冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，屬于冰箱輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括集成式傳感器、控制器、壓縮機、濕度調(diào)節(jié)單元和顯示器，集成式傳感器安裝在冰箱內(nèi)的側(cè)壁上用來檢測冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度，集成式傳感器連接到控制器，控制器連接壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元，控制器內(nèi)設(shè)有溫度和相對濕度的設(shè)定閾值，通過壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度，顯示器連接在控制器上用來顯示集成式傳感器檢測到的溫度和相對濕度信息及閾值大小，顯示器安裝在冰箱門的外表面上。本發(fā)明解決了冰箱內(nèi)濕度不能調(diào)節(jié)的問題，具有實時檢測顯示冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度信息，并能在超過閾值范圍的時候及時自動調(diào)節(jié)的優(yōu)點。
【專利說明】
冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于冰箱輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及冰箱溫濕度檢測方向，具體涉及一種冰 箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于冰箱保鮮來說，冰箱濕度是一個不可忽略的問題，新鮮的瓜果蔬菜要放在低 溫高濕的環(huán)境下進行儲存才能長久保鮮。隨著用戶對風冷冰箱濕度指標要求的提高，目前 通常采用電動式補水裝置來提高風冷冰箱的濕度。但是在實際運行過程中，補充的水分通 常會在冷藏蒸發(fā)器上凍結(jié)，短時間內(nèi)冷藏蒸發(fā)器霜層迅速變厚，最終導致化霜頻繁、耗電量 增加或者化霜不徹底影響制冷效果。
[0003] 所以，需要一種能夠自動精確檢測冰箱內(nèi)的溫度、濕度的裝置，尤其是冰箱內(nèi)的濕 度數(shù)據(jù)，在冰箱上有顯示數(shù)據(jù)，方便使用者查看，同時在冰箱內(nèi)的溫濕度過高過低時，發(fā)出 調(diào)節(jié)指令。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種冰箱溫濕度檢 測調(diào)節(jié)裝置，通在冰箱內(nèi)安裝改進后集成式傳感器實時檢測冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度，增 設(shè)濕度調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的濕度，解決了冰箱內(nèi)濕度不能調(diào)節(jié)的問題，具有實時檢測顯 示冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度信息，并能在超過閾值范圍的時候及時自動調(diào)節(jié)的優(yōu)點。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝 置，所述冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置包括集成式傳感器、控制器、壓縮機、濕度調(diào)節(jié)單元和顯 示器，集成式傳感器安裝在冰箱內(nèi)的側(cè)壁上用來檢測冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度，集成式傳 感器連接到控制器，控制器連接壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元，控制器內(nèi)設(shè)有溫度和相對濕度的 設(shè)定閾值，通過壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度，顯示器連接在控制 器上用來顯示集成式傳感器檢測到的溫度和相對濕度信息及閾值大小，顯示器安裝在冰箱 門的外表面上。
