DE4341232A1

DE4341232A1 - Pressure and temp. measurement by optical method

Info

Publication number: DE4341232A1
Application number: DE4341232A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Phys Dr Stamminger; Alfred Dipl Ing Henninger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: AEG Hausgeraete GmbH
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1995-06-08

Abstract

In a pressure and temp. measuring process for detecting filling levels, wash temps. or hot air temps. in domestic dish washers, washing machines or washer-dryers, the novelty is that (a) series-connected cells of a CCD row (6) are activated by a pressure- and/or temp.-dependent reflected light beam (5'); (b) the data output current of the activated cells is delivered to evaluating electronics; (c) the local incidence point of the reflection beam (5") on the CCD row (6) is located; and (d) the location of the incidence point is converted into absolute or relative pressure (P) or temp. values. Also claimed is an appts. for carrying out the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druck- und Temperatur- Meßverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2. Sie betrifft im engeren Sinn eine Meßmethode zur Erfassung von Füllstandshöhen, Laugen- bzw. Wassertemperaturen oder Temperaturen von Heißluftströmen in Geschirrspülmaschinen, Waschmaschinen oder Wäschetrocknern für den Haushalt.The invention relates to a pressure and temperature Measuring method and a device for performing the Method according to the preambles of claims 1 and 2. It relates in the narrower sense to a measurement method for recording of fill levels, alkali or water temperatures or Temperatures of hot air flows in dishwashers, Washing machines or tumble dryers for the household.

Physikalische Größen wie Druck oder Temperatur können mittels Sensoren erfaßt und verarbeitet werden, welche entweder auf elektromechanischen, rein elektrischen bzw. elektronischen oder optischen Prinzipien basieren.Physical variables such as pressure or temperature can which are detected and processed by means of sensors either on electromechanical, purely electrical or based on electronic or optical principles.

Elektromechanische Sensoren oder Regler sind für viele Anwendungszwecke meist zu ungenau. Das Betätigen eines mechanischen Elements (elektrische Kontakte) bedingt mehr oder weniger große Hysteresen (Schaltdifferenzen zwischen Aus- und Ein-Werten) und Schaltungenauigkeiten (Plus-Minus- Abweichung vom Sollwert).Electromechanical sensors or controllers are for many Applications mostly too imprecise. Pressing one mechanical element (electrical contacts) requires more or less large hysteresis (switching differences between Off and on values) and switching inaccuracies (plus-minus Deviation from the setpoint).

Elektrische- oder rein elektronische Sensoren benötigen vor allem separate Analog/Digitalwandler; sie sind gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern äußerst empfindlich und unterliegen in Kürze dem deutschen EMV-Gesetz. (Gesetz bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit: Einhaltung von Störaussendungs-und Störfestigkeitsanforderungen).Electrical or purely electronic sensors require before all separate analog / digital converter; they are opposite electrical and magnetic fields extremely sensitive and will soon be subject to the German EMC law. (Law regarding electromagnetic compatibility: compliance of emission and immunity requirements).

Optische Sensoren sind teuer und besitzen meist nicht die für Haushaltsgeräte erforderliche Lebensdauer.Optical sensors are expensive and usually do not have them Life required for household appliances.

Die Erfindung hat zum einen die Aufgabe ein Meßverfahren zu realisieren mit dessen Hilfe ein analoger Meßwert digital erfaßt und störunanfällig übertragen wird. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde ein billiges, robustes jedoch äußerst präzises Sensorelement zur Erfassung von Druck- und Temperatur-Werten zu schaffen.The invention has the task of a measuring method implement an analog measured value digitally recorded and transmitted unaffected by interference. The invention the task is still based on a cheap, robust however extremely precise sensor element for the detection of To create pressure and temperature values.

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale der voneinander unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.These objects are achieved according to the invention by characteristic features of the mutually independent Claims 1 and 2 solved. More beneficial Embodiments of the invention are in the subclaims remove.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile ergeben sich bereits aus Art und Weise der Aufgabenstellung. Physikalische Größen werden direkt analog gemessen; deren Übertragung zur Auswerteelektronik ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen.The advantages that can be achieved by the invention result already from the type of task. Physical quantities are measured directly in analogy; their Transmission to the evaluation electronics is insensitive against electromagnetic interference.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Two embodiments of the invention are in the Drawings are shown and are described in more detail below described.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine mechanische Vorrichtung zur Druckmessung auf elektro-optischer Basis, Fig. 1 shows a mechanical device for measuring pressure on the electro-optical basis,

Fig. 2 eine mechanische Vorrichtung zur Temperaturmessung auf elektro-optischer Basis, Fig. 2 is a mechanical device for measuring temperature at the electro-optical basis,

Fig. 3 ein fotoelektrisches Zeilensignal-Diagramm. Fig. 3 is a photoelectric line signal diagram.

