CN2064033U - 数字式冰箱电子温度控制与保护器 - Google Patents

Abstract

一种冰箱温度测控与保护装置，采用集成传感器，双积分集成块，双限比较器、双稳态触发器等技术，功能齐全。用户可在一分钟内直接看到冷冻室或冷藏室内的温度数。并可调节控温开关将冰箱温度精确地控制在设定温度上，在箱门闭合不紧或敞门过久时能自动声光报警。在电压高于240V或低于170时能自动断路，并在断电后立即启动时有延时功能，可有效地保护冰箱电机，大大延长使用寿命。可广泛适用于一切冷冻设施。

Description

本实用新型涉及一种冰箱控制与保护装置，特别是一种数字式冰箱电子温度控制与保护装置。它能精确地测量和显示冷冻室、冷藏室内的温度，並能按照用户事先设定的温度对冰箱进行温度调控，同时兼有过电压、欠电压保护，断电延时起动保护，敞门延时声光报警，压缩机工作状态显示和半自动除霜等多种功能，是一种功能齐全、综合性强的冰箱测控、显示和保护装置。

现有冰箱一般均没有温度测量和数字显示功能，用户要掌握和知道冰箱内冷冻室、冷藏室内的确切温度，只能打开冰箱门，把冰箱温度计放入冷冻室或冷藏室内测量，几分钟以后才能得到结果。用这样的测量方法既不方便又不准确，如果要调节冰箱内的温度，更是需要打开冰箱门调节安装在冰箱内的温度控制旋钮才能实现。但由于没有温度显示功能，所以调温后並不能马上得知冰箱内的温度变化，加上控温旋钮可供调节的温度档次也有限，因此往往经过多次调节还不能将温度调节得十分准确，使用户要根据所储物品选择最合适的温度感到很困难。同时从目前冰箱除霜功能来说，一般至少要在开始和结束时两次开启冰箱操作才能实现，所以不但很麻烦，而且还会损失许多能量。如冰箱门开启时间过频过长或箱门闭合不紧的话，则能量损失就更多了。目前虽然也有一些功能比较齐全的冰箱，具备工作状态显示，调温、或半自动除霜等若干功能，並可利用安装在冰箱顶部面板上的控制旋钮操作，但因没有温度测量显示系统，所以调温操作往往带有很大的随意性，一般都只能做到定性调控，不能定量调控，並不能按照所需的温度精确调温，用户在使用时深感不便。而且迄今为止的所有冰箱本身均没有装有过电压、欠电压保护，断电延时起动等保护功能的，因此遇到电源电压低于170V时，压缩机常会因电压不足而开不动，或当电源电压高于250V时压缩电机过电压工作这两种电压都有可能损坏压缩电机，现时因电路损坏等原因造成电压过高或过低烧毁压缩机电机的情况屡有发生；即使压缩机在正常工作时，也会因电网突然断电又恢复供电，而使其重新启动时负荷增大而损坏，这也成了冰箱损坏的一个常见原因。

本实用新型的目的，是要提供一种数字式冰箱电子温度控制和保护装置，弥补了现有冰箱的诸多不足，不但具有工作状态显示，半自动除霜，温度调控等功能，而且还具有冰箱温度测量和数字显示等功能，兼有敞门延时声光报警、过电压、欠电压保护、断电延时起动等多项功能、是一种功能齐全、实用性强的冰箱电子温度测控、显示和保护装置。

图1为本实用新型装置总体构造框图。

图2为本实用新型装置感温单元示意图。

图3为本实用新型装置温度测量和数字显示单元构造示意图。

图4为本实用新型装置温度测量和数字显示单元校正补偿网络原理图。

图5为本实用新型装置温度控制单元电路图。

图6为本实用新型装置半自动除霜单元电路图。

图7为本实用新型装置敞门延时告警单元电路图。

图8为本实用新型装置欠电压、过电压和断电延时保护单元电路图。

图9为本实用新型装置控制面板示意图。

下面结合附图介绍本实用新型装置结构细节。

如图1所示，本实用新型装置内部构造由变压整流器1、稳压器2、敞门报警单元3、敞门报警灯光显示4、过压、欠压、断电保护单元5、温控状态显示6、压缩机电源7、电子温度控制单元8、除霜显示9、半自动除霜单元10，加热器11，温度测量和数字显示单元12、温度校正补偿网络13、冷冻室感温单元14、冷藏室感温单元15、温度设定单元16等部分组成。各部份按其功能详细叙述如下：

