对自动洗衣机或洗碗机中浊度探测器测量值进行温度补偿的方法

摘要

对自动洗衣机或洗碗机中的浊度探测器的测量值进行温度补偿的方法，例如可根据下述流程进行温度补偿：A测量浊度信号；B求出工作点；C存储工作点；D测量浊度探测器上的温度；E在求出工作点和测量出温度的基础上计算修正值；F存储修正值；G将修正值与测量值相加，以获得经补偿的浊度测量值。

说明书

本发明涉及一种对浊度探测器测量值进行温度补偿的方法，该浊度探测器安装在充注水的家用电器，最好是用微处理机进行程序控制的自动洗衣机或洗碗机中洗涤液可及的位置上并且该浊度探测器包括用于透射位于测量段内的洗涤液的光发射器和光接收器。

由于在洗衣机中采用了浊度探测器，因而可以检测到作为程序参数的洗涤液的浊度并利用此浊度值实现洗涤过程的最佳化。由于浊度探测器位于贴近洗涤液的位置处，故在浊度探测器与洗涤液之间存在着热耦合。在正常工作条件下，洗涤液的温度变化幅度在约10°至95°之间，故浊度探测器同样也受到剧烈的温动波动的影响。

浊度探测器是根据光学原理工作的并由一发射近红外光谱范围光线的发射器(例如发光二极管)和一将红外光信号转换成成比例的电信号的光接收器(光电三极管、发光二极管和光敏电阻)。但发射器(例如红外线发光二极管)和所使用的接收器(例如光电三极管)的光电特性与温度有很大的关系。如果没有相应的温度补偿，将把温度波动解释成浊度值的变化并在计算信号时导致错误的结果。所以在所有设备中都需要对浊度探测器进行温度补偿，在这些设备中例如在洗衣机或洗碗机中，浊度探测器受到较大的温度波动的影响。

欧洲专利申请EP0393 311 AI记载了一种带有测量洗涤液浑浊度装置的洗衣机。该装置同样是采用光电浊度探测器，在开始进行包含多次浊度测量的过程时必须对该浊度探测器进行校准。该校准以等于零测量值定义的浊度参考值为准。为此，在浊度探测器开始测量前加入纯自来水或空气并把此时求出的测量值定义为零。但已知的装置并未考虑到，浊度探测器周围的温度会发生剧烈的波动并会对浊度测量值的大小产生明显的影响。

当为进行浊度测量采用光电三极管和红外线发光二极管组时，两个器件的温度系数就会叠加在一起并且使浊度探测器获得一总系数。此点对采用类似器件的情况也适用。

此总温度系数受多种因素的影响，在此针对红外线发光二极管和光电三极管组举例如下：

随着温度的升高，发射器光线向较大的波长偏移。因而使发射器和接收器间的耦合系数发生变化。

随着温度的升高，发射器的照射功率降低。因而光电三极管中的测量电流降低一个光强度减弱系数。

在红外线发光二极管受热的情况下，导通电压降低约2mv/k，因而在导通电流不变的情况下电功率将变小。光强度会因此继续降低。

在高温情况下红外线发光二极管将会迅速老化，这将导致光强度降低。

光电三极管的光谱灵敏度随温度变化而变化，这将导致光电三极管与红外线发光二极管间的耦合系数也发生变化。

随温度的升高，光电三极管的电流增益将增大，这将导致在光强不变的情况下光电三极管中的测量电流增大。

随着温度的升高，光电三极管的暗电流将增大，这将导致测量电流普遍增大，而该电流的增大与光强无关。

在高温情况下，光电三极管将迅速老化，这将导致光电参数的变化。

随温度的变化在测量段内的水的折射率将发生变化。因此发射器与接收器间光程的光电参数将发生变化，这反过来又会影响耦合参数。

从与温度有关并影响测量电流的大量参数可以看出，无法对每个影响因素都进行补偿。所以必须将浊度探测器作为一个整体系统来考虑，通过试验对其参数加以确定。这尤其适用于浊度探测器中电子器件的温度系数，因为该温度系数在测量结果中起着特别大的作用。

