專利名稱：對自動洗衣機或洗碗機中濁度探測器測量值進行溫度補償?shù)姆椒?br> 技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種對濁度探測器測量值進行溫度補償?shù)姆椒?，該濁度探測器安裝在充注水的家用電器，最好是用微處理機進行程序控制的自動洗衣機或洗碗機中洗滌液可及的位置上并且該濁度探測器包括用于透射位于測量段內(nèi)的洗滌液的光發(fā)射器和光接收器。
由于在洗衣機中采用了濁度探測器，因而可以檢測到作為程序參數(shù)的洗滌液的濁度并利用此濁度值實現(xiàn)洗滌過程的最佳化。由于濁度探測器位于貼近洗滌液的位置處，故在濁度探測器與洗滌液之間存在著熱耦合。在正常工作條件下，洗滌液的溫度變化幅度在約10°至95°之間，故濁度探測器同樣也受到劇烈的溫動波動的影響。
濁度探測器是根據(jù)光學原理工作的并由一發(fā)射近紅外光譜范圍光線的發(fā)射器(例如發(fā)光二極管)和一將紅外光信號轉(zhuǎn)換成成比例的電信號的光接收器(光電三極管、發(fā)光二極管和光敏電阻)。但發(fā)射器(例如紅外線發(fā)光二極管)和所使用的接收器(例如光電三極管)的光電特性與溫度有很大的關系。如果沒有相應的溫度補償，將把溫度波動解釋成濁度值的變化并在計算信號時導致錯誤的結(jié)果。所以在所有設備中都需要對濁度探測器進行溫度補償，在這些設備中例如在洗衣機或洗碗機中，濁度探測器受到較大的溫度波動的影響。
歐洲專利申請EP0393 311 AI記載了一種帶有測量洗滌液渾濁度裝置的洗衣機。該裝置同樣是采用光電濁度探測器，在開始進行包含多次濁度測量的過程時必須對該濁度探測器進行校準。該校準以等于零測量值定義的濁度參考值為準。為此，在濁度探測器開始測量前加入純自來水或空氣并把此時求出的測量值定義為零。但已知的裝置并未考慮到，濁度探測器周圍的溫度會發(fā)生劇烈的波動并會對濁度測量值的大小產(chǎn)生明顯的影響。
當為進行濁度測量采用光電三極管和紅外線發(fā)光二極管組時，兩個器件的溫度系數(shù)就會疊加在一起并且使?jié)岫忍綔y器獲得一總系數(shù)。此點對采用類似器件的情況也適用。
此總溫度系數(shù)受多種因素的影響，在此針對紅外線發(fā)光二極管和光電三極管組舉例如下隨著溫度的升高，發(fā)射器光線向較大的波長偏移。因而使發(fā)射器和接收器間的耦合系數(shù)發(fā)生變化。
隨著溫度的升高，發(fā)射器的照射功率降低。因而光電三極管中的測量電流降低一個光強度減弱系數(shù)。
在紅外線發(fā)光二極管受熱的情況下，導通電壓降低約2mv/k，因而在導通電流不變的情況下電功率將變小。光強度會因此繼續(xù)降低。
在高溫情況下紅外線發(fā)光二極管將會迅速老化，這將導致光強度降低。
光電三極管的光譜靈敏度隨溫度變化而變化，這將導致光電三極管與紅外線發(fā)光二極管間的耦合系數(shù)也發(fā)生變化。
隨溫度的升高，光電三極管的電流增益將增大，這將導致在光強不變的情況下光電三極管中的測量電流增大。
隨著溫度的升高，光電三極管的暗電流將增大，這將導致測量電流普遍增大，而該電流的增大與光強無關。
在高溫情況下，光電三極管將迅速老化，這將導致光電參數(shù)的變化。
隨溫度的變化在測量段內(nèi)的水的折射率將發(fā)生變化。因此發(fā)射器與接收器間光程的光電參數(shù)將發(fā)生變化，這反過來又會影響耦合參數(shù)。
從與溫度有關并影響測量電流的大量參數(shù)可以看出，無法對每個影響因素都進行補償。所以必須將濁度探測器作為一個整體系統(tǒng)來考慮，通過試驗對其參數(shù)加以確定。這尤其適用于濁度探測器中電子器件的溫度系數(shù)，因為該溫度系數(shù)在測量結(jié)果中起著特別大的作用。
