WO2009007268A1 - Sensoreinrichtung und verfahren zur erfassung der trübung von spülflotte - Google Patents

Sensoreinrichtung und verfahren zur erfassung der trübung von spülflotte Download PDF

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WO2009007268A1
WO2009007268A1 PCT/EP2008/058392 EP2008058392W WO2009007268A1 WO 2009007268 A1 WO2009007268 A1 WO 2009007268A1 EP 2008058392 W EP2008058392 W EP 2008058392W WO 2009007268 A1 WO2009007268 A1 WO 2009007268A1
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WO
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turbidity
value
sensor device
gradient
measured
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PCT/EP2008/058392
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Michael Fauth
Reinhard Hering
Bernd KRÄNZLE
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
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    • G—PHYSICS
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    • D06F2105/00—Systems or parameters controlled or affected by the control systems of washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2105/52—Changing sequence of operational steps; Carrying out additional operational steps; Modifying operational steps, e.g. by extending duration of steps

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for detecting the turbidity of wash liquor with an optical transmitter and an optical receiver, wherein the wash liquor to be tested flows between the transmitter and the receiver.
  • the sensor device comprises an electronic evaluation device, which is designed to perform a reference measurement for determining a reference measured value by means of the optical transmitter and the receiver, to carry out a turbidity measurement of the wash liquor to be measured for determining a test measured value by means of the optical transmitter and the receiver, relating the reference measured value to set the test reading, and to determine therefrom a characteristic value for the observed turbidity of the wash liquor and to deliver this as a measurement signal.
  • the invention further relates to a method for detecting the turbidity of rinsing liquor, in particular in a domestic dishwasher, in which the rinsing fluid to be tested flows between a transmitter and a receiver, wherein a reference measurement is carried out for determining a reference measured value, a turbidity measurement of the rinsing liquor to be measured is carried out to determine a test measured value, the reference measured value is set in relation to the test measured value, and from this a characteristic value for the observed turbidity of the washing liquor is determined and this is output as a measuring signal.
  • turbidity sensors are advantageous in the operation of washing machines, dishwashers or the like.
  • determining the turbidity of the washing or rinsing liquor can be determined during repeated washing or rinsing, when it is clean enough and therefore a rinse can be completed.
  • This makes it possible to adjust the number of washing or rinsing operations or the duration of individual subprogram steps the actual circumstances in a more or less heavily soiled laundry or ware and not set the rinses or subprogram steps regardless of the degree of contamination of the rinsing liquor on the highest permissible contamination , In this way, a turbidity sensor contributes to a significant reduction in the amount of washing or rinsing required.
  • turbidity sensors are already known.
  • a generic sensor device for detecting the turbidity of wash liquor with an optical transmitter and an optical receiver, wherein the wash liquor to be tested flows between the transmitter and the receiver is known from DE 44 03 418 A1.
  • the optical conditions in the measuring space are first determined by carrying out a reference measurement preceding the actual turbidity measurement. This means that it detects the degree of contamination of the turbidity sensor and / or the possible degree of contamination of the reference liquid.
  • This measured value defines the pollution in the measuring room and is defined as the base value.
  • the actual reading taken is then related to the reference value (based on the measurement of contaminated fluid to be tested).
  • the resulting difference is further processed as the relative contamination or turbidity as a measurement signal.
  • a step-by-step voltage is applied to the optical sensor by a digital-to-analog converter in order to generate a gradually increasing brightness.
  • the receiver Upon detection of a sufficiently bright signal, the receiver emits an electrical signal to an evaluation device, which then stops generating the voltage for the transmitter and generates the measurement signal.
  • the generation of further voltage stages for the optical transmitter is terminated by generating an electrical signal at the output of the receiver.
  • the count achieved in the evaluation device is "frozen" and serves as a measure of the measured turbidity.
  • DE 101 1 1 006 A1 discloses a method for adjusting and correcting a turbidity sensor for changing conditions at the measuring location, calibration or reference values for the sensor calibration and for correcting the turbidity sensor being determined during turbidity measurements of the wash liquor during the current wash program.
  • several calibration value measurements are carried out within a wash program in each case at times at which there is a high probability of clear water at the measurement location of the turbidity sensor.
  • the turbidity value correction becomes the optimum reference value taken from the averaging of several reference values, which were determined in several Spülprogrammnet.
  • DE 101 19 932 A1 describes a transmission sensor with a first and a second measuring path.
  • a transmitter emits electromagnetic radiation in both measuring sections.
  • the first measuring section is assigned a first receiver and the second measuring section is assigned a second receiver.
  • a measured value calibration is carried out in which a first calibration value correlating with the intensity of the radiation transmitted through the first measuring path and a second calibration value correlating with the intensity of the radiation transmitted through the second measuring path are determined.
  • a turbidity value correlating with the turbidity of the fluid normalized measured values are used. For this purpose, a first measured value correlating with the intensity of the radiation transmitted through the first measuring path and a second measured value correlating with the intensity of the radiation transmitted through the second measuring path are first determined.
  • a first standardized measured value is formed by the quotient of the first measured value and the first calibration value and a second normalized measured value by the quotient of the second measured value and the second calibration value.
  • the turbidity value is determined on the basis of these normalized measured values.
  • the state of the fluid present in the measurement calibration is defined as a reference state, so that the determined turbidity value indicates the deviation from this reference state.
  • the purpose of this procedure is to eliminate the effects of dirt accumulation on the transmitter and / or on the receivers. Likewise aging phenomena are neutralized by sender and / or receiver. Furthermore, power fluctuations of the transmitter and receiver used are neutralized, which can occur during manufacture.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electrical equivalent circuit diagram of a, z.
  • the sensor device 1 has a turbidity sensor 2, which is also referred to as "aqua-sensor", on.
  • the turbidity sensor 2 comprises an optical transmitter 3 coupled to a supply voltage Vcc and one coupled to the optical transmitter 3 - A -
  • Receiver 4 in the form of a phototransistor.
  • the light intensity emitted by the transmitter 3 depends on the current flowing through it.
  • a coupled to the transmitter 3 circuit 5 is provided, which is controlled via an output 12 of a control and evaluation 1 1.
  • the control of the transmitter 3 by means of pulse width modulation by a transistor 7 of the circuit 5 connects the transmitter 3 via a resistor 6 according to its control with a reference potential.
  • the resistor 6 and the transistor 7 connected in the direction of reference potential.
  • Trained as a phototransistor receiver 4 is coupled with its emitter via a designed as an anti-aliasing filter, circuit block 10 with an input 13 of the control and evaluation device 11.
  • a pulsed current is present at the input of the circuit block 10.
  • the circuit block 10 of the pulsed photocurrent is converted into a DC voltage U a .
  • a resistor 14 converts the current applied to the input into a voltage U ⁇ .
  • the charge storage devices 15 and 17 and the resistor 16 are used for low-pass filtering of the input signal.
  • the output voltage U a can be tapped, which the drive and evaluation
  • both the receiver 4 and the transmitter 3 of the sensor device 1 have different manufacturing tolerances, which is why a calibration of the sensor device is necessary.
  • the sensor device is initially operated at defined conditions in order to determine a reference measured value. This is usually done with clear rinsing liquor or without the presence of rinsing water.
  • U AD U a predetermined calibration window
  • the measurement curve MK1 crosses the calibration window 100 in its saturation region.
  • the calibration can be terminated at a voltage between 160 and 190 digits (see references 103 and 104).
  • the duty cycles 101, 102 associated with the voltages 103, 104 are shown in a corresponding manner.
  • FIG. 3 shows further measured curves MK2, MK3, MK4, MK5, MK6, MK7 and MK8, these having an increasing turbidity in their linear region. With decreasing slope, the turbidity of the measured wash liquor increases.
  • a sensor device for detecting the turbidity of wash liquor has an optical transmitter and an optical receiver, wherein the wash liquor to be tested flows through between the transmitter and the receiver.
  • the sensor device further comprises an electronic control and evaluation device, which is designed to (a) by means of the optical transmitter and the receiver to perform a reference measurement to determine a reference value, (b) by means of the optical transmitter and the receiver, a turbidity measurement of the wash liquor to be measured Determine a test reading, (c) set the reference reading in relation to the test reading, and (d) determine a characteristic value for the observed turbidity of the wash liquor and submit it as a test signal.
  • the sensor device is characterized in that the determination of the reference measured value and the determination of the test measured value comprise the determination of a gradient of the turbidity.
  • the invention is based on the finding that there is a linear relationship between the turbidity of a rinsing liquor to be measured and the gradient of turbidity.
  • the invention takes advantage of this knowledge by first determining the gradient of the turbidity of clear, unpolluted rinse liquor as the reference measured value. On the basis of a further determination of the gradient of the turbidity of a "dirty" rinsing liquor to be measured, it is then possible to deduce the degree of haze.
  • the invention makes it possible in a simple and precise manner to determine an absolute value of the turbidity of the wash liquor to be measured.
  • the illuminance emitted by the transmitter can be adjusted by the control and evaluation device by means of a PWM signal (pulse width modulation), the evaluation device being able to supply the evaluation device with a voltage value for determining the characteristic value characterizing the turbidity as a function of the received illuminance is.
  • the control and evaluation device is further configured to set a plurality of PWM signals with different duty cycles for determining the gradient, in each case to detect the voltage values resulting from the different duty cycles and to determine the gradient of the turbidity from the plurality of detected value pairs.
  • control and evaluation device has a microcomputer which adjusts the level of the current flowing through the transmitter by means of pulse width modulation or the duty cycle.
  • the control and evaluation device further comprises an A / D converter, with which the voltage generated by the receiver can be digitized and by the control and evaluation is googleverarbeitbar. This procedure is based on the knowledge that there is also a linear relationship between the pulse duty factor with which the transmitter of the sensor device is controlled and the voltage output by the receiver.
  • control and evaluation device is designed to carry out a plurality of measurements for each of the different duty cycles, in each of which a voltage value is determined, wherein after averaging of all measured voltage values, the characteristic characteristic of the turbidity is determined and taken into account for further processing becomes.
  • the accuracy in determining the gradient can be further increased. For example, at the moment of the measurement in the measuring section particles that would lead to a falsified result in a single measurement, can be compensated.
  • a check can be carried out by the control and evaluation device as to whether the characteristic characteristic of the turbidity is still in a linear operating range of the sensor device.
  • the evaluation device is designed to perform the gradient determination when a predetermined condition has been reached. This means that the duty cycle is varied as part of a gradient determination until the condition is reached.
  • the predetermined condition is a predetermined voltage value. This is preferably chosen such that it lies outside the saturation range of the operating range of the sensor device, but utilizes the linear operating range as far as possible.
  • the step size of the duty cycle in the linear range is incremented by the evaluation device for determining the gradient, wherein the increment can be set as a function of the desired measurement accuracy.
  • the increment can be set as a function of the desired measurement accuracy.
  • the smaller the increment chosen the more time is needed to determine the gradient of turbidity.
  • the period of time for determining the gradient can be shortened by a larger increment.
  • an increment of 4% has been proven, that is, to complete the full duty cycle from 0% to 100% then a total of 25 different measurements are performed.
  • the sum of the measured values is set in relation to the sum of the measured duty cycles.
  • turb turbidity
  • MG the measurement gradient
  • CG the calibration gradient
  • test measured value is determined without rinsing liquor or with clear rinsing liquor, it is provided according to a further embodiment that the test measured value is determined in a rinse cycle following the reference measurement.
  • the optical transmitter and the optical receiver preferably operate on an infrared basis.
  • the sensor device according to the invention can be used in principle for detecting the turbidity of any liquid.
  • a use in a dishwasher or a washing machine is provided, which are designed in particular for use in the home.
  • a gradient of the turbidity is determined as the reference measured value and as the test measured value.
  • the illumination intensity emitted by the transmitter is adjusted by the evaluation device by means of a PWM signal, wherein the evaluation device is supplied by the receiver with a voltage value for determining the characteristic value characterizing the turbidity as a function of the received illuminance.
  • the evaluation device provides for gradient determination a plurality of PWM signals with different Duty ratios. It respectively detects the voltage values resulting at different duty cycles and determines the gradient of the turbidity from the majority of the detected value pairs.
  • the evaluation device carries out a plurality of measurements for each of the different duty cycles, in each of which a voltage value is determined, wherein after averaging of all measured voltage values, the characteristic characteristic of the turbidity is determined and taken into account for further processing.
  • the evaluation device preferably checks whether the measured value is still in a linear operating range of the sensor device.
  • the gradient determination is performed when the measured value reaches a predetermined condition.
  • the predetermined condition is according to another embodiment, a predetermined voltage value. This is chosen such that a determination of measured values takes place at different duty cycles exclusively in the linear operating range of the sensor device.
  • the increment of the duty cycle is incremented in the linear range for determining the gradient by the evaluation device, wherein the increment is set as a function of the desired measurement accuracy.
  • the sum of the measured values be related to the sum of the measured duty cycles.
  • the characteristic characteristic of the turbidity is calculated according to the formula:
  • a further embodiment provides that the reference measured value is determined without rinsing liquor or with clear rinsing liquor.
  • the test value is determined in a rinse following the reference measurement.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an anti-aliasing filter used in the circuit of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a diagram which shows the relationship between A / D-converted voltage at the input of a control and evaluation device of the sensor device and pulse width in digits with different turbidity
  • FIG. 5 shows the diagram known from FIG. 4, by means of which the determination of the gradient of a given turbidity becomes apparent
  • Fig. 6 is a graph showing the relationship between the gradient of turbidity and the turbidity of the wash liquor to be measured.
  • the turbidity sensor 2 comprises a measuring section formed between the transmitter 3 and the receiver 4.
  • the turbidity sensor 2 is preferably constructed fork-shaped, so that the wash liquor to be monitored can flow through in the intermediate region of the fork.
  • the transmitter 3 is controlled by means of the circuit 5 with the aid of a pulse-width-modulated (PWM) signal from the control and evaluation device 11 to control the illuminance.
  • PWM pulse-width-modulated
  • the receiver 4 drives a photocurrent that depends on the received illuminance.
  • PWM pulse / pause ratio
  • U AD voltage
  • Each of the measurement curves MK1,..., MK8 has a linear and a saturation region. The slope in the linear region is the lower, the greater the turbidity of the measured wash liquor.
  • Measurement curve MK1 represents the course with clear rinsing liquid. Shown in FIG. 3 is the calibration window 100 already described in the introduction, which lies in the saturation region of the measurement curve MK1. As a result, as already explained, on the one hand a high measurement uncertainty arises during the measuring process of the reference measured value in a conventional manner. An example is shown in the figure, in which a measurement uncertainty of about 30 digits (see reference numeral 105) is shown. On the other hand, the measurement of further turbidity at low duty cycles (between 60 and 90 digits, see reference numerals 101, 102) is performed, whereby only a small dynamic range is utilized.
  • FIG. 6 shows the relationship between the gradient of turbidity (gradient) and turbidity. This relationship is linear, that is, the turbidity gradient decreases linearly with increasing turbidity.
  • the intersection of the curve with the horizontal axis is at 100% haze. This intersection is identical for all turbidity sensors.
  • the gradient at 0% haze (calibration gradient CG) can be measured on different turbidity sensors, e.g. due to manufacturing tolerances of the semiconductor devices vary.
  • the intersection of the curve with the y-axis is thus determined by the quality of the turbidity sensor.
  • the curve connecting the intersections of the respective axes is always linear.
  • the procedure for determining an absolute degree of turbidity of a wash liquor to be measured is to first determine a calibration gradient CG at 0% turbidity of the wash liquor, and to determine a measurement gradient MG in the subsequent wash cycle. From these two values, the turbidity turb turbidity of the wash liquor according to the formula - 1 ? -
  • the gradient between the duty cycle and the voltage supplied to the evaluation device 1 1 U a U AD is also proportional to the turbidity.
  • the measurement curves which are used to determine the calibration gradient CG and the measurement gradient MG are shown in FIG. 4.
  • Measurement curve MK1 shows the course at 0% turbidity
  • measurement curve MK2 the course with cloudy rinsing fluid.
  • the gradient determination takes place in each case only in a linear range of the measurement curves.
  • the figure shows a limit value which is 80% of the supply voltage V C c of the transmitter 3 (see FIG.
  • the increment for increasing the duty ratio is set to 4% by way of example.
  • a total of 6 duty cycles T1,..., T6 are shown, in each of which a multiple measurement of the voltage value takes place.
  • the multiple measurement at each of the duty ratios T1, ..., T6 is averaged, wherein the result of the averaging (U E i, U E2 , U E3 , U E4 ) is used to determine the gradient CG or MG.
  • the sum of the measured values U E i, U E 2,... is set in relation to the sum of the pulse duty factors T1, T2,... If the gradients CG and MG are determined, the absolute turbidity level can be determined by equation 1.
  • the sensor device according to the invention has the advantage that an absolute turbidity level can be determined with high accuracy. As a result, a particularly good adaptation of a washing program, z. B. in a dishwasher possible, making it particularly resource-friendly can be operated. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Es werden eine Sensoreinrichtung (1) und ein Verfahren zur Erfassung der Trübung von Spülflotte mit einem optischen Sender (3) und einem optischen Empfänger (4) beschrieben, wobei die zu prüfende Spülflotte zwischen dem Sender (3) und dem Empfänger (4) hindurchströmt. Die Sensoreinrichtung (1) umfasst eine elektronische Auswerteeinrichtung (11), die dazu ausgebildet ist, (a) vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Referenzmessung zur Bestimmung eines Referenzmesswerts (CG) durchzuführen; (b) vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Trübungsmessung der zu messenden Spülflotte zur Bestimmung eines Prüfmesswerts (MG) durchzuführen; (c) den Referenzmesswert (CG) in Beziehung zu dem Prüfmesswert (MG) zu setzen; und (d) daraus einen Kennwert (turb) für die festgestellte Trübung der Spülflotte zu ermitteln und diesen als Messsignal abzugeben. Erfindungsgemäß umfasst die Bestimmung des Referenzmesswerts und die Bestimmung des Prüfmesswerts die Ermittlung eines Gradienten der Trübung.

Description

Sensoreinrichtung und Verfahren zur Erfassung der
Trübung von Spülflotte
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Spülflotte mit einem optischen Sender und einem optischen Empfänger, wobei die zu prüfende Spülflotte zwischen dem Sender und dem Empfänger hindurchströmt. Die Sensoreinrichtung umfasst eine elektronische Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Referenzmessung zur Bestimmung eines Referenzmesswerts durchzuführen, vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Trübungsmessung der zu messenden Spülflotte zur Bestimmung eines Prüfmesswerts durchzuführen, den Referenzmesswert in Beziehung zu dem Prüfmesswert zu setzen, und daraus einen Kennwert für die festgestellte Trübung der Spülflotte zu ermitteln und diesen als Messsignal abzugeben.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Erfassung der Trübung von Spülflotte, insbesondere in einer Haushalt-Geschirrspülmaschine, bei dem die zu prüfende Spülflotte zwischen einem Sender und einem Empfänger hindurchströmt, wobei eine Referenzmessung zur Bestimmung eines Referenzmesswerts durchgeführt wird, eine Trübungsmessung der zu messenden Spülflotte zur Bestimmung eines Prüfmesswerts durchgeführt wird, der Referenzmesswert in Beziehung zu dem Prüfmesswert gesetzt wird, und daraus ein Kennwert für die festgestellte Trübung der Spülflotte ermittelt wird und dieser als Messsignal abgegeben wird.
Der Einsatz solcher Sensoreinrichtungen, kurz genannt auch "Trübungssensoren", ist vorteilhaft beim Betreiben von Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder dergleichen. Durch die Feststellung der Trübung der Wasch- oder Spülflotte kann bei wiederholten Wasch- oder Spülgängen festgestellt werden, wann diese sauber genug ist und daher ein Spülvorgang beendet werden kann. Dadurch ist es möglich, die Zahl der Wasch- oder Spülvorgänge oder die Dauer einzelner Teilprogrammschritte den tatsächlichen Gegebenheiten bei einem mehr oder weniger stark verschmutzten Wasch- oder Spülgut anzupassen und nicht die Spülgänge bzw. Teilprogrammschritte unabhängig vom Verschmutzungsgrad der Spülflotte auf die höchst zulässige Verschmutzung festzulegen. Auf diese Weise trägt ein Trübungssensor zu einer deutlichen Verringerung der Menge der erforderlichen Wasch- oder Spülflotte bei. Gleichzeitig kann auch die - ? -
Reinigungsmittelzugabe auf den tatsächlichen, durch den Trübungssensor gemessenen Verschmutzungsgrad abgestimmt werden. Dies bedeutet, dass auch eine Einsparung an Reinigungssubstanzen möglich ist.
Grundsätzlich sind Trübungssensoren bereits bekannt.
Eine gattungsgemäße Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Spülflotte mit einem optischen Sender und einem optischen Empfänger, wobei die zu prüfende Spülflotte zwischen dem Sender und dem Empfänger hindurchströmt, ist aus der DE 44 03 418 A1 bekannt. In dieser werden durch Vornahme einer der eigentlichen Trübungsmessung vorgeschalteten Referenzmessung zunächst die optischen Verhältnisse im Messraum festgestellt. Dies bedeutet, es wird der Verschmutzungsgrad des Trübungssensors und/oder der etwaige Verschmutzungsgrad der Referenzflüssigkeit festgestellt. Dieser gemessene Wert definiert die Verschmutzung im Messraum und wird als Basiswert definiert. Der daraufhin erfolgende tatsächliche Messwert wird (aufgrund der Messung der zu prüfenden verschmutzten Flüssigkeit) in Beziehung zu dem Referenzwert gesetzt. Die sich ergebende Differenz wird als die relative Verschmutzung oder Trübung als Messsignal weiterverarbeitet.
Zur Durchführung der Referenz- und/oder der Prüfmessung wird durch einen Digital-Analog- Wandler eine stufenweise ansteigende Spannung an den optischen Sensor zur Erzeugung einer stufenweise ansteigenden Helligkeit an diesen angelegt. Der Empfänger gibt bei Erkennung eines ausreichend hellen Signals ein elektrisches Signal an eine Auswerteeinrichtung ab, die daraufhin die Erzeugung der Spannung für den Sender beendet und das Messsignal erzeugt. In dem Moment, wo der Empfänger ein die trübe Flüssigkeit durchdringendes, ausreichend helles Signal erkennt, wird durch Erzeugung eines elektrischen Signals am Ausgang des Empfängers die Erzeugung weiterer Spannungsstufen für den optischen Sender beendet. Der in der Auswerteeinrichtung erreichte Zählerstand wird "eingefroren" und dient als Maß für die gemessene Trübung.
Die DE 101 1 1 006 A1 offenbart ein Verfahren zum Abgleichen und zur Korrektur eines Trübungssensors an sich ändernde Bedingungen am Messort, wobei im laufenden Spülprogramm Kalibrier- oder Referenzwerte für den Sensorabgleich und zur Korrektur des Trübungssensors bei Trübungsmessungen der Spülflotte ermittelt werden. Dabei werden mehrere Kalibrierwertmessungen innerhalb eines Spülprogramms jeweils zu Zeitpunkten durchgeführt, an denen sich mit hoher Wahrscheinlichkeit klares Wasser am Messort des Trübungssensors befindet. Zur Trübungswert-Korrektur wird der optimalste Referenzwert herangezogen, der aus der Mittelung mehrerer Referenzwerte gewonnen wird, welche in mehreren Spülprogrammläufen ermittelt wurden.
Die DE 103 56 279 A1 beschreibt einen Sensorschalter zur Erfassung eines Trübungsgrades einer Flüssigkeit, z. B. der Spülflüssigkeit einer Geschirrspülmaschine. Dabei ist es jedoch lediglich möglich, bestimmte Trübungsgrade zu detektieren, welche durch die Ausgestaltung der Auswerteelektronik festgelegt sind. Die Bestimmung eines absoluten Trübungsgrades ist nicht möglich.
Die DE 101 19 932 A1 beschreibt einen Transmissionssensor mit einer ersten und einer zweiten Messstrecke. Ein Sender emittiert elektromagnetische Strahlung in beide Messstrecken. Der ersten Messstrecke ist ein erster Empfänger zugeordnet und der zweiten Messstrecke ist ein zweiter Empfänger zugeordnet. Es wird eine Messwertkalibrierung durchgeführt, bei der ein mit der Intensität der durch die erste Messstrecke transmittierten Strahlung korrelierender erster Kalibrierwert und ein mit der Intensität der durch die zweite Messstrecke transmittierten Strahlung korrelierender zweiter Kalibrierwert ermittelt werden. Bei der Bestimmung eines mit der Trübung des Fluids korrelierenden Trübungswertes werden normierte Messwerte verwendet. Hierfür werden zunächst ein mit der Intensität der durch die erste Messstrecke transmittierten Strahlung korrelierender erster Messwert sowie ein mit der Intensität der durch die zweite Messstrecke transmittierten Strahlung korrelierender zweiter Messwert ermittelt. Anschließend werden ein erster normierter Messwert durch den Quotienten aus erstem Messwert und erstem Kalibrierwert sowie ein zweiter normierter Messwert durch den Quotienten aus zweitem Messwert und zweitem Kalibrierwert gebildet. Der Trübungswert wird anhand dieser normierten Messwerte bestimmt. Der bei der Messwertkalibrierung vorliegende Zustand des Fluids wird als Referenzzustand definiert, so dass der bestimmte Trübungswert die Abweichung von diesem Referenzzustand angibt. Zweck dieser Vorgehensweise ist die Elimination von Einflüssen von Schmutzablagerung am Sender und/oder an den Empfängern. Ebenso werden Alterungserscheinungen von Sender und/oder Empfänger neutralisiert. Ferner werden Leistungsschwankungen der verwendeten Sender und Empfänger neutralisiert, die bei der Herstellung auftreten können.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektrisches Ersatzschaltbild einer, z. B. in Haushalt-Geschirrspülmaschinen eingesetzten, Sensoreinrichtung 1. Die Sensoreinrichtung 1 weist einen Trübungssensor 2, der auch als "Aqua-Sensor" bezeichnet wird, auf. Der Trübungssensor 2 umfasst einen mit einer Versorgungsspannung Vcc gekoppelten optischen Sender 3 und einen mit dem optischen Sender 3 gekoppelten - A -
Empfänger 4 in Form eines Fototransistors. Bekanntermaßen hängt die von dem Sender 3 abgegebene Lichtstärke von dem durch diesen fließenden Strom ab. Zu diesem TINSZY. ist eine mit dem Sender 3 gekoppelte Schaltung 5 vorgesehen, welche über einen Ausgang 12 einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 1 1 ansteuerbar ist. Die Ansteuerung des Senders 3 erfolgt mittels Pulsweitenmodulation, indem ein Transistor 7 der Schaltung 5 den Sender 3 über einen Widerstand 6 entsprechend seiner Ansteuerung mit einem Bezugspotential verbindet. Je nach eingestelltem Tastverhältnis ergibt sich ein mittlerer Strom durch den Sender 3, den Widerstand 6 und den leitend geschalteten Transistor 7 in Richtung Bezugspotential. Der als Fototransistor ausgebildete Empfänger 4 ist mit seinem Emitter über einen, als Anti-Aliasing-Filter ausgestalteten, Schaltungsblock 10 mit einem Eingang 13 der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 11 gekoppelt. Aufgrund der Ansteuerung des Senders 3 mit einem pulsweitenmodulierten Signal liegt am Eingang des Schaltungsblocks 10 ein gepulster Strom an. Durch den Schaltungsblock 10 wird der gepulste Fotostrom in eine Gleichspannung Ua gewandelt. Eine mögliche Ausführungsform des Schaltungsblocks
10 ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Widerstand 14 wandelt den am Eingang anliegenden Strom in eine Spannung UΘ um. Die Ladungsspeicher 15 und 17 sowie der Widerstand 16 dienen der Tiefpassfilterung des Eingangssignals. An dem Ladungsspeicher 17 kann die Ausgangsspannung Ua abgegriffen werden, welche der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung
1 1 über ihren Eingang 13 zu weiteren Auswertung zuführbar ist.
Üblicherweise weisen sowohl der Empfänger 4 als auch der Sender 3 der Sensoreinrichtung 1 unterschiedliche Fertigungstoleranzen auf, weswegen eine Kalibrierung der Sensoreinrichtung notwendig ist. Zu diesem Zweck wird die Sensoreinrichtung zunächst bei definierten Bedingungen betrieben, um einen Referenzmesswert zu ermitteln. Dies erfolgt üblicherweise bei klarer Spülflotte oder ohne das Vorhandensein von Spülflotte.
Wird die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Sensoreinrichtung 1 bei unterschiedlichem Tastverhältnissen betrieben, so ergibt sich eine vom Tastverhältnis abhängige Ausgangsspannung Ua, welche der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 1 1 zur weiteren Verarbeitung übergeben wird. Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem PuIs- /Pausenverhältnis PWM (Tastverhältnis) und der Spannung UAD (=Ua), welche in der vorliegenden Figur bereits A/D-gewandelt ist. Der Figur liegt dabei die Annahme zugrunde, dass ein A/D-Wandler mit 8 Bit-Breite verwendet wird. Gleichfalls ist das Tastverhältnis in digitaler Form dargestellt.
Zur Kalibrierung der Sensoreinrichtung wird der Sensor, ausgehend von einem Tastverhältnis 0, mit einem größer werdenden Tastverhältnis betrieben und gleichzeitig die Ausgangsspannung Ua durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 11 überwacht. Sobald die Spannung Ua, welche dem Maß einer Trübung entspricht, innerhalb eines vorgegebenen Kalibrierfensters (vgl. Bezugszeichen 100 in Fig. 3) gelegen ist, wird der Kalibriervorgang abgebrochen und das bei der ermittelten Spannung UAD (=Ua) vorliegende Tastverhältnis für die weiteren Messvorgänge abgespeichert. Dieses Vorgehen wird aus der Fig. 3 gut ersichtlich, in welcher Messkurve MK1 den Verlauf der Spannung bzw. Trübung in Abhängigkeit des Tastverhältnisses bei einer Kalibrierung der Sensoreinrichtung wiedergibt. Wie aus der Figur unschwer zu erkennen ist, weist die Messkurve MK1 einen linearen Bereich und einen Sättigungsbereich auf. