型)的时间段内按等量的时间切换各加热元件。

功率调制器可以提供的最大功率是在流体加热器中采用多少个加热元件以及各元件功率的函数。在最佳实施例中，各元件最好具有相同的功率，尽管在本发明的范围内考虑到了不同功率的加热元件。作为非限制性的例子，按照习惯是用每个加热元件最大30个计数的任意单位来表示功率。以下被称为“POWER”的提供给功率调制器的值对二-元件加热器而言是范围从0到60的一个计数值，而对四-元件加热器而言是0到120。尽管POWER变量的单位是任意的，按习惯是采用这一范围的数。作为非限制性的例子，每个加热元件的功率是7,000瓦，POWER值和所提供的电流量之间大约是一对一对应的，因为在240伏上的一个计数例如是0.97安培。

用一个独立的控制程序为每1/2秒的POWER计算一个新值，并且将POWER提供给功率调制器程序。如果POWER的范围对二和四元件实施例分别是0到60和0到120，控制程序就能分别对功率有1.7％和0.83％的分辨率。以下要解释如何用高频功率调制器的(分别用于二和四个加热元件的)25％分辨率和12.5％分辨率来提供POWER所要求的1.7％和0.83％的分辨率。

功率调制器程序在相邻的高频模式之间摆动，提供接近所需的POWER值的平均量的功率。平均在7.5秒(15个半秒)上，功率调制器程序能够分辨的功率输出可达到高频功率调制器分辨率的15倍。由于7.5秒比典型的流体加热器系统的响应时间短得多，这种变化不会造成明显的流体温度变化。多达15秒的变化是可以接受的，尽管7.5秒以下的变化更加理想。因此，本发明的功率调制器程序具有的分辨率等级是1％，相当于大约1华氏度，不会在流体温度输出中带来明显的变化。

继续说这个例子，功率调制器程序能够控制功率调制器产生一个平均功率输出，对二或四元件系统分别可以达到六十分之一或一百二十分之一。首先由功率调制器程序确定在下一个1/2秒时间段内重复哪一种模式。由于控制程序所计算的功率值(POWER)往往不会刚好是由一种功率模式所提供的精确数量的功率，功率调制器程序包括一个计算误差的装置。误差被定义为理想功率和所提供功率之间的差。功率调制器在理想功率电平上、下的两种调制模式之间摆动，从而驱动该误差达到零。通过在这两种模式之间摆动，调制器所提供的功率平均值等于POWER。最好用多达15个半秒周期或7.5秒来分辨所提供的功率，选择与POWER所规定的功率相等的模式。功率调制器程序每1/2秒执行一次用伪码表示的以下步骤：

MODE＝POWERDELIVERED

POWERDELIVERED＝INTEGER[(POWER+REMAINDER)/15]

REMAINDER＝(REMAINDER+POWER)-15*POWERDELIVERED

每当由控制系统提供一个POWER的新值时就执行一次上述代码序列。该MODE或高频调制序列应该是POWER/15，因为最初的REMAINDER是零。因此，

如果POWER＝60，则MODE＝4，如果POWER＝15，则MODE＝1。

如果POWER不是15的倍数，MODE就是POWER/15的整数部分；也就是舍去了除法的余数。这样就能利用REMAINDER值使MODE摆动到下一高级模式。REMAINDER值累计了理想功率POWER与所提供的15倍MODE的功率之间的差。这个差就是误差值，代表所提供的功率比理想值相差多少。REMAINDER累计的误差可以表示出还需要提供的功率，以及为什么增加当前的POWER需求。

在上述序列每隔半秒为MODE确定一个新值的同时，每隔线电压频率的半个周期就调用一次高频调制器。假设用名为MODULATOR的程序驱动加热元件开关(三端可控硅开关或晶闸管)，每次被调用时就产生一个新的元件起动图形。在功率调制器程序中，可以按线电压频率的每半个周期执行以下的步骤：

CALL MODULATOR(MODE，PHASE)

PHASE＝MODULO_8[PHASE+1]

由程序MODULATOR产生上述表中给出的元件驱动顺序图形。为MODULATOR提供两个参数MODE和PHASE，它们表示按照这些表的元件切换顺序。由于60Hz的半秒中有六十个半周期，调制器仅仅能够完成8个图形中的7.5组。按照功率调制器程序的设计，在运行每1/2秒运行一次的功率调制器程序的那一部分之前并不一定能完成8个相位。

这种方法的优点在于它是一种可以在微型控制器中实现的程序，它能够反复锁定在线电压频率上，并且不需要调节。功率输出分辨率是细致，稳定和线性的。

对于本领域的技术人员来说，可以推断出可以按照类似的方式来实现这种技术。本文给出了适用于二元件和四元件加热器的例子。根据本文所述的技术可以推导出采用一或多个元件的其它配置。本发明的最佳实施例建议将高频成分限制在线电压频率以下。本领域的技术人员根据本文的提示就能看出，比如说40Hz的低频成分会使得允许的模式数量有所增加。这些增加的模式会更加接近，使得粗略的分辨率更加细致。如果分辨率比较细致，就能用比上述使用7.5秒的例子更短的时间将提供的功率分解成理想的量。在本文的最佳加热模式下，7.5秒的变化在典型的输出流体温度中不会造成输出温度在使用的这一点上出现‘波动’。因为7.5秒在时间上比典型的流体加热器系统时间常数要短得多。另一个原因是流体在各腔中相互混合以及在管道中相互混合的量和管道的热容量足以使7.5秒变化造成的任何温度波动变得很小。

诊断和紧急关闭

本发明可以采用包括自我诊断和紧急关闭电路等许多安全特征。在加热器工作的同时可以周期性执行自身测试。以热敏电阻的测试为例，测试的频率可以是每半秒一次，而三端双向可控硅开关等部件的测试频率可在一个月以上。

来自元件的热量不足，元件功率确定

在加热器的运行中，每当提供给加热元件的功率下降到某一最小预定量以下时就加载定时器。四分之一功率是一个足够的量。然后，在非零时按照固定的速率使定时器递减。如果在供电的同时定时器是零，这种状态就相当于功率持续大于为定时器加载时间量的四分之一功率。十二秒对于加载时间值是足够的。为了节省微型控制器存储空间，最好是每次测试一个元件。在定时器被加载的同时清除一个累加器。随着与被测元件相对应的那个腔中测得的温度上升，按照规则的间隔加到累加器上。当定时器达到零时，将累加值与一个门限相比较。如果元件没有为水提供足够的热量，或者是测得的功率不准确，累加值就会低于这一门限。当然也可以设置其它门限来检测其它异常或是确定应安装多大的元件。温升不够或是不准确的功率可能是由于：元件断开，断线，继电器持续打开，继电器驱动故障，三端双向可控硅开关或是其驱动器的故障，或者是触发了电源面板上对应着这些元件的断路器。

继电器持续闭合测试

在流体加热器处在备用状态时，最好是在进入备用状态后经过足够的时间使其接近环境温度时，微型控制器的诊断程序就能确定继电器具有粘接(闭合)的触点。在单相AC电源的加热器的控制电路中，最好为每个加热元件提供两个继电器。一个继电器连接到电源线(L1)的一侧，第二个继电器连接到另一电源线(L2)上。按照微型控制器程序，连接到L1的继电器被确定为一排继电器，而连接到L2的那些继电器被确定为另一排继电器。

首先只接通一排继电器。然后按每次一个元件短时间接通三端双向可控硅开关。将位于元件附近的合适的热敏电阻测得的温度与几秒钟之前和接通三端双向可控硅开关之后的温度相比较。如果温度升高，就表明另一排中的继电器一定是闭合的。在接通另外一排并断开第一排的同时重复这种测试。这样就能测试每个继电器是否持续闭合。如果发现有一个继电器持续闭合，加热器就会用上述听觉或视觉指示器指示出发现了故障。或者是在发生故障时用微型控制器关闭加热器。

三端双向可控硅开关短路测试

三端双向可控硅开关短路测试与继电器粘接测试类似。当加热器处在备用状态并且不需要备用热量时，两个继电器排的继电器都闭合1/2周期。如果能测到温升，就表明三端双向可控硅开关没有故障。在执行这一测试的同时，假定加热器中的流体没有流动，因此，一个腔内被加热的流体会上升到腔上面的热敏电阻。和继电器粘接测试中一样，在测试中仅仅使用上部热敏电阻。

加热元件鞘上的AC电压

水中接近各元件的探针可以用来检测加热元件鞘有无破损而使得电气元件与水之间直接连通。连接到探针上的一个高阻抗放大器会因通过水被短路到地而不能产生信号输出。例如，如果鞘破损了，通过水到地的电流就会在水中产生一个能够由这一放大器检测到的电压降。为了检测损坏的元件，将一个单独的拾音探针布置在各元件和放在元件附近的水中最接近的金属接地之间。如果鞘本身被用做探针，这种方法仍然很有效。

紧急关闭的监视电路

本发明包括一种所谓的“监视电路”，用于在加热器工作期间微型控制器出故障时紧急关闭。微型控制器将继电器驱动信号锁存在一个具有三态输出的锁存器(三态D触发器)中。锁存器的输出可以是HIGH，LOW或者是高阻抗状态。锁存器集成电路芯片的输入是一个启用锁存器输出驱动的信号。当锁存器输出没有被启用时，锁存器输出处在高阻抗状态。当锁存器处在高阻抗状态时，来自其输出不能使继电器驱动晶体管导通。微型控制器在程序控制下输出脉冲来接通一个继电器。脉冲从微型控制器通过一个电容被耦合到一个晶体管的基极。当晶体管通过电容接收到一个脉冲时，晶体管集电极电路因晶体管在来自微型控制器的脉冲持续时间内瞬时导通被拉到地电位。

采取电容耦合的信号要求来自微型控制器的信号必须是脉冲信号才能使晶体管再次导通。如果来自微型控制器的信号停留在HIGH或LOW状态，晶体管就会关断并保持关断状态。晶体管集电极电路驱动锁存器芯片的启用信号。为了启用锁存器输出，采用负逻辑的这一启用信号必须保持在LOW。将启用信号线连接到地的一个电容用来在晶体管将启用信号下拉到地电位之后保持启用信号有几毫秒的LOW状态。该电路中的一个电阻下拉启用信号HIGH并且对电容缓慢充电，因此，如果晶体管不能维持电容放电，启用信号最终就会变成HIGH，禁止锁存器输出信号。该电路的作用使微型控制器中运行的程序一定要让微型控制器产生周期性的脉冲，并且有足够的频率使继电器输出导通。程序的构成使程序在向这一“监视”电路发出脉冲指令之前让程序运行的‘健全检查’通过预定的判别。该电路的作用是禁止加热器驱动输出到继电器和三端双向可控硅开关。当微型控制器因通电或断电过程或者是由于程序缺陷或硬件故障等处于不确定状态时，禁止其输出。微型控制器中导致不能维持提供给“监视”电路的脉冲流的任何故障都会使其输出被禁止。

低水位检测

现有技术的加热器的水位检测是通过一个金属探针从一个36伏变压器的副边将一个标称值为18伏r.m.s.的信号用电容耦合到水中而实现的。大约500,000欧姆的等效电源电阻0.1μF的电容可以将50或60Hz的正弦波信号耦合到流体(水)中。假设水的阻抗很低，通过水的电流量大约是36微安。如果水的阻抗足够高，就会在探针上形成一个电压，由水阻抗和500k欧姆的电源阻抗构成一个分压器。假定检测门限是1.5伏DC，而整流和滤波还会造成大约0.7伏的电压降，水的阻抗必须小于70,000欧姆才能检测。尽管这是检测水位的一种有效手段，还是容易在水位正常时指示出水位不足。

如果为靠近水位探针的电加热元件的鞘上有一个使电流泄漏到水中的电压，这一电路就会指示出水位不足。这是因为从漏电元件通过水流到地的电流会在探针上产生一个小电压。该电压被拾取并整流，如果它高于水位检测门限，就会因水位检测故障而使加热器关闭。按照下述的本发明的实施例，用来确定水位检测的一种改进的装置不容易被元件鞘上的电压错误地触发。还提供了一种单独检测受腐蚀元件的装置。

水位检测系统

采用了一种通过测量水的AC阻抗来检测水位的装置。通过一个电阻和串联电容向位于加热腔顶部水中的一个金属探针提供标称值为32kHz的高频方波振荡器信号。将电容和电阻连接到一起的节点还连接到一个比较器的输入。比较器的输出为微型控制器提供一个数字输入。当探针接触到水并且水接触到地电位时，电容被充电到激励波形的平均电压。激励波形是标称值为32kHz的方波振荡器信号，采用5伏的逻辑电平，其平均电压是2.5伏。假定电阻和电容的RC时间常数在频率上远远低于高频波形，在这一节点上会出现一个标称为2.5伏的平均DC值。将比较器门限设置在低于这一电压，并用于比较器执行布尔翻转，只要探针能接触到水，比较器的输出就会保持在LOW。这样，微型控制器就能根据来自比较器的稳定的LOW信号输入确定水位足够高。

如果水没有接触到探针，电容就允许高频信号通过比较器。比较器输入端的寄生电容会使波形发生畸变。然而，比较器的输出会产生一个近似的方波并且微型控制器通过检测这一代替稳定的LOW信号的近似方波就能确定水位。如果使用了一个以上的探针，就要按照惯例使用一个CMOS NAND门作为比较器和负0R门。由于CMOS的门限接近1/2Vcc，这对于为微型控制器程序提供额外的抗噪声能力是有益的。微型控制器对比较器输出的检测可以和输入方波同步，在适当的时间对比较器输出采样，以确定输出方波的存在。选择电阻和电容值使线电压频率难以通过是有益的。因为由于加热元件故障或损坏而出现在水中的寄生电场会将一个信号注入这一电路。只要电容的值足够小，就能阻塞线电压频率。如果电阻值是150,000欧姆，注入的电流大约就是24微安RMS。如果耦合电容是0.005微法拉，就能阻塞60Hz，因为电容的阻抗可达到500,000欧姆以上。

给定值电位器与遥控

在工作中，微型控制器的程序通过检测设置在加热器的电路板上的一个电位器的位置来确定输出流体的理想温度给定值。另外，本发明的串行通信能力可以将其它设备与加热器连通以便读出或写入各种参数。其中一个参数就是对应着电位器最低位置的温度，也就是“基础”温度。另一个参数是电位器间距。这些参数都可以存储在非易失性存储器中。间距参数例如可以规定为零，十度，二十度，或四十度。如果通过参数设置的逆时针电位器位置是110华氏度，而间距被设置在20华氏度，电位器的间距就是最小110华氏度到最大130华氏度。另外，如果通过通信信息将间距设置在零，电位器设置就会“超调”，因为其位置在间距被确定为零时被忽略了，因此，给定值就等于分配给基础温度的参数。这是一种灵活的方式，允许用遥控指令使电位器超调，还允许遥控确定电位器范围。在制造时可以为不同用途来配置加热器的这两个参数，并且存储在非易失性存储器中。

低功率备用程序

低功率备用程序是为了让本发明的实施例快速识别水的流动，并且转入加热模式以便几乎在同时产出热水。这一程序是利用暖水的密度比冷水的密度低这一事实而自动工作的。

水在备用状态下没有流动。因为水是静止的，暖水上升到流体加热器的顶部。只要水是静止的并且高于环境温度，加热器顶部的温度就会比底部的温度高。由加热腔顶部热敏电阻和加热腔底部热敏电阻测得的温度之间的差被称为温度梯度。只要顶部的水是温暖的，该梯度就是正值。

温度梯度有三个重要的值。这三个重要的梯度值分别被称为零限，低限和高限。零限对应着梯度为零。低限和高限的具体值有一定的灵活性。当上面温度比下面高时，低限和高限都是正值。对这些限值的具体选择会影响到备用状态下的能耗，并且会影响到程序识别水开始流动的灵敏度。

当流体加热器从加热流动中的水转入水静止时的备用时，加热器内部的水温由于已被局部加热而高于环境温度。在水停止流动之后，很快会形成一个巨大的温度梯度。随着时间流逝，热量从静止的水传递给环境空气，温度朝环境温度下降，温度梯度降低。温度梯度最终会下降到低限以下。

当温度梯度下降到低限以下时，按照每秒1/2AC周期的时间对加热元件很慢地施加例如是1安培的小量电流，在系统的滞后时间内及时检测所产生的温升。这样，只要水流保持在零，就为水提供维持该梯度所需的最小实际能量，这一小量加热能提高温度梯度。小量加热一直持续到温度梯度上升到高限。如果高温度梯度很小，为流体提供很少的能量就能高于环境温度，因此，能量的环境损失很小。

在开始流动时，加热器顶部的暖水在腔的顶部的热敏电阻处被带走，使得温度梯度下降。如果流速很低，例如是龙头漏水造成的滴水，就会有些水分流到加热器腔顶部的孔。由于从腔中分流的水通过这些孔，在入口水使得顶部热敏电阻温度下降的同时，由底部热敏电阻测得的温度仍然比较稳定，温度梯度就会降低。只要小水滴连续并且从腔中分流，温度梯度就仍然不会变成负值，而加热器不会脱离备用状态。这是与标准的水加热系统相比的一个明显优点。浪费的能量仅仅是在滴水期间为维持温度梯度低于梯度高限而注入的很小能量。

如果流动量大于滴水，随着流体顺管道流过加热器的流动就会将暖水从加热器顶部拉向底部。由于第一腔中的流动，由顶部热敏电阻测得的温度朝着入口温度下降，而底部热敏电阻变暖，使温度梯度下降。当梯度下降到低限以下时，开始小量加热以便使梯度上升到高限。随着小量能量将水加热，向下流动的暖水比向上流动的密度变化要快。其结果会使梯度很快变成负值，指示出水的流动和备用状态的结束。

卸载

利用本发明的通信能力有可能监视或控制其他设备或系统。本发明的实施例可以和其他电气设备结合着使用，例如有空调压缩机，厨房炉灶，洗衣机，水池加热器或者是电暖气等等。本发明的实施例与其他电气设备之间通过通信和控制电路的通信可以启用这些电气设备投入工作，如果在同时连接所有电气设备负载，电源往往不能提供所有的功率需求。如果将本发明的实施例应用于淋浴器或浴室，就给予加热器比诸如空调或电暖气更高的优先权。本发明的实施例可以用于家庭和商业的不同用途，因而会有不同的使用优先权。例如，淋浴器或浴室热水要比用于暖气系统的热水具有更高的优先权。

继电器和其他出口的可靠性

在加热器的电路板上用继电器来启用或禁止加热元件的功率电路。在加热器中，要在加热器工作过程中测试这些继电器以提供更高的可靠性和安全性。

加热器功率继电器驱动器

在本发明实施例中的加热器功率继电器的驱动方式能够使操作更加可靠，并且比现有技术的设计更加安全。如果电源电压上升到标称值以上，若不对继电器线圈的电压进行线性调节，继电器线圈就会过热。执行线性调节的晶体管由于可能必须要耗散大量的功率就会散热。机电式的继电器在Mean-Time-Between-Failure(MBTF)往往比电子部件要低。在加热器电路中，继电器触点的导体L1和L2在闭合时会接触到AC电源，将一个加热元件连接到向该元件提供电流的三端双向可控硅开关。由一个此处被称为“驱动器晶体管”的晶体管来控制继电器线圈。本文描述了关于提高继电器可靠性的改进。

