DE19544135C2 - Verfahren zur Temperaturkompensation der Meßwerte einer Sensoreinrichtung für die Lichtdurchlässigkeit einer Wasch- oder Spülflüssigkeit in einer automatischen Wasch- oder Geschirrspülmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturkompensation einer Sensoreinrich­ tung für die Lichtdurchlässigkeit einer Wasch- oder Spüllauge unter Verwendung eines Lichtsenders und eines Lichtempfängers in einer automatischen Wasch- oder Geschirr­ spülmaschine mit einer von einem Mikroprozessor unterstützten Prozeßsteuerung.

Durch den Einsatz eines sogenannten Trübungssensors für die Messung der Lichtdurch­ lässigkeit der Wasch- oder Spüllauge in einer Wasch- oder Spülmaschine kann die Trü­ bung der Lauge als Prozeßparameter erfaßt werden und zur Optimierung des Spülpro­ zesses herangezogen werden. Da dieser Sensor sich in der Nähe der Lauge befindet, besteht eine thermische Kopplung zwischen dem Sensor und der Lauge. Die Temperatur der Lauge kann zwischen etwa 10° und 95°C im Normalbetrieb schwanken, so daß der Sensor ebenfalls starken Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.

Ein solcher Sensor arbeitet nach einem optischen Verfahren und besteht aus einem Sender (z. B. einer LED), der Licht nahe dem Infrarotbereich aussendet, und einem opti­ schen Empfänger (Fototransistor bzw. Fotodiode oder Fotowiderstand), der das optische Infrarotsignal in ein proportionales elektrisches Signal umformt. Der Sender (z. B. Infra­ rot-LED) und der verwendete Empfänger (z. B. Fototransistor) sind in ihren elektroopti­ schen Eigenschaften jedoch stark temperaturabhängig. Ohne eine entsprechende Tem­ peraturkompensation würden Temperaturschwankungen als Schwankungen des Trü­ bungswertes interpretiert werden und zu falschen Ergebnissen bei der Auswertung des Signals führen. Deshalb ist eine Temperaturkompensation des Sensors in allen Geräten erforderlich, in denen er größeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, also bei­ spielsweise in Wasch- oder Spülmaschinen.

Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 393 311 A1 ist eine Waschmaschine mit einer Einrichtung zur Messung des Verunreinigungs-Zustands der Waschlauge bekannt. Diese Einrichtung benutzt ebenfalls einen elektrooptischen Trübungssensor, der zu Be­ ginn eines mehrere Trübungs-Messungen enthaltenden Prozesses kalibriert werden soll.

Diese Kalibrierung bezieht sich auf einen Bezugswert der Trübung, die einer Meßwert- Definition von Null entsprechen soll. Dazu wird vor Beginn der Messungen der Sensor mit reinem Leitungswasser oder mit Luft beaufschlagt und der hierbei ermittelte Meßwert zu Null definiert. Die bekannte Einrichtung berücksichtigt aber nicht, daß die Umge­ bungstemperatur des Trübungssensors stark schwanken kann und einen erheblichen Einfluß auf die Größe des Trübungsmeßwertes hat.

Wird für die Trübungsmessung eine Kombination aus Fototransistor und IR-LED benutzt, dann überlagern sich die Temperaturkoeffizienten beider Bauteile und man erhält für den Trübungssensor einen Gesamtkoeffizienten. Dies gilt auch bei Verwendung ähnlicher Bauteile.

Dieser Gesamt-Temperaturkoeffizient setzt sich aus vielen Einflußgrößen zusammen, die hier exemplarisch für die Kombination IR-LED und Fototransistor aufgeführt sind:

• - Die Strahlung des Senders verschiebt sich mit steigender Temperatur zu größeren Wellenlängen hin. Damit verändert sich der Koppelfaktor zwischen Sender und Empfänger.
• - Die Strahlungsleistung des Senders sinkt mit steigender Temperatur. Dadurch sinkt der Meßstrom im Fototransistor um den Faktor, um den die Lichtintensität abnimmt.
• - Bei der Erwärmung der IR-LED sinkt die Durchlaßspannung um ca. 2 mV/K wodurch sich bei gleichbleibendem Durchlaßstrom die elektrische Leistung verringert. Die Lichtintensität fällt dadurch weiter ab.
• - Bei hoher Temperatur altert die IR-LED schneller, was eine abfallende Lichtintensi­ tät zur Folge hat.
• - Die spektrale Empfindlichkeit des Fototransistors verändert sich mit der Temperatur, was eine Veränderung des Koppelfaktors zwischen Fototransistor und IR-LED zur Folge hat.
• - Der Stromverstärkungsfaktor des Fototransistors steigt mit zunehmender Tempera­ tur. Dadurch steigt der Meßstrom im Fototransistor bei gleichbleibender Lichtintensi­ tät an.
• - Der Dunkelstrom des Fototransistors steigt mit zunehmender Temperatur an, was zu einer allgemeinen Erhöhung des Meßstromes führt, unabhängig von der Lichtintensi­ tät.
• - Der Fototransistor altert bei hoher Temperatur schneller, was zu einer Veränderung der elektrooptischen Parameter führt.
• - Der Brechungsindex des Wassers in der Meßstrecke verändert sich mit der Tempe­ ratur. Dadurch ändern sich die fotooptischen Parameter des Strahlengangs zwi­ schen Sender und Empfänger, was wiederum den Kopplungsfaktor beeinflußt.

Aus der Vielzahl der Parameter, die von der Temperatur abhängig sind und Einfluß auf den Meßstrom haben, ist ersichtlich, daß man nicht jede Einflußgröße einzeln kompen­ sieren kann. Der Trübungssensor muß daher als Gesamtsystem betrachtet werden, des­ sen Parameter durch Versuche zu bestimmen sind. Insbesondere gilt dies für die Temperaturkoeffizienten der elektronischen Bauteile des Trübungssensors, da sich diese sehr stark im Meßergebnis niederschlagen.

Der Temperaturbereich, dem der Trübungssensor im Worst Case ausgesetzt wird, be­ trägt ca. 85° Kelvin, nämlich von etwa 10° bis etwa 95° Celsius. Unter der Annahme, der Temperaturkoeffizient würde 0,95%/K betragen (realistischer Wert eines untersuchten Beispiels), ergibt sich damit eine Drift des Ausgangssignals von 80,75%, ohne daß sich an der Trübung etwas ändert. Für den Versuch ohne Trübung mit einem Temperatur­ koeffizienten von 0,52%/K (Verschiebung des Arbeitspunktes) ergibt sich unter diesen Randbedingungen immer noch eine Drift von 44,2%.

Ohne eine entsprechende Kompensation würden derartige temperaturbedingte Signal­ driften die Trübungsmessung so stark verfälschen, daß eine aussagekräftige Messung der Trübung nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem eingangs beschriebenen Verfahren für alle Temperaturen im relevanten Bereich und für alle Trübungsvarianten korrekte Meßwerte zu erhalten. Eine Temperaturkompensation des Sensors ist zwar un­ bedingt erforderlich. Wie aus den Beispielen ersichtlich ist, kann aber kein allgemeingül­ tiger Temperaturkoeffizient angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gesamt-Temperatur­ koeffizient des Lichtsenders und des Lichtempfängers bei der in der Wasch- oder Spül­ maschine maximal möglichen Arbeitstemperatur und bei einer Temperatur ermittelt wird, die der niedrigsten möglichen Arbeitstemperatur entspricht, daß aus diesen beiden Eck­ werten unter Verwendung von bekannten typischen Verhältnissen dieser Eckwerte zu weiteren fiktiven Temperaturmarken der Verlauf des Temperaturkoeffizienten dieser Sensoreinrichtung über dem Temperaturbereich ermittelt wird und daß bei jeder Mes­ sung der Lichtdurchlässigkeit auch die aktuelle Temperatur am Meßort gemessen und unter Berücksichtigung des ermittelten Verlaufs des Temperaturkoeffizienten ein Korrek­ turwert für die Lichtdurchlässigkeit errechnet wird, deren Meßwert durch diesen Korrek­ turwert berichtigt wird.

