NL8202942A

NL8202942A - Toestel voor het vaststellen van ijsafzetting of dergelijke.

Info

Publication number: NL8202942A
Application number: NL8202942A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1984-02-16
Also published as: ATE28106T1; US4568922A; EP0101114B1; JPH044542B2; DE3372307D1; JPS5940141A; EP0101114A1

Description

.. $

Lx 5990

Toestel voor het vaststellen van ijsafzetting of dergelijke.

De uitvinding heeft betrekking op een toestel voor het vaststellen van afzetting op een oppervlak, en in het bijzonder van ijsafzetting op een koellichaam van een koelinrichting, warmtepomp of dergelijke.

5 Wanneer een lichaam een temperatuur beneden de vriestem peratuur van in de omgevingslucht aanwezige damp heeft,'zal de damp op dit lichaam bevriezen. Zo zal een koellichaam of verdamper van een koelinrichting na enige tijd met een ijslaag worden bedekt, die dit lichaam gaat afschermen, hetgeen de warmte-overdracht aan-10 merkelijk doet achteruitgaan. Derhalve moet bij tussenpozen het koellichaam worden ontdooid.

Hoe langer met ontdooien wordt gewacht, des te langer zal het ontdooien duren, terwijl bovendien ook gedurende een langere periode voorafgaand aan het ontdooien met een slechter warmte-15 overdrachteffect is gewerkt. Wanneer kort na het begin van de ijsafzetting met ontdooien wordt begonnen, kan met een betrekkelijk korte ontdooiperiode worden volstaan, doch daarbij moet worden vermeden, dat de temperatuur van de omgeving door het ontdooien te dikwijls wordt verstoord, 20 Toestellen voor het vaststellen van ijsafzetting zijn bekend. Bij een uit GB 1 013 182 bekend toestel wordt gebruik gemaakt van een door middel van een elektrische trillingsbron in mechanische trilling te brengen triller, die aan ijsafzetting wordt blootgesteld, waarbij middelen aanwezig zijn voor het vaststellen 25 van veranderingen in de trillingsfrequentie van de triller. Wanneer * namelijk ijs op de triller wordt afgezet, veranderen de massa en de stijfheid ervan, en daardoor ook de eigenfrequentie daarvan.

Men kan nu de verandering van de eigenfrequentie van de.triller volgen, en, zodra de ijsafzettingsgrens, waarbij het ontdooien 30 moet beginnen, is bereikt, uit de frequentieverandering een signaal afleiden, waarmede middelen voor het opheffen van de ijsafzetting kunnen worden ingeschakeld.

Een bezwaar van het meten van veranderingen in de eigenfrequentie is, dat het verloop van de frequentie met de ijslaag-35 dikte gering is, terwijl deze frequenties van triller tot triller zullen verschillen, en verder van de temperatuur afhankelijk zijn.

Dit vereist niet alleen een nauwkeurige afstelling van elk toestel, 8202942 - 2 -

4 C

doch ook ingewikkelde vereffeningsmiddelen voor het temperatuur-verloop·

De uitvinding beoogt een dergelijk toestel te verschaffen, dat deze nadelen niet vertoont. Daarbij wordt uitgegaan van 5 het verschijnsel, dat bij verandering.van de massa en stijfheid van een triller door ijsafzetting of dergelijke niet alleen de eigenfrequentie verandert, doch ook de trillingsamplitude of de impedantie van een trillingsketen, waarvan de triller deel uitmaakt, welke veranderingen sterker met de afzetting veranderen dan de 10 eigenfrequentie, en derhalve gemakkelijker voor besturingsdoel-einden geschikt zijn, terwijl de invloed van de temperatuur op deze amplitude- of impedantieveranderingen voor het beoogde doel ' verwaarloosbaar blijkt te zijn.

Het toestel volgens de uitvinding heeft als kenmerk, 15 dat de trillingsbron een zwaai-oscillator is, waarvan de frequentie periodiek binnen een gebied verandert, dat de eigenfre-quenties van de triller bij verschillende ijsafzettingen of dergelijke omvat, waarbij de middelen voor het vaststellen van de veranderingen in de trilling zijn ingericht voor het vaststellen 20 van amplitude- en/of faseveranderingen van de trilleruitgangs-spanning.

Hoewel het toestel volgens de uitvinding in de eerste plaats is bestemd voor het vaststellen van ijsafzetting, zal het duidelijk zijn, dat dit toestel overal kan worden toegepast,waar 25. andere afzettingen het trillingsgedrag van een triller op soortgelijke wijze beïnvloeden.

In het bijzonder is bij het toestel volgens de uitvinding de uitgang van de triller verbonden met een eerste ingang van een vergelijkingstrap, waarvan de tweede ingang met een ge-30 lijkspanningsbron is verbonden, een en ander zodanig, dat bij het bereiken van de grens van de toelaatbare ijsafzetting of dergelijke aan de uitgang van deze vergelijkingstrap een signaal verschijnt.

Bij een eerste bijzondere uitvoeringsvorm van het toe-35 stel volgens de uitvinding is de uitgang van de vergelijker verbonden met een de frequenties van de trillingsbron uitfilterende trap, waarbij de uitgang van deze filtertrap is verbonden met een trap, die de aanwezigheid van impulsen aan de filteruitgang kan vaststellen. Immers het uitgangssignaal van de vergelijker zal bij 8202942 'z -% \ " “ het in de ene resp. andere zin voorbijlopen van de vergelijkings-spanningswaarde dienovereenkomstig omslaan, zodat na liet uitfilteren van de trillingsbronfrequentie een impulsvormig signaal ontstaat, dat echter verdwijnt, zodra de vergelijkingsspanning niet 5 meer wordt voorbijgelopen, zodat door een geschikte instelling van dit vergelijkingssignaal uit het verdwijnen dan wel verschijnen van de impulsen het bereiken van de ijsafzettingsdrempel kan worden afgeleid. In het bijzonder wordt daarbij tussen de trillingsbron en de tweede vergelijkingstrapingang een gelijkrichter met instel-10 bare uitgangsspanning geschakeld, teneinde de vergelijkingsspanning onafhankelijk te maken van mogelijke schommelingen in de spanning van de trillingsbron.

Bij een andere bijzondere uitvoeringsvorm van het toestel volgens de uitvinding wordt de uitgang van de triller verbonden met 13 een keten voor het bepalen van de omhullende van de trilleruitgangs-spanning en van de minimumwaarde van deze omhullende, welke minimumwaarde met een vergeli jkingsspanning wordt vergeleken, waarbij het verschil tussen beide een maat is voor de uitgangsspanning van de triller bij de eigenfrequentie.'In het bijzonder wordt daarbij tus-20 sen de uitgang van de triller en de tweede ingang van de vergelijker een laagdoorlatend filter geschakeld, dat de nulspanningswaarde van de trilleruitgangsspanning doorlaat.

De uitgangsketen van het toestel volgens de uitvinding kan in het bijzonder worden gevormd door een tweetal instelbare 25 drempelwaardeketens, die zijn ingericht voor het leveren van een stuursignaal voor het in- resp. uitschakelen van de middelen voor het opheffen van de ijsafzetting of dergelijke.

Om een goede warmte-overdracht te verkrijgen wordt de triller rechtstreeks op het te bewaken oppervlak bevestigd , waarbij het 30 gunstig is een triller te kiezen, waarvan de elektrode, die niet aan de te bevestigen zijde ligt, is verbonden met een aan de andere zijde gelegen aansluitpunt, waarbij het geheel met een isolerende laag kan worden bedekt om kortsluiting door de ijsafzetting of dergelijke te voorkomen.

35 0© uitvinding zal in het onderstaande nader worden toe gelicht aan de hand van een tekening; hierin toont: fig. 1 een grafische voorstelling van het trillingsge-drag van een piezo-elektrische triller zonder en met ijsafzetting; B 2 ö 2 9 4 2fiS* ^ van een eers'*'e uitvoeringsvorm van - k - een toestel volgens de uitvinding; fig. 3 grafische voorstellingen van in verschillende punten van de keten van fig. 2 optredende signaalvormen; fig. k een blokschema van een tweede uitvoeringsvorm van 5 het toestel volgens de uitvinding; fig. 5 grafische voorstellingen van in verschillende punten van de keten van fig. 4 optredende signaalvormen; en fig. 6 een schematische doorsnede door een voorkeursuitvoeringsvorm van een piëzo-elektrische triller voor een toestel 10 volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een grafische voorstelling van het verband tussen de aan een piëzo-elektrische triller toegevoerde frequentie en de spanning over een serieweerstand van deze trilling getoond. Daarbij stelt de ononderbroken lijn dit verband bij een triller 13 zonder ijsafzetting, en de onderbroken lijn dit verloop met een bepaalde ijsafzetting voor. Hieruit volgt, dat niet alleen de resonantiefrequentie f^^ resp. fr2 verandert (d.w.z. bij ijsafzetting afneemt), doch dat ook de spanning over de serieweerstand bij resonantie van u naar u^ verandert. Deze spanningsverandering 20 is veel duidelijker dan de verschuiving in de resonantiefrequentie. Voorts is gebleken, dat, terwijl de resonantiefrequentie met de temperatuur kan verlopen, de voornoemde spanningsverschillen nauwelijks door de temperatuur worden beïnvloed. Hiervan wordt in het toestel volgens de uitvinding gebruik gemaakt.

25 De in fig. 2 schematisch afgebeelde keten omvat een oscillator 1 met een veranderbare frequentie, waarvan de stuur-ingang met een driehoeksspanningsbron 2 is verbonden, zodat de frequentie aan de uitgang ervan de oscillator 1 periodiek tussen de frequenties f^ en f^ van fig. 1 verandert. De uitgang van de oscil-30 lator 1 is, zonodig door tussenkomst van een versterker 3» verbonden met een piëzo-elektrische triller k met een serieweerstand 5·

De spanning over de serieweerstand 5 vertoont het in fig. 1 grafisch weergegeven gedrag. De spanningswaarden f^ en f2 van de frequentiezwaai worden nu zodanig gekozen, dat de resonantie-35 frequenties van de triller 4 binnen het te bewaken gebied van ijsafzettingen steeds worden voorbijgelopen.

Het verbindingspunt 6 tussen de triller k en de weerstand 5 is met de ene ingang van een vergelijkingstrap 7 verbonden, waarvan de andere ingang met de aftakking 8 van een spanningsdeler 9 ia 8202942 - 5 - I * * S> ^ verbinding staat, welke spanningsdeler door tussenkomst van een ge-lijkrichter 10 eveneens met de uitgang van de versterker 3 is verbonden.

De in bet punt 6 verschijnende signalen zijn in fig. 3 5 bij A weergegeven, waarbij de aan de aftakking 8 van de spannings-deler 9 verschijnende drempelspanning in fig. 1 en 3A met uy is aangeduid. Bij B zijn de spanningen aan de uitgang van de vergelijker 7 weergegeven. Zodra de spanning over de weerstand 5 beneden de drempelwaarde u^ daalt, verdwijnt de uitgangsspanning.

10 Achter de vergelijker is een laagdoorlatend filter 11 geschakeld, dat de trillingsfrequenties uitfiltert; in fig. 3C is het uitgangssignaal van dit filter grafisch weergegeven. Zolang de spanning over de weerstand 5 periodiek onder de drempelwaarde daalt, zal een impulsspanning van de vorm van fig. 3C door het filter 11 15 worden doorgelaten. Een onderscheidingsketen 12 kan het verdwijnen van de impulstussenruimten vaststellen, en kan aan de uitgang 13 een stuursignaal afgeven, dat het ontdooien kan inleiden.

In fig. k is een overeenkomstig schema van een andere uitvoeringsvorm van het toestel volgens de uitvinding weergegeven.

20 Hierin zijn weer de onderdelen 1··5 van fig. 2 aanwezig. Met het punt 6 is nu een trap 1*l· verbonden, die de omhullende van de in het punt 6 verschijnende wisselspanning kan vormen. Deze wisselspanning is in fig. 5A getoond, terwijl fig. 5B de omhullende van deze wisselspanning toont.

25 Met het punt 6 is verder een laagdoorlatend filter 8 verbonden, dat alleen het gelijkspanningsbestanddeel van het signaal in het punt 6 doorlaat, welk bestanddeel in fig. 5A en B met uQ is aangeduid. De uitgangen van de trappen 15 en' 16 zijn elk met een ingang van een vergelijkings- of aftrektrap 17 verbonden, waar- 30 mede het verschil tussen de minimumwaarde u. van de omhullende en min de waarde uq kan worden vastgesteld. Het zal duidelijk zijn, dat bij toenemende ijsafzetting het verschil tussen'u . en u zal u mm o toenemen.

De uitgang van de trap 17 is verbonden met een ingang van 35 twee vergelijkingstrappen 18 en 19» waarvan de andere ingangen met een spanningsdeler 20 resp. 21 zijn verbonden, welke spanningsde-lers aan een bron van een bepaalde vaste spanning zijn aangesloten.

De uitgangen van de vergelijkers 18 en 19 zijn elk met een ingang van een bistabiele trap 22 verbonden, waarvan de uitgang 23 de 3202942 - βει uuruit gang van het toestel is. De vergelijker 18 is bijvoorbeeld zodanig ingesteld, dat bij het bereiken van een bepaalde waarde van umin’ ^ie met de *3safzettingsgrens overeenkomt, de trap 22 wordt omgelegd, en aan de uitgang 23 een signaal verschijnt, waarmede 5 middelen voor het ontdooien kunnen worden ingeschakeld. De vergelijker 19 is dan zodanig ingesteld, dat bij het bereiken van een waarde van u^, die met een zekere ontdooiingsgraad overeenkomt, de trap 22 weer wordt omgelegd, en de ontdooiingsmiddelen worden uitgeschakeld, een en ander zodanig, dat deze middelen tijdig wor-10 den uitgeschakeld om van de restwaarde daarvan voor het voltooien van de ontdooiing gebruik te maken, zodat een te langdurige inschakeling daarvan wordt vermeden.

Het zal duidelijk zijn, dat een soortgelijke besturings-wijze van de ontdooiingsmiddelen ook bij de keten van fig. 2 kan 15 worden toegepast, waarbij dan de lengte van de impulstussenruimten in overeenkomstige spanningswaarden kunnen worden omgezet, die aan de vergelijkers 18 en 19 van fig. k worden toegevoerd.

Fig. 6 toont een schematische doorsnede door een praktische uitvoeringsvorm van een voor het onderhavige toestel ge-20 schikte piëzo-elektrische triller. Deze omvat een kristalplaatje 2.k met aan elke zijde een elektrode 25 resp. 26, waarbij de bovenste elektrode 26 rond het plaatje is omgebogen, en aan de beneden-zijde daarvan op enige afstand van de elektrode 25 eindigt. Het kristalplaatje is daarbij door tussenkomst van een isolatiering 2? 25 op een stalen plaatje 28 bevestigd, dat in het midden van een opening 29 is voorzien. In deze opening zijn de aansluitingen 30 ost de elektroden 25 en 26 gelegen, waarbij de met deze aansluitingen verbonden verbindingsleidingen 31 door een boring'32 in het metalen plaatje 28 naar buiten zijn gevoerd. Dit metalen plaatje 28 is in 30 een geschikt punt van het te bewaken oppervlak 33 door middel van een goed warmtecontact bevestigd. Teneinde kortsluitingen tengevolge van vochtafzetting te voorkomen, is het kristalplaatje 2k met de elektroden 25 en 26 door middel van.een isolerende laag 3k af-gedekt.

35 Het zal duidelijk zijn, dat binnen het kader van de uit vinding nog vele wijzigingen mogelijk zijn.

8202942

Claims

1. Toestel voor het vaststellen van ijsafzetting of derge-lijke, omvattende een door middel van een elektrische trillingsbron in resonantietrilling te brengen triller, waarvan een oppervlak aan ijsafzetting of dergelijke kan worden blootgesteld, en 5 middelen voor het vaststellen van veranderingen in de trilling van deze triller bij afzetting daarop, en voor het dienovereenkomstig besturen van middelen voor het opheffen van deze afzetting, met het kenmerk, dat de trillingsbron een zwaai-oscillator is, waarvan de frequentie periodiek binnen een gebied verandert, 10 dat de eigenfrequenties van de triller bij verschillende afzettingen omvat, waarbij de middelen voor het vaststellen van de veranderingen in de trilling de verandering van de grootte en/of fase van de spanning van de triller kunnen vaststellen.

2. Toestel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 15 de uitgang van de triller is verbonden met de ene ingang van een vergelijkingstrap, waarvan de tweede ingang met een gelijkspan-ningsbron is verbonden, een en ander zodanig, dat bij het bereiken van de grens van de toelaatbare ijsafzetting of dergelijke aan de uitgang van deze vergelijkingstrap een signaal verschijnt. 20 3· Toestel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de uitgang van de vergelijkingstrap is verbonden met een de frequentie van de trillingsbron uitfilterende trap, en dat de uitgang van deze filtertrap is verbonden met een trap, die de aanwezigheid van impulsen aan de filteruitgang kan vaststellen.

25 Toestel volgens conclusie 3i met het kenmerk, dat tussen de trillingsbron en de tweede vergelijkingstrapingang een gelijkrichter met veranderbare uitgangsspanning is geschakeld. 5* Toestel volgens conclusie 2, met het kenm.erk, dat de uitgang van de triller is verbonden met een keten voor het be-30 palen van de omhullende van de trilleruitgangsspanning en van de minimumwaarde van deze omhullende.

6. Toestel volgens conclusie 5» met het kenmerk, dat tussen de uitgang van de triller en de tweede ingang van de vergelijkingstrap een laagdoorlatend filter is geschakeld, dat de nul-35 spanningswaarde van de trilleruitgangsspanning doorlaat. • 7. Toestel volgens een van de conclusies 1..6, met het S O η η n kenmerk, dat de uitgangsketen wordt gevormd door een tweetal 3 £U 2 9 42 - 8 - ' instelbare drempelwaardeketens, die zijn ingericht voor het leveren van een stuursignaal voor het in- resp. uitschakelen van de middelen voor het opheffen van de ijsafzetting of dergelijke.

8. Toestel volgens een van de conclusies 1..7i omvattende 5 een van elektroden voorzien piëzo-elektrisch kristalplaatje, dat in goed warmtecontact op een te bewaken oppervlak dient te worden bevestigd, met het kenmerk, dat de aan de niet bevestigde zijde van het plaatje gelegen elektrode met een aan de andere zijde gelegen aansMtpunt is verbonden, welk aansluitpunt en het aansluit-10 punt van de andere elektrode zijn opgenomen in een holte van een van het kristalplaatje en het te bewaken oppervlak gelegen tussen-lichaam uit de warmtevoetgeleidend materiaal.

9· Toestel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het kristalplaatje is bedekt met een isolerende laag. r 8202942