在試驗中特別突出的棘手問題是，求出的溫度系數(shù)此外還取決于實時工作點。這不僅適用于接收器(例如光電三極管)，而且也適用于發(fā)射器(例如紅外線發(fā)光二極管)。在光電三極管中，溫度系數(shù)取決集電極-發(fā)射極電壓并且在紅外線發(fā)光二極管中取決于導通電流。雖然在紅外線發(fā)光二極管導通電流不變的情況下紅外線發(fā)光二極管的溫度系數(shù)沒有變化，但與濁度相關的光電三極管的集電極-發(fā)射極電壓將發(fā)生變化并隨之其溫度系數(shù)也將發(fā)生變化。所以在進行溫度補償時不能指望有一個恒定不變的補償系數(shù)，而是必須對補償系數(shù)進行動態(tài)適配調(diào)整。


圖1示出在采用所謂的透身射方法時濁度探測器的溫度系數(shù)與洗滌液所處的溫度范圍的關系。發(fā)射器采用的是紅外線發(fā)光二極管SFH484并且接收器采用的是光電三極管SFH 309F。測量時，發(fā)光二極管的發(fā)射電流為5毫安并且人工渾濁是通過采用一塑料帶產(chǎn)生的。在測量時，將探測器放置在一空調(diào)箱內(nèi)。在冷卻期間進行測量。通過測試得出的溫度系數(shù)為一6.6mv/k或一0.95％/k。
圖2示出測量段內(nèi)無渾濁情況下的相同測量。此外試驗條件與前面的測試相同。在該測試中求出的溫度系數(shù)為-20.4mv/k或-0.52％/k。因此第二次測試時的溫度系數(shù)僅約為渾濁模擬測試時的一半。在兩次測試中的紅外線發(fā)光二極管的發(fā)射電流是相同的，不同的是工作點，這是因為由渾濁模擬在光電三極管上產(chǎn)生的集電極電流小于沒有渾濁的情況。通過減小集電極電流，可使集電極一發(fā)射極電壓增大，這是因為在測量電阻上壓降很小。
這同樣也適用于紅外線發(fā)光二極管，在發(fā)光二極管中隨著溫度升高發(fā)射的紅外線變?nèi)?。在紅外線發(fā)光二極管中，根據(jù)所采用的半導體材料，通常使?jié)穸认禂?shù)在-0.7％至0.5％/k之間。
雖然光電三極管和紅外線發(fā)光二極管的溫度系數(shù)相互影響，但并不相互抵消。所以在任何情況下必須對得出的總系數(shù)進行補償。
在最壞的情況下加在濁度探測器上的溫度范圍約為85°開氏即從約10°至約95°攝氏。假定系數(shù)為0.95％/k，那么將導致輸出信號漂移80.75％，而此時的濁度沒有絲毫改變。在用0.52％/k的溫度系數(shù)做無渾濁試驗時，在此邊界條件下也總會產(chǎn)生44.2％的漂移。雖然也可以進行固定的溫度補償，但這僅適用于特定的工作點，因此使探測器的工作范圍受到很大的限制。
如果沒有相應的補償，這種受溫度影響的信號漂移就會使?jié)岫葴y量出現(xiàn)很大的差錯，因而不可能實現(xiàn)有說服力的濁度測量。
所以本發(fā)明的任務在于，采用說明書引言部分中所述的方法在相關范圍內(nèi)的所有溫度和各種濁度的情況下獲得正確的濁度測量值。同時必須對探測器進行溫度補償。正如實施例所指出的，可以但不必給出普遍有效的溫度系數(shù)。
依照本發(fā)明，該任務的解決方案如下，計算出每個工作點上濁度探測器的溫度系數(shù)，將其作為修正值存儲在用于計算濁度探測器測量結(jié)果的軟件中并根據(jù)測出的加在濁度探測器上的溫度來實時修正測量結(jié)果。
由于受濁度影響使工作點漂移，溫度系數(shù)也會發(fā)生變化。所以只有在依照本發(fā)明的補償對實時工作點進行動態(tài)適配調(diào)整的情況下，才可能實現(xiàn)溫度補償。