[0006] 上述裝置中，所述控制器內(nèi)設(shè)有比較單元，比較單元連接在控制器上，對控制器接 收到的檢測信息進行閾值比較，比較結(jié)果輸出到控制器中控制器根據(jù)結(jié)果發(fā)出指令。所述 濕度調(diào)節(jié)單元包括引水道、霧化器和循環(huán)風扇，引水道設(shè)置在冰箱內(nèi)的箱體上，霧化器和循 環(huán)風扇安裝在冰箱內(nèi)連接控制器并根據(jù)控制器的指令工作。所述濕度調(diào)節(jié)單元還包括積水 灌，積水灌的下方設(shè)有進水口，引水道匯集從進水口流入積水灌中，霧化器安裝在積水灌上 方，霧化器的進水口連接積水灌的上方出水口，積水灌的下方還設(shè)有下方出水口連接到冰 箱外部。所述引水道上涂有聚水材料，引水道在冰箱箱體下方的流動方向一端高另一端低。
[0007] 所述集成式傳感器包括半導體檢測單元、二次轉(zhuǎn)換單元和信號處理單元，半導體 檢測單元中設(shè)有兩個半導體應變片Rel和R e2安裝在半徑為rQ的膜片上，半導體應變片受壓發(fā) 生變化輸出電阻響應，半導體檢測單元的輸出端連接二次轉(zhuǎn)換單元，二次轉(zhuǎn)換單元接收半 導體檢測單元的輸出信號，二次轉(zhuǎn)換單元將電阻響應信號轉(zhuǎn)換為脈寬信號，二次轉(zhuǎn)換單元 的輸出端連接信號處理單元，信號處理單元解耦分析二次轉(zhuǎn)換單元的輸出信號，信號處理 單元的輸出端連接控制器。所述半導體檢測單元中，調(diào)整半導體應變片的安裝位置，兩個半 導體應變片的電阻變化量相等，其中一個半導體應變片安裝在圓心位置，另一個半導體應 變片安裝在半徑〇.89r〇的同心圓的位置上。所述二次轉(zhuǎn)換單元包括兩個相同的脈沖信號轉(zhuǎn) 換電路，一個半導體應變片對應連接一個脈沖信號轉(zhuǎn)換電路，脈沖信號轉(zhuǎn)換電路包括555定 時器、電阻R和電容C，電阻R連接在555定時器的2號引腳和3號引腳之間，電容C連接在555定 時器的2號引腳上，2號引腳和6號引腳短接，3號引腳和7號引腳短接，555定時器的7號引腳 輸出脈寬信號連接到信號處理單元。所述膜片根據(jù)半導體檢測單元中的兩個半導體應變片 的應變變化分為正應變片區(qū)和負應變片區(qū)，以半徑0.63Π)的同心圓為界。所述集成式傳感 器設(shè)置在圓柱形的杯形支座上，膜片設(shè)置在杯形支座的上表面，膜片選用黃銅膜片，杯形支 座和黃銅膜片之間設(shè)有空氣密封腔，兩個半導體應變片安裝在黃銅膜片的表面。
[0008] 本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明提供一種冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，該裝置中在冰箱 內(nèi)設(shè)有檢測溫度和相對濕度的集成式傳感器(本發(fā)明中用相對濕度數(shù)據(jù)表示濕度數(shù)據(jù)），傳 感器的彈性元件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于實施，而且本發(fā)明中為了方便調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的過多的水 分，將冰箱的內(nèi)部后壁和左右側(cè)壁上設(shè)有引水道，飲水道上涂有聚水材料，比較容易的將水 分聚集在引水道上，這樣冰箱內(nèi)的水分聚集到引水道，匯聚到積水灌中，積水灌得下方設(shè)有 進水口，方便引水道將水流引入積水灌。同時為了防止冰箱內(nèi)的濕度過低，本發(fā)明中在積水 灌的上方增設(shè)了霧化器和循環(huán)風扇，用來在冰箱內(nèi)過于干燥的情況下，增大冰箱內(nèi)的濕度。
【附圖說明】
[0009] 下面對本說明書附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明：
[0010]圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】的冰箱示意圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的冰箱溫濕度檢測裝置的工作框圖。
[0012] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的箱體內(nèi)后壁上的引水道的示意圖。
[0013] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的傳感器中應變片的安裝示意圖。
[0014] 圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的應變片的應變分布圖。
[0016] 圖7是本發(fā)明的【具體實施方式】的傳感器工作原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0017] 圖8是本發(fā)明的【具體實施方式】的傳感器的信號流程框圖。