在现有技术中，如果驱动器晶体管因故障短路，就会使‘L1’和‘L2’电源电压跨接在三端双向可控硅开关和负载上，从而兼顾它们正常时所起的断路装置的作用。在本发明的实施例中，略微改变驱动器构造以增加冗余，并且能够在出现问题之前检测单个故障点。

继电器构造

用两组继电器触点将三端双向可控硅开关和负载与AC主电源导体‘L1’和‘L2’隔离。从功能上来说，加热器中不需要继电器，然而，由继电器提供的隔离能防护三端双向可控硅开关在加热器没有向加热元件供电时的过渡过程。当三端双向可控硅开关出故障时，它们往往会发生短路。如果三端双向可控硅开关因故障短路，继电器触点可用做后备断路装置。因为每个三端双向可控硅开关有两个继电器触点，在这种结构中是有冗余的。如果一个驱动器晶体管起动了两个继电器线圈，单个驱动器晶体管的单个故障点就会使两个继电器触点保持闭合。这种状态会造成冗余的丧失。因此，一个晶体管驱动和‘L1’线有关的继电器，而另一个晶体管驱动与‘L2’线有关的继电器。

继电器线圈电流

继电器最好采用按设计用于85℃操作的密封式F继电器。随着继电器温度上升，其磁性下降。磁性会随着驱动的增加而下降，线圈温度在工作中抵抗磁性而上升。为了避免继电器过度驱动，需要由微型控制器监视线电压。用微型控制器所产生的脉宽调制(PWM)信号来调制继电器线圈驱动晶体管。当继电器刚刚闭合时，在继电器线圈驱动的前1/10秒提供100％的PWM信号。如果线电压低于额定电压，就按100％继续PWM。否则就让PWM跟随一个降低的比例，将继电器线圈电流维持在足以满足继电器规格的一个平均量。

用于调制继电器驱动晶体管的PWM信号进一步受到线电压信号相位的调制。在接近过零点处，全波整流的DC电压低于额定值，并且按100％驱动PWM信号。随着整流DC电压超过额定值，可以按低于100％驱动PWM信号。在此处可以采用许多算法来获得相同的结果。最好不要用电容对整流电压滤波，这样就能在每个半周期内完成上述下降的功率。一种直接的方法是提供100％有效周期，直至电压超过一个给定的门限。在该门限以上可以实行线性下降，它是测量电压的一个函数。为此就需要能够指示出整流的电压。最好是在整流电压的模数转换范围之内获得类似的结果，其采样速率允许在线电压频率的一个半周期内有多次采样。有足够的平均值可以指示线电压，然后根据与线电压频率同步的定时输出PWM信号。如果线电压是额定值，PWM信号就可以是100％。如果线电压超过额定值，就可以在与整流电压峰值相配的一段时间内将PWM信号降低到较小的百分数。

继电器起动顺序

最好的继电器的机械寿命大约是一千万次开关操作。如果用触点遮断大电流和电压，就必然降低这一寿命规格。如果不用继电器带负载切换，寿命就等于其机械寿命。在很繁重的家用条件下，每天要操作100次，一千万次相当于270年。由于“缓冲器”(抑制器)电路跨接在三端可控硅开关上，即使三端可控硅开关在继电器切换时关断，出现在继电器触点上的负载也是很小的。加热元件的大负载不会有继电器来切换，因为微型控制器仅仅在三端可控硅开关导通之前接通继电器。同样，在关断时，三端可控硅开关比继电器先关断。当限制开关遮断继电器线圈的电源时，微型控制器检测到这一状态，并且在继电器线圈崩溃之前关断三端可控硅开关。在失去电源时，用同样的机制防止继电器触点产生火花：在三端可控硅开关关断时检测继电器电压损失。微型控制器为此装备有用来检测继电器线圈电压下降的输入。因为继电器会保持至少10ms，微型控制器必须足以对这一输入采样，并且及时关断三端可控硅开关。如果在继电器线圈电源电压上不使用滤波电容，就必须对脉动的DC同步采样，不能在过零点上检测电压。或者是用电容或数字方式对检测进行滤波，但是，无论是何种情况，引入的延迟可以使继电器在识别到这一状态之前打开，并且三端可控硅开关在触点打开之前不会关断。

流动计算方法

定向测量流动的方法采用温度传感器和加热器功率数据。该方法依赖于存储温度和功率数据的历史记录的能力，并且使用热传导的基本关系来计算流速。

从以下为了解释的目的而结合着附图对本发明最佳实施例的说明中可以看出其他和进一步的特征及优点。

附图简介

图1总体上表示本发明最佳实施例的一个正面示意图，图中表示了一个流动式加热装置的四个加热腔；

图2是本发明最佳实施例的系统示意性框图；

图3是温度传感器信号调节电路的一个示意图；

图4是具有交流噪声抑制的一种流体液面检测电路的示意图；

图5是一种湿度检测电路的示意图；

图6是一个继电器启用/禁止电路的示意图；

图7是一种紧急关闭电路的示意图；

图8是一种继电器和三端双向可控硅开关控制电路的示意图；

图9a是一种听觉报警发生电路的示意图；

图9b是一种视觉报警发生电路的示意图；

图10a，10b和10c是按照本发明实施例的数字功率调制器的工作流程图；

图10d是寄存器位功能的示意性框图；

图11是数字功率调制器的15/120功率需求波形的示意图；

图12是数字功率调制器的30/120功率需求波形的示意图；

图13是数字功率调制器的45/120功率需求波形的示意图；

图14是数字功率调制器的60/120功率需求波形的示意图；

图15是数字功率调制器的75/120功率需求波形的示意图；

图16是数字功率调制器的90/120功率需求波形的示意图；

图17是数字功率调制器的105/120功率需求波形的示意图；

图18是数字功率调制器的120/120功率需求波形的示意图；

图19是流体液面检测程序的一个示意性流程图；

图20a和20b是热敏电阻匹配程序的示意性流程图；

图21a和21b是周期性加热元件自测程序的示意性流程图；

图22是一种系统产生程序的示意性流程图；

图23是按照本发明最佳实施例的系统程序的示意性流程图；

图24a和24b是系统程序初始化程序的示意性流程图；

图25a-25e是图23的主循环(MAINL)程序部分的示意性流程图；

图26a是一种模-数状态机器的示意性流程图；

图26b-26r是图23的主循环(MAINL)程序部分的示意性流程图；

图27是一种控制状态机器的示意性流程图；

图28a-28f是按照本发明最佳实施例的一个中断子程序的示意性流程图；

图29是一个表，表示一个全程变量内的使用标志；

图30是一个表，表示一个流量变量内的使用标志；

图31是一个循环加热系统的示意图；

图32是流量计算程序的示意性流程图。

最佳实施例的详细说明

参见附图，图中示意性表示了本发明最佳实施例的细节。图中相同的元件用相同的编号表示，而类似的元件用相同的编号加上不同的下标来表示。参见图1，它表示本发明最佳实施例的一个正面示意图，图中表示在一个流动式加热装置中具有四个加热腔。统一用编号1000表示的流体加热装置包括一个热交换器1，它为进入入口管2的流体提供基本上瞬时的加热。进入入口管2的流体冷却被导热安装在一个散热器4上的三端双向可控硅开关3a-3d，并沿着一条蜿蜒路径通过U-形加热元件5a-5d，被加热之后从出口管6流出。三端双向可控硅开关3a-3d最好具有例如但是不仅限于600伏和40安培的额定值。三端双向可控硅开关3a-3d的商用零件可以是由Texas，Irving的Tceeor Electronics，Inc。提供的型号Q6040K7。温度传感器7a-7e可以使用热敏电阻，并且为温度的给定变化提供一种可以预定的电阻变化。热敏电阻温度传感器7a-7e例如可以是由Selma，Alabama的BWD Automotive Specialties提供的型号25502。超温限制开关8a和8b最好能分别在流体温度达到160°F和180°F时打开，例如可以分别采用由Pawtucket，RI.的Elmwood Sensors提供的型号2455RM-87160003和2455RM-87160001。当流体在电极9a和9b与温度传感器7a-7e的电接地外壳之间持续提供电流时，流体液面检测电极9a和9b在加热腔顶部检测到有流体。

在最佳实施例中，在图1的有四个腔的流体加热腔工作时，用热敏电阻7a，7b，7c，7d，7e测量五个温度。这些温度分别用Tin，T1，T2，T3和T4来表示。在一个两腔实施例中，T3和T4是零。Tin是额定范围为40到85华氏度的入口流体温度。T1，T2，T3和T4是由各腔内的热敏电阻分别测得的温度，T4是出口流体温度，也就是T4＝Tout。控制程序的目标是在框图流动时使温度T4尽快达到给定值温度Tsp。额定的Tsp是120华氏度，尽管该值在系统中是可以调节的。

减少热敏电阻等部件的扰动和变化影响的关键在于按以下公式对温度T1，T2，T3和T4取平均值

Tavg＝(T1+T2+T3+T4)/4 (1)

并且用这一平均值为基础来调节出口流体的温度。假设将入口流体温度和出口流体温度之间的温升表示成

Trise＝Tsp-Tin 并且(Tsp＞Tin) (2)

用以下形式的等式

CSP＝A×Trise+B×Tin (3)

来计算一个Calculated Set Point(CSP)，其中的A和B是由加热器中腔的数量所决定的常数。CSP的值是一个非规格化值，它考虑到了需要的温升和入口流体温度。加热器的控制程序可以用该公式来调节输出流体的温度。

对于N个腔的实施例，公式3中的常数可按下式计算：

A＝(∑n)/N 其中的n＝1，2，...N 并且B＝N (3a)

作为使用公式3进行温度调节的一个例子，在加热器的四-腔实施例中，A＝10/4＝2.5和B＝4。进而假设用ΔTi代表一个腔内的温升，其中的i＝1，2，3或4。假设通过实验确认了各腔内的元件功率相等，各腔内的温升是大致相同的，因此有ΔT1＝ΔT2＝ΔT3＝ΔT4＝ΔT。因而可以用入口流体温度和各腔内的温升各项来表示公式1中的平均温度，也就是

Tavg＝(T1+T2+T3+T4)/4

＝[4×Tin+(ΔT+2ΔT+3ΔT+4ΔT)/4

＝Tin+2.5×ΔT (4)

因为T4＝Tin+4×ΔT是流体出口温度，加热器的控制程序要使温度T4等于给定值温度Tsp。

假设给定值温度Tsp是一个常数，也可以用额定温度项将CSP的公式3表示成Tcsp＝[2.5×(Tsp-Tin)+4×Tin]/4＝0.625×Tsp+0.375×Tin (5)

其中Tcsp被称作Calculated SetPoint Temperature并且通常与需要的出口流体温度Tsp不同。四腔实施例的控制程序用这一公式来调节出口温度。

考虑到公式5，在达到给定值温度时得到Tsp-Tin＝4×ΔT。这样就能将公式5中的第一种表达式改写成

Tcsp＝[2.5×(4×ΔT)+4×Tin]/4＝Tin+2.5×ΔT (5a)

它是和平均温度的公式4一样的表达式。因此，如果

Tavg＝Tcsp (6)

出口流体温度T4就会等于给定值温度Tsp。这样，系统就能精确地调节出口流体温度，不需要等待单独测量的T4达到理想的给定值。

温度调节公式3可以被纳入这样一种控制方案，在其中如上所述需要有一个恒定的“给定值”流体出口温度Tsp。在这种情况下，用上述温度调节公式构成一个参考值，将变量值与其比较，提供一个快速和精确的决定，在流体加热器的出口测得给定值温度之前就能获得这一给定值温度。从温升与周围环境的组合值获得的控制给定值需要达到给定值(Trise)和周围环境水温Tin。上述控制给定值被称为“Calculated Set Point”或CSP。将CSP提供的参考值与来自多个温度传感器的温度测量值变量之和的值相比较。如果各个温度测量值之和的上述值等于CSP的值，就说明流体加热器中的流体已被充分加热到输出温度可以达到给定值。

参见图2，图中表示本发明最佳实施例的一个系统示意性框图。CPU100通过控制，地址和数据总线102与可编程计数器-定时器104，软件监视定时器106，ROM108，RAM110，通用同步/异步收发信机(USART)112，输入-输出(I/O)端口114，和输出锁存器166实现电信号通信。时钟116的工作频率例如是但是不仅限于4.194304MHz，通过线118为CPU100提供定时，并且还通过线120为计数器-定时器104提供一个固定频率源。CPU100还通过串行外围接口(SPI)总线122与A/D转换器124，辅助连接器126及EEPROM128用电信号通信。计数器-定时器104最好从线130上为液面检测接口132提供一个32.768kHz信号；从线134上为继电器驱动器136提供一个脉宽调制(PWM)信号；以及从线138上为软件监视定时器106提供时钟脉冲。

串行通信端口140通过线142与USART112用电信号通信；液面检测电极9a通过线144与接口132用电路连接，而液面检测电极9b通过线146与接口132用电路连接，接口又通过线148连接到I/O端口114。被称为“多功能按钮”的一个开关150通过线152用电路连接到I/O端口114。I/O端口114通过线154为硬件监视定时器156提供信号；通过线158为听觉指示器160提供信号；并且通过线162为视觉指示器164提供信号。输出锁存器166通过线168从硬件监视定时器156接收一个启用信号。输出锁存器166通过总线170向功率控制电路172a-172d发送功率调制信号；并且通过总线174向继电器驱动器136发送继电器控制信号。继电器驱动器136通过总线176激励包括在功率控制电路172a-172d中的继电器。

用于控制的电功率通过线180提供给低压电源178。电源178提供调整的+5伏Vcc，通过线184去激励包括电压参考182的加热器控制电路；通过线186向超温开关8提供未经调整的+24伏；然后通过线188提供给功率控制电路172a-172d和继电器驱动器186；通过线190按照AC电源主频率(50或60Hz)为CPU100提供一个作为中断信号的逻辑电平信号；并且通过线192向模拟多路复用器194提供一个与电源主电压(通过变压器)成正比的模拟电压信号。电压参考182通过线198为A/D转换器124提供一个+2.50伏的稳压源，并通过线198提供给给定值电位计196；并通过线202为温度传感器信号调节电路200a-200e(具体参见图3)提供一个+0.15伏的稳压源。给定值电位计196的输出通过线224发送给模拟多路复用器194。

温度传感器7a-7e分别通过线204a-204e用电路连接到信号调节电路200a-200e。信号调节电路200a-200e的输出分别通过线206a-206e连接到模拟多路复用器194的输入。由绝缘衬底上两个电极的相互交叉的金属指构成的最佳湿度检测器208可以和热交换器1(图1)安装在同一个壳内或是其下面，在遇到潮湿时具有导电性。湿度检测器208通过线210用电路连接到信号缓冲器212，再通过线214连接到模拟多路复用器194。模拟多路复用器194通过线216从A/D转换器124接收数字选择信号，并且通过线218将选择的模拟信号发送给A/D转换器124。

功率控制电路172a-172d分别通过线220a-220d接收50Hz或60Hz的从208到240伏AC的电功率；并且分别通过线222a-222d向加热元件5a-5d发送电功率。CPU100，计数器-定时器104，时钟116，软件监视定时器106，ROM108，RAM110，USART112和I/O端口114可以集成在单片微型控制器中，例如是Chandler，AZ的MicrochipTechnology，Inc出产的型号16C63.A/D转换器124可以用Austin，TX的Crystal Semiconductor Products Division of Cirrus Logic Inc出产的型号CS5529-AP。模拟多路复用器194可以采用许多半导体厂商出产的型号74HC4051N。输出锁存器166可以采用许多半导体厂商出产的型号74HC374N。

使用串行端口的测试，监视和配置

系统具有内置的双向串行端口140(图1)，可以用来与微型控制器进行通信。有现成的标准化软件包例如是终端仿真程序或任何标准化ASCII通信软件能够以例如2400波特，无奇偶，8位外带一个停止位来读取串行数据流。在系统工作时，可以将其内部数据提供给外部设备或模块。可以向加热器发回指令，按照测量结果和变化发送附加指令去控制流体加热器。在最佳实施例中，这些指令可以用于诊断，改变诸如基本温度，偏移，给定值控制电位计196间隔，以及用于负载分离，习惯温度记录，数据存储，千瓦(KW)使用量和其他用途。本发明的另外一个特征在于可以用串行通信信息将这一流体加热系统连接到网络，其他设备，显示器上，控制器可以将这一流体加热器作为外围设备的一个较大系统中的主机或是从属设备。在本发明的范围之内还可以兼容使用任何形式的计算机通信，例如可以使用但是不仅限于通用串行总线(USB)，Ethernet，FireWire，红外线，光纤等等。

参见图3，图中表示温度传感器信号调节电路的一个示意图。温度传感器信号调节电路200包括输入线204；连接到运算放大器(opamp)233的非反向输入的参考电压线202；连接在输入线204和地之间的最佳标称值为0.1微法拉的射频滤波器电容230；连接在输入线204和op amp 233的反向输入节点232之间的最佳标称值为100欧姆的输入电阻231；以及连接在非反向输入节点232和op amp输出206的输出之间的最佳标称值为2200欧姆的反馈电阻234。op amp 233可以是许多半导体厂商出产的型号为LM324N的一种通用四运算放大器封装的四分之一。

参见图4，图中表示了具有交流电流噪声抑制的一种流体液面检测电路的示意图。可以通过检查一个计数器中的值来操作这种流体液面检测电路和程序。一般是周期性地将计数器复位到255。如果图4的电路为这一计数器提供递减计数，当计数器达到240(或递减到大约6.25％的值)时就设置误差，并且执行液面检测关闭。只要在两个传感器处还有水，装置就会加热流体。节点130，标称值150k欧姆的电阻241，节点242，以及标称值为100皮法拉的电容240与流体液面检测器线144相串联，在一个二输入Schmitt触发器式NAND门246的第一输入节点上构成第一分压器。按照类似的方式，节点130，标称值150k欧姆的电阻244，节点245，以及标称值为100皮法拉的电容243与流体液面检测器线146相串联，在门电路246的第二输入节点上构成第二分压器。当流体接触到图1的流体液面电极9a和9b时，线144和146分别被维持在接近AC地电位，致使电阻241和电容240及电阻244和电容243对线130上的50％工作周期的32.768kHz方波信号独立地积分，并且将积分或平均值提供给门电路246的输入242和245。线130上的方波平均值是控制系统Vcc电源或+2.5伏的50％。如果门电路246的两个输入都高于大约2.2伏的预定门限电压，输出148就会变成逻辑低电平，指示电极9a和9b都能检测到流体。反之，如果流体检测线144或146有一方断开，输出148就从线130发出一个反极性方波，在I/O端口114上供CPU100通过ROM108执行的程序(固件)来检测。二输入Schmitt触发器式NAND门246是许多半导体厂商出产的型号为74HCT132N的一种逻辑封装的四分之一。