在试验中特别突出的棘手问题是，求出的温度系数此外还取决于实时工作点。这不仅适用于接收器(例如光电三极管)，而且也适用于发射器(例如红外线发光二极管)。在光电三极管中，温度系数取决集电极-发射极电压并且在红外线发光二极管中取决于导通电流。虽然在红外线发光二极管导通电流不变的情况下红外线发光二极管的温度系数没有变化，但与浊度相关的光电三极管的集电极-发射极电压将发生变化并随之其温度系数也将发生变化。所以在进行温度补偿时不能指望有一个恒定不变的补偿系数，而是必须对补偿系数进行动态适配调整。

图1示出在采用所谓的透身射方法时浊度探测器的温度系数与洗涤液所处的温度范围的关系。发射器采用的是红外线发光二极管SFH484并且接收器采用的是光电三极管SFH 309F。测量时，发光二极管的发射电流为5毫安并且人工浑浊是通过采用一塑料带产生的。在测量时，将探测器放置在一空调箱内。在冷却期间进行测量。通过测试得出的温度系数为一6.6mv/k或一0.95％/k。

图2示出测量段内无浑浊情况下的相同测量。此外试验条件与前面的测试相同。在该测试中求出的温度系数为-20.4mv/k或-0.52％/k。因此第二次测试时的温度系数仅约为浑浊模拟测试时的一半。在两次测试中的红外线发光二极管的发射电流是相同的，不同的是工作点，这是因为由浑浊模拟在光电三极管上产生的集电极电流小于没有浑浊的情况。通过减小集电极电流，可使集电极一发射极电压增大，这是因为在测量电阻上压降很小。

这同样也适用于红外线发光二极管，在发光二极管中随着温度升高发射的红外线变弱。在红外线发光二极管中，根据所采用的半导体材料，通常使湿度系数在-0.7％至0.5％/k之间。

虽然光电三极管和红外线发光二极管的温度系数相互影响，但并不相互抵消。所以在任何情况下必须对得出的总系数进行补偿。

在最坏的情况下加在浊度探测器上的温度范围约为85°开氏即从约10°至约95°摄氏。假定系数为0.95％/k，那么将导致输出信号漂移80.75％，而此时的浊度没有丝毫改变。在用0.52％/k的温度系数做无浑浊试验时，在此边界条件下也总会产生44.2％的漂移。虽然也可以进行固定的温度补偿，但这仅适用于特定的工作点，因此使探测器的工作范围受到很大的限制。

如果没有相应的补偿，这种受温度影响的信号漂移就会使浊度测量出现很大的差错，因而不可能实现有说服力的浊度测量。

所以本发明的任务在于，采用说明书引言部分中所述的方法在相关范围内的所有温度和各种浊度的情况下获得正确的浊度测量值。同时必须对探测器进行温度补偿。正如实施例所指出的，可以但不必给出普遍有效的温度系数。

依照本发明，该任务的解决方案如下，计算出每个工作点上浊度探测器的温度系数，将其作为修正值存储在用于计算浊度探测器测量结果的软件中并根据测出的加在浊度探测器上的温度来实时修正测量结果。

由于受浊度影响使工作点漂移，温度系数也会发生变化。所以只有在依照本发明的补偿对实时工作点进行动态适配调整的情况下，才可能实现温度补偿。

根据本发明方法的有益的进一步设计，首先将浊度探测器的测量结果记录下来并由此求出浊度探测器的工作点。此外根据紧接着或同时进行的对浊度探测器环境温度的测量，考虑到环境温度的测量值和工作点计算出修正值并与测量结果相加。

然后将根据下述流程进行补偿：

1测出浊度信号；

2求出工作点；

3测量浊度探测器上的温度；

4针对求出的工作点和测出的温度计算修正值；

5将修正值与测量值相加，以便获得经补偿的浊度测量值。所以通过软件控制的对浊度信号的计算可以以最佳的和成本特别低廉的方式实现对温度的动态补偿。对探测器的每个可能的工作点求出温度系数并加入到计算软件中。就硬件而言，对探测器补充一个温度传感器，以便为探测器的每个点求出相应的温度。