[0018] 圖9是本發(fā)明的【具體實施方式】的脈寬信號轉(zhuǎn)換電路圖。
[0019] 圖中1為杯形支座，2為空氣密封腔，3為膜片，4為半導體應變片Rel，5為半導體應變 片Re2，6為引水道，7為箱體，8為積水灌。
【具體實施方式】
[0020] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準確和深入的理解。
[0021] 本發(fā)明提供一種冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，該裝置中在冰箱內(nèi)設(shè)有檢測溫度和相 對濕度的集成式傳感器(本發(fā)明中用相對濕度數(shù)據(jù)表示濕度數(shù)據(jù)），傳感器的彈性元件系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單、易于實施，而且本發(fā)明中為了方便調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的過多的水分，將冰箱的內(nèi)部后壁 和左右側(cè)壁上設(shè)有引水道，飲水道上涂有聚水材料，比較容易的將水分聚集在引水道上，這 樣冰箱內(nèi)的水分聚集到引水道，匯聚到積水灌中，積水灌得下方設(shè)有進水口，方便引水道將 水流引入積水灌。同時為了防止冰箱內(nèi)的濕度過低，本發(fā)明中在積水灌的上方增設(shè)了霧化 器和循環(huán)風扇，用來在冰箱內(nèi)過于干燥的情況下，增大冰箱內(nèi)的濕度。
[0022] 如圖1、圖2所示，冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置包括集成式傳感器、控制器、壓縮機、濕 度調(diào)節(jié)單元、顯示器和指示燈，集成式傳感器安裝在冰箱內(nèi)的側(cè)壁上，用來檢測冰箱內(nèi)的溫 度和相對濕度情況，并把檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器中，顯示在顯示器上，集成式傳感器連 接到控制器。壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元連接到控制器上，控制器根據(jù)集成式傳感器的檢測得 到冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度信息，控制器內(nèi)設(shè)有溫度和相對濕度的設(shè)定閾值，通過對比閾 值與檢測數(shù)據(jù)發(fā)出工作指令到壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元，通過壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)冰 箱內(nèi)的溫度或相對濕度。顯示器同樣連接在控制器上，用來顯示集成式傳感器檢測到的溫 度和相對濕度信息及閾值大小，顯示器安裝在冰箱的開合門的外表面上，使得使用者不需 要打開冰箱門就可以知道冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度情況，指示燈安裝在顯示器下方連接在 控制器上，指示燈的顏色通過顯示器表現(xiàn)出來，指示燈的顏色表示了冰箱內(nèi)的檢測信息比 較結(jié)果，如綠色表示冰箱內(nèi)的實時溫度、相對濕度在閾值范圍內(nèi)，工作狀態(tài)正好，如指示燈 顯示紅色，則表示冰箱內(nèi)的檢測信息超過閾值范圍，正在調(diào)節(jié)，如果指示燈不亮，則表示冰 箱處于斷電的情況，需要使用者檢查冰箱的電源連接情況。
[0023] 集成式傳感器安裝在冰箱的內(nèi)側(cè)壁上，是一個傳感器但可以同時檢測冰箱內(nèi)的溫 度和相對濕度信息，輸出溫度和相對濕度的數(shù)值信息直接到控制器內(nèi)，不需要控制器再對 檢測到的模擬信號進行放大轉(zhuǎn)換等處理，控制器可以輸送接收的數(shù)值檢測信息顯示在顯示 器上?？刂破鲀?nèi)設(shè)有比較單元和旋鈕，比較單元連接在控制器上，對控制器接收到的檢測信 息進行閾值比較，比較結(jié)果輸出到控制器中方便控制器根據(jù)結(jié)果發(fā)出指令，旋鈕連接在控 制器上，設(shè)置在冰箱內(nèi)，通過旋鈕可以選擇閾值檔位，溫度和相對濕度的檔位，溫度和最佳 的相對濕度是關(guān)聯(lián)的，所以旋鈕的檔位可以同時表示溫度和相對濕度的檔位。在冰箱內(nèi)的 溫度高于或低于溫度閾值的時候，控制器開啟壓縮機調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的溫度達到閾值要求，在 冰箱內(nèi)的相對濕度高于或低于相對濕度閾值的時候，控制器開啟濕度調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)冰箱內(nèi) 的濕度，達到符合閾值要求的標準。
