DE4341232A1 - Druck- und Temperatur-Meßverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druck- und Temperatur- Meßverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2. Sie betrifft im engeren Sinn eine Meßmethode zur Erfassung von Füllstandshöhen, Laugen- bzw. Wassertemperaturen oder Temperaturen von Heißluftströmen in Geschirrspülmaschinen, Waschmaschinen oder Wäschetrocknern für den Haushalt.

Physikalische Größen wie Druck oder Temperatur können mittels Sensoren erfaßt und verarbeitet werden, welche entweder auf elektromechanischen, rein elektrischen bzw. elektronischen oder optischen Prinzipien basieren.

Elektromechanische Sensoren oder Regler sind für viele Anwendungszwecke meist zu ungenau. Das Betätigen eines mechanischen Elements (elektrische Kontakte) bedingt mehr oder weniger große Hysteresen (Schaltdifferenzen zwischen Aus- und Ein-Werten) und Schaltungenauigkeiten (Plus-Minus- Abweichung vom Sollwert).

Elektrische- oder rein elektronische Sensoren benötigen vor allem separate Analog/Digitalwandler; sie sind gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern äußerst empfindlich und unterliegen in Kürze dem deutschen EMV-Gesetz. (Gesetz bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit: Einhaltung von Störaussendungs-und Störfestigkeitsanforderungen).

Optische Sensoren sind teuer und besitzen meist nicht die für Haushaltsgeräte erforderliche Lebensdauer.

Die Erfindung hat zum einen die Aufgabe ein Meßverfahren zu realisieren mit dessen Hilfe ein analoger Meßwert digital erfaßt und störunanfällig übertragen wird. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde ein billiges, robustes jedoch äußerst präzises Sensorelement zur Erfassung von Druck- und Temperatur-Werten zu schaffen.

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale der voneinander unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile ergeben sich bereits aus Art und Weise der Aufgabenstellung. Physikalische Größen werden direkt analog gemessen; deren Übertragung zur Auswerteelektronik ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine mechanische Vorrichtung zur Druckmessung auf elektro-optischer Basis,

Fig. 2 eine mechanische Vorrichtung zur Temperaturmessung auf elektro-optischer Basis,

Fig. 3 ein fotoelektrisches Zeilensignal-Diagramm.

Nach Fig. 1 besitzt eine ortsfest angebrachte, handelsübliche Druckdose 1 eines Druckwächters, Druckschalters oder Niveaureglers, wie er in Wasch- und Geschirrspülmaschinen zur Laugenstandsüberwachung Verwendung findet, eine elastisch verformbare Membrane 2. Besagte Membrane 2 betätigt jedoch keinen elektrischen Kontaktsatz sondern besitzt erfindungsgemäß eine räumlich begrenzte, oberseitig aufgebrachte Spiegelfläche 3 oder ist ganzflächig mit einer Spiegelbeschichtung versehen. Eine zur Spiegelfläche 3 örtlich fixierte, punktförmige Lichtquelle 4, beispielsweise in Form einer Diode sendet einen Lichtstrahl 5 aus. Der Lichtstrahl 5 wird über nicht dargestellte Fokussierungs- und Strahlungsbegrenzungselemente gebündelt, trifft genau auf die Spiegelfläche 3 der Membrane 2 und erreicht als Reflexionsstrahl 5′ eine ebenso ortsfest angebrachte CCD-Zeile 6 (CCD = charge coupled device) mit 128 oder 256 seriell geschalteten Zellen. Besagte Zellen der CCD-Zeile 6 besitzen die Eigenschaft auftreffendes Licht in elektrisches Potential umzuwandeln. Mit steigendem Druck verformt sich die Membrane 2 der Druckdose 1. Die Spiegelfläche 3 und der Auftreffpunkt des fokussierten Lichtstrahls 5 erfahren eine örtliche Veränderung. Durch den wandernden Reflexionsstrahl 5′′ entsteht hierdurch ein von den erregten CCD-Zellen gelieferter quasi-digitaler Datenstrom, welcher einer Auswerteelektronik vorgegeben wird. Bei serieller Auswertung mit bekannter Auslesegeschwindigkeit und einer Mittelwertsbildung hieraus wird der Auftreffpunkt des Reflexionsstrahls 5′′ auf der CCD-Zeile 6 genauestens lokalisiert und damit ein äußerst präziser Druckwert geliefert. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß über entsprechende Kalibriermaßnahmen, z. B. über Vergleichsmessungen eine absolute Eichung des Signals erfolgt.

In Fig. 2 sind der Temperaturfühler 7, das Kapillarrohr 8 und die Membrandose 9 eines gängigen Flüssigkeitsausdehnungsreglers (auch bekannt unter der Bezeichnung Kapillarrohrregler) dargestellt. Bei steigender Temperatureinwirkung auf den Temperaturfühler 7 schalten derartige Regler mit Hilfe ihrer Membrane 2′ elektrische Kontakte und steuern Beheizungen jeglicher Art. Wie in Fig. 1 beschrieben, betätigt die Membrane 2′ hierbei keinen Kontaktsatz sondern ist ebenfalls mit einer Spiegelfläche 3 versehen. Anordnung von Lichtquelle 4 und CCD-Zeile 6 sind identisch. Die Meßwertumsetzung und Übertragung (hier jedoch elektrisches Potential in Temperaturwerte) in Abhängigkeit von der Zeit, der Auslesegeschwindigkeit, sind ebenfalls analog wie unter Fig. 1 beschrieben. Über die vorerwähnte Auswerteelektronik wird ein hoch genauer Temperaturwert geliefert. Signalkalibrierung und Eichung sind auch hier erforderlich.

Fig. 3 veranschaulicht den CCD-Datenstrom in Form eines Stufendiagramms, wobei die Lichtintensität L bzw. das elektrische Potential als Funktion des Auftreffortes, d. h. der CCD-Zelle dargestellt ist. Entsprechend der durchgeführten Kalibrierung kann aus dem Ort M des Mittelwertes auf den anstehenden Druck P oder die zu messende Temperatur T geschlossen werden. Bei Erreichung eines vorbestimmten Drucks P oder einer Temperatur T steuert die Auswerteelektronik bei Einsatz in Haushalt- Großgeräten entweder Magnetventile, Laugenpumpen oder Beheizungen an.

Claims (4)

1. Druck- und Temperatur-Meßverfahren zur Erfassung von Füllstandshöhen, Laugentemperaturen oder Temperaturen von Heißluftströmen in Geschirrspülmaschinen, Waschmaschinen oder Wäschetrockner für den Haushalt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) daß durch einen druck- bzw. temperaturabhängig reflektierten Lichtstrahl (5′) seriell geschaltete Zellen einer CCD-Zeile (6) aktiviert werden,
• b) daß der von den aktivierten Zellen gelieferte Datenstrom einer Auswerteelektronik vorgegeben wird,
• c) daß der örtliche Auftreffpunkt des Reflexionsstrahls (5′′) auf der CCD-Zeile (6) lokalisiert wird,
• d) daß die örtliche Lage des Auftreffpunkts in absolute oder relative Druckwerte (P) oder Temperaturwerte (T) umgesetzt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens in Geschirrspülmaschinen, Waschmaschinen oder Wäschetrocknern für den Haushalt mit einem Druckwächter, Druckdose oder Niveauregler und mit einem Kapillarrohr- oder Flüssigkeitsausdehnungsregler, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membrane (2) der Druckdose (1) und eine Membrane (2′) einer Membrandose (9) des Flüssigkeitsausdehnungsreglers mit einer Spiegelfläche (3) versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen (3) der Membranen (2, 2′) mittels eines fokussierten Lichtstrahls (5) aus einer ortsfest angebrachten, punktförmigen Lichtquelle (4) bestrahlbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (5) respektive sein an der Spiegelfläche (3) reflektierter Strahl (5′, 5′′) auf eine ortsfest angebrachte CCD-Zeile (6) gerichtet ist.