根據(jù)本發(fā)明方法的有益的進一步設計，首先將濁度探測器的測量結(jié)果記錄下來并由此求出濁度探測器的工作點。此外根據(jù)緊接著或同時進行的對濁度探測器環(huán)境溫度的測量，考慮到環(huán)境溫度的測量值和工作點計算出修正值并與測量結(jié)果相加。
然后將根據(jù)下述流程進行補償1測出濁度信號；2求出工作點；3測量濁度探測器上的溫度；4針對求出的工作點和測出的溫度計算修正值；5將修正值與測量值相加，以便獲得經(jīng)補償?shù)臐岫葴y量值。所以通過軟件控制的對濁度信號的計算可以以最佳的和成本特別低廉的方式實現(xiàn)對溫度的動態(tài)補償。對探測器的每個可能的工作點求出溫度系數(shù)并加入到計算軟件中。就硬件而言，對探測器補充一個溫度傳感器，以便為探測器的每個點求出相應的溫度。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一有益的實現(xiàn)方式，首先測出濁度探測器的環(huán)境溫度并由此求出濁度探測器的工作點。此外由所求出的工作點與濁度測器典型工作點的偏差計算出補償值，以便根據(jù)此補償值為以后的濁度測量改變濁度探測器的輸入?yún)?shù)。
這種方法方案的過程如下1測出濁度探測器上的溫度；2求出工作點；3計算補償值，根據(jù)此補償值改變發(fā)射器(例如紅外線發(fā)光二極管)的發(fā)射電流，由此可對溫度的影響進行補償。
4將補償值與迄今的發(fā)射電流相加并調(diào)整新的發(fā)射電流；5測量經(jīng)修正的濁度信號。
采用本發(fā)明可以確定出測量時受到溫度波動影響的液體濁度。所獲得的測量值中不包含因溫度影響造成的誤差。同時，由于采用了溫度監(jiān)控還可以保護器件免受過高的工作溫度的破壞。此外，溫度傳感器還可以用于對洗滌液溫度的監(jiān)控。所以對濁度信號的溫度補償不需要設置專用的溫度傳感器。
下面將對照附圖中所示的曲線和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
圖中示出圖1采用所謂的透射方法獲得的在洗滌液所處的溫度范圍內(nèi)濁度探測器的溫度系數(shù)曲線；圖2根據(jù)圖1的除測量段內(nèi)無渾濁而其它試驗條件完全相同時的曲線；圖3依照本發(fā)明所述帶有溫度補償?shù)臐岫忍綔y器的電路圖；圖4濁度探測器的空間設計實施例的俯視圖，其帶有用于補償溫度誤差的溫度傳感器，和圖5圖4的濁度探測器的側(cè)視圖。
可以采用諸如負溫度系數(shù)電阻，正溫系數(shù)電阻或熱電偶作溫度傳感器。作為光源可考慮采用發(fā)光二極管、激光二極管、白熾燈、氖管、熒光燈或類似光源。相應的接收器件是光電三極管、光電二極管、光電阻、光敏器件、光電池或類似接收器件。
圖3示出依照本發(fā)明的帶有溫度補償?shù)臐岫忍綔y器的電路。濁度探測器主要由紅外線發(fā)光二極管D1、光電三極管Q2和溫度傳感器(負溫度系數(shù)一或正溫度系數(shù)一電阻)R4構(gòu)成。其中發(fā)射器是由利用脈寬調(diào)制信號(PWM信號)對紅外線發(fā)光二極管的控制實現(xiàn)的，該信號加在電阻R1上。電阻R1與電容C1構(gòu)成低通濾波器，其角頻率應基本大于脈寬調(diào)制信號的頻率。因此，由脈寬調(diào)制信號產(chǎn)生模擬電壓，該電壓與脈寬調(diào)制信號的占空因數(shù)成比例。該電壓加在三極管Q1的基極，因此同樣決定電阻R2上的電壓。