[0024] 本發(fā)明為了穩(wěn)定的調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的相對濕度，保持瓜果蔬菜的口感和新鮮，增設(shè)了 濕度調(diào)節(jié)單元用來降低或增加冰箱內(nèi)的相對濕度，濕度調(diào)節(jié)單元包括引水道、積水灌、霧化 器和循環(huán)風扇，如圖3所示，引水道6設(shè)置在冰箱內(nèi)的箱體7上，在冰箱內(nèi)的后壁和左右兩側(cè) 箱體上，都可以設(shè)有引水道6,引水道6上涂有聚水材料，比較容易的將水分聚集在引水道6 上，這樣箱體7上的水分聚集到引水道6中，進而匯聚到積水灌8中，為了方便水匯集，箱體7 的下方上設(shè)置引水道6較多，，引水道在冰箱箱體下方的流動方向一端高另一端低，流向積 水灌8的引水道較低，形成高低高度差，多個引水道的流動口，方便水流快速流動聚集到積 水灌8中。積水灌8的下方設(shè)有進水口，引水道6匯集從進水口流入積水灌8中，霧化器安裝在 積水灌上方，霧化器的進水口連接積水灌8的上方出水口，霧化器的水源來源于積水灌8，循 環(huán)風扇安裝在冰箱內(nèi)的霧化器的上方即可，霧化器和循環(huán)風扇連接控制器并根據(jù)控制器的 指令工作或關(guān)閉，在霧化器工作發(fā)出水霧提高冰箱內(nèi)的相對濕度的時候，循環(huán)風扇開啟，使 得水分均勻彌漫在冰箱內(nèi)的空氣中，整體提高冰箱內(nèi)的相對濕度。霧化器和循環(huán)風扇的結(jié) 合工作，在冰箱內(nèi)相對濕度較低的時候，能夠均勻提高相對濕度，增大冰箱內(nèi)的水分含量， 有利于食品保鮮。
[0025]為了防止積水灌內(nèi)積水過多、外溢，所以積水灌還設(shè)有下方出水口連接到冰箱外 部，積水灌的內(nèi)部還設(shè)有水位檢測器，水位檢測器連接到控制器，將檢測到的水位信號發(fā)送 到控制器，下方出水口上設(shè)有閥門，閥門根據(jù)控制器的指令開啟，閥門連接在微型馬達上， 微型馬達連接控制器，根據(jù)控制器的指令帶動閥門旋轉(zhuǎn)，從而積水流出，不會發(fā)生積水灌水 量過多的情況。
[0026]所以本發(fā)明中使用集成式傳感器檢測溫度和相對濕度，實時顯示在顯示器上，利 用壓縮機升溫、降溫、降濕，利用濕度調(diào)節(jié)單元增大濕度，實現(xiàn)精確檢測冰箱內(nèi)的溫度、濕 度，并自動調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度。
[0027] 本發(fā)明中使用的集成式傳感器，使用解析法從多種因素激勵中分離出相應的轉(zhuǎn)換 響應，設(shè)計了彈性膜片和杯行支座組成的干燥空氣密封腔，并在膜片外表的圓心和靠周邊 的合適位置各配置半導體應變片。以此裝置來接收空氣中的多種激勵信息，再經(jīng)過二次變 換和信號處理后，就可得到室溫，相對溫度和大氣壓等數(shù)據(jù)信息。以此進一步可供數(shù)字顯示 或?qū)照{(diào)系統(tǒng)的測控。溫度量程為-10_40°C，RH%量程為0-100%，水汽分壓量程為7500Pa。 該裝置中沒有傳統(tǒng)濕敏元件的時滯長、不穩(wěn)定性和難以維護保養(yǎng)，從而本裝置在惡劣環(huán)境 中保持轉(zhuǎn)換精度的長期穩(wěn)定性，并便于維護。
[0028] 集成式傳感器，所述集成式傳感器包括半導體檢測單元、二次轉(zhuǎn)換單元和信號處 理單元，半導體檢測單元中設(shè)有兩個半導體應變片Ru和R e2安裝在半徑為ro的膜片上，半導 體應變片受壓電阻發(fā)生變化輸出電阻響應，半導體檢測單元的輸出端連接二次轉(zhuǎn)換單元， 二次轉(zhuǎn)換單元接收半導體檢測單元的輸出信號，二次轉(zhuǎn)換單元將電阻響應信號轉(zhuǎn)換為脈寬 信號，二次轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接信號處理單元，信號處理單元解耦分析二次轉(zhuǎn)換單元的 輸出信號，控制器連接信號處理單元用來顯示信號處理單元計算出的安裝點的溫度、相對 濕度和大氣壓。
