CN1043820C - 温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明把热敏电阻的特性应用于很宽的温度范围，用1个热敏电阻便可检测很宽范围的温度变化。先检测与热敏电阻的温度变化对应的电压，然后将该电压进行A/D变换，并把A/D变换后得到的值代入预先确定的近似式，从而求出热敏电阻的温度，根据该温度进行温度控制。

Description

温度控制装置
本发明涉及使用热敏电阻检测制冷循环中热交换器那样的温度变化幅度大的机器的温度、进行机器的温度控制的温度控制装置。
近年来，在办公室、家庭或者乘用车辆中，用以调节室内温度，湿度以及换气，从而获得舒适环境的空调机已得到了普及。
多数空调具有冷气和暖气功能，在检测室温并将该室温同设定温度进行比较的同时进行空调运转，另外，还检测室内热交换器的温度，以防止热交换器发生冻结或过热。
作为温度传感器而使用的热敏电阻(温度检测元件)，它的电阻值随温度的变化而变化，将热敏电阻和电阻串联连接后加上一定电压，就可以根据连接点的电压判断温度。
根据使用的温度范围，生产的热敏电阻具有各种电阻-温度特性，例如，有的对于大约100℃的温度变化幅度电阻值显著变化，有的对于大约300℃的温度变化幅度电阻值显著变化，有的在-20℃～80℃之间或者0℃～100℃之间电阻值发生变化等等。
热敏电阻的价格随特性而异，能检的温度范围大或者电阻值随变化温度变化大的(灵敏度高的)价格高。
例如，电阻值对于90℃的温度变化幅度而变化的热敏电阻，其电阻-温度特性如图7所示。将该热敏电阻如图10所示的那样连接时，则图10中a点的电压-温度特性如图8所示。由于热敏电阻的电压-温度特性为图8那样的曲线，所以，对于一定幅度的温度变化，a点的电压值保持一定幅度不变化。
在先有的空调机的温度控制中，为了把在图10中a点检测的电压换算为温度，使用逻辑电路(A/D变换电路)，但是，由于热敏电阻的电压-温度特性为图8所示的曲线，输出值与温度不是成正比变化，所以，用该输出值进行控制的电路结构非常复杂。
因此，先有的作法是把电阻R1同热敏电阻如图11所示的那样并联连接后检测b点的电压。这样，由于图11中b点的电压-温度特性如图9所示的那样，在中间形成一段具有直线性的c部分，在c部分，电压和温度的关系基本上成正比，所以A/D变换后的输出值也随温度成正比变化，于是，控制电路简单。因此，将c部分用于温度检测。
把冷气和暖气都考虑在内，空调机的室内热交换器的温度大约在-10℃～70℃的很宽的温度范围内变化，所以，为了使用检测温度范围不太宽的(图9的c部分的温度范围约为20℃)便宜的热敏电阻来检测如此宽的温度范围，必须用两个热敏电阻，即检测冷气范围的-5℃～15℃的热敏电阻和检测暖气范围的40℃～60℃的热敏电阻。
这是因为，如图12所示的那样，在进行冷气运转时，热交换器的温度下降到2℃以下时，压缩机的转速减小，必须限制压缩机的能力，当温度进一步下降到0℃以下持续达2分钟压缩机就有发生冻结的危险，必须使压缩机停止运转；在进行暖气运转时，热交换器的温度上升到55℃以上时，压缩机的转速减小，必须限制压缩机的能力，进一步上升到60℃以上时，则判断为异常过热，也必须使压缩机停止运转。
为了防止室内热交换器发生冻结使压缩机停止运转或限制其能力时，如果温度回升到5℃以上，就会使压缩机恢复原来的动作；对于异常过热使压缩机停止运转或限制其能力时，如果温度下降到47℃以下，同样可使压缩机恢复原来的动作。
这样，由于温度检测对象的温度变化范围很宽，不用说须使用多个热敏电阻，装配作业和检查工序增多，也成为成本提高的重要原因。另外，具有图9所示的c部分扩大的热敏电阻价格十分昂贵，也是提高成本的重要原因。