三極管Q1在這里對位于集電極支路上的紅外線發(fā)光二極管起著壓控電源的作用。流經(jīng)紅外線發(fā)光二極管的電流等于集電極電流，集電極電流大約與發(fā)射極電流相符(在對特別小的基極電流忽略不計的情況下)。通過R2上的壓降決定發(fā)射極電流。該壓降通過由R7和C4構(gòu)成的低通濾器作為OUT-IR輸出信號輸出并與流經(jīng)紅外線發(fā)光二極管的電流成比例。
在接收端，光電三極管Q2與電阻R3串聯(lián)，以便把三極管的光電流轉(zhuǎn)換成成比例的電壓，該電壓是在R3上的壓降。在信號經(jīng)由R6和C3構(gòu)成的低通濾波器作為OUT-PH輸出信號輸出前，電容器C2對其進行平整處理。
溫度補償需要采用溫度傳感器進行溫度測量。電阻R4和R5構(gòu)成分壓器。其分壓比取決于溫度，這是因為R4是負溫度系數(shù)電阻。該分電路用于濁度探測器上的溫度測量，該溫度測量經(jīng)計算形成OUT-NTC信號，該信號經(jīng)由R8和C5構(gòu)成的低通濾波器輸出。
在固定溫度傳感器時，一個探測器結(jié)構(gòu)器件與溫度傳感器之間良好的熱接觸是重要的。圖4和圖5示出帶有溫度補償?shù)臐岫忍綔y器的可能的方案。其中電路板1作為兩個支座2和3的橋接線，其中的一個支座2用于支承光電三極管4并且另一個支座3用于支承紅外線發(fā)光二極管5(IR-LED)該裝置可以利用底座，例如橫梁(未示出)上的孔6加以固定，該底座上的孔用于夾固液體管路的透明段。此外電路板1還支承有一個用于裝置外部電連接的插接槽7。此外，在支座3上還設置有一個作為溫度傳感器的與發(fā)光二極管5熱耦合的負溫度系數(shù)電阻8，該電阻同樣也與電路板1的固有導線9示意性示出(電連接)。
權(quán)利要求
1對濁度探測器的測量值進行溫度補償?shù)姆椒?，該濁度傳感器安裝在采用微處理機進行程序控制的自動洗衣機的洗滌液可及的位置上并包括用于透射位于測量段內(nèi)的洗滌液的一個光發(fā)射器和一個光接收器，其特征在于算出每個工作點上濁度探測器(D1，Q2或4、5)的溫度系數(shù)并將其作為計算濁度探測器測量結(jié)果的修正值存儲在軟件中，根據(jù)加在濁度探測器上的并被測出的溫度來修正實時測量結(jié)果。
2依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于首先記錄濁度探測器上的測量結(jié)果并由此求出濁度探測器的工作點，緊接著或同時直接測量濁度探測器的環(huán)境溫度然后在考慮到環(huán)境溫度的測量值和工作點的情況下計算出修正值并與測量結(jié)果相加。
3依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于首先測量濁度探測器的環(huán)境溫度并由此求出濁度探測器的工作點，根據(jù)求出的工作點與濁度探測器典型的工作點的偏差計算出補償值，以便為接著進行的濁度測量變更濁度探測器的輸入?yún)?shù)。
全文摘要
對自動洗衣機或洗碗機中的濁度探測器的測量值進行溫度補償?shù)姆椒?，例如可根?jù)下述流程進行溫度補償A測量濁度信號；B求出工作點；C存儲工作點；D測量濁度探測器上的溫度；E在求出工作點和測量出溫度的基礎上計算修正值；F存儲修正值；G將修正值與測量值相加，以獲得經(jīng)補償?shù)臐岫葴y量值。
文檔編號A47L15/42GK1145965SQ9611031
公開日1997年3月26日 申請日期1996年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月12日
發(fā)明者C·恩格爾 申請人:博施-西門子家用器具有限公司