电源部份：由变压整流器1与稳压器2构成。变压整流器1将交流电源转换成低压直流电，再经稳压器2稳压成＋5V，－5V，＋6V以后，供给装置各部份。

感温单元：采用集成温度传感器、它主要由感温探头17，塑料封装18，外引线19等构成，见图2。其功能主要是将环境温度转换成与之相应的电流信号输出。由于它在绝对温度零度时的输出电流量为零，感温电流值与温度变化值成正比，並且有线性优良、重复性好的特点，所以能稳定、精确地测定环境温度的变化，其性能要明显优于目前冰箱常用的压力温度传感器和热敏电阻传感器等。由于冰箱冷冻室的温度与冷藏室的温度是不同的，所以本实用新型装置在冷冻室与冷藏室分别装置了感温单元14、15。

温度测量和数字显示单元：由LED温度显示数码管20、21，大规模集成块ICL7107，输入电容Ci、电阻Ri，外接基准电阻Rrf和电位器Wrf，外接积分电阻电容Rwt、Cint，自校零电容Caz，外接基准电容Cref、时钟外接电容、电阻Cosc、Rosc，按图3连接而成。其动能主要是将由感温单元感知环境温度产生电流转换成的电压通过Ci，Ri输入大规模集成块内，进行双积分式的A／D转换，输入电压先在一个固定时间间隔内进行积分电压至Uo₁的再向极性相反基准电压进行充放电，使积分电压Uo₁降至0，同时由计算器输入时钟频率进行脉冲记数，由于积分电压Uo₁的大小与输入电压成正比，且在每个脉冲时间间隔内的放电量相当于每摄氏度的温度变化生产的积分电量，所以对这个充放电过程中脉冲数的精确计数实际上反映了冰箱内的实际温度。其测量精度可高达±0.1℃。在这个充放电过程中获得的脉冲数通过ICL7107内的译码器、驱动器由一七段LED数码管21显示。由于冰箱内冷冻室的温度一般低于0℃，所以由另一只LED数码管20显示正负极性。至于测量冷冻室的温度还是测量冷藏室的温度，只要把冷冻室或冷藏室的感温单元接入本单元的输入端即可，本实用新型装置可通过安装在控制面板上的选择开关方便地加以实现。

温度校正补偿单元13：由于感温单元只有在绝对温度0℃时电流才为“0”，输出“0”电平，而在0℃时则不是“0”电平了。因此本实用新型装置要使数码器上显示的是摄氏温度，就必须补偿绝对温度与摄氏温度这一温度差，为此本实用新型装置采用了温度校正补偿网络，其电路见图4，它主要是外接感温单元感温器的探头、校正电位器W₁，负载电阻Rl、反馈电阻Rf、运算放大器A₁、跟随器A₂组成。负载电阻Rl一般取10KΩ左右，校正电位器一般也为10KΩ的电位器，其主要是调节运算放大器A₁的零位，以校正绝对温度和摄氏温度“0”度之间的温度差。使数码显示器上的“0”℃能与冰箱内“0”℃的实际温度一致。由于感温单元的感温电流具有良好的线性，所以经过校正网络校正以后数码管能精确地显示出冰箱的摄氏温度。

温度控制单元：其线路如图5所示，它是由外接感温单元与负载电阻Rl，设定温度调节电位器W₁，A₂、A₃比较放大器，比较基准电压，触发器B₁、B₂，功放管T₁，继电器J₁，温控状态显示灯泡组成。其中的关键是由A₂、A₃组成的比较器，其上限门限电压表示相应控制的温度，下限门电压Ur₂表示相应的设定温度，此设定温度是用户期望冰箱内部保持的理想温度。它可由用户通过调节电位器W₁达到表示相应设定温度的下限门限电压Ur₂，並通过数码管显示出来。其工作原理是当感温单元送来的比较电压Ui₁≥Ur₁时，A₂输出U₂低电平“0”，而Ur₁＞Ur₂，A₃输出U₃为高电平“1”，使与非门B₁和B₂组成的双稳态触发器的

＝1，此时晶体三极管T₁导通，继电器J₁通电动作，接通压缩电源使之工作进行制冷。此时，控温状态显示灯泡发亮。随着压缩机工作而使冰箱内部温度逐步下降，则Ui₁渐渐下降，当Ur₂≤Ui₁≤Ur₁时，U₂、U₃均输出高电压“1”则 ＝1状态不变，直至冷藏室内温度到达设定温度时，即Ui₁＝Ur₂时，A₃输出低电平“0”，则双稳态触发器