本发明就是针对上述问题提出来的，目的在于进行温度检测时，通过在包括非线性部分在内的很宽的温度变化范围利用热敏电阻的特性，使用一个热敏电阻可以检测很宽的温度变化。
本发明在用电阻值随温度变化的温度检测元件检测的温度控制机器运转的温度控制装置中，为了达到上述目的，利用温度检测电路和运算处理器构成温度控制装置，温度检测电路用来获得与温度检测元件的温度变化对应的电压；运算处理器分两步进行处理，先将该电压进行A/D变换并读入后，利用预先确定的关系将该电压变换为温度，然后使用变换成的温度值进行用于温度控制的运算处理。
按照本发明的上述结构，温度检测元件的电阻值随温度变化而变化时，利用温度检测电路得到与温度检测元件的温度变化对应的电压后，运算处理器根据该电压利用预先确定的关系计算温度值，同时根据该温度值进行用于温度控制的运算处理。
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1是使用本发明的温度检测装置的空调机的控制电路的框图；
图2是表示空调机的室内机组和室外机组的制冷剂循环图。
图3是空调机的室内机组和室外机组的电气连接图；
图4是图1所示的控制电路的一部分实际配线图；
图5是图1所示的控制电路的其余部分的实际配线图；
图6是利用本发明调整空调机的空调能力的流程图；
图7是热敏电阻的电阻-温度特性图；
图8是图10所示的a点的热敏电阻的温度电压特性图；
图9是图11所示的b点的热敏电阻的温度电压特性图；
图10是热敏电阻的电气连接的一个例子；
图11是热敏电阻的电气连接的另一个例子；
图12是根据室内热交换器的温度变化进行的压缩机控制的图。
图2是表示空调机的制冷循环的制冷剂回路。在该制冷剂回路图中，110是制冷剂压缩机，111是四通阀，112是热源端热交换器，113,115是滤除制冷剂中的杂质的过滤器，114是根据制冷剂的蒸发温度改变制冷剂的减压量的电动膨胀阀，116是使用端热交换器，117是消音器，118是储压器，这些机器由制冷剂配管连接成环状。119是电磁阀，在除霜运转时处于开状态。
四通阀111处于实线状态时，从压缩机排出的高温高压的制冷剂沿实线箭头的方向流动。因此，热源端热交换器112起冷凝器的作用，使用端热交换器116起蒸发器的作用，利用使用端热交换器可以进行冷气运转。
四通阀111处于虚线状态时，从压缩机排出的高温高压的制冷剂沿虚线箭头的方向流动。因此，热源端交换器112起蒸发器作用，使用端热交换器116起冷凝作用，利用使用端热交换器可以进行暖气运转。
在暖气运转中需要进行除霜运转时，开启电磁阀119，将从压缩机110排出的一部分高温高压制冷剂直接导入热源端热交换器(蒸发器)，使热源端热交换器112的温度上升，便可进行除霜运转。这时，制冷剂沿带点的实线方向流动。
空调机如图3所示的那样由配置在室内的机组(以下称为室内机组)1和配置在室外的机组(以下称为室外机组)2构成，两个机组1,2利用电源线120、通信线200和制冷剂配管300相互连接。
室内热交换器116安装在室内机组1中，室外热交换器112、压缩机113、减压装置(电动膨胀阀)114和四通阀111安装在室外机组2内。
图1是本发明空调机的控制电路，图中间的点划线左边的电路部分，是设在室内机组1内的控制电路，右边的电路部分是设在室外机组2内的控制电路，由图3所示的电源线120和信号线200相连接。