Nach Fig. 1 besitzt eine ortsfest angebrachte, handelsübliche Druckdose 1 eines Druckwächters, Druckschalters oder Niveaureglers, wie er in Wasch- und Geschirrspülmaschinen zur Laugenstandsüberwachung Verwendung findet, eine elastisch verformbare Membrane 2. Besagte Membrane 2 betätigt jedoch keinen elektrischen Kontaktsatz sondern besitzt erfindungsgemäß eine räumlich begrenzte, oberseitig aufgebrachte Spiegelfläche 3 oder ist ganzflächig mit einer Spiegelbeschichtung versehen. Eine zur Spiegelfläche 3 örtlich fixierte, punktförmige Lichtquelle 4, beispielsweise in Form einer Diode sendet einen Lichtstrahl 5 aus. Der Lichtstrahl 5 wird über nicht dargestellte Fokussierungs- und Strahlungsbegrenzungselemente gebündelt, trifft genau auf die Spiegelfläche 3 der Membrane 2 und erreicht als Reflexionsstrahl 5′ eine ebenso ortsfest angebrachte CCD-Zeile 6 (CCD = charge coupled device) mit 128 oder 256 seriell geschalteten Zellen. Besagte Zellen der CCD-Zeile 6 besitzen die Eigenschaft auftreffendes Licht in elektrisches Potential umzuwandeln. Mit steigendem Druck verformt sich die Membrane 2 der Druckdose 1. Die Spiegelfläche 3 und der Auftreffpunkt des fokussierten Lichtstrahls 5 erfahren eine örtliche Veränderung. Durch den wandernden Reflexionsstrahl 5′′ entsteht hierdurch ein von den erregten CCD-Zellen gelieferter quasi-digitaler Datenstrom, welcher einer Auswerteelektronik vorgegeben wird. Bei serieller Auswertung mit bekannter Auslesegeschwindigkeit und einer Mittelwertsbildung hieraus wird der Auftreffpunkt des Reflexionsstrahls 5′′ auf der CCD-Zeile 6 genauestens lokalisiert und damit ein äußerst präziser Druckwert geliefert. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß über entsprechende Kalibriermaßnahmen, z. B. über Vergleichsmessungen eine absolute Eichung des Signals erfolgt.Of FIG. 1 1 has a fixedly mounted, commercially available printing can of a pressure switch, pressure switch or level controller, such as is used in washing and dishwashing machines for the liquor level monitoring, an elastically deformable membrane 2. Said membrane 2 , however, does not actuate an electrical contact set but instead has, according to the invention, a spatially limited, top surface-mounted mirror surface 3 or is provided with a mirror coating over the entire surface. A point-shaped light source 4 which is fixed locally to the mirror surface 3 , for example in the form of a diode, emits a light beam 5 . The light beam 5 is bundled via focusing and radiation limiting elements (not shown), strikes precisely the mirror surface 3 of the membrane 2 and, as a reflection beam 5 ', reaches an equally stationary CCD line 6 (CCD = charge coupled device) with 128 or 256 series-connected cells . Said cells of the CCD line 6 have the property of converting incident light into electrical potential. The membrane 2 of the pressure cell 1 deforms with increasing pressure. The mirror surface 3 and the point of incidence of the focused light beam 5 experience a local change. The wandering reflection beam 5 '' creates a quasi-digital data stream supplied by the excited CCD cells, which is given to an evaluation electronics. In the case of serial evaluation with a known readout speed and averaging from this, the point of incidence of the reflection beam 5 '' is precisely localized on the CCD line 6 and thus an extremely precise pressure value is supplied. The prerequisite for this, however, is that appropriate calibration measures, eg. B. an absolute calibration of the signal takes place via comparison measurements.