＝0，T₁截止，继电器J₁断电，压缩机因电源断开而停止工作，温控状态显示灯泡熄灭。如此循环周而复始，将冰箱内温度控制在设定温度的范围内。所以本实用新型装置的控温功能是通过由A₂、A₃组成比较器和由与非门B₁、B₂组成的双稳态触发器、晶体管T₁为主的电子线路组成的开关电路控制继电器的通、断、启动或关闭致冷压缩机加以实现的，不过设定温度的范围不能超出冰箱能够达到的致冷范围。冷藏室温度、冷冻室温度和设定温度的测量和显示，可通过拨动三联开关接到数字测量和显示单元加以实现的。

半自动除霜单元15，由A₄、A₅组成的比较器和由与非门B₃和B₄组成的双稳态触发器、晶体管T₂为主的电子开关线路控制继电器J₂开启或关闭加热器11的电源加以实现，其原理与温度控制单元8基本相同，如图6所示。不过双限比较器的上限门限电压Ur₃表示相应的化霜停止温度，下限门限电压Ur₄表示相应的冰室温度。当除霜按钮S₁接通，Ur₄门限电压大于Ui₂时，A₅翻转输出由高电平“1”变为“0”电平，双稳态触发器的

＝1，此时晶体管T₂导通，继电器T₂通电动作接通加热器进行除霜，此时压缩机断电停止工作，除霜指示灯9灯亮。在冷冻室化霜过程中温度逐渐升高，当霜全部化完时，冷冻室感温单元输出电压Ui₂≥Ui₃，则A₄的输出Sd＝0、Rd＝1、

＝0则T₂截止，继电器J₂切断电源停止加热器工作，压缩机接通电源后启动工作，除霜显示灯泡9熄灭，完成整个除霜过程。如在此过程中需要中途停止除霜的话，可按下停止按钮S₂，继电器断电停止加热器11工作，启动压缩机工作。

敞门延时告警单元3：其电路由图7所示，由光敏三极管D₁、Rc延时电路、A₆比较放大器、音频振荡器22、压电蜂鸣器23告警显示4灯泡所组成。假如冰箱门开启时间太长或尚未关好，都有一定的光照射在光敏三极管D₁上，D₁导通，电压6V经R向电容C充电，经过1－3分钟后，电容器上的电压Uc≥Ur₅，比较器A₆的输出U₀由高电平“1”变为低电平“0”，接通音频振荡器22、产生振荡，推动压电蜂鸣器发出报警声，並驱动由发光二极管组成的告警显示4闪烁发光，用声光同时进行报警。

过压、欠压、断电保护单元5：为避免冰箱电机在过压、欠压、突然断电重新启动时损坏，本实用新型装置设置了过压、欠压、断电保护单元，其原理见图8。主要由A₇、A₈两比较器组成的比较器，R、C与A，组成的延时7分钟的延时比较器、晶体管T₃、继电器J₃构成的电子线路构成。其中设定比较器Ur₆为电网电压下降至180V时的翻转门限电压即欠压基准电压，Ur₇为电压上升至240V时的门限电压即过压基准电压，当电压小于180V或大于240V时比较器的输出为0，A，输出为0，T₃截止，继电器J₃继路，压缩机不工作。而当电压在180～240V范围内时，比较器的输出U₀o₁为高电平经Rc延时7分钟后A，输出Uo₂为高电平，T₃导通，J₃动作，压缩机通电工作。由于Rc延时电路的放电时间常数很小，一当Uo₁为0时，电容C上的电荷迅速通过R和地放完，所以当电源突然断电又供电，或由欠压、过压突然回复到正常电压时，压缩机总是要经过7分钟延时再接通电源工作，但在日常通电使用时延时不起作用。

本实用新型装置各功能部份之间的连接如图1所示，其电路之间都是通过与电源正、负极连接加以沟通的。但其控制却是通过安装在冰箱顶部的控制面板上的控制部件实现的。控制面板的布局如图9所示，包括数字显示器24，测量选择拨动开关25，控温直线电位器26，除霜开始按钮S₁停止按钮S₂，工作状态指示等。其中数字显示器24是由温度测量单元的两只数码管构成的。测量选择拨动开关25可在冷冻室、冷藏室和设定温度中间任选一档，选定后一分钟内即可测出所选部份的实际温度並由数字显示器加以显示。工作状态指示则由除霜单元显示灯9。控制单元显示敞门延时告警显示4构成，可清楚地指示冰箱目前所处的工作状态。

同现有冰箱调控装置相比，本实用新型装置具有功能齐全、操作简单的特点，不但有温度测量和数字显示系统还兼有过压、欠压、断电延时保护、敞门声光报警等功能系统，这是其它冰箱调控装置所没有的。用户只要通过设置在冰箱外部控制面板上的开关，就能测量冰箱冷冻室、冷藏室的温度，並可在一分钟内从数字显示器上直观地了解测量结果，其误差不大于±0.1℃，如需将温度控制在某一指定温度上，也只要调正控温直线电位器，配以数字显示器就能准确地将温度调控在某一指定温度上。並由控温单元自动加以实现。並可从面板上工作状态指示部份准确地了解冰箱所处的工作状况，而根本无须开启冰箱，十分方便。而敞门声光报警系统，则可避免因疏忽造成冰箱门闭合不紧或使用失当造成敞门时间过长损失大量的能量情况。从而做到更合理更科学地使用冰箱，至于本实用新型装置兼有的过压、欠压、断电延时起动等单元，在电压高于240V或低于180V、供突然断开、又突然接通条件下、能自动切断电源或延时7分钟后重新起动，更是有效地避免了冰箱电机的意想不到的烧毁或损坏，可保护冰箱大大延长冰箱使用寿命。

本实用新型装置结构合理，采用超大规模集成电路、双比较电路、双稳态触发电路等先进技术、性能良好、工作可靠、能耗也低、空载电耗小于0.5W、负载时也低于0.9W、並可在环境温度0－43℃、相对温度20％－90％范围内正常工作，对电冰箱尤为适用，也可广泛用于空调机、恒温箱、冰库等冷藏设备中。

下面提供一个实施例：

按照前述制造方法，采用变压器、整流器、集成温度传感器、LED温度显示数码管、超大型集成块ICL7107、运算放大器继电器，双稳态触发器B₁、B₂、功放管、电阻、电位器、三联拨动开关、直线拨动电位器、光敏三极管等零件制成本实用新型装置。其外形体积为30×150×85mm，性能指示如：

1.控温范围：－28～＋10℃；

2.控温灵敏度：＜±0.5℃；

3.显示方式：带符号数字显示，显示分辨率为0.1℃；

4.过压控制范围：大于250V时，过压保护动作；

5.欠压保护范围：电压低于170V时，欠压保护动作；

6.断电延时起动保护：延时3－5分钟起动；

7.半自动化霜终止温度：±5℃～±1℃；

8.敞门延时报警：延时时间为1－3分钟，报警方式为声光同时报警；

9.压缩机工作状态显示：分温控、化霜；

10.直流功耗：空载＜0.5W；带负载＜0.9W；

11.电源电压：220V50Hz交流；

12.使用条件：允许环境温度为0－43℃；

相对湿度20％－90％范围内工作

Claims (10)

1、一种冷冻贮物设施用的温度控制与保护装置，包括变压器、集成传感器、LED数码显示管、大规模集成块、运算放大器、继电器、双稳态触发器、光敏三极管、电位器、电阻、电容器、晶体管、直线拨动开关、按钮，其特征在于该装置是由稳压电源、感温单元、温度测量与数字显示单元，温度校正补偿单元，温度控制单元，半自动除霜单元、敞门延时告警单元、过压欠压、断电延时保护单元、控制面板所构成的。

2、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它的电源是普通交流电经变压器、整流器、稳压器稳压后转换成＋5V，－5V，＋6V低压直流电输出的。

3、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它感温单元是由集成温度传感器构成的。

4、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它温度测量与数字显示单元是由叁个LED温度显示数码管、AD转换集成块，若干电阻、电容连接而成的，其中AD转换集成块也可以采用ICL7107集成块。

5、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它的温度校正补偿单元是连接在温度测量与显示单元前面，由校正电位器、若干电阻、运算放大器、跟随器连接而成的。

6、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它的温度控制单元是由装置在温度测量与显示单元之后的由两个比较放大器构成的双限比较器和由与非门逻辑电路构成的双稳态触发器、晶体管、继电器、显示灯、若干电阻连接而成的。

7、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它的半自动除霜单元是由两个比较放大器构成的双限比较器、由与非门逻辑电路构成的双稳态触发器、若干晶体管和控制按钮连接而成的。

8、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它的敞门延时报警单元是由一个光敏三极管、阻容延时电路、一个比较放大器、音频振荡器、压电蜂鸣器、发光二极管连接而成的。

9、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它的过压、欠压和断电延时保护单元是由两个比较放大器构成的前置比较器、若干电阻、电容与一个比较放大器构成的延时比较器、晶体管、继电器、显示灯泡连接而成的。

10、如权利要求1所述的一种温度控制与保护装置，其特征在于它的控制面板包括数字显示器、选择拨动开关，直线拨动电位器、按钮、灯光显示等部分。

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