在室内机组1的控制电路中，设有整流电路11、电机用电源电路12，控制用电源电路13、电机驱动电路15、开关板17、接受器18a、显示板18和风门挡板电机(M2)19。整流电路11将由插头10供给的交流100V电压进行整流；电机用电源电路12根据微处理器14的信号，将加在向室内送冷温风的直流风扇电机(电刷电机)(M1)16上的直流电压变为10～36(V)；控制用电源电路13用来发生微处理器14用的5V直流电压；电机驱动电路15根据直流风扇电机的转动位置信息，按微处理器14的信号控制直流风扇电机16的定子线圈的通电时间；开关板17上装置有设在室内机组1的操作板上的通/断(ON/OFF)开关和试运转开关等；接受器18a接受遥控器60的遥控信号(ON/OFF信号、冷暖气的切换信号、室温设定值信号等)；显示板18显示微处理器的运转状态；风门挡板电机(M2)19用来驱动改变冷温风的吹出方向的风门挡板。
另外，还设有室温传感器20、热交换器温度传感器21和温度传感器22，室温传感器20用来检测室温；热交换器温度传感器21用来检测室内热交换器116的温度；湿度传感器22用来检测室内的湿度，微处理器14将这些传感器的检测值进行A/D变换后读入。一方面，从微处理器14向室外机组2传送的控制信号通过串行电路2 3和端子板T3进行传送，另一方面，利用微处理器14的信号通过驱动器24控制双向可控硅26和加热器继电器27，以此达到对除湿时再加热用加热器25的通电进行相位控制。
30是附加ROM，用来存储表示空调机的机种及各种特性的“特性数据”，在接通电源之后和停止运转之后，从存储特性数据的附加ROM30读取该特性数据。接通电源时，直至从该附加ROM30读取完特性数据之前，不能进行遥控器60的指令输入和检测后面所述的运转、试运转的状态。
下面，说明室外机组2的控制电路。
室外机组2上设有分别与室内机组1的端子板T1、T2、T3相连接的端子板T1′、T2′、T3′,31是与端子板T1′和T2′并联连接的变阻器，32是噪音滤波器，34是电抗元件，35是倍压电路，36是噪音滤波器，37是平滑电路，用来将倍压电路35发生的倍电压进行平滑，从而可由100V的交流电压获得约280V的直流电压。
39是串行电路，是为了把从端子板T3′输入的室内机组1的控制信号传送给微处理器41而进行信号变换的电路，40是电流检测电路，用来把经变流器(CT)33检测供给室外机组2的电流变换为直流电压后供给微处理器41,41是微处理器，42是开关电源电路，用来发生微处理器41用的电源电压。38是电机驱动电路，它根据微处理器41的控制信号，对向后面所述的压缩机电机43的通电进行PWM控制，由6个功率晶体管连接三相桥式电路，构成所谓的转换装置。43是压缩机电机，用来驱动制冷循环的压缩机，44是排出温度传感器，用来检测压缩机排出端的制冷剂温度，45是三速调速风扇电机，用来向室外热交换器112送风。46和47分别是四通阀和电磁阀，在制冷循环中用来切换制冷剂的流通路线。
在室外机组2中设有大气温度传感器48，用来检测吸气口附近的大气温度，另外，还设有用来检测室外热交换器温度的热交换器温度传感器49，微处理器41将这些传感器48、49的检测值进行A/D变换后读入。
50是附加ROM，其功能和室内机组1的附加ROM30相同，其中存储着室外机组2的特性数据，这些特性数据和对附加ROM30说明的相同。
在室内机组1和室外机组2的控制电路中所示的符号F，表示保险丝。
微处理器14(控制元件)由把内部预先存储着程序的ROM、存储参考数据的RAM和执行程序的CPU装在同一个外壳内构成(国际通信公司产品U8797JF)。
图4和图5是图1所示的空调机的电气接线图中室内机组1的以微处理器14为中心的控制电路的实际配线图。图4是微处理器14左侧的配线，图5是微处理器14右侧的配线。图4和图5合在一起即为总体实际配线图。图中，和图1相同的构成部分，标以相同的数字符号。