参见图5，它表示一个湿度检测电路的示意图。湿度检测电路可以是连接成缓冲器的一个LM324 op-amp 252，通过输入隔离电阻251读出，其输入电压是通过一个1兆欧姆电阻250的2.5伏参考198。如果在相互交叉的金属指之间由于有水而发生任何传导，它们就会导通使电压输出下降。当处理器从MUX 194读出传感器的数据值并且确定数值已经下降时，就设置一个湿度检测标志，并且通过关闭电源并打开继电器而执行适当的关闭动作。程序还会设置一个报警标志，从听觉指示器160上发出连续的单音。

继电器启用/禁止电路

电路板上的继电器仅仅在触点闭合时才能为流体加热元件提供功率。继电器触点的状态是由一个2-输入AND门260a-260d(74HC08或等效电路)的两个输入来控制的。为了使继电器触点闭合，来自紧急关闭电路(图7)的锁存器的用于各继电器174a-174d的输出位必须是逻辑HIGH，同时，在AND门的输入上来自处理器的一个信号134也必须是逻辑HIGH。当双方的输入都是HIGH时，由控制继电器线圈驱动电路176a-176d的继电器启用/禁止电路使继电器触点闭合。在流体加热器工作正常时就是这种情况。反之，如果来自处理器134的信号或锁存器174的输出位有一个不是HIGH，继电器启用/禁止电路就会使继电器触点打开。这样就不会为加热元件提供功率。

在最佳实施例中，给继电器启用/禁止电路的信号134实际是一个被设置在100％工作周期的脉宽调制(PWM)信号。这样，在处理器正常工作时，这一信号就是逻辑HIGH，而继电器可以启用。改变PWM信号的工作周期会使继电器触点在信号为HIGH时闭合，而在信号为LOW时打开，这样就能在某些应用中为加热元件提供更加精确的功率控制。类似地，将PWM工作周期设置在低于这一电平也能保持继电器导通，其效果是可以按附加的安全冗余降低元件的功率。缩短继电器的加热时间可以提供更加可靠的操作并且节省能量。

为了安全，在微型控制器程序初始化期间和微型控制器由于某种原因中断时要禁止继电器(打开触点)。

参见图6，图中示意性地表示了一种继电器启用/禁止电路。该继电器启用/禁止电路提供了一种控制继电器线圈驱动电流量的方法，由处理器100在自动递减的计数器中设置一个值，并且按剩余的计数时间选择关断继电器。由于是一个8位计数器，满功率是FFh，而1/2功率是7Fh。继电器驱动器136按照线134上分别从AND门260a-260d的输出261a-261d来自处理器/计数器-定时器的PWM信号选通总线174上的继电器控制信号，通过串联电阻262a-262d和基极-发射极偏置电阻264a-264d驱动输出晶体管265a-265d的基极端263a-263d。输出晶体管265a-265d驱动继电器线176a-176d，并且连接到二极管266a-266d的阳极以保护其免于受到反向-EMF的损害。二极管266a-266d具有共同的阴极并且连接到继电器电源188。由继电器驱动器驱动线176a-176d，并且按照以下的表1驱动功率控制器172a-172d内部的继电器280a-280d及281a-281d(图8)。

表1

线	继电器	继电器	继电器	继电器
线	继电器	继电器	继电器	继电器	176a	280a		280c	280d
176b	281a		281c	281d	176a	280a		280c	280d
176b	281a		281c	281d	176c		280b
176d		281b			176c		280b

紧急关闭电路

在加热器正常工作时，处理器程序将(二进制)位图写入统称为锁存器的集成电路芯片(图2的三态D型触发器74HC374 166)。来自锁存器166的输出位图依次起动一或多个功率电路为流体加热器的加热器元件供电。如果继电器触点是闭合的，就由这一二进制图形来决定加热元件传递给流体的功率。

锁存器166是一种集成电路，当其用来启用锁存器输出驱动器的OUTPUT CONTROL销上是一个逻辑LOW信号时就可以将输入位图输出。在最佳实施例中用到的锁存器的一个特殊状态被称为高阻抗状态。这种锁存器之所以被称为三态是因为输出位可以是逻辑HIGH(一个位是1)，逻辑LOW(一个位是0)，或者是所有输出信号都处在高阻抗状态。在这种状态下，锁存器输出在电气上与电路有效地断开。

在正常操作中，锁存器输出由处理器输入的位图。当锁存器处在高阻抗状态时，来自处理器的位图不被输出，并且如下文所具体说明的那样，来自锁存器的输出不能使三端双向可控硅开关导通。

参见图7，图中表示了紧急关闭电路的一个示意图。除了向锁存器写入位图之外，处理器程序在正常操作中向图7所示的紧急关闭电路输出一序列脉冲152(STROBE脉冲)，启用锁存器将这一控制信息传送给三端双向可控硅开关。处理器中导致不能维持脉冲数据流的任何故障都会造成锁存器失效(高阻抗输出)从而禁止三端双向可控硅开关。这一动作会阻止向加热元件提供功率。

按照正常工作的情况，处理器必须在锁存器的输出被启用时在程序控制下输出脉冲。由于处理器程序是循环操作的，它执行相同的一段代码就能使脉冲一次又一次通过这一循环。脉冲通过一个电容270从处理器耦合到晶体管273的基极。当晶体管273通过电容270接收到一个脉冲时，由于晶体管在来自处理器的脉冲持续时间内暂时导通，晶体管集电极电路被短接到地。信号152采用电容耦合的事实意味着来自处理器的信号必须是脉冲信号才能保持晶体管导通，因为恒定的电压高、低不会使晶体管保持电容274处在放电状态。如果来自处理器的信号152冻结在稳定状态，晶体管就会关断。晶体管集电极电路驱动锁存器上的启用信号168(OUTPUT CONTROL)。这一启用信号必须保持在LOW才能启用锁存器输出。保持在启用信号到地的电容274在晶体管将启用信号短接到地之后的几毫秒内可以将启用信号保持在LOW。这一放电延迟的定时是这样选择的，让处理器能够有时间保持电容一直在放电。在同一电路中的电阻275对电容充电，因此，如果晶体管不能保持电容放电，启用信号就会变成HIGH，禁止锁存器输出信号。这样还能用图6所示的继电器启用/禁止电路使继电器的触点打开，从而禁止继电器。

紧急关闭电路156是一个“监视定时器”，用来在CPU100出现任何定时故障时关断所有的继电器和光电隔离驱动器。这种硬件监视定时器156响应在一个循环(MAINL)中工作的CPU100所执行的存储在ROM108中的执行程序，通过线152从I/O端口114接收脉冲。标称值为0.1微法拉的电容270和标称值为22,000欧姆的电阻271构成一个微分器，为晶体管273的基极端272提供一个正向脉冲使其导通，并且在正常时通过标称值为470,000欧姆的电阻275和标称值100欧姆的电阻276充电到Vcc电位的标称值为0.1微法拉的放电电容274可以在输出锁存器启用线168上提供一个逻辑低电平，启用所有继电器线圈和光电隔离器。反之，如果微型计算机或程序有故障，丢失或错过线152上提供给晶体管273的脉冲，电容274就会充电到Vcc状态，从而在线168上提供一个逻辑高电平，并且关断所有输出数据和继电器线圈电流。

参见图8，图中表示了继电器和三端双向可控硅开关控制电路的示意图。在按照本发明实施例的一个典型系统中有多个功率控制电路172，如果继电器电源线188也是带电的，它们就接收继电器控制信号176并且起动继电器280和281的线圈。打开超温限制开关的触点或是用启用/禁止开关可以使这一继电器电源断电。继电器280和281的触点控制从AC电源220到加热元件5的电流，并且在三端双向可控硅开关282出现故障的情况下还用于供电关闭。当功率启用线170进入逻辑低电平时，通过过零光电耦合器283的输入从Vcc284提供受到标称值为220欧姆的电阻286限制的电流。光电耦合器283会在AC线的一或多个半周期内导通，并且在输出端子287和288两端会检测到零电位。这样就从三端双向可控硅开关282的端子289向三端双向可控硅开关282的端子288提供一个门电路触发电压，该电压受到标称值为20欧姆的串联门电路电阻290和标称值为330欧姆的并联门电路电阻291的限制。保持光电-三端双向可控硅开关驱动器283持续导通一或多个8.3ms周期，就能按1/2周期增量来控制提供给元件5的功率。光电耦合器283可以采用Phoenix，AZ的MotorolaIncorporated出产的型号MOC3042A。

紧急关闭方法

在流体加热器工作中，当电路板上的继电器的继电器触点是CLOSED时为进入元件提供功率，并且用光电隔离电路来驱动功率调制器件(图1，3a-3d的三端双向可控硅开关)。作为本发明的一个安全特征，它包括了仅仅在处理器程序正常执行时才能为进入元件提供功率的电路。在最佳实施例中称其为“关闭电路”。其作用是在处理器出故障或程序不能继续(软件错误)的情况下打开继电器触点并禁止三端双向可控硅开关。按照惯例，有时将这种电路称为“监视电路”。用一个电路也就是紧急关闭电路在处理器出故障时禁止三端双向可控硅开关。其他电路即图6的继电器启用/禁止电路在处理器(CPU100)出故障时使继电器触点打开。

视觉和听觉指示器

在流体加热器的最佳实施例中有一个视觉指示器164和一个听觉指示器160(图2)。这些指示器被用来识别正常工作或故障。它们的电路如图9a和9b所示。在以下的表2中规定了故障代码。视觉指示器164由双色LED和有关的驱动电路构成。它能用绿色指示正常(心跳式脉冲)或是用红色指示错误和故障。LED电路由处理器的I/O端口114(RA1)来驱动。在LED的偏置点上或是附近，如果在端口上设置逻辑1位就能点亮一种颜色，设置0位会点亮另外一种颜色。将输出保持在第三态就会使LED关断。听觉指示器是一个压电驱动器和一个控制晶体管。由处理器的I/O端口114(RA2)驱动这一听觉指示器。这一位还被用来驱动一个脉冲，以同步一个示波器或其他诊断工具来指示系统状态。当控制系统首次接通电源时，它会使视觉指示器闪烁并发声以指示流体加热器的型号，用两次红色闪烁指示具有两个加热元件的流体加热器型号，而用4次闪烁来指示具有4个加热元件的流体加热器。为了扩展系统或提高操作性能显然还可以建立其他的图形。在正常操作中，视觉指示器会将绿色闪烁1/3秒，然后关闭1/3秒。如果发现有一或多个(多达32)错误，系统就会用下表中所示的“计数代码”闪烁这种错误/故障，例如是在码组之间闪烁1.5秒。用颜色的短暂翻转来指示错误/故障组的前沿，并且程序退出绿色状态而开始错误/故障指示。用一次闪烁的红色表示错误，几次红色闪烁之后接着有一个短间隔(1/3秒)，在指示数字3的一或多次闪烁之后是另一个短间隔。只需要对闪烁计数或听到发声就能读取代码。

参见图9a，图中表示了听觉报警发生电路的一个示意图。听觉指示器电路160被CPU100用来用一种高音调(1000Hz)单音向用户发出故障警告，例如是在湿度检测传感器检测到水时，或者是用连续单音构成的代码组来指示诸如断线等故障，并且用低频单音指示热敏电阻的良好匹配。指示(所连接的)外围设备状态的其他用途也是容易实现的。来自CPU100的输入信号158通过基极偏置电阻292被耦合到晶体管293的基极。当这一信号以CPU100设置的速率切换时，晶体管就会被关断和导通，在压电元件295(电压模型器件)上建立一个来自Vcc296的电压，通过负载电阻294和晶体管发射极上的地电位使电流旁路。

参见图9b，图中表示了视觉报警发生电路的一个示意图。视觉指示器电路164可以但是不仅限于用红色来指示上述听觉指示器160中使用的错误代码，并且用低频(1/3秒)绿色心跳闪烁来指示正常操作。这一指示器299是一个高效双色红/绿发光二极管(LED)，由CPU100以电流源或陷流方式来驱动，将处理器信号162提供给LED299的一侧，并且用电阻300和301将另外一侧偏置在Vcc和地电位之间大约一半的那一点上。

故障指示仅仅是通过压电元件用声音指示一次，然后采用红色LED直至错误被纠正。例如，按下电路板上的一个多功能按钮就能再次发出声音故障指示。

表2-视觉和听觉代码FAULTO＝H/W：热敏电阻代码意义

118 故障，热敏电阻断开

117 故障，热敏电阻短路

116 故障，匹配问题

115 故障Th-4

114 故障Th-3

113 故障Th-2

112 故障Th-1

111 故障Th-inFAULT1＝H/W：Class I 128 故障，没有正向温升，反向流动？*

127 故障，元件损坏*，***

126

125 错误，高入口温度***

124 故障，高温关闭

123 故障，水位检测

122 故障，限制开关打开/触发

121 故障，禁止开关打开***FAULT2＝H/W：Class II 138

137

136

135 故障，溢流警告*

134 故障，湿度报警

133 故障，低电源电压***

132 故障，高电源电压***

131 故障，热敏电阻匹配尚未完成FAULT3＝H/W：Class III 148 故障，监视器复位*

147 故障，控制计算没有及时完成*

146

145

144 故障，吸附的继电器关闭*

143

142 故障，A/D错误

141 故障，EEPROM错误AURAL INDICATION CODES**

连续高频单音故障，湿度检测

短暂低频单音热敏电阻校准被采纳

长时间或连续的低频单音故障，起动或EEPROM的错误

上述代码与视觉指示相同

*检查与被检测的这些故障有关的程序

**听觉代码

***不一定要关闭系统

加热器功率控制

本发明的最佳实施例能明显减少甚至消除因电功率系统明显和急剧的负载变化而造成的电灯闪烁。这是通过“数字功率调制器”来实现的，它被用来按小增量控制提供给加热元件的功率。所有加热元件之间均等地分享功率也是有益的，这样就能在所有级联的加热腔中提供大致相同的温升。进一步的优点还有，通过仅仅在电源电流过零点处切换开关元件导通和关断而排除射频干扰，从而避免例如在相位角功率控制中出现的典型的瞬时电流变化尖峰。假设加热元件的电阻是固定的，从交流(AC)主电源吸取的电流与提供的功率成正比。然而，由于电力公司二次配电网，降压变压器的有限阻抗和馈电线路阻抗，由加热元件吸取的电流中的变化或多或少会受到从同一AC电源获取电压的其他负载的电压变化的影响。特别是低功率白炽灯和荧光灯的亮度会随着AC电源电压的幅度变化有明显的改变。电灯亮度的急剧幅度变化被称为“闪烁”，严重时会使人感到难受。因此，避免从AC电源吸取的功率出现可能造成电灯闪烁的幅度变化是有益的。

参见图10a，10b和10c，图中表示了按照本发明实施例的数字功率调制器的工作流程图。响应一种闭环控制方式，用一个逻辑控制程序以半周期增量来控制对多个加热元件的功率调制，不会导致电灯闪烁。如下文所述的例如15/120和50/100等数字关系分别被用来表示可能的120个半周期中的15个半周期，或者是100个中的50个。这是随着线电压频率而改变的，并且可以用四个7000瓦元件或两个3500瓦元件来改变加热器的电压和电流波形，而不会改变负载特性，因为本文中所述的方法从短暂的半周期序列和发生在7.5秒内的纯零半周期的意义上来说都是基于一种复合波形。在上述的限制之内已经确定，可以按多种基本功率电平为加热元件供电，在各电平上都不会出现闪烁。按照本文所述有四个100％没有闪烁的电平(30/120，60/120，90/120，120/120)和另外四个基本上没有闪烁的电平(15/120，45/120，75/120，105/120)。后四个电平基本上没有闪烁的原因在于，尽管每个半秒序列(1Hz成分)中存在电流不平衡，程序控制中纯零的半周期会使处理器交换AC电源的相位和开始各半秒周期的顺序。在最坏情况下，这样会造成每7.5秒(0.13Hz频率成分)内纯粹都是正相位周期或纯粹都是负相位周期。功率控制程序会尽可能对它们取平均值。流动中微小的变化会造成功率电平有一定程度的反弹，而这种随意的反弹会提供一种很低频率成分(闪烁)的平均值，但是不会引起人的注意。

假设加热器有四个加热元件和60Hz的AC电源，按常规分配功率电平时的全部功率相当于120/120。为了使功率电平中的幅度变化不引人注目，重复一种给定的八个半-周期序列，至少在1.5秒持续时间内不改变。在图11到18中分别表示了参考AC线电压和各功率电平的元件电流波形。

给定功率需求的实现是通过在八个功率电平(15/120，30/120，45/120，60/120，75/120，90/120，105/120和120/120)之间来回摆动来完成的，所提供的功率是在15个连续的半秒间隔(7.5秒)内产生的总功率。在一个给定的半秒间隔内所需要的功率是按照以下的公式1a和1b来计算的。

公式1a：

POWER DELIVERED＝INT((POWER+REMAINDER)/15)

公式1b：

REMAINDER＝(REMAINDER+POWER)-(POWER DELIVERED*15)

这其中：

POWER是范围从0到120的理想功率电平；

REMAINDER是在每个半秒间隔内所需的功率和实际提供的功率之间的累计差别；并且

INT是一个函数，其定义是对一个数去掉小数部分取其整数部分。

在60Hz AC系统中的POWER DELIVERED可以表示成0/120，15/120，30/120，45/120，60/120，75/120，90/120，105/120和120/120，它表示在120/秒内能提供多少个1/2周期。在50Hz系统中实际的总数是100，这样，系统实际能提供的功率就是0/100，12.5/100，25/100，37.5/100，50/100，62.5/100，75/100，87.5/100和100/100。该系统与AC电源线电压过零点同步，并且程序会在这些时间点上产生控制脉冲。最好是用一个不受AC电源频率影响的晶体振荡器来产生这种1/2秒定时。

例如，如果需要提供的功率电平是46，就用公式1a和1b计算每半秒间隔内产生的POWER DELIVERED，REMAINDER和POWER REQUIRED，如以下的表3所示。为了指示DC校正还表示了一个净DC成分。

表3

时间(秒)	提供的功率	剩余	需要的功率	净DC
时间(秒)	提供的功率	剩余	需要的功率	净DC	0.5	45/120	1	46	+60
1.0	45/120	2	46	-60	0.5	45/120	1	46	+60
1.0	45/120	2	46	-60	1.5	45/120	3	46	+60
2.0	45/120	4	46	-60	1.5	45/120	3	46	+60
2.0	45/120	4	46	-60	2.5	45/120	5	46	+60
3.0	45/120	6	46	-60	2.5	45/120	5	46	+60
3.0	45/120	6	46	-60	3.5	45/120	7	46	+60
4.0	45/120	8	46	-60	3.5	45/120	7	46	+60
4.0	45/120	8	46	-60	4.5	45/120	9	46	+60
5.0	45/120	10	46	-60	4.5	45/120	9	46	+60
5.0	45/120	10	46	-60	5.5	45/120	11	46	+60
6.0	45/120	12	46	-60	5.5	45/120	11	46	+60
6.0	45/120	12	46	-60	6.5	45/120	13	46	+60
7.0	60/120	14	46	0	6.5	45/120	13	46	+60
7.0	60/120	14	46	0	7.5	45/120	0	46	-60
	AVG＝46	0		0	7.5	45/120	0	46	-60

