IT8319566A1

IT8319566A1 - Sensore per sorvegliare la presenza di depositi di brina e, oppure di ghiaccio su superfici, specialmente su superfici di evaporatori di macchine frigorifere, pompe di calore o similari

Info

Publication number: IT8319566A1
Application number: IT1983A19566A
Authority: IT
Original assignee: Bosch Siemens Hausgeraete
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1984-08-14
Also published as: IT8319566A0; US4532806A; DE3205370C1; FR2521731B1; FR2521731A1; IT1161890B

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

L'invenzione concerne un sensore per sorvegliar la presenza di depositi di brina e, oppure di ghiac ci? su superfici, specialmente su _superfici di evap ratori di macchine frigorifere, pompe di calore o similari, nella forma di una custodia a guisa di ca sula, applicabile sull'evaporatore in..contatto.,termoconduttivo, con una membrana, sulla quale ? appli cato un trasduttore,elettroacustico, come un.elemen to piezoelettrico o similare, che pu? essere messo in vibrazione.applicando una tensione alternata.

In un sensore di questo genere, noto dal DE-PS 27 50 165, la membrana portante il trasduttore elet troacustico tramite un soffietto elastico .? -in.coll gamento termoconduttivo con una piastra di fo_nd.o., che da parte sua in contatto termoconduttivo ? fissabile su una superficie di evaporatore. Non appena |in particolare sulla membrana si forma brina, su.gue sta viene esercitato un effetto di smorzamento che aumenta al crescere dello spessore dello strato di brina. In conseguenza dello smorzamento della membri na, in tal modo crescente, aumenta anche l'impedenza del trasduttore elettroacustico, collegato con essa inserito in un circuito oscillatore. Quando pertanto [aumenta il deposito di brina sulla membrana, per uno .spessore dello_strato__di_brina#-._definibile mediante dimensionamento del circuito, viene esclusa la vibra izione dell'oscillatore, dopo di che tramite un corrjj |spondente circuito rivelatore viene attivata una ope {razione di sbrinamento.

In conseguenza della sua particolare costruzione questo noto sensore tuttavia ? soltanto in grado di [rilevare variazioni relativamente grossolane del !epo-Tisito di brina inizialmente assai amorfo. Pertanto esso ? in grado di attivare l'operazione di sbrinamento, ;soltanto quando il deposito di brinai^ gi? divenuto | Irelativamente spesso e comincia a trasformarsi in un_ deposito di ghiaccio massiccio. Per effetto della tija ?smissione termica sull'evaporatore, che in questo_s.Ja |dio ? gi? considerevolmente ridotta, cresce tuttavia |considerevolmente il consumo energetico della macchi ;na frigorifera. Inoltre il particolare circuito del trasduttore elettrico consente unicamente una decisio ne fra gli.stati "assenza di brina" e "gi? forte presenza di brina", cosicch? questo noto sensore non ? in grado di sorvegliare analogicamente, con suffici?n te precisione,,la formazione e l'accrescimento dello strato.di brina.

L'invenzione si pone pertanto il compito di esecui re un sensore del genere descritto pi? dettagliatamen te all'inizio, mediante mezzi costruttivi, di sensibilit? tale che esso ? in grado di rilevare sicuramen te e con grande precisione anche gi? un modesto deposito d^ brina e, oppure anche modeste variazioni del _ deposito di brina o di ghiaccio.

L. .Ques.to_problema .viene -risolto conformemente alla _ pre sente-invenzione j?er_-il_ fatto che la custodia sul -proprio lato fronteggiante la membrana ?-equipaggiata di una seconda membrana, che .? parimenti,dotata _ di un trasduttore elettroacustico, fronteggia la pri-_ ma membrana a modesta distanza e viene messa anch'es sa in vibrazione quando questa viene eccitata per trasmissione.

In conseguenza dell'esecuzione del ^sensore secon' do l'invenzione l'energia vibratoria, che scaturisce! da una membrana agente da sensore, mediante vibrazio ne acustica in solido, oppure in aria, viene trasmessa .sull1altra membrana fungente da ricevitore, che in particolare viene da parte sua messa in vibrazion La.?tensione alternata fornita in tal modo,dal trasdu tore -elettroacustico, situato sulla membrana servent da ricevitore, viene cos? valutata come segnale per la regolazione dello sbrinamento. Poich? prevedendo l'esecuzione del sensore secondo l'i.nvenzi.one si. deposita brina su entrambe le membrane, l'effetto di smorzamento a ci? riconducibile,ha un'azione doppia cosicch? questo sensore ? in grado di rilevare in ma niera particolarmente sensibile anche il minimo dep? sito di brina e, oppure le minime variazioni del.de4 posito di brina. Conseguentemente esso ? in grado di comandare in maniera ottimale un processo di sbrinamento oppure di azionare un dispositivo segnalatole con grande affidabilit? e precisione. __ _ Un effetto particolarmente favorevole si^ottiene quando conformemente .. ad. una esecuzipne_pref erita. del l ' invenzione ? previsto che la seconda membrana ? di sposta almeno approssimativamente parallela alla'pri ma sulla custodia.

Conformemente ad un ulteriore vantaggioso esecu4 zione dell'invenzione ? previsto che i trasduttori elettroacustici sono eseguiti nella forma di oscilla tori piezoceramici, che coprono la zona centrale de_l J.a membrana fino vicino alla sua zona marginale -e presentano frequenze proprie ampiamente corrispondenti]_ Ulteriori vantaggiose,caratteristiche, caratterizzate, nelle rivendicazioni, del sensore,secondo l'invenzione sono illustrate nella seguente descrizione in base ad un.esempio di realizzazione rappresentato semplificato.nel disegno. .. .. ..