下面参照图4进行说明，微处理器14向室外机组2传送的控制数据从端子P1输出，通过缓冲器101传送给串行电路23。串行电路23把控制数据输给连接室内机组1和室外机组2的信号线200。微处理器14从室外机组2接受控制数据时，通过信号线200、串行电路23和缓冲器102从端子P2输入。申行电路23利用光耦合器在信号线200和缓冲器101、102之间进行控制数据的输入。
输出端子P3-P6输出风门挡板电机19的驱动信号。该风门挡板电机19使用步进电机，按照输出端子P3-P6的输出信号向风门挡板电机19的线圈通电，可以改变风门挡板电机19的转动角度。从端子P3-P6输出的信号由缓冲器19a进行功率放大，放大到可向风门挡板电机19的线圈通电。
输出端子P11输出双向可控硅26的点弧信号，输出端子P17输出控制加热器继电器27的通电的信号，输出端子P18输出使蜂鸣器(未图示)发生蜂鸣声的信号。这些信号都通过缓冲器19a进行功率放大。
输出端子P19输出加在风扇电机16上的直流电压信号。该直流电压信号由改变脉冲宽度的占空因数的脉冲申构成。该脉冲串由变换电路104变换为直流电压。该直流电压输给电机电源电路12。电机电源电路12把与该直流电压对应的电压的直流电功率供给电机驱动电路15。因此，改变端子P19输出的脉冲串的占空因数，就可以改变供给电机驱动电路15的电压。后面将要说明，由于风扇电机16使用的是直流无电刷电机，所以，只要改变供给电机驱动电路15的电压，就能改变风扇电机16的转速。
变换电路104主要由晶体管、电阻和图中未示出的平滑用的电容器构成。
输入端子P21输入用来控制风扇电机(三相无电刷电机)16的通电时间的信号。该信号是在以中性点为界流过三相无电刷电机的各定子线圈的电流改变极性时得到的信号，电机转动1圈可以得到6次。得到该信号的电路组装在电机驱动电路15(三洋电机产品混合元件ICKA160)内。该电机驱动电路15内组装有把6个功率晶体管连接成三相桥式的转换电路和使这些功率晶体管高速通/断(ON/OFF)的开关电路(主要是缩短功率晶体管的基极-发射极间积累电荷的放电时间的电路)。
因此，只要按照预先确定的ON/OFF的组合顺序使功率晶体管与电机的转子的转动角相配合地通/断(ON/OFF)，便可使风扇电机16转动。根据该ON/OFF的组合，各功率晶体管的ON/OFF信号从微处理器14的输出端子P22-P27输出。
微处理器1 4根据从端子P21输入的信号(信号与信号之间的时间)进行预先确定的运算，判断转子的转动角，从端子P22-P27将与该转动角对应的ON/OFF信号输给电机驱动电路15。
下面，参照图5进行说明。微处理器14的端子P51输入室温传感器20的输出信号，端子P50输入热交换器温度传感器21的输出信号，端子P49输入照度检测传感器105(Cds)的输出信号，端子P48输入湿度传感器22的输出信号。这些输出信号在端子P51、P50、P49、P48经过A/D(模/数)变换后，作为微处理器14内的RAM数据存储在微处理器内。开关板17上设有全停止、运转、试运转、故障诊断等的触点C1-C4。利用手动操作可使滑动触头17a左右滑动。触点C1-C4的电位由电阻106-108和5V电压决定，按四个阶段分别为不同的电位。因此，利用输入端子P47(A/D变换输入端子)判断该电位，可以判断滑动触头17a同哪个触点接触。故障诊断开关108和微处理器14的端子P45连接。接受器18a接受的遥控信号输入微处理器14的端子P42，从端子P36-P41向显示板18输出使发光二极管18b点亮显示运转、自动冷气、自动暖气、除湿的信号。
微处理器14的端子P34、P35和P44与附加ROM30连接，微处理器14根据需要读取该ROM30内存储的前述特性数据。