在15个半秒间隔内提供的总功率电平是46，如果需要的功率不变，该图形本身7.5秒重复一次。

然而，在实际情况下，由于控制系统的响应，理想功率电平是从一个半秒间隔到另一个半秒间隔频繁变化的。REMAINDER项用来累计和校正任意给定半秒间隔内的瞬时理想功率电平与实际提供的功率电平之间的长期误差。

表4表示控制程序按每一个相位和每一种基本功率需求向图2的输出锁存器166输出的二进制图形，产生图11到18所示的波形。在表3中为了完整而包括的用于0到120的所有相位的基本功率电平的具体情况。由每个二进制图形的最低有效位(LSB)控制加热元件1(5a)；次最高有效位控制加热元件2(5b)；次最高有效位控制加热元件3(5c)；而最高有效位(MSB)控制加热元件4(5d)。

表4-对于净零DC偏移的相序的二进制图形

	功率电平
	功率电平									相位	0	15	30	45	60	75	90	105	120
0	0000₂	0001₂	0001₂	0011₂	0011₂	0111₂	0111₂	1111₂	1111₂	相位	0	15	30	45	60	75	90	105	120
0	0000₂	0001₂	0001₂	0011₂	0011₂	0111₂	0111₂	1111₂	1111₂	1	0000₂	0000₂	0010₂	0100₂	0011₂	1001₂	1011₂	0111₂	1111₂
2	0000₂	0010₂	0100₂	1001₂	1100₂	1110₂	1101₂	1111₂	1111₂	1	0000₂	0000₂	0010₂	0100₂	0011₂	1001₂	1011₂	0111₂	1111₂
2	0000₂	0010₂	0100₂	1001₂	1100₂	1110₂	1101₂	1111₂	1111₂	3	0000₂	0000₂	1000₂	0010₂	1100₂	0011₂	1110₂	1011₂	1111₂
4	0000₂	0100₂	0001₂	1100₂	0011₂	1101₂	0111₂	1111₂	1111₂	3	0000₂	0000₂	1000₂	0010₂	1100₂	0011₂	1110₂	1011₂	1111₂
4	0000₂	0100₂	0001₂	1100₂	0011₂	1101₂	0111₂	1111₂	1111₂	5	0000₂	0000₂	0010₂	0001₂	0011₂	0110₂	1011₂	1101₂	1111₂
6	0000₂	1000₂	0100₂	0110₂	1100₂	1011₂	1101₂	1111₂	1111₂	5	0000₂	0000₂	0010₂	0001₂	0011₂	0110₂	1011₂	1101₂	1111₂
6	0000₂	1000₂	0100₂	0110₂	1100₂	1011₂	1101₂	1111₂	1111₂	7	0000₂	0000₂	1000₂	1000₂	1100₂	1100₂	1110₂	1110₂	1111₂

消除由功率电平15，45，75和105产生的DC偏移是这样实现的，从图4所示的二进制图形中按颠倒的相序读出给定的功率电平。也就是说，在按照相序0-1-2-3-4-5-6-7读出二进制图形的一个半秒间隔结束之后，在开始下一个半秒间隔时按照相序7-6-5-4-3-2-1-0循环读出二进制图形。这样，如果偶数半周期内的AC电源电流大于奇数半周期内的电流，就颠倒偶数和奇数半周期的二进制图形，从而有效地消除AC电源电流中的DC成分。进而，产生DC成分的所有二进制图形被选择在开始的第一半周期中采用比较大的电流。另外，按照类似的方式，在任一给定的加热元件中产生DC成分的所有那些基本功率需求的二进制图形都在后续的半秒间隔中经历DC成分消除。在线220a-220d被连接到一个三相AC电源的各相上的情况下，在各个元件级上消除DC成分是重要的，并且能减少AC电源变压器中的涡流损失。

在具有两个加热元件的流体加热器的实施例中，为包括两个而不是四个加热元件的流体加热器采用这种数字功率调制器，最大基本功率电平从120降低到60，并且通过执行逻辑OR运算使两个最高有效位变成两个最低有效位(除以2)将表4所示的二进制图形各自从四位减少到两位。t通过将热敏电阻Th3和Th4连接到地电位而实现两腔检测，因为它们不会出现在两个加热元件的加热器中，处理器会改变其功能参数以适应这一两个元件的系统。功率调制器和检测逻辑可以按从一到任何数量加热元件的需要来工作，在本发明的范围之内可以操作和检测任何数量的加热元件。

表5中所示的一个例子代表标号为相位1到相位8的8个半周期序列，并且表示了在两个元件的加热器中每个相位对哪一个加热元件供电。为了说明如何平衡DC成分，无论是在偶数还是奇数的哪一个半秒中，‘相位’在偶数半秒周期内是从左到右输出的，而相位’在奇数半秒周期内是从右到左输出的。

表5

两个元件的加热器在60Hz下的高频模式

模式	功率	Φ₁	Φ₂	Φ₃	Φ₄	Φ₅	Φ₆	Φ₇	Φ₈	频率
模式	功率	Φ₁	Φ₂	Φ₃	Φ₄	Φ₅	Φ₆	Φ₇	Φ₈	频率	0	0									nonc
1	15	EL1		EL2		EL1		EL2		DC，60Hz，120Hz	0	0									nonc
1	15	EL1		EL2		EL1		EL2		DC，60Hz，120Hz	2	30	EL1	EL2	EL1	EL2	EL1	EL2	EL1	EL2	120Hz
3	45	EL1EL2	EL1	EL1EL2	EL2	EL1EL2	EL1	EL1EL2	EL2	DC，60Hz，120Hz	2	30	EL1	EL2	EL1	EL2	EL1	EL2	EL1	EL2	120Hz
3	45	EL1EL2	EL1	EL1EL2	EL2	EL1EL2	EL1	EL1EL2	EL2	DC，60Hz，120Hz	4	60	EL1EL2	EL1EL2	EL1EL2	EL1EL2	EL1EL2	EL1EL2	EL1EL2	EL1EL2	120Hz

值得注意的是仅仅需要有四种相位，因为相位5到8是重复前四个相位。这样做的原因是为了统一两个元件的操作和四个元件的操作方式，以便稍加修改就能为两种实施例采用同一个程序。

表6所示的另一个例子表示标号为相位1到相位8的8个半周期序列，并且表示了在四个元件的加热器中每个相位对哪一个元件供电。采用和上述两个元件的加热器相同的方式来消除DC成分。

表6

四个元件的加热器的高频模式

模式	功率	Φ₁	Φ₂	Φ₃	Φ₄	Φ₅	Φ₆	Φ₇	Φ₈	频率
模式	功率	Φ₁	Φ₂	Φ₃	Φ₄	Φ₅	Φ₆	Φ₇	Φ₈	频率	0	0									nonc
1	15	EL1		EL2		EL3		EL4		DC，60Hz，120Hz	0	0									nonc
1	15	EL1		EL2		EL3		EL4		DC，60Hz，120Hz	2	30	EL1	EL2	EL3	EL4	EL1	EL2	EL3	EL4	120Hz
3	45	EL1EL2	EL3	EL1EL4	EL2	EL3EL4	EL1	EL3EL2	EL4	DC，60Hz，120Hz	2	30	EL1	EL2	EL3	EL4	EL1	EL2	EL3	EL4	120Hz
3	45	EL1EL2	EL3	EL1EL4	EL2	EL3EL4	EL1	EL3EL2	EL4	DC，60Hz，120Hz	4	60	EL1EL2	EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4	120Hz
5	75	EL1EL2EL3	EL4EL1	EL2EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4EL1	EL2EL3	EL4EL1EL2	EL3EL4	DC，60Hz，120Hz	4	60	EL1EL2	EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4	120Hz
5	75	EL1EL2EL3	EL4EL1	EL2EL3EL4	EL1EL2	EL3EL4EL1	EL2EL3	EL4EL1EL2	EL3EL4	DC，60Hz，120Hz	6	90	EL1EL2EL3	EL1EL2EL4	EL1EL3EL4	EL2EL3EL4	EL1EL2EL3	EL1EL2EL4	EL1EL3EL4	EL2EL3EL4	120Hz
7	105	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL2EL3EL4	DC，60Hz，120Hz	6	90	EL1EL2EL3	EL1EL2EL4	EL1EL3EL4	EL2EL3EL4	EL1EL2EL3	EL1EL2EL4	EL1EL3EL4	EL2EL3EL4	120Hz
7	105	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL2EL3EL4	DC，60Hz，120Hz	8	120	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	EL1EL2EL3EL4	120Hz

用一个单独的控制程序为每1/2秒的POWER计算一个新值，并且将POWER提供给功率调制器程序。因为POWER的范围对两元件实施例和四元件实施例来说分别是0到60和0到120，控制程序可以分别将功率的分辨率规定为1.7％和0.83％。调制器在高频段的分辨率变粗，以下还要解释如何用高频功率调制器的25％分辨率和12.5％分辨率来提供POWER所规定的1.7％和0.83％分辨率。

表7所示的例子说明如何用功率调制器为加热元件提供POWER＝31的值。最接近的模式是模式2(30/120)和模式3(45/120)。以下的顺序表示如何为POWER产生其理想值。每隔半秒颠倒一次模式输出，以消除可能的DC成分。在结束7.5秒时重复这一顺序。

表7

时间(秒)	模式输出	提供的功率(平均)
时间(秒)	模式输出	提供的功率(平均)	0.0000	2	30
0.0667	2	30	0.0000	2	30
0.0667	2	30	0.1333	2	30
0.2000	2	30	0.1333	2	30
0.2000	2	30	0.2667	2	30
0.3333	2	30	0.2667	2	30
0.3333	2	30	0.4000	2	30
0.4667	2	30	0.4000	2	30
0.4667	2	30	0.5333	颠倒2	30
0.6000	颠倒2	30	0.5333	颠倒2	30
0.6000	颠倒2	30	0.6667	颠倒2	30
0.7333	颠倒2	30	0.6667	颠倒2	30
0.7333	颠倒2	30	0.8000	颠倒2	30
0.8667	颠倒2	30	0.8000	颠倒2	30
0.8667	颠倒2	30	0.9333	颠倒2	30
1.0000	颠倒2	30	0.9333	颠倒2	30
1.0000	颠倒2	30	1.0667	2	30
1.1333	2	30	1.0667	2	30
1.1333	2	30	1.2000	2	30
1.2667	2	30	1.2000	2	30
1.2667	2	30	1.3333	2	30
1.4000	2	30	1.3333	2	30
1.4000	2	30	1.4667	2	30
1.5333	颠倒2	30	1.4667	2	30
1.5333	颠倒2	30	1.6000	颠倒2	30
1.6667	颠倒2	30	1.6000	颠倒2	30
1.6667	颠倒2	30	1.7333	颠倒2	30
1.8000	颠倒2	30	1.7333	颠倒2	30
1.8000	颠倒2	30	1.8667	颠倒2	30
1.9333	颠倒2	30	1.8667	颠倒2	30
1.9333	颠倒2	30	2.0000	颠倒2	30
2.0667	2	30	2.0000	颠倒2	30
2.0667	2	30	2.1333	2	30
2.2000	2	30	2.1333	2	30
2.2000	2	30	2.2667	2	30
2.3333	2	30	2.2667	2	30
2.3333	2	30	2.4000	2	30
2.4667	2	30	2.4000	2	30
2.4667	2	30	2.5333	颠倒2	30
2.6000	颠倒2	30	2.5333	颠倒2	30
2.6000	颠倒2	30	2.6667	颠倒2	30
2.7333	颠倒2	30	2.6667	颠倒2	30
2.7333	颠倒2	30	2.8000	颠倒2	30
2.8667	颠倒2	30	2.8000	颠倒2	30
2.8667	颠倒2	30	2.9333	颠倒2	30
3.0000	颠倒2	30	2.9333	颠倒2	30
3.0000	颠倒2	30	3.0667	2	30

3.1333	2	30
3.1333	2	30	3.2000	2	30
3.2667	2	30	3.2000	2	30
3.2667	2	30	3.3333	2	30
3.4000	2	30	3.3333	2	30
3.4000	2	30	3.4667	2	30
3.5333	颠倒2	30	3.4667	2	30
3.5333	颠倒2	30	3.6000	颠倒2	30
3.6667	颠倒2	30	3.6000	颠倒2	30
3.6667	颠倒2	30	3.7333	颠倒2	30
3.8000	颠倒2	30	3.7333	颠倒2	30
3.8000	颠倒2	30	3.8667	颠倒2	30
3.9333	颠倒2	30	3.8667	颠倒2	30
3.9333	颠倒2	30	4.0000	颠倒2	30
4.0667	2	30	4.0000	颠倒2	30
4.0667	2	30	4.1333	2	30
4.2000	2	30	4.1333	2	30
4.2000	2	30	4.2667	2	30
4.3333	2	30	4.2667	2	30
4.3333	2	30	4.4000	2	30
4.4667	2	30	4.4000	2	30
4.4667	2	30	4.5333	颠倒2	30
4.6000	颠倒2	30	4.5333	颠倒2	30
4.6000	颠倒2	30	4.6667	颠倒2	30
4.7333	颠倒2	30	4.6667	颠倒2	30
4.7333	颠倒2	30	4.8000	颠倒2	30
4.8667	颠倒2	30	4.8000	颠倒2	30
4.8667	颠倒2	30	4.9333	颠倒2	30
5.0000	颠倒2	30	4.9333	颠倒2	30
5.0000	颠倒2	30	5.0667	2	30
5.1333	2	30	5.0667	2	30
5.1333	2	30	5.2000	2	30
5.2667	2	30	5.2000	2	30
5.2667	2	30	5.3333	2	30
5.4000	2	30	5.3333	2	30
5.4000	2	30	5.4667	2	30
5.5333	颠倒2	30	5.4667	2	30
5.5333	颠倒2	30	5.6000	颠倒2	30
5.6667	颠倒2	30	5.6000	颠倒2	30
5.6667	颠倒2	30	5.7333	颠倒2	30
5.8000	颠倒2	30	5.7333	颠倒2	30
5.8000	颠倒2	30	5.8667	颠倒2	30
5.9333	颠倒2	30	5.8667	颠倒2	30
5.9333	颠倒2	30	6.0000	颠倒2	30
6.0667	2	30	6.0000	颠倒2	30
6.0667	2	30	6.1333	2	30
6.2000	2	30	6.1333	2	30
6.2000	2	30	6.2667	2	30
6.3333	2	30	6.2667	2	30
6.3333	2	30	6.4000	2	30
6.4667	2	30	6.4000	2	30
6.4667	2	30	6.5333	颠倒2	30
6.6000	颠倒2	30	6.5333	颠倒2	30
6.6000	颠倒2	30	6.6667	颠倒2	30
6.7333	颠倒2	30	6.6667	颠倒2	30
6.7333	颠倒2	30	6.8000	颠倒2	30
6.8667	颠倒2	30	6.8000	颠倒2	30
6.8667	颠倒2	30	6.9333	颠倒2	30

7.0000	3	30.125
7.0000	3	30.125	7.0667	3	30.250
7.1333	3	30.375	7.0667	3	30.250
7.1333	3	30.375	7.2000	3	30.500
7.2667	3	30.625	7.2000	3	30.500
7.2667	3	30.625	7.3333	3	30.750
7.4000	3	30.875	7.3333	3	30.750
7.4000	3	30.875	7.4667	3	31

参见图11，图中表示了数字功率调制器的15/120功率需求波形的示意图。电源频率的八个半周期的一段时间包括用标号300-307表示的八个相位。以图2中AC电源220的AC线电压波形310为参照分别表示了元件1，元件2，元件3和元件4的电流波形311a-311d。AC电源电流波形312代表八个相位300-307按照15/120的功率需求各自从电源220吸取的总电流。电流也就是功率分别按照电流波形311a-311d被均等地分配给图1的所有四个元件5a-5d。应该注意到负载电流波形312仅包含一种极性的半周期，对AC电源施加一个净DC成分。如下文中具体说明的那样，每隔半秒将负载电流波形312的极性颠倒一次以消除DC对AC电源220的有害影响。

参见图12，图中表示了数字功率调制器的30/120功率需求波形的示意图。与图11类似，图12的波形表示用于30/120功率需求的元件电流波形311a-311d。元件1，元件2，元件3和元件4各自的电流波形311a-311d说明了采用均等的功率分配，同时用负载电流波形312说明了所有八种相位300-307的幅值不变，没有DC成分，但是有电源频率的AC成分。

参见图13，图中表示了数字功率调制器的45/120功率需求波形的示意图。与图11类似，图13的波形表示用于45/120功率需求的元件电流波形311a-311d。元件1，元件2，元件3和元件4各自的电流波形311a-311d说明了采用均等的功率分配，同时用负载电流波形312反映出电流有DC成分和AC电源频率的AC成分。

参见图14，图中表示了数字功率调制器的60/120功率需求波形的示意图。与图11类似，图12的波形表示用于60/120功率需求的元件电流波形311a-311d。元件1，元件2，元件3和元件4各自的电流波形311a-311d说明了采用均等的功率分配，同时用负载电流波形312说明了所有八种相位300-307的幅值不变，没有DC成分，但是有AC电源频率的AC成分。

参见图15，图中表示了数字功率调制器的75/120功率需求波形的示意图。与图11类似，图15的波形表示用于75/120功率需求的元件电流波形311a-311d。元件1，元件2，元件3和元件4各自的电流波形311a-311d说明了采用均等的功率分配，同时用负载电流波形312反映出电流有DC成分和AC电源频率的AC成分。

参见图16，图中表示了数字功率调制器的90/120功率需求波形的示意图。与图11类似，图16的波形表示用于90/120功率需求的元件电流波形311a-311d。元件1，元件2，元件3和元件4各自的电流波形311a-311d说明了采用均等的功率分配，同时用负载电流波形312说明了所有八种相位300-307的幅值不变，没有DC成分，但是有AC电源频率的AC成分。

参见图17，图中表示了数字功率调制器的105/120功率需求波形的示意图。与图11类似，图17的波形表示用于105/120功率需求的元件电流波形311a-311d。元件1，元件2，元件3和元件4各自的电流波形311a-311d说明了采用均等的功率分配，同时用负载电流波形312反映出电流有DC成分和AC电源频率的AC成分。

参见图18，图中表示了数字功率调制器的120/120功率需求波形的示意图。与图11类似，图18的波形表示用于120/120功率需求的元件电流波形311a-311d。元件1，元件2，元件3和元件4各自的电流波形311a-311d说明了采用均等的功率分配，同时用负载电流波形312说明了所有八种相位300-307的幅值不变，没有DC成分，但是有AC电源频率的AC成分