Durch die Drift des Arbeitspunktes in Abhängigkeit von der Trübung verändert sich näm­ lich auch der Temperaturkoeffizient. Daher ist eine Temperaturkompensation nur mög­ lich, indem die Kompensation gemäß der Erfindung dynamisch dem jeweiligen Ar­ beitspunkt angepaßt wird.

Eine dynamische Temperaturkompensation läßt sich daher am besten und besonders kostengünstig durch eine softwaregesteuerte Auswertung des Trübungssignals errei­ chen. Für jeden möglichen Arbeitspunkt des Sensors wird der ermittelte Temperatur­ koeffizient in die Auswertesoftware integriert und bei der Korrektur des Meßwertes berücksichtigt. Hardwaremäßig wird der Sensor durch einen Temperaturfühler ergänzt, um in jedem Arbeitspunkt des Sensors die zugehörige Temperatur ermitteln zu können.

Durch die Erfindung ist es möglich, die Trübung von Flüssigkeiten zu bestimmen, die während der Messung Temperaturschwankungen unterliegen. Die erhaltenen Meßwerte sind frei von Fehlern durch Temperatureinflüsse. Durch die Temperaturüberwachung können die Bauteile gleichzeitig vor Zerstörung durch zu hohe Betriebstemperaturen ge­ schützt werden. Der Temperaturfühler kann außerdem zur Überwachung der Laugen­ temperatur benutzt werden. Daher ist an sich für die Temperaturkompensation des Trü­ bungssignals kein besonderer Temperaturfühler erforderlich.

Als Temperatursensor kann beispielsweise ein NTC-Widerstand, ein PTC-Widerstand oder ein Thermoelement verwendet werden. Als Lichtquelle kommen LED, Laser-Diode, Glühlampe, Glimmlampe, Leuchtstoffröhre oder ähnliche Lichtquellen in Frage. Geeigne­ te Empfangselemente sind Fototransistor, Fotodiode, Fotowiderstand, Fotoelement, Fo­ tozelle oder ein ähnliches Empfangselement.

Die Eckwerte des Temperaturkoeffizienten bei der maximal möglichen und der niedrigst möglichen Arbeitstemperatur können einmalig nach der Montage der Sensoreinrichtung ermittelt und gespeichert werden, um mit dem daraus ermittelten Verlauf des Tempera­ turkoeffizienten über der Temperatur während der Lebensdauer der Wasch- oder Spül­ maschine die Meßwert-Korrektur vorzunehmen. Diese Eckwerte können aber auch wäh­ rend des Gebrauchs der Wasch- oder Spülmaschine periodisch immer wieder neu ermit­ telt werden und einen angepaßten Verlauf ergeben, damit bauteil- oder umfeldbedingte Alterungserscheinungen der Sensoreinrichtung ausgeschlossen werden können.

Claims (1)

1. Verfahren zur Temperaturkompensation einer Sensoreinrichtung für die Lichtdurch­ lässigkeit einer Wasch- oder Spüllauge unter Verwendung eines Lichtsenders und eines Lichtempfängers in einer automatischen Wasch- oder Geschirrspülmaschine mit einer von einem Mikroprozessor unterstützten Prozeßsteuerung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gesamt-Temperaturkoeffizient des Lichtsenders und des Lichtempfängers bei der in der Wasch- oder Spülmaschine maximal möglichen Ar­ beitstemperatur und bei einer Temperatur ermittelt wird, die der niedrigsten mögli­ chen Arbeitstemperatur entspricht, daß aus diesen beiden Eckwerten unter Ver­ wendung von bekannten typischen Verhältnissen dieser Eckwerte zu weiteren fikti­ ven Temperaturmarken der Verlauf des Temperaturkoeffizienten dieser Sensorein­ richtung über dem Temperaturbereich ermittelt wird und daß bei jeder Messung der Lichtdurchlässigkeit auch die aktuelle Temperatur am Meßort gemessen und unter Berücksichtigung des ermittelten Verlaufs des Temperaturkoeffizienten ein Korrek­ turwert für die Lichtdurchlässigkeit errechnet wird, deren Meßwert durch diesen Korrekturwert berichtigt wird.