In particolare:

la Fig.? 1 mostra un sensore, formato da una custodia anulare con due membrane situate alle sue estre mit?, guardando in direzione assiale della custodia,| la Fig. , 2 mostra una sezione assiale attraverso il^sensore secondo la Fig. 1,

la Fig. 3 come primo esempio di applicazione mostra i^ sensore, inserito in una apertura passante, di una piastra di evaporatore,^ con una porzione dell piastra _di -evapor atore, . . . _ _ _ _ _

_ ._la Fig.^^ cQme.-.ulteriore .esempio di.applicazione mostra un sensore che con uno speciale sostegno _? fi sato.su una piastra.di evaporatore. . . .? Un sensore IO, indicato nelle Figg. 1 fino a 4, per sorvegliare la presenza di depositi^ di brina e, oppure ghiaccio su superiici, ? eseguito c_on una-.custodia.11 a capsula nella forma di.un cilindro cavo di sezione trasversale anulare circolare. La custodia 10 fatta con un materiale di.buona conduzione termica, come.ad esempio Al, _Cu .o similare, in corrispon denza dei propri lati frontali assiali ? chiusa con una rispettiva membrana circolare 12, il cui bordo nell'esempio di realizzazione rappresentato ? incassa to in un incavo a gradino 13 sui lati frontali assiali della custodia 11 ed ? ivi fissato ad esempio mediante incollatura ^ similare. _ _

_ Il _la_to .interno della membrana 12 , fatta prefer? bi Intente -con_un materiale -metall.ico_in? grado _di_ vibrare _e __di buqna_.cqnducibildLt? elettrica e. termica , ? montato un-trasdu.ttore? elettroacustico? 14- -Questo ? eseguito nella forma di un sottile disco circolare Idi? piezoceramica,- che -copre? la -zona - centrale -delXa_ membrana?ll-^fino?vicino?alla sua_zona.marginale^_Con_ 1a._membr_ana 12 il_trasdut.to.r_e_e.le.t,tr.oacustico 14 ? !unito ad .esempio,mediante incollatura. I lati fronta!-1 i_, _ che in maniera usuale servono da elettrodi di con nessione, del trasduttore elettroacustico 14 sono con jnessi a linee 15 e 16, delle quali quella indicata j _ ?_??_.16_? .connessa direttamente alla,superiicie,_es_eq.

guita come elettrodo, del trasduttore elettroacustiq ro, mentre quella indicata con_15 ? collegata conduttiva._ mente, indirettamente tramite la membrana, con l'altro elettrodo del trasduttore elettroacustico 14. Le linee di collegamento 15 e 16 sono portate all'ester no .mediante corrispondenti aperture passanti, chiuse a tenuta d'aria con una massa colata,.nella parete della ..custodia .11.

Nell esempio_di applicazione secondo la Fiq. 3 il sensore 10 ? collocato in buon collegamento_termq conduttivo in una apertura passante circolare 17 di una piastrina di evaporatore 19 dotata di canali 18 per refrigerante. Le due membrane 12 in particolare sono situate in sostanza parallelamente alla superfi eie della piastrina di evaporatore 19 e sono distanziate da questa quasi in ragione della stessa misura. li bordo_dell1apertura passante 17 contenente il sen sore 10_a_distanze regolari ? dotato di intagli radiali _20_,_.cosicch? sul bordo dell1apertura passante 17 .si formino lembi che sono,portati in_fuori alter^ nativamente verso lati opposti dal piano..della piastrina?di .evaporatore.1.9...In tal.modo nella.piastrina di.evaporatore ,19..viene stabilito un sicuro colle gamento di buona conduzione termica rispetto alla cu stodia 11 del sensore 12.

Nel caso di applicazione secondo la Fig. 4 il sore 10 con la propria custodia 11 ? montato in un elemento di sostegno 21, che ? dotato di un bordo 22 a flangia ed ? fissato ad esempio con rivetti 23 sul la piastrina di evaporatore 19. In.questo,caso la distanza del sensore 10 dalla superficie della piastri^ na di evaporatore 19 ? scelta il pi? possibile modesta,_in modo che sulla superficie dell'evaporatore le gocce d'acqua che scorrono verso il basso possono scorrere ancora perfettamente, senza essere trattenu te .fra _la_ piastrina jii evaporatore 19 e . la membrana del .sensore IO rivolto verso questa.

Nell !esempio..di.realizzazione descritto e rappre sentato .un -trasduttor.e_el.ettroacustico 12 viene fat4 to funzionare.come .trasmettitore mentre l'altro ser ve da ricevitore. In particolare il trasmettitore viene eccitato ad esempio mediante una tensione alternata,costante, sinusoidale, con una tensione ma? sima_jdi^c?rca_20V_la cui frequenza corrisponde__all.a pi? .bassa .frequenza .propria del.sistema. Questa.?... cirea._dellLordine di 3 fino,a 4 KHz. Il trasmettito? re in .tal..modo eccitato.,emette vibrazioni acustiche in aria,,che..tramite,.il..volume.d1.aria racchiuso ec-.citano.la membrana 12 che ? situata in posizione fryn jteggiante e serve da ricevitore. Tramite la.cust.od.il I11, eseguita nella forma di anello, sul..ricevitore j vengono trasmesse jmche vibrazioni^acustiche in sol:.-do. Il ricevitore,.che_da parte .sua possiede ampiamente le stesse frequenze proprie del trasmettitore fornisce ora una tensione alternata con la frequenza di eccitazione, la_cui ampiezza nel caso non solleci tato ? uguale o leggermente inferiore, nel caso di

superamento, di..risonanza anche,leggermente superiore alla tensione di eccitazione. Per effetto dello stre to di brina che si ver?fica durante il funzionamento della.macchina.,frigorifera, sulle..due...membrane 12_lc minima frequenza di ^risonanza del sistema viene spostata__in ragione di 100 fino a _1Q00 Hz, in_casq_^i formazione,di ghiaccio..tuttavia_fino_a 3000 Hzj__verso_ frequenze superiori. Aggiuntivamente un sottile strato di ghiaccio provoca un forte smorzamento del sistema. Con entrambi gli effetti effettuando l'eccitazione con la frequenza di risonanza del sistema non sollecitato viene fortemente abbassato il livel lo della tensione di uscita.

Da sperimentazion:i ? risultato che ri tensione di uscita U del sistema non sollecitato livello di uscita, nel caso di una sottile pellico d'acgua sulle membrane diminuisce in raqione di ci ca _lO dB, mentre nel caso di leggero deposito di b na diminuisce in ragione di circa 20 db. In caso d pi? 'forte deposito di brina il livello di uscita d ?minuisce ..invece in raqione di circa 30 dB e per un ?strato di ghiaccio dello spessore di circa Imm dim nuisce in ragione di nirca 40 dB, mentre; in-caso-di. forte formazione di ghiaccio diminuisce in ragione di pi? di 50 dB. In particolare:

* = 20 lg ? .