读取特性数据时，如图5所示的那样，微处理器14利用从端子P34输出的信号使附加ROM30复位后，从端子P35输出时钟信号，根据时钟信号从端子P44输入数据，存储到内部的RAM内。作为附加ROM30，可以使用能暂时存储和顺序读取的专用存储器(One time programmable sequential read onlymemory)，例如，可以使用富士通的产品MB85419P。
下面，说明利用室内热交换器温度传感器21对温度变化幅度大的热交换器的温度检测。
随室内热交换器温度传感器21的电阻值变化的温度变化如图7所示，如图4所示的那样，输入微处理器14的端子P50。
微处理器14将加在端子P50上的电压即随室内热交换器温度传感器21的检测温度而变化的电压进行A/D(模/数)变换后输入。A/D变换把指定的电压区间(图8所示的VH-VL区间)等分成1024个步长，可以求出与加在端子P50上的电压对应的步长值X。
因此，微处理器14可以得到与加在端子P50上的电压对应的步长值。该电压和室内热交换器温度传感器21检测的温度的关系，对于具有图8所有特性图的传感器，可以(1)式的近似式表示：
       V=dt3+et2+ft+g    (1)在(1)式中，V是电压(或步长)，t是温度，d,e,f,g分别是随热敏电阻的特性而不同的常数。
表示电压和温度的关系的近似式不限于(1)式，可以根据所使用的热敏电阻的特性适当地设定。
微处理器14将(1)式存储起来，根据由A/D变换得到的步长值X(置换为电压的值)，利用(1)式反过来计算出室内热交换器温度传感器21检测的温度，存储在存储器内。在实际的微处理器14(处理速度慢的微处理器)内的处理，为了根据(1)式反过来计算温度t，需要计算立方根和平方根，于是，处理时间增长，在空调机发生某种异常时，可能发生保护对策延误的问题，所以，根据图8的特性，预先存储表示与电压(步长值X)对应的温度特性的近似式(2)式，利用(2)式直接由步长值X计算温度并存储到存储器内。
     t=d′x3+e′x2+f′x+g′    (2)
在(2)式中，t为温度，x为步长值，d′,e′,f′,g′为常数。
其动作如图6所示的流程图。在S-1，微处理器14将加在端子P50上的电压进行A/D变换，得到步长值X。然后，在S-2，利用(2)式由步长值X计算温度t，并将温度t存储到存储器内。
在S-3，根据设定温度和存储在存储器内的温度t计算出所需要的空调能力。空调能力的计算方法，是根据设定温度和温度t的差及温度t的变化量Δt利用PID和模糊数学等方法计算的。在S-4，将表示空调能力的值(卡、功率、表示压缩机的运转能力的值(转速、频率等))输给室外机组。室外机组根据该值控制压缩机的运转，获得所需要的空调能力。
按照上面说明的本发明，在微处理器14的内部可以把热敏电阻的检测范围(90℃)的温度直接作为温度t进行处理。即，可以得到在电压VL-VH的范围表示的温度。
另一方面，不使用本发明时，微处理器14是利用经A/D变换后得到的步长值和预先设定的步长值进行上述PID及模糊数学运算的。因此，在A/D变换后的步长值和热敏电阻检测的温度之间需要x=t+a(α为常数)的关系，在不满足这个关系的地方，必须修正预先设定的步长值，调整与温度对应的步长值的变化量，在微处理器14内的运算处理变得复杂。即，已往是先把电压和温度的关系线性化，如图9所示，只利用可以获得线性特性的部分，所以，能检测的温度范围只是图9所示的c部分这一很窄的区域
本实施例中压缩机的控制，是每2毫秒检测1次室内热交换器的温度，根据16次检测的温度的平均值进行控制的，每32毫秒控制1次压缩机。所谓压缩机控制，具体说来，就是调节驱动压缩机动作的三相交流电压的频率，改变压缩机的转速或使压缩机停止运转。
在上述实施例中，为了根据室内热交换器温度传感器的输出求出温度T，使用的是用(1)式表示的三次式，但是，根据本发明者的多次尝试，证明也可以使用三次以上的多项式。