[0029]所述半導體檢測單元中，兩個半導體應變片的電阻變化量相等，其中一個半導體 應變片安裝在圓心位置，另一個半導體應變片安裝在半徑〇 . 89r〇的同心圓的位置上。所述 二次轉(zhuǎn)換單元包括兩個相同的脈沖信號轉(zhuǎn)換電路，一個半導體應變片對應連接一個脈沖信 號轉(zhuǎn)換電路，脈沖信號轉(zhuǎn)換電路包括555定時器、電阻R和電容C，電阻R連接在555定時器的2 號引腳和3號引腳之間，電容C連接在555定時器的2號引腳上，2號引腳和6號引腳短接，3號 引腳和7號引腳短接，555定時器的7號引腳輸出脈寬信號連接到信號處理單元。所述脈沖信 號轉(zhuǎn)換電路的脈寬轉(zhuǎn)換公式為τ = 1η2 · C · R，式中τ為輸出脈寬，R是電路中的電阻，C為云 母標準電容，脈寬輸出τ與各自所接電阻R成正比。所述膜片根據(jù)半導體檢測單元中的兩個 半導體應變片的應變變化分為正應變片區(qū)和負應變片區(qū)，以半徑0.63Π)的同心圓為界。所 述信號處理單元中設(shè)有GPS單元和大氣壓數(shù)值表，GPS單元連接在信號處理單元上用來定位 傳感器安裝點的經(jīng)煒度，查詢安裝點的大氣壓數(shù)值。所述信號處理單元中設(shè)有溫度飽和水 汽分壓表，信號處理單元利用溫度調(diào)用相應的飽和水汽分壓值。所述集成式傳感器設(shè)置在 圓柱形的杯形支座1上，膜片3設(shè)置在杯形支座1的上表面，膜片3選用黃銅膜片，杯形支座I 和黃銅膜片之間設(shè)有空氣密封腔1，兩個半導體應變片4、5安裝在黃銅膜片的表面。
[0030] 所述信號處理單元利用大氣中水蒸氣分壓力與敏感電阻之差，經(jīng)二次變換后的脈 寬及其對始終頻率的計數(shù)之差成正比，大氣環(huán)境溫度與敏感元件的計數(shù)之和呈單值對應函 數(shù)關(guān)系，計算出應變片所受差壓值、水蒸氣分壓值和溫度值。所述信號處理單元利用溫度飽 和水汽分壓表，利用溫度值調(diào)用相應的飽和水汽分壓值，根據(jù)相對濕度的公式計算出相對 濕度。
[0031] 一、大氣狀態(tài)參數(shù)
[0032] 道爾頓定律指出，混合大氣的總壓力等于各組成氣體的分壓力之和，如公式（1)所 示：
[0033] PM=Pd+Pw(Pa) (1)
[0034] 式中PM(Pa)為混合氣體的總壓力，Pd(Pa)為干燥大氣的分壓力，Pw(Pa)為空氣中所 含水蒸氣分壓力，其中Pw在Pm占最大份額，僅為5 %左右，故Pm和Pd壓力均比較接近標準大氣
壓。
[0035] 相對濕度^(RH%)的公式^ (2)
[0036] 式中Φ表示相對濕度，Pws為大氣壓在某一溫度下，飽和水汽分壓力(Pa)，它隨溫度 而變，可通過已知溫度查表或由回歸擬合曲線方程求得。由公式（1)可得，若通過儀表能測 出差壓P M-Pd，即可計算出Pw，再以所測溫度，在濕空氣密度、水蒸氣壓力、含濕量對照表中找 至IjPws，便可由公式(2)算出相對濕度Φ (RH% )。
[0037]二、應變片及其轉(zhuǎn)換特性
[0038] 傳感器中應變片的安裝示意圖如圖4所示，傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，應變 片的轉(zhuǎn)換特性及應變分布如圖6所示。溫集成度相對濕度氣壓傳感器整體是一個圓柱外形 外殼，外殼包括杯形支座1和黃銅膜片(黃銅膜片即是膜片3,膜片采用黃銅材質(zhì)），黃銅膜片 覆蓋在杯形支座1上，二者之間形成一個空氣密封腔2,兩個半導體應變片安裝在黃銅膜片 上，通過測量半導體應變片的電阻變化計算出集成式傳感器(簡稱集成傳感器)安裝環(huán)境中 的溫度、相對濕度和大氣壓數(shù)據(jù)。分析計算溫度、相對濕度和大氣壓所需的二次轉(zhuǎn)換單元、 信號處理單元可以安裝在黃銅膜片上3上，也可以安裝在杯形支座的側(cè)邊，通過線路連接傳 遞信號。
[0039] 混合大氣壓Pm均勻作用于彈性膜片的外表面，于是膜片兩側(cè)的差壓為：
[0040] Δ p = pM-pre = pw+pd-pre(pa) (3)
[0041] 式中Pre = 4 · IO4(Pa)為密封腔中設(shè)定的參照壓力，Pd=101325(Pa)為標準大氣 壓，從而可算出大氣中水汽分壓力Pw(Pa)
[0042] 在差壓ΔΡ作用下，膜片表面上應力和應變的分布如下式所示：
[0045] 式中，本發(fā)明中選用黃銅膜片彈性更好，E(Pa)為膜片彈性模量，約為7*101()Pa，y約 為0.33,為泊松比，ro為膜片3的外半徑40(mm)，h為膜片3的膜片厚度0. l(mm)，b為杯形支座
[0043]
[0044] 的厚度5(mm)，杯形支座的高度10(mm)，△ P作用在膜片兩側(cè)的差壓(Pa)，r(mm)為觀察點的 半徑。
[0046] 若將已知常數(shù)代入(4)式，可得圓心應力〇1=〇 = 8*104*么？(？￡1) (6)
[0047] 應變片的靈敏系數(shù)Κε和轉(zhuǎn)換特性如公式(7)所示：