La variazione delle condizioni di tensione per effetto della formazione .di bri.na^q_di_ghiaccio sul-. le membrane .? tale che_con un semplice circuito tronico., come ad esempio un interruttore a .soglia, ? possibile comandare corrispqndentemente il ciclo frigorifero con i necessari periodi di sbrinamento.

Il sensore 10 rappresentato ? descritto va^montato in un punto dell'evaporatore di un apparecchio frigo ri-fero, in corrispondenza del quale si jintende controllare la formazione di brina o di ghiaccio. In fise di montaggio ? necessario curare il perfetto contatto termico, che pu? essere stabilito mediante un sostegno nella maniera descritta. Il sostegno tuttavia non dovr? ostacolare le vibrazioni delle membrane 12. Inoltre nessuna delle membrane 12 dovr? tocca re l'evaporatore 19. In fase di montaggio del sensore nel caso conforme all'esempio di applicazione secondo la Fig. 4 la membrana 14 rivolta verso l'evapc ratore 19 dovr? essere distanziata dalla superficie dell'evaporatore, proprio in misura tale che una goc eia d'acqua, che scivola in basso sull'evaporatore, }

Claims

R IV E N D I C A Z I 0 N I

1) Sensore per sorvegliare la presenza di deposi ti di brina e, oppure,_di_ghiaccio su superiici, specialmente su superiici di evaporatori di macchine, frigorifere, pompe di calore o similari, nella forma di una .custodia a .capsula, applicabile sull1evaporatore in contatto termoconduttivo, con una membrana, sulla quale ? montato un trasduttore elettroacustico, come un elemento piezoelettrico, che pu? essere messo in vibrazipne_m?diante applicazione di una tensio ne alternata, caratterizzato dal fatto che la custodia (11) sul proprio lato fronteggiante la membrana^ (12) ? equipaggiata di una seconda membrana (12.), clie ? parimenti.dotata di.un.,trasduttore elettroacustico. j(14)^ fronteggia la prima.membrana.a_modesta__distan3a je_viene messa in vibrazione quando questa viene eccltata per trasmissione.

2) Sensore secondo la rivendicazione 1,_caratterizzato dal fatto che la seconda membrana (12) ? di-? sposta almeno approssimativamente parallela ed in co per tura rispetto alla prima membrana (12) sulla custodia

3) Sensore secondo la rivendicazione 1 oppure 2 caratterizzato dal fatto che i trasduttori elettroacu stici (14) sono eseguiti come oscillatori piezocera mici,,i quali coprono la zona centrale delle membra ne (12) fino vicino alla loro zona marginale e presentano frequenze proprie ampiamente coincidenti.

4) Sensore secondo la rivendicazione 3, caratte rizzato dal fatto che 1'oscillatore piezoceramico _ (14) possiede la forma di un disco circolare, la cu superficie ? solo di poco inferiore a quella della membrana (12),.

__ J3J Sensore secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la custodia (11) pu? e sere-introdotta _.in uni.apertura passante.(17) dell'e poratore, in modo tale che le sue^jnembrane (14)_ son situate in sostanza parallelamente alla superficie dell 1evaporatore.(-19.)?

6) Sensore secondo le rivendicazioni da 1 fino a _4_, caratterizzato dal fatto che la custodia (_11_) jfissabile con elementi di sostegno (21) di buona co duzione termica, a modesta distanza, almeno approssimativamente parallelamente alla superficie dell ' evaporatore.. _

.7) Sensore secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la custodia (11) ? ese guita come porzione di un cilindro di sezione trasv sale anulare circolare, alle cui estremit? sono fis sate le membrane (12).

"Sensore per sorvegliare la presenza di depositi di - brina, e.,...oppure di . ghiaccio __s_u superfici , speci almer _ -te--su-superiici di-evaporatori di macchine frigorif.e re.ppompe _di.c_al.gre_.p similari^_

R IA S SU N T O

_ ..Forma,oggetto dell'invenzione un s.enspr_e_per sor-_ vegliare la presenza di depositi di brina e, oppure

?Idi.ghiaccip .su .superfici, specialmente su superfici di evaporatori di macchinef rigorifere, pompe di ca-? lore o similari, nella forma di una _custodia a capsula, applicabile sull'evaporatore in contatto termoconduttivo, con una membrana, sulla quale ? applicato un --trasduttore,elettroacustico come?un,elemento..pi.e.zo-J _ elettrico,.similare.,,che pu? _e_ssere_messo in vibrazip--ne?applicando una tensione alternata.._ __ _ { ,Li invenzione si pone?il compito di eseguire un jen 4 sore del_genere descritto, mediante mezzi costruttivi, ^i sensibilit? tale che esso ? in grado di rilevare sicuramente, con grande^precisione, anche gi? un modesto?deposito di brinaje, oppure anche modeste varia?zioni del deposito,di brina o dighiaccio ._

Ci? si ottiene secondo 11invenzione per il fatti che.1a.custodia11 sul.proprio.lato .fronteggiente la membrana 12 ? equipaggiata di una seconda membrana __1_2 .che?? parimenti,dotata di un trasduttore elettri acustico .14, fronteggia,l.a .prima membrana,a,modesta distanza e viene anch1essa messa in vibrazione quan - do quella viene.-eccitata per trasmissione... _

_ D E S C R I Z I O N E

_ L'invenzione concerne un sensore per sorvegliare la presenza di depositi di brina e( oppure di ghiac?? ci? su .superiicit_spe.cialmente su _superfici di evapo ?-ratori di macchine,frigorifere, ^pompe di .calore_ _o similari, nella forma di una custodia a,guisa di ca _sula^applicabile sull'.evaporatore in..contatto termoconduttivo, .con.una.membrana,,sulla quale ? appiideato un?trasduttore,elettroacustico,..come un elemen -to piezoelettrico o similare, che pu? essere messo. _in vibra.zione_applicando una tensione alternata.

j_ In un sensore di questo genere, noto dal DE-PS 27 50 165, la membrana portante il trasduttore elet iroacustico tramite un.soffietto elastico,? in.coll gamento termoconduttivo con una piastra di fondo, che da parte sua in contatto termoconduttivo ? fissabile _su__una.superiicip di evaporatore Non appena in particolare sulla membrana si forma brina, su que sta viene esercitato un effetto di smorzamento che aumenta al crescere dello spessore dello strato di brina. In conseguenza dello smorzamento della membrc na, in tal modo crescente, aumenta anche 1'impedenze del trasduttore elettroacustico, collegato con essa sd inserito in un circuito oscillatore. Quando pertantc

? aumenta il deposito di brina sulla membrana, per unc spessore dello strato di brina, definibile mediante dimensionamento del circuito, viene esclusa la vibrazione dell'oscillatore, dopo di che tramite un corri spondente circuito rivelatore viene attivata una ope razione di sbrinamento.