In Fig. 2 sind der Temperaturfühler 7, das Kapillarrohr 8 und die Membrandose 9 eines gängigen Flüssigkeitsausdehnungsreglers (auch bekannt unter der Bezeichnung Kapillarrohrregler) dargestellt. Bei steigender Temperatureinwirkung auf den Temperaturfühler 7 schalten derartige Regler mit Hilfe ihrer Membrane 2′ elektrische Kontakte und steuern Beheizungen jeglicher Art. Wie in Fig. 1 beschrieben, betätigt die Membrane 2′ hierbei keinen Kontaktsatz sondern ist ebenfalls mit einer Spiegelfläche 3 versehen. Anordnung von Lichtquelle 4 und CCD-Zeile 6 sind identisch. Die Meßwertumsetzung und Übertragung (hier jedoch elektrisches Potential in Temperaturwerte) in Abhängigkeit von der Zeit, der Auslesegeschwindigkeit, sind ebenfalls analog wie unter Fig. 1 beschrieben. Über die vorerwähnte Auswerteelektronik wird ein hoch genauer Temperaturwert geliefert. Signalkalibrierung und Eichung sind auch hier erforderlich.In FIG. 2, the temperature sensor 7, the capillary tube 8 and the diaphragm cell (also known as the capillary tube) represented 9 of a conventional liquid expansion regulator. With rising temperature effect switch to the temperature sensor 7 such controller with the aid of their membrane 2 'described electrical contacts and control heaters of any kind. As shown in Fig. 1, the membrane 2 is operated' in this case no contact set but is also provided with a mirror surface 3. Arrangement of light source 4 and CCD line 6 are identical. The conversion of measured values and transmission (here, however, electrical potential into temperature values) as a function of time, the readout speed, are likewise analogous to those described under FIG. 1. A highly precise temperature value is delivered via the aforementioned electronic evaluation system. Signal calibration and calibration are also required here.

Fig. 3 veranschaulicht den CCD-Datenstrom in Form eines Stufendiagramms, wobei die Lichtintensität L bzw. das elektrische Potential als Funktion des Auftreffortes, d. h. der CCD-Zelle dargestellt ist. Entsprechend der durchgeführten Kalibrierung kann aus dem Ort M des Mittelwertes auf den anstehenden Druck P oder die zu messende Temperatur T geschlossen werden. Bei Erreichung eines vorbestimmten Drucks P oder einer Temperatur T steuert die Auswerteelektronik bei Einsatz in Haushalt- Großgeräten entweder Magnetventile, Laugenpumpen oder Beheizungen an. Fig. 3 illustrates the CCD data stream in the form of a step chart in which the light intensity L and the electric potential as a function of impingement that is, the CCD cell is shown. According to the calibration carried out, it can be concluded from the location M of the mean value that the pressure P or the temperature T to be measured is present. When a predetermined pressure P or a temperature T is reached, the evaluation electronics control either solenoid valves, drain pumps or heating when used in large household appliances.

Claims

1. Pressure and temperature measuring method for recording fill levels, alkali temperatures or temperatures of hot air flows in dishwashers, washing machines or tumble dryers for the household, characterized by the following features:

a) that serially connected cells of a CCD line ( 6 ) are activated by a pressure or temperature-dependent reflected light beam ( 5 ′),
b) that the data stream supplied by the activated cells is predetermined by an evaluation electronics,
c) that the local point of impact of the reflection beam ( 5 ′ ') is located on the CCD line ( 6 ),
d) that the local position of the point of impact is converted into absolute or relative pressure values (P) or temperature values (T).

2. Device for carrying out the measuring method in dishwashers, washing machines or tumble dryers for the household with a pressure switch, pressure cell or level regulator and with a capillary tube or liquid expansion regulator, characterized in that a membrane ( 2 ) of the pressure cell ( 1 ) and a membrane ( 2 ') A membrane can ( 9 ) of the liquid expansion controller with a mirror surface ( 3 ) are provided.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the mirror surfaces ( 3 ) of the membranes ( 2 , 2 ') can be irradiated by means of a focused light beam ( 5 ) from a fixed, point-shaped light source ( 4 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the light beam ( 5 ) or his on the mirror surface ( 3 ) reflected beam ( 5 ', 5 '') is directed to a fixedly mounted CCD line ( 6 ).