[0048]
(7)
[0049] 式中Ro為t = 0°C^Per = 0時應變片電阻（Ω )，Κε約為125, ARe則為應變片在er激勵 下電阻的變化暈（Ω )，將(6)式代入(7)可得：
[0050]
[0051] 若將E = 7*101()Pa代入式可知，應變片所能輸出的相對電阻變化，在最大量程下也 只有HT2量級，故需在裝置中加入二次變換和信號處理電路，以獲取所需的靈敏度和分辨 力。
[0052]三、二次變換和信號傳送流程
[0053]工作原理結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，集成傳感器包括半導體檢測單元、二次轉(zhuǎn)換單元、 信號處理單元，半導體檢測單元中設(shè)有兩個半導體應變片，半導體應變片受壓電阻發(fā)生變 化輸出電阻響應，半導體檢測單元的輸出端連接二次轉(zhuǎn)換單元，二次轉(zhuǎn)換單元接收半導體 檢測單元的輸出信號，二次轉(zhuǎn)換單元將電阻響應信號轉(zhuǎn)換為脈寬信號，二次轉(zhuǎn)換單元的輸 出端連接信號處理單元，信號處理單元解耦分析二次轉(zhuǎn)換單元的輸出信號，顯示器連接信 號處理單元用來顯示信號處理單元計算出的安裝點的溫度、相對濕度和大氣壓。
[0054]信號流程框圖如圖8所示，二次轉(zhuǎn)換單元包括兩個相同的脈沖信號轉(zhuǎn)換電路，脈沖 信號轉(zhuǎn)換電路由555定時器Cl和C2組成，二次轉(zhuǎn)換單元和信號處理單元還設(shè)有選通開關(guān)，選 用C3開關(guān)，信號處理單元主要組成為C4單片機。圖8中R el和Re2在Pw和t激勵下，各自產(chǎn)生不同 的辦和辦響應，它們經(jīng)兩個相同的脈沖信號轉(zhuǎn)換電路的Cl、C2芯片555變換后，各自產(chǎn)生^和 T 2(S)脈寬輸出，該脈寬信號經(jīng)C3開關(guān)選通后再送至C4單片機進行信號處理。脈沖信號轉(zhuǎn)換 電路如圖9所示，電阻R連接在C定時器555的2號引腳和3號引腳之間，電容C連接在555定時 器的2號引腳上，2號引腳和6號引腳短接，3號引腳和7號引腳短接，555定時器的7號引腳輸 出脈寬信號連接到信號處理單元。由于應變片的不同，兩個脈沖電路中的電阻和輸出脈寬 可以用Rl和R2、Tl和T 2表示。
[0055] 脈寬轉(zhuǎn)換公式:τ = 1η2 · C · R(S)對應到兩個脈沖信號轉(zhuǎn)換電路即為：
[0056] τι = 1η2 · Co · Ri(S) (9)
[0057] τ2 = 1η2 · Co · R2(S) (10)
[0058] 式中τ#Ρτ2為兩個半導體應變片對應的兩路脈寬輸出信號，RjPR2為半導體應變 片的電阻變化值計量單位為Ω，Co(F)為云母標準電容，約為0.72 X HT6F,上式表明脈寬輸 出與各自所接電阻Ri和R2成正比。
[0059] 四、在多因素輸入時，合成響應的解耦處理
[0060] 在^和^中隱含有水汽分壓Pw和溫度t兩種信息，如何能讓其在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中 分離，需通過數(shù)據(jù)解耦技術(shù)來實現(xiàn)信息分離和復原。
[0061 ] Ri和R2電阻變化公式為：
[0062] (Π)
[0063] d2)
[0064] 式中辦=1000〇為基準電阻;8 = 4850(1〇為半導體應變片的阻溫系數(shù);1'() = 273(1〇 為參照溫度;T(K)為輸入溫度；△ Rel和△ Rd分別為Rl和R2在大氣壓力激勵下各自產(chǎn)生的電 阻增量。由以上兩式可知，如能讓A ―和ARe2數(shù)值相同，但正負相反，即（11)和（⑵式可變 成：
[0065] (13)
[0066] (14)
[0067]將以上兩式相減或相加，就可分離出Pw和t兩種輸入信息，即相加時Rl+R2 = ft(T)， 和相減時Rl-R2 = fE(P?〇,即和與差的結(jié)果只與單一輸入信息--對應，ARe1 = -ARe2= Δ Re 〇
[0068]參見圖5,整個膜片外表面在差壓Δ P作用下，以半徑r = 〇.63rQ為界，區(qū)分為正負 兩個應變區(qū)。靠圓心部分內(nèi)圓為正ε區(qū)，而靠周邊外圓部分則為負ε區(qū)，在此兩個區(qū)域的合適 位置上，可以找到ε數(shù)值相等但極性相反的兩個點，其一在圓心處，Π = 0,而另一點經(jīng)(5)式 計算為κ = 0.89Π)處。在此兩點上配置兩片性能相同的半導體應變片，并讓其中心與膜片上 參照點重合，于是就實現(xiàn)了（13)和（14)式的定量關(guān)系。
[0069] 將（13)式加（14)式 ?Ι
(15)