In conseguenza della sua particolare costruzione questo noto sensore tuttavia ? soltanto in grado di rilevare variazioni relativamente grossolane del dejosito di brina inizialmente assai amorfo. Pertanto e?-so ? in grado di attivare l'operazione di sbrinamentO, soltanto quando il deposito di brina ? gi? divenuto relativamente spesso e comincia a trasformarsi in ur

? deposito di ghiaccio massiccio. Per effetto della tza _smis.sione__lermica sull'evaporatore.,__che in questo sir? dio ? gi? considerevolmente ridotta, cresce tuttavia considerevolmente il consumo energetico della macchi

? 'ria f.rigorifera._ Inol.tre IL parti.co_l,are..circuito,del ? trasduttore elettrico consente unicamente una decisione fra_gli.stati, "assenza,di...brina!' e "gi?.forte,pr .senza,di_brina"., cosicch? questo noto sensore non _? in grado di sorvegliare analogicamente, con suffici?n te precisione, la formazione e 1'accrescimento delle strato__di.brina.

_ L 'invenzione si pone pertanto il compito ci esegui._ re un sensore deJL genere descritto pi? dettagliatamein te all'inizio, mediante mezzi costruttivi, di sensibilit? tale che esso ? in grado di rilevare sicuramen te e con grande precisione anche gi? un modesto depc sito di brina e, oppure anche modeste variazioni del deposito di brina o di ghiaccio.

Questo problema viene^risolto conformemente alle presente ,invenzione per ?]_fatta,che la?custodia sul proprio lato fronteggiante^la-membrana ? equipaggiaiia-di una seconda membrana,.,che ?..parimenti dotata . di un trasduttore elettroacustico,_fronteggia la pri ma meinbrana a modesta distanza e viene messa anch'es sa in vibrazione quando questa viene eccitata per trasmissione .

In conseguenza dell'esecuzione del sensore secondo l'invenzione l'energia vibratoria, che scaturisce? da una meinbrana agente da sensore, mediante vibrazio. ne acustica in solido, oppure,in aria, viene (1Ssa .sull.',altra membrana fungente da ricevitoref_c_he_ _in particolare viene da parte sua messa,in .vibrazione La tensione .alternata fornita in tal modo dal_trasdi4t tore elettroacustico, situato-sulla membrana servente da ricevitore.,_.viene..cos? .valutata come..se.gn.al.e_per. la regolazione_dello sbrinamento...Poich?.prevedendo.

1 ' esecuzione del sensore secondo 11 invenzione si deposita .brina su entrambe le.membranet_l'effetto di_ .smorzamento.a_ci?_riconducibile ha un1azione_doppia, cosicch? .questo,.sensore ? .in grado .di.rilevare,in mi; niera particolarmente sensibile.,anche il.minimo depc sito di brina e,.oppure_l.e_minime__varrazioni.del.d.e= posito di brina. Conseguentemente esso ? in grado di comandare in maniera ottimale un processo di sbrinamento oppure^di azionare un dispositivo_segnalatore con grande,affidabilit? e precisione.

Un effetto particolarmente favorevole si ottiene! quando .conformemente._a.d una esecuzione preferita.del l'invenzione ? previsto che la seconda membrana ? di spost a almeno approssimativamente parallela alla pri ma_ sulla custodia.

Conformemente ad un ulteriore vantaggioso esecuzione^dell 'invenzione ? previsto che i trasduttori elettroacustici sono eseguiti nella forma di oscillji tori piezoceramici, che coprono la zona centrale dei la membrana fino vicino.alla _sua_.zona marginale e pre sentano frequenze proprie ampiamente corrispondenti.

Ulteriori vant_agglo.se car at ter_i_st ich_e paratterizza te..nelle rivendicazionr,_ del s_e_rsore_.se_condQ__ U-invenzione sono.illustrate^nella_seguente descrizione _in _base__ad .un.esempio di .re.aliz.?a.zione rappresentato semplific.ato_n_el_disegno._

_ In particolare:

la Fig. l mostra un sensore, formato da una custodia anulare con due membrane situate alle sue estre mit?, guardando in direzione assiale della custodia, la Fig. 2 mostra una sezione assiale attraverso il sensore secondo la Fig. 1,

la Fig. 3 come primo esempio di applicazione mostra il sensore, inserita in una apertura passante di una piastra di evaporatore, con una porzionejiell piastra .di evaporatore, .._ - . . . . .

_ la__F tg._._4 .come., .ulteriore. .esempio di applicazion mostra un sensore che con uno speciale sostegno ? fi sato su una. piastra_ di...evaporatore . _ _ _ Un sensore IO, indicato nelle Figg. 1 fino a 4, per sorvegliare la presenza di depositi di brina e,_ oppure ghiaccio su superfici, ? eseguito con una cu-__.stadia 11.a.capsula nella.formaci un cilindro cavo--di sezione trasversale..anulare,circolare. La custodia IO.f atta?con .un materiale?di.buona conduzione termi ca. _come_ad?esempio?Al_,?Cu._o .similare. _an_corraspondenza dei propri lati frontali assiali ? chiusa con una raspettava membrana circolare 12, il cui bordo nell'esempio di reaiizzazione rappresentato ? incass to in un incavo a gradino 13 sui lati frontali assia li della custodia 11 ed ? ivi fissato ad esempio mediante incollatura o similare.