在上述实施例中，对将本发明应用于空调机的室内热交换器的温度检测的例子进行了说明，但是，本发明不只限于此，不仅可以适用于空调机的其它温度检测，而且也可以适用于空调机以外的其它机器的温度检测。
另外，在本实施例中，说明的是按图4、图10所示的那样连接热敏电阻、用近似式表示图8的温度-电压特性进行温度检测的例子，但是，本发明与热敏电阻的连接状态无关，例如，如图11所示的那样连接热敏电阻，也可以用近似式表示图9的温度-电压特性，进行温度检测。
如上所述，按照本发明，利用1个热敏电阻原有的温度特性，便可对很宽的温度范围用1个热敏电阻进行温度检测。因此，对于空调机的热交换器那样的温度变化范围很宽的温度检测对象，也可以用1个热敏电阻构成温度传感器，能减少使用热敏电阻的数量，从而可以减少制造工序和检查工序，以及降低成本。

Claims (5)

1．一种温度控制装置，用以根据所检测的温度执行一机器的控制操作，其特征在于，该装置包括：
一温度检测电路，包括一温度检测器件，其电阻值随所检测的温度而改变，用以输出一对应于所述温度检测器件的电阻值的直流电压；
处理装置，用以对所述输出电压进行模数转换，使之成为一数字步长值，对应于所述温度检测电路的一个输出电压范围的多个步长值，而该输出电压范围则对应于所述检测器件的一个电阻值范围，然后用一预定的数学关系将所述数字步长值转换成数字表示的温度值，并用通过转换而获得的温度值执行机器的温度控制。
2．一种温度控制装置，用以根据所检测的温度执行一机器的控制操作，其特征在于，它包括：
一温度检测电路，包括一温度检侧器件，其电阻值随所检测的温度而变化，用以输出一对应于所述温度检测器的一电阻值的直流电压；
模数(A/D)转换装置，用以将所述直流电压转换为对应于所述直流电压的一数字步长值范围的一个数字值，并输出该数字步长值；
数值转换装置，用以根据一预定数学函数从所述数字步长值计算一温度值；
存储装置，用以存储一所需的温度值，该值的数据形式与经数学计算的温度值相同；和
处理装置，用以用所述被存储的计算温度值和所述所需的温度值来执行所述机器的控制。
3．根据权利要求2所述的温度检测装置，其特征在于，所述预先确定的数学函数是从表示所述温度检测器件的温度-电阻值关系的特性的数字表达式获得的表示温度-步长值的关系的特性表达式，是表示所述温度检测电路的电阻值与电压关系的特性的表达式，以及是表示所述模/数转换装置的电压与步长值的关系特性的表达式。
4．一种温度控制方法，用以根据所检测的温度执行一机器的控制操作，其特征在于，该方法包括下列步骤：
设置一温度检测器件，其电阻值随所检测的温度的改变而改变；
获取一电压，该电压对应于所述温度检测器件由其所检测的温度所引起的电阻值，
将所述电压模/数转换成对应于由所述检测器件所检测的温度的数字步长值；
将所述数字步长值转换到根据一预定数学函数所数学地表示的温度值，并存储该转换值；
存储一个其形式与所述数学表示的温度值相同的所需的温度值；和
使用所述存储的温度值和所述所需的温度值以执行所述机器的控制。
5．根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于，所述预先确定的数学函数是从表示所述温度检测器件的温度-电阻值关系的特性的数字表达式获得的表示温度-步长值的关系的特性表达式，是表示所述温度检测电路的电阻值与电压关系的特性的表达式，所述电路用以输出对应于所述温度检测器件的电阻值的电压，以及是表示所述模/数转换装置的电压与步长值的关系特性的表达式。
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