[0070] 上式中已消除了 ε信息對(RdR2)數(shù)量上的干擾，然而RdPR2分別聯(lián)接到555芯片的 充放電電路中，故已無法將RdPR 2直接相加，此時就需經(jīng)過數(shù)據(jù)運算處理來實現(xiàn)。若讓脈寬 在單片機中對時鐘頻率f Q計數(shù)，則有計數(shù)值NjPN2為：
[0071 ] Ni = Ti · f〇 (16)
[0072] Ν2 = τ2 · fo (17)
[0073] Ti+T2=(Ni+N2)/fo(S) (18)
[0074] 聯(lián)立以上公式，并經(jīng)過整理可得：
[0075；
^
[0076] 攝氏溫度：t = T-273(°C) (20)
[0077] 式中各常系數(shù)是在辦=1000 0,〇) = 7.2*10-乍和& = 101012條件下算出的。從1?1和 R2的二次轉(zhuǎn)換信息中分尚出應變和水蒸氣分壓Pw等信息，將（13)式減去（14)式，可得
[0078] Rl-R2 = 2ARe = 2RoKe · ε( Ω ) (21)
[0079] 再利用T1-T2 = (N1-N2)/fο和(5)、（9)、（ 10)式等聯(lián)立，經(jīng)整理可得，
[0080] ΔΡ = 1〇 . (Ni-N2)(Pa) (22)
[0081] 公式（19)和(22)即為傳感器的兩種輸入-輸出特性方程，均有足夠的靈敏度和分 辨力。已知Φ (RH % ) = Pw/Pws，式中Pws可通過溫度t經(jīng)查表或下述回歸方程算出，
[0082] Pws = B · EXP(b · t)(Pa) (23)
[0083] 式中a為6.16(Pa)，b為0.064(1/°C)為擬合常數(shù)，于是得
[0084] PWS = 6.16 · EXP(0.064 · t)(Pa) (24)
[0085] 大氣壓力不是一個定值，隨著地區(qū)海拔高度的不同而存在差異，同時還隨季節(jié)溫 度變化而稍有改變，對Pw計算可近似地用下式描述：
[0086] Pw= AP+Pre-Bf(T)+h · 8.76(Pa) (25)
[0087] 式中h為當?shù)睾０胃叨?m)，系數(shù)8.76(Pa/m)為大氣壓衰減斜率，f(T)為溫度修正 系數(shù)可經(jīng)過實驗測量數(shù)據(jù)的擬合曲線而加以估算。由于在沿海地區(qū)冬夏氣壓變化比為 1.02,而在青海地區(qū)冬夏比僅為1.0026。均隨溫度下降而略有增加。故當不考慮溫度微小影 響，且在沿海地區(qū)時，（25)式可簡化為：
[0088] Pw= Δ P+(Pre-B) = 10(Ni-N2) + (Pre-B) (Pa) (26)
[0089] 本文解析過程的理論基礎(chǔ)之一是標準大氣壓為常數(shù)，實際的大氣壓隨當?shù)睾０胃?度而變，當裝置使用地區(qū)海拔高度與參照高度差異較大時，公式(3)中Pd應通過軟件予以校 正，以維持水汽分壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度。所以本發(fā)明在信號處理單元中設(shè)有GPS單元和大氣 壓數(shù)值表，GPS單元連接在信號處理單元上用來定位傳感器安裝點的經(jīng)煒度，查詢安裝點的 大氣壓數(shù)值即傳感器中的干燥空氣腔內(nèi)的分壓力，結(jié)合信號處理單元計算出的大氣中水蒸 氣分壓力值，進而利用公式（l):PM = Pd+Pw(Pa)計算出混合大氣的壓力值，即安裝點的壓力 值。
[0090] 至此，溫度、相對濕度和大氣壓的數(shù)值都能計算求解出來。本發(fā)明提供的集成式傳 感器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實施。本發(fā)明中經(jīng)解析法得到:大氣中水蒸氣分壓力與敏感電阻之 差，即經(jīng)二次變換后的脈寬及其對始終頻率的計數(shù)之差，成正比，而大氣環(huán)境溫度則與敏感 元件的計數(shù)之和的對數(shù)成反比關(guān)系。本文解析過程的理論基礎(chǔ)是物理大氣壓為常數(shù)，實際 的大氣壓隨當?shù)睾０胃叨榷?，當裝置使用地區(qū)海拔高度與參照高度差異較大時，應通過 軟件予以校正，以維持水汽分壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度。