Il lato interno della membrana 12 fatta preferi Vilmente -con?un-materiale-metallico?in_gradO?di_vibrare e di buona conducibilit? elettrica e termica montato un -trasduttore? elettroacustico? 14^?1

? eseguito nella forma di un sottile disco circolare i piezoceramica-,?che-copre?la_zona centrale_dell - membrana -li fino? vicino? alla- sua zona marginale _ Con 1 a membrana.12_il_tr_asduttor_e?elettr_oa.custi.co._14__? unito ad esempio mediant?_incollatura. I lati frontj li . che in maniera usuale servono da elettrodi di _cc}n nessione, del trasduttore elettroacustico 14 sono n nessi a linee 15 e 16, delle quali quella indicata con 16 ? connessa direttamente alla superficie, eseguata come elettrodo, del trasduttore elettroacustico, mentre quella indicata con 15 ? collegata conduttivi mente, indirettamente tramite la membrana, con l?altro elettrodo del trasduttore elettroacustico 14. JLe linee di collegamento 15 e 16 sono portate all1este^r no..mediante,corrispondenti aperture passanti,_chi?se a tenuta d'aria con una massa,colata,..nella parete. .della custodia 11

_ Nell'esempio di applicazione^secondo la Fiq. 3 il sensore IO ? collocato in buon collegamento terme conduttivo in una apertura passante circolare 17 di una piastrina di evaporatore 19 dotata di canali 18 per refrigerante. Le due membrane 12 ^.n particolare sono situate in sostanza parallelamente alla superfd eie della piastrina di evaporatore 19 e sono distan. ziate da questa quasi in ragione della stessa misura. Il bordo dell1apertura passante 17 contenente il sersore 10 a distanze regolari ? dotato di intagli ra- _ diali.20_,__cosicch?.sul..bordo.dell'.apertura passante. ?7 si formino lembi che sono portati in fuori alter nativamente ..verso,lati_ opposti dal_ piano della piastrina di.^yapqratore 19. In tal.modo nella piastrina di evaporatore .19.viene stabilito un sicuro colle gamento di buona conduzione termica rispetto alla et stodia 11 del sensore 12. _

Nel caso di applicazione secondo la Fig. 4 il sen sore IO con la propria custodia 11 ? montato in un elemento di sostegno 21, che ? dotato di un bordo 2\ a flangia,ed ? fissato .ad esempio,con rivetti 23 sul I? la piastrina.di..evaporatore.19.,In questo,caso la distanza del sensore 10 dalla superficie della piastri. na di evaporatore 19 ? scelta il pi? possibile mode-._sta^ in mpdp che sulla,superficie dell1evaporatore_ le gocce d'acqua che scorrono verso il basso possono scorrere ancorajperfettamente, senza essere trattene -te_fra.1a_j?iastrina.di.evaporatore 19 eja membrana^ L2 del sensore IO rivolto verso questa.

_ Nell.*esempio di realizzazione_descritto e rapprj; _sen.t at o...un. t rasdutt ore_el e t 1 r.oacustico 12 vien e_ f a t to funzionare,come trasmettitore mentre 1'.altro,ser _ve da ricevitore^ In particolare il trasmettitore viene eccitato ad esempio mediante una tensione aiternata .costante, sinusoidale, con una tensione mas; .sima _di _cir.ca__2.0V .la cui frequenza__corr.isponde_alla. pi? bass.a .frequenza -propria del .sistema. Questa ? circa delllprdine_di _3_fino.a 4 KHz. Il trasmettito? re _in .tal modo ecei-tato_.emet.te vibrazioni acustiche.. in aria, che tramite il volume_d,_aria_racchiuso ec_ _citano_la _membrana 12 che ? situata in posizione fron teggiante e..serve da ricevitore.. Tramite la custodi^ 1.1., eseguita.nel_l_a_forma,di anello, sul ricevitore, vengono trasmesse anche vibrazioni acustiche in solido^ Il ricevitore,,che _da_parte_sua possiede,ampiamente le stesse frequenze proprie del.trasmettitore fornisce ora una tensione alternata con la frequenze di eccitazione, la cui ampiezza nel caso non sollecd

? tato ? uguale o leggermente inferiore, nel caso di -superamento di risonanza anche leggermente superiore

? alla tensione di eccitazione. Per effetto dello stra to di brina che si verifica durante il funzionamene della macchina frigorifera, sulle due membrane 12 le minima freguenza di risonanza del sistema viene spostata in raaione di 100 fino a 1000 Hz, in caso di formazione di ghiaccio tuttavia fino a 3000 Hz, verso frequenze superiori. Aggiuntivamente un sottile strato di ghiaccio provoca un forte smorzamento del sistema. Con entrambi gli effetti effettuando l'eccitazione con la frequenza di risonanza del sistema non sollecitato viene fortemente abbassato il livello della tensione di uscita.

Da sperimentazioni ? risultato che rispetto alla, tensione di uscita Uo del sis-tema non sollecitato il livello di uscita, nel caso di una sottile pellicola d'acqua sulle membrane diminuisce in ragione di cir-

? ca 10 dB, mentre nel caso di leggero deposito di bri na diminuisce in ragione di circa 20 db. In caso di pi? forte deposito di brina il livello di uscita diminuisce invece in ragione di circa 30 dB e per uno strato di ghiaccio dello spessore di circa Imm diminnisce in ragione dl circa .40 .dB-^mentre in.caso-di forte formazione di ghiaccio diminuisce in ragione di pi? di 50 dB. In particolare:_

_ L = 20 lg ^ dB._ .

Uo

La variazione delle^ condizioni di tensione per _ef f etto, dell a^_f orma zi one di brina o. di_ _ghi accio . sul- _ e .membrane ? tale . che _ con .un..semplice, .circuito- elei -tronico.j . come ad. esempio .un- interruttore a- soglia.. . ? possibile^comandare corrispondentemente il ciclo frigorifero con i necessari periodi di sbrinamento.

Il sensore 10 rappresentato ? descritto va montato in un punto dell'evaporatore di un.apparecchio frigcrifero, in corrispondenza del quale si intende controllare la formazione di brina o di ghiaccio. In f?se di montaggio ? necessario curare il perfetto contatto termico, che pu? essere stabilito mediante un sostegno nella maniera descritta. Il sostegno tuttavia non dovr? ostacolare le vibrazioni delle membrane 12. Inoltre nessuna delle membrane 12 dovr? tocce re l?evaporatore 19. In fase di montaggio del sensore nel caso conforme all'esempio di applicazione sei condo la Fig. 4 la membrana 14 rivolta verso l?evapc ratore 19 dovr? essere distanziata dalla superficie dell'evaporatore, proprio in misura tale che una goc eia d'acqua, che scivola in basso sull'evaporatore.