低功率备用

本发明的最佳实施例具有一种功率很低的备用控制模式，以下称其为“备用状态”。最佳实施例的流体加热器在短时间段之后检测到流体例如是水没有流动时就进入备用状态。备用状态的作用是在加热器没有被用于加热流动的流体时节省能源。本发明的实施例采用一个子程序将加热器保持在备用状态，直至检测到流体流动，例如是在家用设备中打开热水龙头时。

功率很低的备用状态使处在备用状态的流体加热器能够快速识别到水的流动，从而转入加热(控制)模式以便几乎在同时产出热水。功率很低的备用状态是根据低密度温暖流体超过了高密度低温流体的情况而自动动作的。

当加热器处在备用状态时，流体不流动。当流体加热器控制从加热流动的流体转入流体不流动的备用状态时，由于加热器内的流体按下述方式被稍稍加热，加热器内部的流体被保持在高于环境温度。

在备用状态下没有流动，来自流体的热量上升到流体加热器顶部。只要是处在不流动状态并且流体温度高于环境温度，加热器顶部的流体温度就会高于底部的温度。由加热腔顶部的热敏电阻7b和加热腔底部的热敏电阻7c测得的温度之间的差别被称为温度梯度。只要加热腔顶部的流体是温暖的，该温度梯度就是正值。

温度梯度有三个重要的值。这三个重要的梯度值被称为按度数测量的零，低限和高限。零限是梯度为零的情况，顶部和底部温度之间没有温度差。当顶部温度比底部高时，低限和高限都是正值。对这些限值的具体选择会影响到备用状态下的能耗，对于识别流体开始流动并需要加热流动的流体也是一个敏感的因素。

在本发明的最佳实施例中，低限和高限的具体值可以仅仅相差1华氏度。由于热敏电阻可以按下文所述精确地校准和匹配，有可能精确地维持这一很小的差别。

在龙头或阀门打开时，加热器正常工作，随后关闭龙头或阀门就能阻止流体在加热器内流动。在流体停止流动之后，由加热腔顶部热敏电阻和加热腔底部热敏电阻就会测量到一个快速形成的巨大的正温度梯度。随着时间流逝，热量从静止的流体向周围散发，温度朝着环境温度下降，温度梯度也会下降。该梯度最终会下降到低限以下。(在空调环境中的正常温度层次往往能够提供需要的小梯度，这样就能在备用状态下尽量减少所需的能量)。

当温度梯度下降到低限以下时，微型控制器控制程序对加热腔内的加热元件周期性地施加很少量的电流将流体稍稍加热。只要流体流动仍然为零，这一加热就会使温度梯度增大。小量加热一直持续到温度梯度上升到高限。典型的高限温度梯度是一个小值(例如是1或2华氏度)。这样，用于改善了低功率备用控制，流体加热器只需要很少的能量来维持流体温度高于环境温度，这样就只有很少的能量损失。

当龙头或阀门打开并重新开始流动时，加热器顶部温暖的流体从顶部热敏电阻处流走并造成温度梯度下降。流体流动使温暖的流体通过加热器中的管道逐渐从加热器顶部流向底部。由于流动，由顶部热敏电阻测得的温度朝入口温度(环境温度)下降，而底部热敏电阻测得的温度上升，从而使温度梯度下降。当温度梯度下降到低限以下时，开始少量加热以便使梯度上升到高限。随着少量能量使流体变暖，流动促使温暖流体向下流动的速度比密度变化驱使其向上的速度更快。其结果是梯度很快会变成负值，指示出流体流动和备用状态的结束。

如果流速很低，例如是龙头泄漏造成滴水，有些水流就会通过加热器顶部的排气孔旁路。在同属于Seitz的专利US5,866,880号中描述了这一加热器排气孔，可供本文参考。由于流体绕过了底部热敏电阻，由底部热敏电阻测得的温度在入口流体使顶部热敏电阻处稳定下降的同时保持相对稳定，温度梯度因而会下降。只要连续有少量滴水和水流旁路，温度梯度就会保持在非负值，而加热器就不会脱离备用状态。这样能防止加热器因加热滴水的流体而浪费能量。这是与标准的流体加热相同相比的一个突出优点。在滴水过程中仅仅耗费少量能量来维持温度梯度低于其高限。

水位检测

作为一个安全特征，流体加热器中的水位检测对保证加热器在元件周围没有足够的水时禁止对元件5a-5d供电是重要的。元件在靠近元件顶部处(对最佳实施例中使用的标准元件大约是1/2英寸)的螺纹插头区域下面有一个“冷段”，在水位下降到这一水平以下时需要检测低水位。加热器1顶部的导电螺钉9a和9b(图1)被朝下安装在流体的适当水位上。如果流体充满到适当的水位，金属探针9a和9b就通过水位检测电路和处理器程序来检测水的存在。水位检测是通过监视提供给检测电路的信号由于水的阻抗而产生的变化来实现的。

包含矿物质的水是导电的。将金属物体放入正常接地的水中会在金属物体上产生一个电位。这一电位会在DC检测电路中产生一个直流电流。然而，这一电压在某些电路中会干扰正常的水位检测。在加热器的最佳实施例中采用的方法可以消除探针与水位检测电路的直接连接，因为金属探针与检测电路是电容耦合的。

在最佳实施例中，微型控制器的程序采用脉宽调制(PWM)方式产生一个32,768Hz(图2的信号线130)的方波用于图4的检测电路。方波通过电阻241输入到一个电容240，电容的另一侧连接到金属探针9a，9b。在电阻和电容相互连接处连接一个检测电路242来响应该点上的电压。用一个施密特触发器246反相逻辑门作为检测电路。如果金属探针9a，9b由于在该频率上通过水到地的低传导阻抗而使得检测电路的信号幅值降低，检测电路输出148就会变成LOW。然而，如果探针9a(若有两个探针还包括9b)露出水面，32.768kHz信号144就被传送到输出148并随后提供给CPU100。

当水位降低时，在任意时间对检测信号采样的处理器就会接收到适当相等采样的逻辑HIGH和逻辑LOW电平。由程序中断处理器对这一方波148的检测，表示水位低于正常水位，例如是系统中出现空气的情况。

在水位合适并且金属探针9a和9b接触到流体(例如是水)的正常操作期间，由流体提供对地的导电路径，检测电路中的电容240和243被接地，形成一个RC低通滤波器。经过滤波后的32.768kHz信号出现在输出端148，形成一个超过施密特逻辑门246门限值的变化的DC电平。提供给处理器的信号148是恒定的LOW电平，致使程序中断以指示出有水。

低矿物质含量的水导电性能比较差。水塔的水和来自循环渗透水净化系统的水类似于导电性能很差的蒸馏水。这就意味着按照处理器程序的解释仍然对水位进行检测。导电性差的流体使分压器的Thevenin等效电压进入RC滤波器，导致对方波的积分，这样就会有一个带DC偏移的三角波进入作为逻辑OR电路的2输入Schmitt门电路，并且通过调节电阻和电容的值使门电路门限足够高，让信号的最低点刚好高于该门限。当输入信号周期性下降到输入门限以下时，由处理器监视的输出信号不会持续为LOW。这些随机输入脉冲被输入到处理器，按照程序用一个计数器周期性复位到十进制值255。当脉冲使计数器递减到十进制值240以下(减少大约6 1/4％)时，程序就将其解释为缺水。

对水的导电性变化的灵敏度是由该电路中的分压器作用来控制的。电阻241，244的值要足够大才能检测到低矿物质含量的水。电容240，243必须选得很小才能阻塞50Hz或60Hz的AC电源电压在水中产生的电气噪声可能造成的dc和低频干扰。DC干扰就是上述的电压。

如果在水中有一个小AC(50或60Hz)信号，如果电容的大小不准确，水位检测电路就会受到这一ac信号的影响。对检测电路中电容和电阻组合的正确选择会形成一个RC高通滤波器，可以通过由滤波器造成的衰减来降低ac电压幅值。例如，将RC转角频率设置在15kHz可以将60Hz信号降低48dB。这表明探针对60Hz表现出的电抗大约是22兆欧姆，而对32.768kHz是50K欧姆。另外，方波的5V峰-峰信号可以为检测电路产生大约20μA的驱动电流，而60Hz下的240VAC只能产生大约4μA。

这样，电路的高通滤波器作用就能为水位检测电路阻塞由电源电压造成的AC信号。然而，这种信号实际上是由另外的电路来检测的。如果用高阻抗RC滤波器247(高通滤波器)与金属探针9a实现电容耦合，就能检测到足够幅值的50Hz或60Hz信号，以便在仍然能正确检测水位的同时检测到这一AC成分。

参见图19，图中表示了流体水位检测程序的示意性流程图。流体水位检测程序与图4的水位检测电路132协同工作。参见图4，应该在输出线130刚刚从逻辑低过渡到逻辑高电平时读出由门电路246驱动的输入线148。作为主程序环的一部分，控制在入口点400被周期性转移到水位检测子程序。控制从入口点400开始进入逻辑步402读出输出端口驱动线130。控制从逻辑步402进到判定步404，如果步402中读出的线130的逻辑电平是高，控制就进到逻辑步430并且使控制返回到主程序环。否则，如果在步402中读出的线130是低，控制就进到逻辑步406，读出并保存图4的输入线148。控制从逻辑步406进到逻辑步408，读出图4的输出线130。控制从逻辑步408进到逻辑步410。如果线130不是逻辑高电平，控制环就回到逻辑步406，否则，控制就进到逻辑步412，确定在逻辑步406中读出的线148的状态。如果线148是处在逻辑高电平，控制就进到逻辑步414，用变量LCOUNT加上数值3的内容替换变量LCOUNT的内容。否则，如果线148是处在逻辑低电平，控制就进到逻辑步416，测试变量LCOUNT是不是零值。如果变量LCOUNT是零，控制就进到逻辑步418，清除一个代表水位检测故障的软标志。控制从逻辑步418进到逻辑步430，并且使控制返回主程序环MAINL。否则，如果变量LCOUNT在逻辑步416不是零，控制就进到逻辑步420，将变量LCOUNT的内容减一。从逻辑步420起，流程进入到逻辑步422，将变量LCOUNT的内容与数值240相比较，如果比它小，控制就进到逻辑步430，并且使控制返回主程序环MAINL，不改变水位检测故障标志的状态。然而，如果变量LCOUNT的内容在逻辑步422中大于或等于数值240，控制就进到逻辑步424，设置代表水位检测故障的软标志。回到逻辑步414来看，控制进到逻辑步426，测试变量LCOUNT是否溢出也就是其增值是否已经超过了最大值255。如果没有，控制就按上述情况进到逻辑步422。否则，如果变量LCOUNT已经发生溢出，控制就进到逻辑步428，将变量LCOUNT强制定在最大值255。从逻辑步428起，控制按上述情况进到逻辑步422。

因此，当图4的线148稳定在低时，就表明图2的水位检测电极9a和9b都浸在水中，控制流程允许变量LCOUNT最终递减到零并且指示出一个无故障状态。否则，如果图4的线148是高，变量LCOUNT就一直增值到甚至是超过门限值240，指示出一个水位检测故障状态。这一子程序还通过滞后作用提供了一定程度的噪声免疫。当变量LCOUNT达到或超过门限值240时，就设置水位检测故障标志。然而，变量LCOUNT无论如何必须在清除水位检测标志之前递减到零。

热敏电阻校准

在最佳实施例中用热敏电阻来测量流体温度。特别是可以使用低价的商用型热敏电阻，例如是在汽车发动机组中用来监视水温的那种热敏电阻。以往使用这种热敏电阻的缺点是一个热敏电阻与另一个相比经常出现明显的精度偏差。对于这种用途，在测量同一温度的热敏电阻之间，该偏差会使温度值出现多达5度的差别。这一差别对加热器控制系统的性能有明显的影响。特别是当不同热敏电阻之间的温度关系被用于控制，紧急关闭，检测流动/不流动状态，以及在备用状态下用来维持温度梯度时，这一问题特别严重。

为了获得精确的温度读数，按照可预料的温度提供输出流体，并且动态地监视流体状态，有必要校准热敏电阻，这是为家庭供水所必须的。微型控制器程序将这些温度用于控制，高温限制和其他目的。因为微型控制器程序是通过一个多路复用器(MUX)194从模-数转换器(A/D)124(图2)接收其温度读数的，正如上文所述，这些读数会由于热敏电阻和电子部件的制造过程而出现变化。这些不合格部件的变化会造成几华氏度的偏差。即使在整个加热器中的流体温度都相同时，微型控制器程序也需要使用来自热敏电阻读数的读数。因为微型控制器仅仅需要数字值，可以通过下述的校准手段将来自热敏电阻的流体温度读数“校正”到一个可接受的值。这种校准可以为控制算法提供近似精确的读数，不需要通过其他手段实现精确的温度控制。尽管看上去的结果是相似的，正如本文中下面一段所述，此处所说的校准与系统初始化时自动执行的热敏电阻匹配或校准有所不同。

有时候流体加热器需要以规定的温度提供流体。这经常出现在过程控制或家庭热水供应的情况下。尽管热敏电阻本身是在工厂经过检查和校准的，还需要在现场校准热敏电阻。例如，如果热敏电阻有变化，就需要重新校准。在最佳实施例中，在热敏电阻需要校准时可以采用一个简单的程序来校准，它能够校正热敏电阻读数的轻微变化。

为了对热敏电阻执行校准，在操作加热器时不向加热元件供热。为了避免起动加热元件要断开高限温度调节器的电路连接。然后让环境温度下的流体流过该装置。在流体流动了大约5分钟之后，或者是在各热敏电阻的温度读数不再变化时，就可以实现校准，向系统发出校准指令，也就是？CCthen？Cxxx，其中的xxx代表流体温度最接近的温度度数(即xxx＝076)。由校准指令输入的这一温度值可以是由校准温度参考装置测得的环境流体温度。一般来说这种程序可以在工厂中执行，因为它需要将一个通信装置连接到加热器上才能输入校准指令。

注意：校准值被保存在EEPROM128(电擦除式只读存储器)。校准程序会改变现有的校准值。EEPROM128会保存这一新的校准值直到再次校准热敏电阻。

用多功能按钮匹配热敏电阻

加热器的最佳实施例中含有多个热敏电阻7a-7e(图1)，用来监视流体加热器内不同位置上的流体温度。当流体加热器从工厂发出时，各热敏电阻读数已经被精确地校准到能够指示所测量的准确的流体温度。在某些情况下需要调整热敏电阻的读数和有关的电子设备。例如是在更换热敏电阻的时候。本发明的进一步特征是提供一种精确匹配热敏电阻读数的手段。用来将热敏电阻读数调整到相同值的程序要求通过加热器流动的流体处在一个稳定的温度，让各热敏电阻处的流体温度相同。该程序被称为热敏电阻匹配。这一说法被用来区分匹配和热敏电阻校准。

为了执行热敏电阻匹配，在操作加热器时不向加热元件供热。为了避免起动加热元件要断开高限温度调节器8a，8b的电路连接。然后让环境温度下的流体流过该装置。在流体流动了大约5分钟之后，或者是在各热敏电阻的温度读数已经稳定并不再变化时(如果这些温度是通过连接的通信装置来监视的)，就可以假定整个装置中的流体都处在相同的温度。此时需要按下多功能按钮150(图2)电路板并且保持按压约六秒钟。这样就能在处理器中执行一个执行匹配的子程序。电路板上的听觉指示器160会发出蜂鸣的单音来指示匹配已经被采纳并且正在执行。

在按下多功能按钮150时，匹配操作通过对多个热敏电阻进行计算对温度读数取平均值。在释放多功能按钮150时也计算一个平均值。将这两个平均值相比较。如果两个平均值相同，就认定是匹配并且执行。如果匹配成功，就能通过计算各热敏电阻的偏移将各热敏电阻读数调整到这一平均值。

各热敏电阻的匹配算法采用以下公式

OFFSET＝Tavg-(Tmeasured+CALIBRATION OFFSET)

其中的OFFSET是需要加到未校正热敏电阻读数上的正或负的数值，Tavg是所有热敏电阻温度读数的平均值，而CALIBRATION OFFSET是通过热敏电阻校准已确定的一个偏移值。各热敏电阻的OFFSET值被存储在装置的EEPROM中。这是本发明的一个安全特征，如果任何一个OFFSET超过了正、负限值，就认为是有故障。用故障代码指示出热敏电阻匹配的故障。以下还要具体说明这些代码。

作为另一个安全特征，如果两次计算之间的平均值不同，就不执行匹配，并且不会听到低音蜂鸣声。另外，如果有一个热敏电阻短路，断开，或超出给定范围，就用电路板上的视觉指示器指示出一个数字故障代码，并且不执行匹配。

参见图20a和20b，图中表示热敏电阻匹配的流程图。如果在没有温度计的情况下在现场更换热敏电阻，就需要为每一个热敏电阻建立一种“最合适”的校准偏移量以代替实际的校准程序。如果用手动起动热敏电阻匹配状态，控制就通过一个子程序从CHECKI模块(图25a)内转移到节点500上进入存储在图2的ROM108中的一个子程序MATCH。从节点500开始，流程进到逻辑步502，计算出存储在变量T1，T2，T3和T4中的平均值并且存储在变量Tavg中。流程从逻辑步502进到逻辑步504，将变量LOOP_COUNTER初始化到5，在四腔最佳实施例中，五个热敏电阻各有一个计数。流程从逻辑步504进到逻辑步506，将变量FAULT0的位5初始化到零，指示无故障热敏电阻匹配状态。(变量FAULT0包含多个位，用做代表流体加热器控制所能检测的各种可能的故障状态的逻辑标志)。流程从逻辑步506进到逻辑步508，将变量ARRAY_PTR初始化到变量T0的地址，也就是箭头在RAM110内按顺序对变量T0，T1，T2，T3和T4寻址的位置。在读出之后，通常包含来自各热敏电阻7a-7e的温度测量值的变量T0-T4临时被重新用来保持自各热敏电阻7a-7e的校准偏移。流程从逻辑步508进到逻辑步510，它是由逻辑步510，512，518，520，522和524构成的一个环中的第一步。在逻辑步510，用变量TEMP1作为一个临时位置，用来保存由变量Tavg和按变量ARRAY_PTR寻址的变量之间在数值上的差构成的校准偏移量。流程从逻辑步510进到逻辑步512，将存储在变量TEMP1中的校准偏移与一个低限-128和一个高限+127相互核对，它们代表大约+10华氏度的范围。如果变量TEMP1中的校准偏移达到或超过了这些限值，控制就分支到逻辑步514，将变量FAUL0的位5数值成1，向SIGCODE错误指示器模块指示出热敏电阻匹配故障。流程从逻辑步514进到逻辑步516，使控制从那里返回到调用的CHECKI模块。

另一方面，如果变量TEMP1的内容处在可接受限度之内，控制就进到逻辑步518，在按变量ARRAY_PTR寻址的变量中存储变量TEMP1中的校准偏移的八位中的最低有效位与一个16-位常数(十六进制1200h)之和。十六进制值1200h仅仅用做唯一的标识符，用来指示按顺序参考给出了一个有效入口的具体的热敏电阻校准偏移量的那个程序。流程从逻辑步518进到逻辑步520，将变量ARRAY_PTR增值到排列T0到T4中的下一个变量的地址。流程从逻辑步520进到逻辑步522，将变量LOOP_CONUTER递减。流程从逻辑步522进到逻辑步524，如果变量LOOP_CONUTER的内容不是零，流程就循环到逻辑步510按顺序指向下一个热敏电阻值。另一方面，如果变量LOOP_CONUTER是零，流程就通过节点A526进到图22b的逻辑步528。逻辑步502-524就这样获得并存储每一个热敏电阻7a-7e的校准偏移值。

在逻辑步528，将变量LOOP_CONUTER初始化到5，五个热敏电阻7a-7e各有一个计数。流程从逻辑步528进到逻辑步530，将变量ARRAY_PTR初始化到变量T0的地址。流程从逻辑步530进到逻辑步532，将变量E²PROM_PTR初始化到变量EEPROM128变量CALIBR[0]的地址，也就是在一个五个位置排列中的第一位置。流程从逻辑步532进到逻辑步534，它是由逻辑步534，536，538，540和544构成的一个环中的第一步。在逻辑步534，按照变量ARRAY_PTR寻址的变量内容被存储在按照变量E²PROM_PTR寻址的EEPROM128变量中。流程从逻辑步534进到逻辑步536，将变量ARRAY_PTR增值到顺序中下一列变量的那一点。流程从逻辑步536进到逻辑步538，将变量E²PROM_PTR增值。流程从逻辑步538进到逻辑步540，将变量LOOP_CONUTER递减。流程从逻辑步540进到逻辑步542，如果变量LOOP_CONUTER的内容不是零，流程就循环到逻辑步534按顺序指向下一个热敏电阻值。另一方面，如果变量LOOP_CONUTER是零，流程就进到逻辑步546，使控制返回到调用的CHECKI模块。这样，逻辑步528-544就能将存储在变量T0-T4中的校准偏移移动到非易失性EEPROM128中的变量。

热敏电阻自测

当处理器程序识别到变化的情况时，就设置适当的标志位以指示这一变化。这些标志位使程序按照该位的设置采取适当的行动。例如，如果流体加热器系统出现热敏电阻或有关线路或者是控制系统的故障，程序就能识别到故障并且设置一个“故障标志”。该标志会使程序分支并另外指示出一个故障，并且采取适当的校正行动，例如是切断提供给加热元件的功率。程序会使视觉和/或听觉指示器164或160发出视觉和/或听觉指示，用特殊的闪光图形或蜂鸣声指示故障，操作人员可以通过打印的故障代码图表识别出实际出故障的热敏电阻。由流体加热器制造商提供这种故障代码图表。这一连续测试过程能确保加热器的长时间稳定性和可靠性。

加热元件的自测

按照本蜂鸣最佳实施例的操作，程序利用对加热元件的改进的调制控制方式提供很精确的控制。如果元件在操作中发生故障，系统不能马上识别到这一故障。而是会通过增加对其他元件的功率周期来继续尝试满足需求。微型控制器程序在功率驱动电平下降到一个预定门限值以下时检查损坏的元件，在实际发生故障后会马上发出警报声。这样，当流体停止流动且加热器恢复到关闭状态时，程序就能识别出故障，并且及时发出视觉和/或听觉指示。继续使用带故障元件会降低流体加热能力，但是，管理着流体加热器的程序会继续工作以便在系统的新的管理限制范围内维持温度和稳定性。

参见图21a和21b，图中表示了周期性加热元件自测程序的示意性流程图。图21a和21b的流程表示加热元件测试程序的操作，它是在主循环内调用的一个子程序(ELEMT)。单独测试各个加热元件。如果一个元件的功率小于预定量，(在最佳实施例中是15个计数)，或者是检测到继电器故障，就起动一个定时器(ELTSTATE)并清除一个累加器(ELTSUM)。每当调用子程序(ELEMT)时都会执行这些操作，直到状态发生改变。

如果被测元件的功率高于预定值并且在后来调用子程序时没有检测到继电器故障，就测试定时器是不是零。如果定时器不是零，就计算加热器中对应着被测元件的那一个腔的温升，并且加在ELTSUM中的值上，只要和数不是负值。在供电的同时，当定时器变成零时，状态就指示出功率大于预装在定时器中的时间量的那一预定量。累加的温升与一个门限值(在图21b中是192个计数)相比较。如果累加值大于该某些，就代表元件在工作。在再次调用子程序时就开始对下一个元件的周期。

如果定时器变成了零，但是累加的温升没有超过门限值，程序就通过设置故障标志指示出被测元件损坏了。应该注意到，在加热器的最佳实施例中，温升不足可能是加热器中的各种故障造成的。它可以指示出故障的加热元件，故障的三端可控硅开关，触点被打开的继电器，或者甚至是该装置的一个电路被断开了。

参见图22，图中表示一个系统生产程序的示意性流程图。用于本发明最佳实施例的系统参数是存储在微型控制器本身内部的初始值和实际参数的复合体，并且根据需要设置以便能精确并可靠地供应热水。这些参数被保存在EEPROM128中。用一个简单的程序“生产”系统，在首次通电时清除EEPROM128中可能存在的所有随机信息。EEPROM128被复位到全零。所包括的信息例如有一个寿命计数器值，由系统维持该系统已经运行的256分钟增值计数。该数值提供担保和维护期限的有关指示。另外还有但是不仅限于热敏电阻校准变量，使用的总KW数，一个KW/Time变量，序号，维护记录信息，故障记录，流速记录等等。建立用于永久信息的操作参数，然后设置操作变量，然后由用户设置变量并设置选项。操作变量的设置方式是这样的，允许在现场对临界参数进行升级，在每次系统通电时重新使用这些参数。因为系统在最初会从处理器装载这些参数，并且在以后随时从EEPROM128装载，可以在现场设置这些参数并且保存在EEPROM128中直到在以后的配置设置中被覆盖。例如，如果用户希望将系统校准到一个特定温度，有可供使用的程序能恢复这些参数。这样做会改变EEPROM128中的某些值，而不会影响EEPROM128的其他数据。

系统能够“部分生产”，因为在制造之后可以执行部分测试功能。为此仅仅需要控制电路和仅仅是控制程序部分的精确和可靠的操作。这样就能允许系统初始化，读出热敏电阻，接通元件，读出电源线电压，检查湿度，限制开关等等。实际的程序最终版本可以在邻近发货时才装载，这样就能将序号，时间计数器等等全部在接近实际发货日期时才装载和存储。这样就能保证准确和有效的记录信息。

参见图23，图中表示了按照本发明最佳实施例的系统程序的示意性流程图。在图23中表示了主程序的顶级示意图。所有加热器控制软件都可以驻留在CPU100的ROM108中，并且分两部分执行：主程序和中断子程序。当CPU100首次接通电源时，或者是在软件监视定时器到期时，从地址0000开始执行该程序，它对应着图23中的RESET节点。RESET可以禁止所有中断并且跳到图23中的INITIALIZE模块。

参见图24a和24b，图中表示了系统程序初始化程序的示意性流程图。用冷起动步INITIALIZE清除RAM；程序需要有内部定时器，用于分频，通信波特率，以及总体定时；并且要按照输入和/或输出的线路来配置CPU100(中央处理器)的外部端口。

INITIALIZE还要配置外部EEPROM128，如果它是空白的，或者是曾经被微型控制器的不同软件修订版使用过，就要更新修订版检查和，并且按照两腔或4腔操作适当地复制控制调节参数。最终用INITIALIZE读出给定值和所有热敏电阻值以及“先前”值，以便使温度控制程序能够正确地起动。一旦INITIALIZE模块完成，控制就转向循环连续执行的MAINL程序。

参见图25a-25e，图中表示了图23的主循环(MAINL)程序部分的示意性流程图。MAINL程序由下文所要描述的按顺序依次调用的许多功能模块构成。如果需要由模块执行其职责的状态没有准备好，控制就直接返回继续按顺序执行下一个模块。这样，MAINL循环的总体执行速度就会随所有模块的除了时间的总和而改变。

参见图25a，MAINL开始于清除软件监视定时器(WDT)。WDT是由独立于主4-MHZ振荡器的一个振荡器来确定时钟的一个可编程定时器。它在溢出时迫使CPU100回到复位状态，因为“冲突的”程序不能按规则使WDT复位。这样，程序冲突就会迫使CPU100回到其重新起动。接着调用SSDEVS(同步串行设备)模块，它掌管所有的初始化并读出A/D转换器。A/D转换器连接到一个模拟多路复用器(MUX)，通过A/D端口来选择它的输入通道。然而，在准备好读出之前，A/D转换器需要自身校准和复位周期。初始化的A/D转换器按顺序读出所有五个热敏电阻(四-腔加热器)，按照循环顺序中的一个一个的给定值，主电压，或者是湿度传感器提供校准偏移。A/D状态机器指导按顺序调用SSDEVS，按正确的顺序进入正确的状态。在读出最后一个热敏电阻之后，SSDEVS设置全体<4>个标志，发信号给CONTROLM模块开始处理。以下要具体描述A/D服务模块：

参见图26a，图中表示了按照本发明最佳实施例的一种模拟-数字状态机器的示意性流程图。在INITIALIZE模块和MAINL程序中都要调用A/D状态机器(也被称为SSSDEVS)，并且处理所有初始化并读出A/D转换器。A/D转换器连接到一个模拟多路复用器(MUX)，通过A/D端口来选择它的输入通道。然而，在准备好读出之前，A/D转换器需要自身校准和复位周期。初始化的A/D转换器按顺序读出所有五个热敏电阻(四-腔加热器)，按照循环顺序中的一个一个的给定值，主电压，或者是湿度传感器提供校准偏移。A/D状态机器指导按顺序调用SSDEVS，按正确的顺序进入正确的状态。在读出最后一个热敏电阻之后，SSDEVS设置全体<4>个标志，发信号给CONTROLM模块开始处理。

图26a的A/D状态机器程序表示了九种状态。当系统复位时，控制从状态0 INITIALIZE A/D开始，并通过四个中间状态直至达到状态1，WRITE A/D CONFIG。REGISTER。此后，控制顺序通过用于每一个输入读数的状态1，2和3。在读出所有热敏电阻和一个接一个的给定值电位计，电源线电压，或者是湿度检测器之后，就进入状态8而不是返回状态1。状态8在开始下一组测量之前用500-ms等待由中断子程序设置的记号标志。以下要具体解释各个状态。

参见图26b，当A/D状态机器在MAINL程序中被调用时，控制就转到节点SSDEVS。注意：节点SSDEVS还在INITIALIZE模块中被反复调用，以确保控制模块按正确的温度读数起动。从SSDEVS节点起，变量SSSTAT包含当前状态值，并且控制被分派到标有SSSTAT0到SSSTAT8的九个状态之一。

参见图26c，从节点SSSTAT0确定对A/D转换器芯片的选择。芯片选择是端口上唯一只启用A/D转换器的那一位。这种布置方式使A/D转换器，串行EEPROM128和Aux(Auxillary)连接器能共享同一条SPI总线，就象是用CPU100作为单一总线主机来单独选择的从属装置。

接着，将变量Counter初始化到15以备用做一个循环计数器。按照对Crystal Semiconductor CS5529A/D Converter的推荐的初始化建议，数值FFh的一字节在一个循环中被输出到A/D转换器15次。每当输出一个8-或24-位值到A/D转换器，就在占用SPI总线的一个时间内构成了一位串行移位输出的数据。

最佳实施例采用了在Microchip Technologics，Inc.，PIC 16C63微型控制器上实现的软件，它是用一种“位-脉冲”程序实现的。或者是，如果特定的微型控制器能够通过向一个端口写入8-位字节而输出一个8位值，就允许这种微型控制器的SPI硬件为串行数据定时钟，而微型控制器同时还可以执行其他程序指令。

在FFh的15字节字符串之后，输出FEh的一字节作为配置指令，然后是一个24位值000080h，开始A/D转换器的初始化。接着将变量SSSTAT设置到6，解除对A/D芯片的选择。解除A/D芯片选择的动作允许同时对其他SPI外设寻址。控制随后返回到指令所调用的A/D状态机器(SSSDEVS)，结束状态0，并且将状态6设置为下一个状态。

参见图26d，从节点SSSTAT6确定A/D转换器芯片选择。按上述方式向A/D转换器传送一个数值为94h的指令字节。A/D转换器的响应是重新读入变量数据24，并且检验复位有效位。如果没有设置，控制就分支到解除A/D转换器芯片选择并且返回，不改变状态。这样，A/D转换器状态机器就会保持在状态6，直到其完成复位(初始化)操作。

否则，如果复位有效位是逻辑1，就清除变量MUX，开始对T0(THin)的输入扫描。接着向A/D转换器输出数值000000h作为配置，然后是一个数值000003h。这一过程可用于一种自校准程序的初始化。最后，变量SSSTAT进到状态7，解除A/D转换器芯片选择，并且控制返回到调用SSSDEVS下一个指令。

参见图26e，从节点SSSTAT7确定A/D转换器芯片选择。按上述方式将数值为94h的一个指令字节传送给A/D转换器。A/D转换器的响应是读入变量输入数据24，并且检查完成标志位。如果没有设置，控制就分支到解除A/D转换器芯片选择，并且不改变状态就返回。这样，A/D转换器就会维持在状态7直至完成其校准过程。

否则，如果完成标志位是逻辑1，变量SSSTAT就进到状态4。解除A/D转换器芯片选择，然后控制返回到调用SSSDEVS的下一指令。

参见图26f，从结点SSSTAT4确定A/D转换器芯片选择线。将92h的指令字节传送给A/D转换器读出其偏移和增益。A/D转换器的响应是读入变量输入数据24，除以16，并且置入变量输出数据24。变量SSSTAT进到状态5，解除A/D转换器芯片选择线，并且控制返回到调用SSSDEVS下一个指令。

参见图26g，从节点SSSTAT5确定A/D转换器芯片选择线。将82h的指令字节传送给A/D转换器写入其增益寄存器。接着向A/D转换器输出包含在状态4中预先设置的增益信息的变量输出数据24。变量SSSTAT进到状态1，解除A/D转换器芯片选择线，并且控制返回到调用SSSDEVS下一个指令。

参见图26h，从节点SSSTAT1起，在状态4中预先初始化的变量输出数据24被屏蔽成仅仅包括位<23：18>并且传送给A/D转换器写入其配置寄存器。变量SSSTAT进到状态2，解除A/D转换器芯片选择线，并且控制返回到调用SSSDEVS下一个指令。

参见图26i，从节点SSSTAT2确定A/D转换器芯片选择线。将C0h的指令字节传送给A/D转换器执行模-数转换，并且将用做到时计数器的变量Stall初始化到255。接着，因为需要在状态2内访问EEPROM128，就解除A/D转换器芯片选择线。

对现行正在A/D转换的热敏电阻输入读出逻辑的余数并检查校准偏移信息。如果在变量按钮<3>中设置了标志，就实行匹配程序并清除变量CALOFF中的校准偏移。控制随后进到指令状态2出口代码。

否则，如果热敏电阻不匹配，就检查变量MUX，如果其大于4，输入就不是热敏电阻，而控制就进到指令状态2出口代码。如果变量MUX包含0到4之间的数值，被读出的就是热敏电阻，就检查变量配置<1>中的标志。如果设置了该标志，加热器就是一种4-腔装置，而控制就分支到去处理校准信息。若是该标志被清除，加热器就是一种2-腔装置，就要进行测试看变量MUX是否小于3。如果不是，就输入A/D输入多路复用器在两个未使用的热敏电阻中选择的一个，清除变量CALOFF，并且控制进到指令状态2出口代码。

否则，变量MUX就包含一个有效的热敏电阻选择，并且被用来编入存储在EEPROM128的校准信息表中。读取16-位索引位置，将LSB存入变量CALOFF，而MSB存入变量temp。如果变量temp等于代码12h，就认为存储的校准偏移是有效的，并且清除MATCH_NOT_DONE标志。否则就认为尚未存储校准偏移，并且设置MATCH_NOT_DONE标志。控制进到指令状态2出口代码，解除A/D转换器芯片选择，变量SSSTAT进到3，而控制返回到调用SSSDEVS下一个指令。

参见图26j，从节点SSSTAT3确定A/D转换器芯片选择线。将94h的指令字节传送给A/D转换器获得转换器的状态。A/D转换器的响应是读入变量输入数据24并检查完成标志位。如果该标志是逻辑0，就继续进行转换，并检查变量Stall看其是否已递减到0。如果它是0，就认为是到时(故障)状态，控制就分支到状态3公共故障出口代码。否则，如果变量Stall不是0，就递减并再次测试0。如果是0，就按上述方式动作。否则就解除A/D转换器芯片选择并使控制返回到下一个指令去调用SSSDEVS。这时，A/D转换器状态机器在执行A/D转换的过程中等待在状态3。

然而，如果完成标志位是逻辑1，就将96h的指令字节传送给A/D转换器读出结果。而A/D转换器就读入变量输入数据24。将LSB的位<7：2>与数值F0h相比较，如果不相等，控制就分支到状态3公共故障出口代码。

状态3公共故障出口代码设置变量故障3<1>中的A/D误差标志，将变量SSSTAT清除到状态0，解除A/D转换器芯片选择线，并使控制返回到下一个指令去调用SSSDEVS。

如果位<7：2>等于F0h，就认为是正常转换，而变量SSSTAT就进到状态1。解除A/D转换器芯片选择线，并且根据多路复用器输入0到7将变量MUX位<4：2>的内容编入一个调用分派表。在通过并从调用分派表返回之前，八种可能的状态都要描述一遍。

参见图26m，从节点CH0起，将变量指针设置到变量th0的地址。接着将变量CALOFF的内容加入变量输入数据24的16个低有效位(读出一行热敏电阻)并且存入变量指针指向的变量中(也就是th0)。用指令使控制返回到调用分派表。这样就能将先前在状态2下调用的校准偏移提供给热敏电阻读数并且保存在五个热敏电阻的变量排列中。

参见图26m，按照与节点CH0类似的方式从节点CH1，CH2和CH3起分别将变量指针设置到变量th1，th2和th3的地址。

参见图26n，从节点CH4起，将变量指针设置到变量th4的地址。接着将变量CALOFF的内容加入变量输入数据24的16个低有效位(读出一行热敏电阻)并且存入变量指针指向的变量中(也就是th4)。检查变量按钮<3>中的标志，如果是逻辑0，就是没有要求热敏电阻匹配，而控制就分支到配置逻辑。否则就调用热敏电阻匹配子程序。在得知匹配完成时清除变量按钮<3>中的标志，清除变量按钮<0>中的标志使指示器静默，而控制就分支到配置逻辑。

在配置逻辑中检查变量配置<0>，如果是逻辑1(装置已经配置好)，指令就使控制返回到调用分派表。否则，如果变量配置<0>中的标志是逻辑0(装置尚未配置好)，就检查变量输入数据24的内容。如果其内容小于数值3，就将用于th4的多路复用器接地，并设置变量配置<1>中的标志，它代表一种2-腔配置。否则就认为是一个4-腔装置，此时不改变变量配置<1>中的标志。控制进到将变量配置写入EEPROM128，并且将适合2-或4-腔装置的硬编码调谐参数从微型控制器ROM移到EEPROM128中。最后，控制不是返回而是跳到RESET节点重新起动系统并安置新的配置。

参见图26o，从节点CH5起从EEPROM128中读出变量pot_multiplier。如果pot_multiplier是0，就清除变量tpot。否则，就用pot_multiplier中的数值将变量输入数据24的内容向左算术移位，并且将结果的MSB存储在8-位变量tpot中。这样，数值1，2，3，4和5的有效标度就是2，4，8，16或32。数值0具有的特殊意义是为了固定温度加热或者是为了远程温度给定值设置而禁止本地给定值。在变量tpot被改变之后，用指令使控制返回到调用分派表。最大值255对应着大约20°F。

从节点CH6起将变量输入数据24的内容乘以16。提取结果的MSB并且存入8-位变量Moist。如果变量Moist超过32，就认为是湿度感应传导率不足，此时就清除变量故障2<3>中的标志和变量声音<7>中的标志。否则就设置这两个标志。然后用指令使控制返回到调用分派表。在变量故障2<3>中设置的标志使LED显示特殊的湿度检测误差代码，而变量声音<7>中的标志使听觉指示器连续发出报警蜂鸣声。

参见图26p，从节点CH7起将变量输入数据24的内容乘以16。提取结果的MSB并且存入8-位变量Volts。然后用指令使控制返回到调用分派表。变量Volts按照AC主电源电压的每3伏改变一个计数，并且在使用中受到欠压和过压检测比较的限制。

参见图26k，控制在从任何特殊通道状态CH0-CH7返回之后进入到节点A。按照位<4：2>所示对变量MUX逐位格式化，提供一个3-位硬件多路复用器地址，并且在读出所有五个热敏电阻之后用位<1>和<0>保持跟踪被读出的输入设备。变量MUX按照图261中的表改变，在重复之前循环通过15个值。

从节点A起将变量MUX的多路复用器通道位场<4：2>增值。读出变量中的位<5>以指示进位超出了这一场。如果有置位，就是计数器发生了翻转，就清除变量MUX，而控制就分支到结束扫描逻辑。否则，如果没有发生翻转，控制就进到检查变量MUX中的位<4>。如果被清除，就不必进一步行动，而控制就分支到状态3出口代码。否则，如果变量MUX中的位<4>是1，就检查变量MUX中的位<3>，如果它是1，控制就分支到结束扫描逻辑。

状态3结束扫描逻辑使变量MUX的位<4：2>复位，通过设置变量global<4>中的标志指示出扫描已经完成，将变量SSSTAT推进到状态8，并且分支到状态3出口代码。

否则，如果变量MUX中的位<3>是0，就检查变量MUX的位<2>，如果它是0，控制就分支到状态3出口代码。否则，如果变量MUX中的位<2>是1，就检查变量MUX中的位<0>，如果它是1，就强制将变量MUX变成数值1Ah(或11010b)，而控制分支到状态3出口代码。否则，如果变量MUX的位<0>是0，就检查变量MUX的位<1>，如果它是1，就将变量MUX的位<3>设置成1，无论变量MUX的位<1>是0还是1，由变量MUX的位<1：0>构成的场都增值，并且控制进到状态3出口代码。变量MUX的增量场<1：0>的作用是在读出通道4之后选择下一个输入通道5，6，或7。

状态3出口代码将变量MUX的位<4：2>装入变量输出数据24的位<20：18>准备在状态1中使用。解除A/D芯片选择，并且用指令使控制返回到去调用SSSDEVS。

参见图26q，从节点SSSTAT8起检查global<5>中的标志，如果是逻辑0，控制就分支到LTICK逻辑。否则就检查按钮<4>中的标志，如果它是逻辑0，控制就分支到LTICK逻辑。否则就清除按钮<4>中的标志，设置按钮<3>中的标志，并且控制进到LTICK逻辑。在按下热敏电阻匹配程序的按钮时，检测一个标志并设置另一个标志的链接过程是多功能按钮的处理程序中的一部分。

LTICK逻辑检查在中断子程序中设置的f500ms标志，如果是逻辑0，就分支到状态8出口代码。否则，如果设置了f500ms标志，就清除变量global<5>中的标志，计算的定标没有完成，根据已知的情况清除f500ms标志，变量SSSTAT进到1，开始新的一次热敏电阻扫描，并且控制进到状态8出口代码。

状态8出口代码清除A/D转换器芯片选择并且用指令使控制返回到去调用SSSDEVS。

接着要调用CONTROLM模块，它首先计算是否设置了global<4>标志。若没有就直接返回到MAINL循环中的下一个模块。CONTROLM按顺序执行以下的计算：

1.inctime-按0.5秒增加时间记录值

2.do_dtn-为各个热敏电阻值计算增量T

3.do_avg-计算T1..T4的平均温度

4.diffnt8-微分Tavg

5.do_tsp-根据电位计读数计算给定值

6.superv-监视数值并且根据门限值设置/清除标志

7.触发一个新的记录线，除非是被输入字符延迟

8.chth-检查热敏电阻值

9.如果有故障就清除控制状态

10.cmswitch-调用控制状态机器

11.发信号给A/D读出子程序，要求新的一次扫描

12.发信号给功率调制器令其改变相位

需要提供给元件的功率电平的实际计算是在控制状态机器的CONTROL状态下执行的，如下所述：

参见图27，图中表示了按照本发明最佳实施例的控制状态机器的一个示意性流程图。控制状态机器是一种软件模块，它为流体加热器控制系统规定了标号为0到5的六种唯一的状态。这些状态是：

状态	说明
状态	说明	0	不确定
1	控制	0	不确定
1	控制	2	关闭
3	不流动，备用等待	2	关闭
3	不流动，备用等待	4	备用，等待供电
5	备用，供电	4	备用，等待供电

具体状态造成在状态之间的过渡，例如是从不流动到流动状态或者是相反。维持的状态例如是维持流动，持续不流动，或者是定时器没有到时造成控制状态机器保持在同一状态。

以下的表8规定了在状态之间过渡的必要条件。以下要讨论采用何种标准的定义来设置标志。

表8-控制状态过渡

过渡	TAKEN IF...
过渡	TAKEN IF...	01	清除NO-FLOW标志
03	设置NO-FLOW标志	01	清除NO-FLOW标志
03	设置NO-FLOW标志	11	清除SHUTDOWN标志并且清除MAX GRADIENT
12	设置SHUTDOWN标志	11	清除SHUTDOWN标志并且清除MAX GRADIENT
12	设置SHUTDOWN标志	21	清除NO-FLOW标志且CMTIMER是0，并且清除SHUTDOWN标志
22	清除NO-FLOW标志且CMTIMER不是0，或者是设置SHUTDOWN标志	21	清除NO-FLOW标志且CMTIMER是0，并且清除SHUTDOWN标志
22	清除NO-FLOW标志且CMTIMER不是0，或者是设置SHUTDOWN标志	23	设置NO-FLOW标志
31	清除NO-FLOW标志或者是设置CHG FLOW标志	23	设置NO-FLOW标志
31	清除NO-FLOW标志或者是设置CHG FLOW标志	33	清设置NO-FLOW标志且FLOW TIMER标志不是0，或者是清除CHG FLOW标志
34	FLOW TIMER是0	33	清设置NO-FLOW标志且FLOW TIMER标志不是0，或者是清除CHG FLOW标志
34	FLOW TIMER是0	44	设置NO-FLOW标志并设置MIN GRADIENT标志，并且清除COLD标志
45	设置NO-FLOW标志并清除MIN GRADIENT标志	44	设置NO-FLOW标志并设置MIN GRADIENT标志，并且清除COLD标志
45	设置NO-FLOW标志并清除MIN GRADIENT标志	51	清除NO-FLOW标志
54	设置NO-FLOW标志并设置MIN GRADIENT标志，并且清除COLD标志	51	清除NO-FLOW标志
54	设置NO-FLOW标志并设置MIN GRADIENT标志，并且清除COLD标志	55	设置NO-FLOW标志并清除MIN GRADIENT标志，或者是设置COLD标志

控制状态最好是通过测量热敏电阻值而每秒更新两次，并且计算诸如Tavg这样的通用值，并且设置或是清除标志。

每秒两次调用子程序nf(不流动)和sd(关闭)，用来检查温度和其他导出值，并设置或清除global，fault1和flow标志。

备用状态是这样维持的，按照在th1和th2之间测得的差在第二腔内保持一个小的梯度(斜温层)。在备用期间，当梯度下降到gradmn以下时，就为第二腔供热。当梯度上升到等于gradmx的一个量时，就切断供热。常数gradmn等于15或大约是1.5°F，而gradmx等于20或大约比gradmn高2.0°F。备用期间的平均梯度大约是4°F。

参见图29和30，图29表示在global变量内使用的标志，而图30表示在flow变量内使用的标志。

如果变量tavg低于40°F，就设置COLD标志(global.2)，表示应该为所有腔增加少量热量以免结冰。

FLOW TIMER(flow.2-flow.0)是一个三位计数器，它在使用中被初始化到7并且递减计数到0。

在偏差derivt的绝对值＞1时设置CHG FLOW标志(flow.3)，否则就清除。

如果(th1-(th2+epsilcon))-gradmn)＞＝gradmx，就设置MAXGRADIENT标志(flow.4)，否则就清除。

如果th1-(th2+epsilcon)＞＝gradmn，就设置MIN GRADIENT标志(flow.5)，否则就清除。

如果th1＞＝(th2+epsilcon)，就设置NO-FLOW标志(flow.6)，其中的epsilcon等于25或2.5°F，否则就清除。

如果th1＞＝tsp，就设置SHUTDOWN标志(flow.7)，否则就清除。

以下是各种状态的说明：

状态0-不确定

状态0-当首次供电时在硬件初始化之后输入不确定，或者是如果软件监视定时器已经到时。所有元件都关断。如果设置了NO-FLOW标志，就接着进入状态3-NO-FLOW。否则就接着进入状态1-控制。

状态3-NO-FLOW

从以下三种状态都可以进入状态3-NO-FLOW：

·状态0-不确定如果设置了NO-FLOW标志(03)。

·状态1-控制，如果SHUTDOWN标志被清除并设置了MAX GRADIENT标志(01)。

·状态2-关闭，如果设置了NO-FLOW标志(23)。

所有元件都关断。如果NO-FLOW标志被清除(可能是仅仅因为状态3-控制(33))，下一个状态就是返回状态3-控制(33)。

如果设置了NO-FLOW和CHG FLOW标志，就接着进入状态1-控制(31)。

如果设置了NO-FLOW标志并清除了CHG FLOW标志，就将FLOWTIMER初始化到1，并且接着进入状态4-备用(冷却)(34)。

状态4-备用(冷却)

状态4-如果设置了NO-FLOW标志并清除了CHG FLOW标志，就从状态3进入备用(cool)。如果清除NO-FLOW标志，就接着进入状态1-控制(41)。否则就检查FLOW TIMER的计数是否已递减到0，如果是，就接着进入状态5-备用(加热)(45)。否则就维持在状态4-备用(冷却)(44)。如果FLOW TIMER不是零，就朝着0递减。如果设置了MAXGRADIENT标志，就将FLOW TIMER重新初始化到7允许常时间冷却。

从以下两种条件之一进入状态4-备用(冷却)：

·状态3-NO_FLOW，当FLOW TIMER变成零时(34)

·状态5-备用，(加热)设置了NO-FLOW标志并设置了MAXGRADIENT标志，并没有设置整体COLD标志(也就是温度没有达到结冰门限)(54)。

否则，如果NO-FLOW标志被清除，就接着进入状态1-控制(51)。

否则，如果设置了MIN GRADIENT标志，就设置整体COLD标志并且控制维持在状态4(44)。

否则，如果MIN GRADIENT标志被清除，就接着按变量power＝1进入状态4-备用(加热)(45)。

状态5-备用(加热)

从状态4进入状态5-备用(加热)-备用(冷却)(45)。

如果NO-FLOW标志被清除，就接着进入状态1-控制(51)。

否则，如果MAX GRADIENT标志被清除或是设置了整体COLD标志，控制就维持在状态5(55)。

否则，就是有足够的热量，就按变量power＝0进入状态4-备用(冷却)(54)。

状态1-控制

从六种状态都可以进入状态1-控制：

·状态0-当NO-FLOW标志被清除时，不确定(01)。

·状态3-当NO-FLOW标志被清除或是设置了CHG FLOW标志时，不流动(31)。

·状态4-当NO-FLOW标志被清除时，备用(COOL)(41)。

·状态5-当NO-FLOW标志被清除时，备用(HEAT)(51)。

·状态2-当NO-FLOW标志被清除，变量cmtimer是0，并且SHUTDOWN标志被清除时，关闭(21)。

在正常情况下是在状态1内部调用子程序控制去执行PID环计算并且为元件提供合适的功率。然而，如果设置了SHUTDOWN标志，就将变量cmtimer初始化到2，关闭所有元件，并且接着进入状态2-SHUTDOWN(12)。

否则，如果MAX GRADIENT标志被设置，关闭所有元件，并接着进入状态3 No Flow(13)。

否则，如果MAX GRADIENT标志被清除，就调用子程序elemt去测试元件，调用子程序控制去执行PID环计算，并且控制维持在状态1。

状态2-Shutdown

如果设置了SHUTDOWN标志，就从状态1-Control进入状态2-Shutdown(12)。

如果设置了NO-FLOW标志，就接着进入状态3-NO-FLOW(23)。

否则，如果变量cmtimer还不是0或者是设置了SHUTDOWN标志，控制就维持在状态2(22)。

如果变量是0并且SHUTDOWN标志被清除，就接着进入状态1Control(21)。

接着调用CHECKI模块去检查公共加热器故障状态和多功能按钮。CHECKI首先对用来驱动液面检测电路的32.768kHz信号的状态采样，读取液面检测电路的输出，并且等待32.768kHz信号从低到高的过渡。CHECKI模块内部的逻辑处理多功能按钮动作。如果多功能按钮被保持5秒以上，并且没有热敏电阻故障并设置了Tavg，它标志出继电器测试，高限开关打开，或者是标志出热敏电阻匹配处理。

在对应着电源线波峰的时刻对来自+28伏继电器电源的输入采样。CHECKI模块还作为一个带滞后的数字滤波器，在接收到来自液面检测电路的逻辑零输入时将计数器增值到最大值FFh，并且在接收到方波输入时将计数器递减到最小为0。

继续图25a的流程，当程序从CHECKI模块返回时，检测DISABLE开关的状态。如果它被打开，控制就通过节点B跳过MODULATE代码到图25c的Communications Task。否则控制流程就通过节点A到图25c，通过测试来检查系统EEPROM128的配置。如果没有配置，控制就同样跳过MODULATE代码。接着触发STROBE销的状态。当STROBE信号从逻辑低过渡到逻辑高时，硬件监视定时器复位，启用对继电器和加热元件的驱动。

接着检查global<6>标志，如果设置了该标志就意味着继电器测试正在进行，而控制分支同样通过节点B跳过MODULATE代码。否则就检测延迟的越线标志，如果它被清除，就跳过MODULATE代码。否则就清除越线标志作为认可，而控制流程进到MODULATE代码。中断子程序在电源线波形过零之后设置越线标志。有关中断子程序的细节在微型控制器程序的主循环后面描述。

电源线波形的每半周期执行一次MODULATE模块。如下文所述，它考虑到8-相序电源线波形的理想功率电平及其半秒dc抵销相位，并且每一给定半周期导通或关断各个元件。这一过程的执行方式能够有120级功率电平(或对于2-腔加热器是60级)，不会造成灯光闪烁。

Communications Task模块接着MODULATE代码，其响应是检查串行通信线上的输入指令。将这些指令按照预定的指令集格式化。用一个进位返回(CR)字符或缓冲器满来检测消息的结束。若接收到任何字符，就停止有效的记录。这种“半双工”方式是利用同一个通信缓冲器用于发送和接收而经济地实现的。回应输入字符并且分析和执行装配的指令。

随着Communications Task模块检查F100MS标志，如果被清除，控制就通过节点C分支，绕过按1/10秒规律执行的所有代码。否则就清除F100MS标志作为认定，并且将Relay State Machine中使用的非零的继电器定时器KTIMER递减。

接着执行RELAYS模块，按照变量Kstate中的值进入Relay StateMachine。RELAYS模块在激励任何元件之前处理激励继电器的顺序，并且在加热器不使用时间段之后使继电器断电。当多功能按钮起动继电器测试时，RELAYS模块就在继电器改变状态时轮询各继电器。

接着进入SIGCODE模块，它的响应是在红/绿LED上闪烁的代码，并且使听觉指示器发声。它检查四个故障字节的状态，如果设置了这些字节，就用带蜂鸣声的红色闪光输出一个闪光代码。认定多功能按钮和湿度检测的特定状态，而温度检测产生不同的单音。否则，SIGCODE模块就保持视觉指示器LED按1Hz“心跳”频率闪烁绿色。

从SIGCODE模块起，控制流程通过节点C到达图25d，检测FISEC标志，如果被清除，程序就回到MAINL环的开头。否则，就清除FISEC标志作为认定，并且使程序进到Check Relays和Voltage模块。

在继电器打开的情况下，通过比较变量Volts的值与预定的限值来测量AC电源线电压。该变量是通过A/D模块中的读出操作被预先更新的。为高于270V的高电压设置故障标志fault2<1>，为低于198V的低电压设置故障标志fault2<2>。这些读数是标称控制变压器原边电压(230V)和跨接在电源中未经调节的dc母线上的分压器的比例的函数。

接着要检查四个故障字节的内容，并且解析成蜂鸣和闪光代码。然而是由实际驱动各端口的中断服务子程序向压电指示器驱动器晶体管输出一种音频方波。

最后检查F1MIN和F4H16标志，如果被清除，程序就回到MAINL环的开头。否则就清除各个标志作为认定，并且在图25e中从EEPROM128中读出里程表字，增值，然后重新写入EEPROM128。

参见图28a-28f，图中表示了按照本发明最佳实施例的一个中断子程序的示意性流程图。图28a表示中断服务子程序的开头。对加热器的微型控制器来说，中断是由定时器到时或者是通信硬件(USART)造成的。若接收到中断，就将MAINL程序当前所执行位置的地址保存在返回地址堆栈中。接着要保存微型控制器的W，STATUS，PCLATH和FSR寄存器。在旁边设置供中断和中断子程序与MAINL程序间相互通信的具体RAM位置。

定时器中断的发生速率大约是每秒1000次，通信中断的发生速率大约是每秒240次也就是2400波特。执行一个指令大约需要1μs，每1000个指令发生一次中断，因此，写入中断代码是为了提高速度。控制从中断寄存器保存子程序进到图28b的RUPT节点。检测Timer1标志，如果被清除，控制就分支绕过所有和定时器有关的代码跳到图28f的节点D。否则就清除Timer1标志作为认定，并且将毫秒级定时器增值。特殊的“子循环”软件计数器也增值，从而将电源线波形的一个半周期(60Hz时是8.33ms，50Hz时是10ms)分离成较小的时间增量。

如果MAINL程序中的SIGCODE模块被请求发声，就接着执行SOUND模块。输出端口按照中断速率的二分之一，四分之一或八分之一触发压电指示器驱动器，产生500，250或125Hz的单音。这种触发技术提供50％有效周期的强基本单音。

从SOUND模块中检测linx标志以确定从电源线波形最后一次过零起是否1ms到时。如果没有，控制就分支到SEEIFL模块，按照1ms定时基准连续测量电源线频率，并且在60Hz时清除标志global，在50Hz时设置该标志。在每次电源线过零点之后还要清除予循环计数器。执行完SEEIFL模块，控制就继续通过节点F到图28f的COMM中断处理器。

否则，如果设置了linx标志，控制就转而分支到LCROSS模块，使subsec计数器增值，并且根据是否设置了global<7>标志来检查对60Hz的计数12或50Hz的计数10。在达到这一计数时，电源线波形的半周期的100ms计数就完成了。这样，就能在一秒内提供除以50或60Hz的定时100ms，500ms也就是定时标志，以此来保证缓慢的变动与电源线频率的倍数的精确同步。

在达到一秒标记时，控制流程通过节点B到达图28e，计数累加到一分钟的设置和256分钟标志。一分钟标志可以用来在记录线结束时传送一个一分钟标记。256分钟标志代表4小时，16分钟周期习惯上被用于更新里程表位置而不用过多地写入EEPROM128。控制从一秒钟处理连接到节点C。

在达到500ms标记时，控制流程通过节点C进入图28e，设置f500ms标志并用于起动一个新的热敏电阻测量周期并使LED闪光(仅仅是绿色)。控制从500ms处理连续通过节点D到达图28f的COMM中断处理器。

在COMM中断处理器中，USART的发送或接收(或者是双方)硬件部分都可以被中断。检测发送中断硬件标志，如果设置了该标志，就将通信排列中的下一个字符装载到USART发送寄存器中。每次中断都执行这一程序，直至变量xbc(发送字节计数)递减到0。接着检测接收中断硬件标志，如果设置了该标志，程序就停止任何正在进行的发送，清除通信排列，将刚刚从USART接收到的字符输入到接收寄存器并且存储在通信排列中的下一个位置。如果接收到一个CR字符，或者是通信排列已满，就指示MAINL程序去处理一个指令线。

图31表示采用流体加热器的一种循环加热系统的示意图。在系统中为一定的面积供热用于空间加热，融化冰，或者是供暖，系统能够将水加热到118华氏度。在这种情况下，加热的水还可以为其他用途提供热水。如果空间加热设备需要不同的温度，系统就需要知道用于不同用途的时间。在本例中，流动开关被固定在住宅管道的出口线中用来指示适合使用的温度。按照空间加热的用途，由一个自动调温器来控制循环泵，由系统提供适当的热量供使用。

参见图31，冷水入口547按惯例用一个节流阀548连接到系统上。流体加热系统1000接收流体流入其输入口2，提供合适的能量将流体加热到所需的给定值A并且将流体送到其输出6。循环泵553使流体绕着在流动方向550上横贯被加热区域的流体环路511流动。当自动调温器556指示逻辑电路557需要加热时，就增加功率以满足所需的温升。在环路的某一位置最好是最高点处安装一个浮动泄流阀552，从系统中排出残留的空气。阻止阀549防止冷水反方向循环使泵553关闭。在一般的空间加热操作中，流体流动传感器不会为控制逻辑电路指示任何流动。

从COMM中断处理器起恢复出FSR，PCLATH，STATUS和W微型控制器寄存器所保存的内容，并且执行一个RETURN指令，继续执行MAINL程序。

本发明特别适合用来实现上述的目的并取得所述的优点。尽管本发明是参照本发明的最佳实施例来解释，描述和限定的，这样的参照并不是为了限制本发明，不应该认为是一种限制。本发明在形式和功能上能够有许多修改，变更和等效物，这对于本领域技术人员是显而易见的。对本发明最佳实施例的描述仅仅是一些例子，并不代表本发明的范围。本发明是由权利要求书的原理和范围来限制的，它从各个方面给出了对等效物的充分概括。

图32的流程图表示在流体加热器中仅仅使用温度和功率数据的流速检测方法。利用温度传感器和加热器功率数据建立起一种间接测量流动的方法。该方法依赖于存储温度和功率数据的时间记录的能力，并且使用热传导的基本关系来计算流速。

为流速计算提供基本关系的热力学公式是以下的关系

q＝mcp(t2-t1)

这其中

·q＝系统的热定额(BTU/Hr)

·m＝质量流速(Lb/Hr)

·cp＝水的比热(1BTU/Lb华氏度)

·(t2-t1)＝温度增量(华氏度)

整理公式并且用变换系数消去后获得合适的单位，就能将这种关系表示成下式：Flow rate(1bs/hr)＝Average Heater Power(kW)*3.413/Delta Tavg；

式中的Tavg是上文所述在T1和Tin值基础上的温差。Tin对应着流体的入口温度，并且在q的公式中被选做t1，因为它在加热器工作过程中按预期被认为是一个稳定值。在q的公式中将T1选做t2，因为按预期它在系统中能对输入功率提供最快响应时间，并且在加热器的多腔实施例中能够比任何下游热敏电阻更好地与入口温度相关联。计算中包含存储大约用于10秒钟操作的数据的时间记录。可以存储t1和t2之间的平均温差，并且可以用一个平均值来平滑整个时间段内的计算。也可以记录20秒操作的系统功率。

可以相对于流速计算来编制平均功率数据，用来校正相对加热器响应时间。换句话说，为了减缓流速，可以参照最早存储的一组功率数据来确定平均功率输入，而为了加快流速则可以参照最近的功率数据来确定功率输入的平均值。这样，系统的开环响应时间的典型记录如下：0.5秒@3g.p.m(每分钟加仑)升级到10秒@不流动。可以按各单位测量更精确的延迟，并且采用适当调节这一参数的方法。

这一流速计算方法为精确地计算通过流体加热器的流速提供了一种速代的方法。该方法响应工作条件所微小变化并趋于自动稳定。然而，对于工作条件的急剧变化例如是在加热器起动，关闭或其他脉动式变化(例如是流速从低变高或者是相反)时出现的情况，上述的流速计算不足以提供快速响应。因此，在控制策略中增加了两个超前的控制段，它是根据具有最高优先权的出口温度测量值(T4)和给予T1的第二位优先权段来建立的。二者都可以在突然偏离稳定工作时用于对流速变化的快速响应。这些控制段可以根据工作范围而自动调节。在某些流动状态下可以展宽控制段以便有效地计算流速(特别是在低速情况下)，以免给流体加热器基于流速的控制带来干扰的控制脉冲。加热器在“安全”控制段内维持稳定功率电平的时间越长，系统的收敛就越好，并且能稳定在正确的流速上，并自动稳定加热器操作。

可以利用计算的流速来确定加热器功率的最佳给定值Tsp调节量，从而实现最佳的正向流动加热器温度控制。对加热器功率的这种调节可以使用以下公式：

Power(BUT/Hr)＝Computed Flow Rate(Lb/hr)*(Tsp-Tin)

提供的功率可以是从BTU/Hr变换成用于控制加热元件功率的千瓦值。一种方法是采用级联的IF测试以确定水加热器采用三个控制信号当中的哪一个。采用优先的方案，可以用一个与控制方法成比例的高增益来强制对流速变化的快速响应。在持续稳定状态流体加热器操作中可以用一种迭代控制方法来优化加热器功率。如果各个传感器指示都处在其控制段以内，系统就用它的流速计算来执行正向流动。随着时间的延续优化迭代流速计算，并且很快地稳定在系统的理想给定值上。

当输入数据指示出某些故障状态时(例如是热敏电阻或加热元件故障)，利用额外的传感器和稍有不同的控制标准还可以实现对加热器稳定性的改进。可以根据对加热器故障的评估来提供平均温度，并且在程序中可以包括在诊断到故障之后用于稳定控制的策略。

Claims

1.由交流(AC)电源供电的一种流体加热器，上述加热器包括：

具有至少一个腔的外壳，上述外壳具有流体入口和流体出口；

多个电动加热元件，上述多个加热元件各自位于上述至少一个腔的其中一个之内，用于加热流动的流体；

功率控制器，用于控制上述多个加热元件各自对AC电源的连接，让上述多个加热元件各自在确定一种功率电平的多个功率周期图形当中各自连接至少一个半周期，其中上述多个加热元件各自的连接是按顺序定时的，实际降低切换频率，以免给AC电源造成明显可察觉的闪烁；

一或多个流体温度传感器，各自响应其在至少一个腔内选定位置上的流体温度；以及

用于控制流体出口上流动流体的理想温度的一个逻辑电路，上述逻辑电路从一或多个流体温度传感器接收温度信息，并且将温度信息提供给上述功率控制器。

2.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述加热元件所工作的多个功率电平是从0/120，15/120，30/120，45/120，60/120，75/120，90/120，105/120和120/120所构成的组中选择的，这些分数中各自的分子代表AC电源在为上述多个加热元件供电的一秒钟内的半周期数。

3.按照权利要求2的流体加热器，其特征是上述多个加热元件被连接到AC电源，在上述多个功率电平中的一个较小电平和一个较大电平之间抖动，从而产生理想流体加热功率电平，使上述多个加热元件在一定时间周期内产生的平均功率图形基本上等于一个理想流体加热功率图形。

4.按照权利要求3的流体加热器，其特征是上述时间周期小于15秒。

5.按照权利要求4的流体加热器，其特征是上述多个功率图形当中较小的一个是用理想流体加热功率图形除以时间周期的二倍并取其结果的整数部分而确定的。

6.按照权利要求5的流体加热器，其特征是上述多个功率图形当中较大的一个比上述多个功率图形当中较小的一个大一级。

7.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述加热元件所工作的多个功率电平是从0/2x，12.5/2x，25/2x，37.5/2x，50/2x，62.5/2x，75/2x，87.6/2x和100/2x所构成的组中选择的，这些分数中各自的分子代表一个xHz的AC电源在为上述多个加热元件供电的一秒钟内的半周期数。

8.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述多个加热元件以上述多个功率周期组的基本上相同的偶数和奇数半周期数被连接到AC电源，以便减少AC功率中的DC成分。

9.按照权利要求8的流体加热器，其特征是上述多个功率周期组有四个周期。

10.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述至少一个腔是两个腔的整倍数。

11.按照权利要求10的流体加热器，其特征是上述至少一个腔是四个腔。

12.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述至少一个腔是三个腔的整倍数。

13.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述至少一个腔是至少两个腔，在每个腔内具有至少一个加热元件。

14.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述至少一个腔是四个腔，在每个腔内具有至少一个加热元件。

15.按照权利要求1的流体加热器，其特征是上述逻辑电路接收一个代表温度给定值的信号，并且上述逻辑电路向上述功率控制器发送一个理想功率图形，由控制器控制上述多个加热元件的连接，将流体出口上被加热流体的温度基本上维持在给定值温度。

16.按照权利要求15的流体加热器，其特征是上述一或多个温度传感器包括分别位于流体入口，流体出口和至少一个腔之一各处的多个温度传感器，上述温度传感器被连接到上述逻辑电路，上述逻辑电路用来自上述多个温度传感器的温度信息来计算与给定值温度的偏差。

17.由交流(AC)电源供电的一种流体加热器，上述加热器包括：

功率控制器，用于控制上述多个加热元件各自对AC电源的连接，让上述多个加热元件各自在确定一种功率电平的多个功率周期图形当中各自连接至少一个半周期，其中上述多个加热元件各自的连接是按顺序定时的，实际降低切换频率，以免由于AC电源造成明显可察觉的闪烁；

用来控制流体出口处流动流体的理想温度的逻辑电路，上述逻辑电路从一或多个流体温度传感器接收温度信息，并且将温度信息提供给上述功率控制器；

上述逻辑电路确定一个计算的给定值，并且减去由上述多个温度传感器测得的温度之和，从而计算出一个偏差；

计算的给定值等于从1到腔数整数之和除以腔的数量乘以Trise再加上Tin乘以腔数，其中的Tin是流体入口温度，Trise是理想流体出口温度与Tin之间的差；

偏差等于计算的给定值减去由上述多个温度传感器测得的温度之和；以及

如果偏差是正值，上述逻辑电路就令上述功率控制器增加给上述多个加热元件的功率，如果偏差是负值，上述逻辑电路就令上述功率控制器降低给上述多个加热元件的功率。

18.由电源的交流(AC)电功率供电的一种流体加热器，上述流体加热器包括：

位于上述至少一个腔内的至少一个得到供电的加热元件，用于加热流经上述至少一个腔的流体；

流体液面检测和关闭电路，包括位于上述至少一个腔内与流体相接触的流体液面电极，第一端连接到流体液面电极的一个电容，第一端连接到电容第二端的一个电阻，上述电阻的第二端连接到方波频率源，其频率比AC电源高，以及一个电压比较器，其输入连接到电容的第二端和电阻的第一端，如果比较器输入电压因流体液面电极接触到流体而大于预定值，电压比较器的输出就是第一逻辑电平，如果比较器输入电压因流体液面电极没有接触到流体而小于或等于预定值，电压比较器的输出就是第二逻辑电平，还有一个逻辑电路，用于在上述电压比较器的输出处在不一致的逻辑电平时从AC电源上断开上述至少一个加热元件。

19.由交流(AC)电源供电的一种流体加热器，上述加热器包括：

位于上述至少一个腔内的至少一个得到供电的加热元件，用于加热流动的流体；

用来控制上述多个加热元件各自与AC电源的连接的功率控制器，让上述多个加热元件各自在确定一种功率电平的多个功率周期组当中各自连接至少一个半周期，其中上述多个加热元件各自的连接是按顺序定时的，实际降低切换频率，以免给AC电源造成明显可察觉的闪烁；

一或多个流体温度传感器，它们各自响应至少一个腔内选定位置上的流体温度；以及

用来控制流体出口处流动流体的理想温度的一个逻辑电路，上述逻辑电路从一或多个流体温度传感器接收温度信息，并且将温度信息提供给上述功率控制器。

20.按照权利要求19的流体加热器，其特征是进一步包括：

监视电路，在上述逻辑电路操作错误时阻止上述至少一个加热元件连接到AC电源，上述监视电路包括一个定时电路，其输入连接到上述逻辑电路，而输出连接在上述定时电路输出是第一电平时控制上述至少一个加热元件，并且在第二电平时关断上述至少一个元件，采用连接在上述定时电路输入和来自上述逻辑电路的一个脉动输出之间的电容，如果有来自上述脉动输出的脉冲流，上述监视电路的输出就是第一逻辑电平，如果没有来自上述脉动输出的连续的脉冲流，上述监视电路的输出就是第二逻辑电平。

21.按照权利要求19的流体加热器，其特征是进一步包括：

流体泄漏检测电路，用于在上述至少一个腔外面检测到流体时发出警报，上述流体泄漏检测电路包括位于上述至少一个腔的外侧并且在其下部附近的流体传感器，以及连接到上述流体传感器的流体传感器检测电路。

22.按照权利要求19的流体加热器，其特征是进一步包括：

低功率备用电路，它包括位于上述至少一个腔顶部的至少一个上温度传感器，和位于上述至少一个腔底部的至少一个下温度传感器，为上述至少一个加热元件提供低功率，产生一个斜温层以指示在上述指示一个腔内有没有流体流动，由上述至少一个上温度传感器和上述至少一个下温度传感器指示流动或不流动，使上述逻辑电路和上述功率控制器控制提供给上述至少一个加热元件的加热功率。

23.使用循环加热流体的一种加热系统，上述加热系统包括：

敷设在一个被加热区域的闭环管道系统，上述闭环管道系统中流过被加热的流体；

用于将加热的流体泵入闭环管道系统的循环泵；以及

由交流(AC)电源供电的一种流体加热器，上述加热器包括具有至少一个腔的外壳，上述外壳具有流体入口和流体出口，各自位于上述至少一个腔内并且适合加热流动流体的至少一个得到供电的加热元件，适合控制上述至少一个加热元件与AC电源的连接的一个功率控制器，让上述至少一个加热元件各自在多个功率周期组当中各自连接至少一个半周期，其中上述至少一个加热元件的连接是按顺序定时的，实际降低切换频率，以免给AC电源造成明显可察觉的闪烁，以及

用来控制流动流体的理想温度的一个逻辑电路，上述逻辑电路连接到上述功率控制器，并且向其传送温度控制信息。

24.按照权利要求23的加热系统，其特征是上述流动流体的温度可以由使用来控制。

25.由交流(AC)电源供电的一种用于基本上瞬时加热流体的流体加热器，上述加热器包括：

得到电源的多个加热元件，上述多个加热元件各自位于用于加热流体的一个上述至少一个腔内；

分别连接到上述多个上述加热元件的电源；以及

自动测试上述流体加热器操作的测试电路。

26.按照权利要求25的流体加热器，其特征是测试电路按照小于一小时的时间间隔反复并自动地测试加热器的操作。

27.按照权利要求25的流体加热器，其特征是测试电路有选择地为多个加热元件分别供电，检测作为其响应的温升，并且将检测到的升高的温度和一个预定的温升相比较，以确定一个代表有问题的不足的温升。

28.按照权利要求25的流体加热器，其特征是测试电路自动测试一或多个热敏电阻，一或多个继电器，或者是一或多个三端可控硅开关的操作。

29.按照权利要求25的流体加热器，其特征是测试电路由硬件和固件两者构成。

30.在由一个交流(AC)电源供电的流体加热器中使用的多个热敏电阻的一种匹配方法，加热器基本上瞬时加热具有至少一个腔的一个外壳内的流体，外壳具有流体入口和流体出口，该方法包括：

让流体通过至少一个腔并通过多个热敏电阻中的每一个，使多个热敏电阻中的每一个都能受到基本上稳定的已知温度的流体；

从多个热敏电阻中的每一个输出信号，表明多个热敏电阻中每一个所检测的流体温度；

将多个热敏电阻各自的输出与一个标准相比较；并且

响应这种比较来调整多个热敏电阻各自的输出，使多个热敏电阻各自的经过调整的输出基本上稳定。

31.按照权利要求30的方法，其特征是进一步包括：

用新的热敏电阻替换多个热敏电阻当中的至少一个；

将新的热敏电阻的输出与上述标准相比较；并且

调整新的热敏电阻的输出，使各个热敏电阻的输出基本上稳定。