[0091] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā) 明的保護范圍應該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置包括集 成式傳感器、控制器、壓縮機、濕度調(diào)節(jié)單元和顯示器，集成式傳感器安裝在冰箱內(nèi)的側(cè)壁 上用來檢測冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度，集成式傳感器連接到控制器，控制器連接壓縮機和 濕度調(diào)節(jié)單元，控制器內(nèi)設(shè)有溫度和相對濕度的設(shè)定閾值，通過壓縮機和濕度調(diào)節(jié)單元調(diào) 節(jié)冰箱內(nèi)的溫度和相對濕度，顯示器連接在控制器上用來顯示集成式傳感器檢測到的溫度 和相對濕度信息及閾值大小，顯示器安裝在冰箱門的外表面上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述控制器內(nèi)設(shè)有比 較單元，比較單元連接在控制器上，對控制器接收到的檢測信息進行閾值比較，比較結(jié)果輸 出到控制器中控制器根據(jù)結(jié)果發(fā)出指令。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述濕度調(diào)節(jié)單元包 括引水道、霧化器和循環(huán)風扇，引水道設(shè)置在冰箱內(nèi)的箱體上，霧化器和循環(huán)風扇安裝在冰 箱內(nèi)連接控制器并根據(jù)控制器的指令工作。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述濕度調(diào)節(jié)單元還 包括積水灌，積水灌的下方設(shè)有進水口，引水道匯集從進水口流入積水灌中，霧化器安裝在 積水灌上方，霧化器的進水口連接積水灌的上方出水口，積水灌的下方還設(shè)有下方出水口 連接到冰箱外部。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述引水道上涂有聚 水材料，引水道在冰箱箱體下方的流動方向一端高另一端低。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述集成式傳感器包 括半導體檢測單元、二次轉(zhuǎn)換單元和信號處理單元，半導體檢測單元中設(shè)有兩個半導體應 變片Ru(4)和R e2(5)安裝在半徑為r〇的膜片上，半導體應變片受壓發(fā)生變化輸出電阻響應， 半導體檢測單元的輸出端連接二次轉(zhuǎn)換單元，二次轉(zhuǎn)換單元接收半導體檢測單元的輸出信 號，二次轉(zhuǎn)換單元將電阻響應信號轉(zhuǎn)換為脈寬信號，二次轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接信號處理 單元，信號處理單元解耦分析二次轉(zhuǎn)換單元的輸出信號，信號處理單元的輸出端連接控制 器。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述半導體檢測單元 中，調(diào)整半導體應變片的安裝位置，兩個半導體應變片的電阻變化量相等，其中一個半導體 應變片安裝在圓心位置，另一個半導體應變片安裝在半徑〇. 89Π )的同心圓的位置上。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述二次轉(zhuǎn)換單元包 括兩個相同的脈沖信號轉(zhuǎn)換電路，一個半導體應變片對應連接一個脈沖信號轉(zhuǎn)換電路，脈 沖信號轉(zhuǎn)換電路包括555定時器、電阻R和電容C，電阻R連接在555定時器的2號引腳和3號引 腳之間，電容C連接在555定時器的2號引腳上，2號引腳和6號引腳短接，3號引腳和7號引腳 短接，555定時器的7號引腳輸出脈寬信號連接到信號處理單元。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述膜片根據(jù)半導體 檢測單元中的兩個半導體應變片的應變變化分為正應變片區(qū)和負應變片區(qū)，以半徑0.63Π ) 的同心圓為界。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰箱溫濕度檢測調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述集成式傳感器 設(shè)置在圓柱形的杯形支座（1)上，膜片（3)設(shè)置在杯形支座（1)的上表面，膜片（3)選用黃銅 膜片，杯形支座（1)和黃銅膜片之間設(shè)有空氣密封腔(2)，兩個半導體應變片(4和5)安裝在 黃銅膜片的表面。
【文檔編號】G05D27/02GK105843295SQ201610169482
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】王軍
【申請人】安徽工程大學