根据本发明方法的另一有益的实现方式，首先测出浊度探测器的环境温度并由此求出浊度探测器的工作点。此外由所求出的工作点与浊度测器典型工作点的偏差计算出补偿值，以便根据此补偿值为以后的浊度测量改变浊度探测器的输入参数。

这种方法方案的过程如下：

1测出浊度探测器上的温度；

2求出工作点；

3计算补偿值，根据此补偿值改变发射器(例如红外线发光二极管)的发射电流，由此可对温度的影响进行补偿。

4将补偿值与迄今的发射电流相加并调整新的发射电流；

5测量经修正的浊度信号。

采用本发明可以确定出测量时受到温度波动影响的液体浊度。所获得的测量值中不包含因温度影响造成的误差。同时，由于采用了温度监控还可以保护器件免受过高的工作温度的破坏。此外，温度传感器还可以用于对洗涤液温度的监控。所以对浊度信号的温度补偿不需要设置专用的温度传感器。

下面将对照附图中所示的曲线和实施例对本发明做进一步说明。

图中示出：

图1采用所谓的透射方法获得的在洗涤液所处的温度范围内浊度探测器的温度系数曲线；    

图2根据图1的除测量段内无浑浊而其它试验条件完全相同时的曲线；

图3依照本发明所述带有温度补偿的浊度探测器的电路图；

图4浊度探测器的空间设计实施例的俯视图，其带有用于补偿温度误差的温度传感器，和

图5图4的浊度探测器的侧视图。

可以采用诸如负温度系数电阻，正温系数电阻或热电偶作温度传感器。作为光源可考虑采用发光二极管、激光二极管、白炽灯、氖管、荧光灯或类似光源。相应的接收器件是光电三极管、光电二极管、光电阻、光敏器件、光电池或类似接收器件。

图3示出依照本发明的带有温度补偿的浊度探测器的电路。浊度探测器主要由红外线发光二极管D1、光电三极管Q2和温度传感器(负温度系数一或正温度系数一电阻)R4构成。其中发射器是由利用脉宽调制信号(PWM信号)对红外线发光二极管的控制实现的，该信号加在电阻R1上。电阻R1与电容C1构成低通滤波器，其角频率应基本大于脉宽调制信号的频率。因此，由脉宽调制信号产生模拟电压，该电压与脉宽调制信号的占空因数成比例。该电压加在三极管Q1的基极，因此同样决定电阻R2上的电压。

三极管Q1在这里对位于集电极支路上的红外线发光二极管起着压控电源的作用。流经红外线发光二极管的电流等于集电极电流，集电极电流大约与发射极电流相符(在对特别小的基极电流忽略不计的情况下)。通过R2上的压降决定发射极电流。该压降通过由R7和C4构成的低通滤器作为OUT-IR输出信号输出并与流经红外线发光二极管的电流成比例。

在接收端，光电三极管Q2与电阻R3串联，以便把三极管的光电流转换成成比例的电压，该电压是在R3上的压降。在信号经由R6和C3构成的低通滤波器作为OUT-PH输出信号输出前，电容器C2对其进行平整处理。

温度补偿需要采用温度传感器进行温度测量。电阻R4和R5构成分压器。其分压比取决于温度，这是因为R4是负温度系数电阻。该分电路用于浊度探测器上的温度测量，该温度测量经计算形成OUT-NTC信号，该信号经由R8和C5构成的低通滤波器输出。

在固定温度传感器时，一个探测器结构器件与温度传感器之间良好的热接触是重要的。图4和图5示出带有温度补偿的浊度探测器的可能的方案。其中电路板1作为两个支座2和3的桥接线，其中的一个支座2用于支承光电三极管4并且另一个支座3用于支承红外线发光二极管5(IR-LED)该装置可以利用底座，例如横梁(未示出)上的孔6加以固定，该底座上的孔用于夹固液体管路的透明段。此外电路板1还支承有一个用于装置外部电连接的插接槽7。此外，在支座3上还设置有一个作为温度传感器的与发光二极管5热耦合的负温度系数电阻8，该电阻同样也与电路板1的固有导线9示意性示出(电连接)。