_ R I V E N D I C A Z I O N I

1) Sensore per sorvegliare la presenza di depositi di..brina e. oppure di ghiaccio su superficie spec talmente su .superiici_di evaporatori_di .macchine frigorifere, pompe di calore_o similari, nella forme di.._una__custadia..a .capsula, appli.cabil.e_sull'evaporatore ..in.contatto termoconduttivo, con una membrana, sulla quale ? montato un trasduttore elettroacustico; coin? un elemento piezoelettrico, che pu? essere mes-_sp in vibrazione mediante applicazione dijma tensjLo ne .alternata,, caratterizzato dal fatto che la custo-; dia (11) sul proprio lato fronteggiante la membrana .(12.) ? .equipaggiata di .una seconda membrana (12), eh _?_parimenti dotata di un.trasduttore elettroacusticci .(14.), fronteggia la prima_membrana.a.modest_a _distani? e viene messa_in vibrazione quando questa viene ecci tata per trasmissione.

_ 2) Sensore secondo la rivendicazione 1, caratte-? rizzato dal fatto.che la seconda membrana (12)_?_di-' sposta almeno approssimativamente parallela ed in co pertura rispetto alla prima membrana (12) sulla cu- _ ^todia

3) Sensore secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che i trasduttori elettroacu stici (14) sono eseguiti come oscillatori piezocera-| mici, i quali coprono la zona centrale delle membrane (12) fino vicino alla loro zona marginale e presentano frequenze proprie ampiamente coincidenti.

4) Sensore secondo la rivendicazione 3, caratte*? rizzato dal fatto che 1'oscillatore piezoceramico (14) possiede la forma di un disco circolare, la cui superficie ? solo di poco inferiore a quella della membrana (12)

_ 5) Sensore secondo le rivendicazioni precedenti , .caratterizzato dal fatto.che la custodia (11J_ pu? essere introdotta in .unJLapertur.a passante (17) dell'eva poratore, in modo tale che le sue membrane (14) song .situate in sostanza parallelamente alla superficie <3ell'evaporatore (19).

6) Sensore secondo .le rivendicazioni da 1 fino a._4, caratterizzato dal fatto che la custodia (11) fissabile con elementi di sostegno (21) di buona coh duzione termica, a modesta distanza, almeno approssimativamente parallelamente alla superficie del-.1*evaporatore.

7) Sensore secondo le rivendicazioni precedenti?, caratterizzato dal fatto che.la custodia (11) ? ese1, ? guita come porzione di un cilindro di sezione trasver

sale.anulare-circolare^ alle cui estremit? sono fiesate le membrane (12).

"Sensore per sorvegliare la presenza di depositi di brina e, oppure di ghiaccio su superfici, specialmen te su superfici di evaporatori di macchine frigorifere, pompe di calore o similari"

R I A S SU N T O

Forma oggetto dell'invenzione un sensore per sorvegliare la presenza di depositi di brina e, oppure di ghiaccio su superfici, specialmente su superfici di evaporatori di macchine frigorifere, pompe di calore o similari, nella forma di una custodia a capsula, applicabile sull'evaporatore in contatto termoconduttivo, con una membrana, sulla quale ? applicato un trasduttore elettroacustico come un elemento piezoelettrico similare, che pu? essere messo in vibrazione-applicando una tensione alternata.

. L?invenzione si pone il compito di eseguire un sen ;sore del genere descritto, mediante mezzi costruttivi, _!di sensibilit? tale che esso ? in grado di rilevare isicuramente, con grande precisione, anche gi? un modesto deposito di brina e, oppure anche modeste variazioni del deposito di brina o di ghiaccio.

Ci? si ottiene secondo l'invenzione per il fatto che la custodirli sul proprio lato fronteggiante la membrana 12 ? equipaggiata di una seconda membrana 12# che ? parimenti dotata di un trasduttore elettro-.acustico 14, fronteggia la prima membrana a modesta distanza e viene anch'essa messa in vibrazione quan

do quella viene eccitata per trasmissione.

D E S C R I Z I O N E

L'invenzione concerne un sensore per sorvegliare la presenza di depositi di brina e, oppure di ghiacci? su superfici, specialmente su superfici di evaporatori di macchine frigorifere, ?pompe di calore o, similari, nella forma di una custodia a guisa di capsula, applicabile sull'evaporatore in contatto termoconduttivo, con una membrana, sulla quale ? applicato un trasduttore elettroacustico, come un elemenr to piezoelettrico o similare, che pu? essere messo in.vibrazione applicando una tensione alternata.

. In un sensore di questo genere, noto dal DE-PS 27 50 165, la membrana portante il trasduttore elet-

troacustico tramite un soffietto elastico ?-in colle gamento termoconduttivo con una piastra di fondo, che da parte sua in contatto termoconduttivo ? fissabile su una superficie di evaporatore. Non appena in particolare sulla membrana si forma brina, su que sta viene esercitato un effetto di smorzamento che aumenta al crescere dello spessore dello strato di brina. In conseguenza dello smorzamento della membra na, in tal modo crescente, aumenta anche l'impedenza del trasduttore elettroacustico, collegato con essa inserito in un circuito oscillatore. Quando pertanto aumenta il deposito di brina sulla membrana, per uno spessore dello strato di brina, definibile mediante |dimensionamento del circuito, viene esclusa la vibra zione dell'oscillatore, dopo di che tramite un corri spondente circuito rivelatore viene attivata una ope razione di sbrinamento.

In conseguenza della sua particolare costruzione questo noto sensore tuttavia ? soltanto in grado di rilevare variazioni relativamente grossolane del dep sito di brina inizialmente assai amorfo. Pertanto es so ? in grado di attivare l'operazione di sbrin nt ?soltanto quando il deposito di brina ? gi? divenuto relativamente spesso e comincia a trasformarsi in uri deposito di ghiaccio massiccio. Per effetto della tr :smis.sione termica sull'evaporatore, che in questo st dio ? gi? considerevolmente ridotta, cresce tuttavia considerevolmente il consumo energetico della macchi Ina frigorifera. Inoltre il particolare circuito del trasduttore elettrico consente unicamente una decisi ne fra gli stati "assenza di brina" e "gi? forte pre senza di brina", cosicch? questo noto sensore non ? in grado di sorvegliare analogicamente, con sufficie te precisione, la formazione e l'accrescimento delle Strato di brina.

L'invenzione si pone pertanto il .compito di eseg re un sensore del genere descritto pi? dettagliatame te all'inizio, mediante mezzi costruttivi, di sensibilit? tale che esso ? in grado di rilevare sicuram? te e con grande precisione anche gi? un modesto depo sito di brina e, oppure anche modeste variazioni dei deposito di brina o di ghiaccio.

Questo problema viene risolto conformemente alla presente invenzione per il fatto che la custodia sul proprio lato fronteggiante la membrana ? equipaggiata .di una seconda membrana, che ? parimenti dotata di un trasduttore elettroacustico, fronteggia la pri ma membrana a modesta distanza e viene messa anch'es sa in vibrazione quando questa viene eccitata per trasmissione.

In conseguenza dell'esecuzione del sensore secort do l'invenzione l'energia vibratoria, che scaturisce da una membrana agente da sensore, mediante vibrazid ne acustica in solido, oppure in aria, viene trasmes sa sull'altra membrana fungente da ricevitore, che in particolare viene da parte sua messa in vibrazion La tensione alternata fornita in tal modo dal trasdu tore elettroacustico, situato sulla membrana servent da ricevitore, viene cos? valutata come segnale per la regolazione dello sbrinamento. Poich? prevedendo 1 1esecuzione del sensore secondo l'invenzione si deposita brina su .entrambe le membrane , l ' effetto di smorzamento a ci? riconducibile ha un ' azione doppia, cosicch? questo sensore ? in grado di rilevare in ma niera particolarmente sensibile anche il minimo depo sito di brina e, oppure le minime variazioni del deposito di brina. Conseguentemente esso ? in grado di comandare in maniera ottimale un processo di sbrinamento oppure di azionare un dispositivo segnalatore con grande affidabilit? e precisione.

Un effetto particolarmente favorevole si ottiene quando conformemente ad una esecuzione preferita de_l 1'invenzione ? previsto che la seconda membrana ? di sposta almeno approssimativamente parallela alla pri ma sulla custodia.

Conformemente ad un ulteriore vantaggioso esecuzione dell?invenzione ? previsto che i trasduttori elettroacustici sono eseguiti nella forma di oscilla tori piezoceramici, che coprono la zona centrale dei la membrana fino vicino alla sua zona marginale e _e sentano frequenze proprie ampiamente corrispondenti.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche, caratte- : rizzate nelle rivendicazioni, del sensore secondo l'invenzione sono illustrate nella seguente descri- . zione in base ad un esempio di realizzazione rappresentato semplificato nel disegno.

In particolare:

la Fig. 1 mostra un sensore, formato da una cu- . stodia anulare con due membrane situate alle sue estre mit?, guardando in direzione assiale della custodia,! la Fig. 2 mostra una sezione assiale attraverso il sensore secondo la Fig. 1,

la Fig. 3 come primo esempio di applicazione mostra il sensore, inserito in una apertura passante di una piastra di evaporatore, con una porzione dell piastra di evaporatore,

la Fig. 4 come ulteriore esempio di applicazione mostra un sensore che con uno speciale sostegno ? fi s3t0 su una piastra di evaporatore.

Un sensore 10, indicato nelle Figg. 1 fino a 4, per sorvegliare la presenza di depositi di brina e, oppure ghiaccio su superfici , ? eseguito con una custodia 11 a capsula nella forma di un cilindro cavo di sezione trasversale anulare circolare. La custodi 10 fatta con un materiale di buona conduzione termi-. ca, come.ad esempio Al, Cu .a similare, in corrispondenza dei propri lati frontali assiali ? chiusa con una rispettiva membrana circolare 12, il cui bordo nell'esempio di realizzazione rappresentato ? incass to in un incavo a gradino 13 sui lati frontali assia li della custodia 11 ed ? ivi fissato ad esempio mediante incollatura o similare.

Il lato interno della membrana 12, fatta prefer? bilmente con un materiale metallico in grado di vibrare e di buona conducibilit? elettrica e termica, ? montato un trasduttore elettroacustico 14. Questo ? eseguito nella forma di un sottile disco circolare -di piezoceramica, che copre la zona centrale della membrana 11 fino vicino alla sua zona marginale. Con la membrana 12 il trasduttore elettroacustico 14 ? unito .ad esempio mediante incollatura. I lati front^ li,,che in maniera usuale servono da elettrodi di co nessione, del trasduttore elettroacustico 14 sono co nessi a linee 15 e 16, delle ^juali quella indicata ton .16 ? connessa direttamente alla superficie, eseguita come elettrodo, del trasduttore elettroacustiq mentre quella indicata con 15 ? collegata conduttiva mente, indirettamente tramite la membrana, con l'altro elettrodo del trasduttore elettroacustico 14. Le .linee di collegamento 15 e 16 sono portate all'este .no..mediante corrispondenti aperture passanti, chius a tenuta d'aria con una massa colata, nella parete della custodia 11.

Nell'esempio di applicazione secondo la Fig. 3 il sensore IO ? collocato in buon collegamento term conduttivo in una apertura passante circolare 17 di una piastrina di evaporatore 19 dotata di canali 18 per refrigerante. Le due membrane 12 in particolare sono situate m sostanza parallelamente alla superi eie della piastrina di evaporatore 19 e sono distan ziate da questa quasi in ragione della stessa misura Il bordo dell'apertura passante 17 contenente il se sore 10 a distanze regolari ? dotato di intagli radiali 20, cosicch? sul bordo dell'apertura passante 17 si formino lembi che sono portati in fuori alter nativamente verso lati opposti dal piano della piastrina di evaporatore 19. In tal modo nella piastrina di evaporatore 19 viene stabilito un sicuro colle gamento di buona conduzione termica rispetto alla cu stodia 11 del sensore 12.

Nel caso di applicazione secondo la Fig. 4 il se sore 10 con la propria custodia 11 ? montato in un [elemento di sostegno 21, che ? dotato di un bordo 22 ia flangia. ed ? fissato ad esempio con rivetti 23 sul la piastrina di evaporatore 19. In questo caso la distanza del sensore IO dalla superficie della piastri na di evaporatore 19 ? scelta il pi? possibile mode-ri sta, in modo che sulla superficie dell'evaporatore le gocce d'acqua che scorrono verso il basso possono scorrere ancora perfettamente, senza essere trattemi te fra la piastrina di evaporatore 19 e la membrana 2 del sensore 10 rivolto verso questa.

Nell'esempio di realizzazione descritto e rapprcs .sentato un trasduttore elettroacustico 12 viene fatto funzionare come trasmettitore mentre l'altro ser7 ve da ricevitore. In particolare il trasmettitore viene eccitato ad esempio mediante una tensione al ternata costante, sinusoidale, con una tensione massima di circa 20V la cui frequenza corrisponde alla! .pi? bassa frequenza propria del sistema. Questa ? i circa dell'ordine di 3 fino a 4 KHz. Il trasmettito-jre in tal modo eccitato emette vibrazioni acustiche in aria, che tramite il volume d'aria racchiuso eccitano la membrana 12 che ? situata in posizione >n teggiante e serve da ricevitore. Tramite la custodia 11, eseguita nella forma di anello, sul ricevitore vengono trasmesse anche vibrazioni acustiche in sol:. do..Il ricevitore, che da parte sua possiede ampiamente le stesse frequenze proprie del trasmettitore] fornisce ora una tensione alternata con la frequenza di eccitazione, la cui ampiezza nel caso non solleciltato ? uguale o leggermente inferiore, nel caso di superamento di risonanza anche leggermente superiore alla tensione di eccitazione. Per effetto dello strato di brina che si verifica durante il funzionamentp Ideila macchina frigorifera, sulle due membrane 12 la minima frequenza di risonanza del sistema viene spo-j stata in ragione di 100 fino a 1000 Hz, in caso di formazione di ghiaccio tuttavia fino a 3000 Hz, ver-? so frequenze superiori. Aggiuntivamente un sottile strato di ghiaccio provoca un forte smorzamento del sistema. Con entrambi gli effetti effettuando l'eccitazione con la frequenza di risonanza del sistema non sollecitato viene fortemente abbassato il live! lo della tensione di uscita.

Da sperimentazioni ? risultato che rispetto alla tens.ione di uscita U del sistema non sol.lecitato il livello di uscita, nel caso di una sottile pellicola. d'acqua sulle membrane diminuisce in ragione di circa 10 dB, mentre nel caso di leggero deposito di bri na diminuisce in ragione di circa 20 db. In caso di pi? forte deposito di_brina_il livello di uscita di-? minujLsge invece in ragione di circa 30 dB e per uno J strato di ghiaccio dello spessore di circa Imm dimi4 nuisce in ragione di circa 40 dB, mentre in caso dij forte formazione di ghiaccio diminuisce in ragione di pi? di 50 dB. In particolare:

L = 20 lg <V>

Uo

La variazione delle condizioni di tensione per effetto della formazione di brina o di ghiaccio suile membrane ? tale che con un semplice circuito elettronico, come ad esempio un interruttore a soglia, ; ? possibile comandare corrispondentemente il ciclo frigorifero con i necessari periodi di sbrinamento, Il sensore 10 rappresentato ? descritto va montato in un punto dell'evaporatore di un apparecchio frigorifero, in corrispondenza del quale si intende controllare la formazione di brina o di ghiaccio. In f^-se di montaggio ? necessario curare il perfetto con-j tatto termico, che pu? essere stabilito mediante un sostegno nella maniera descritta. Il sostegno tuttavia non dovr? ostacolare le vibrazioni delle membra ne 12. Inoltre nessuna delle membrane 12 dovr? tocca re l'evaporatore 19. In fase di montaggio del senso-! re nel caso conforme all'esempio di applicazione se-J condo la Fig. 4 la membrana 14 rivolta verso 1'evapqratore 19 dovr? essere distanziata dalla superficie 1 dell'evaporatore, proprio in misura tale che una goa eia d?acqua, che scivola in basso sull'evaporatore, ; R IV E N D I C A Z I O N I

1) Sensore per sorvegliare la presenza di depos ti di brina e, oppure di ghiaccio su superfici, spe cialmente su superfici di evaporatori di macchine frigorifere, pompe di calore o similari, nella form di una custodia a capsula, applicabile sull1evapora tore in contatto termoconduttivo, con una membrana, sulla quale ? montato un trasduttore elettroacustic come un elemento piezoelettrico, che pu? essere mes so in vibrazione mediante applicazione di una tensi ne alternata, caratterizzato dal fatto che la custo dia (11) sul proprio lato fronteggiante la membrana .(12).? equipaggiata di una seconda membrana (12), c ? parimenti dotata di un trasduttore elettroacustic (14), fronteggia la prima membrana a modesta distan e viene messa in vibrazione quando questa viene ecc tata per trasmissione.

2) Sensore secondo la rivendicazione 1, caratte rizzato dal fatto che la seconda membrana (12) ? di sposta almeno approssimativamente parallela ed in c pertura rispetto alla prima membrana ( 12 ) sulla custodia.

3) Sensore secondo la rivendicazione 1 oppure 2 caratterizzato dal fatto che i trasduttori elettroa stici (14) sono eseguiti come oscillatori piezoceramici, i quali coprono la zona centrale delle membrane (12) fino vicino alla loro zona marginale e presentano frequenze proprie ampiamente coincidenti.

4) Sensore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'oscillatore piezoceramico (14) possiede la forma di un disco circo.l.a.re, la cui superficie ? solo di poco inferiore a quella della membrana (12).

_ 5) Sensore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la custodia (11) pu? essere introdotta in un'apertura passante (17) dell'eva poratore, in modo tale che le sue membrane (14) sono situate in sostanza parallelamente alla superficie dell ' evaporatore ( 19 ) .

6) Sensore secondo le rivendicazioni da 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che la custodia (11) fissabile con elementi di sostegno (21) di buona con duzione termica, a modesta distanza, almeno approssimativamente parallelamente alla superficie dell'evaporatore.

7) Sensore secondo le rivendicazioni precedenti;, caratterizzato dal fatto che la custodia (11) ? ese: guita come porzione di un cilindro di sezione trasver sale anulare circolare, alle cui estremit? sono fissate Le memtrane (12).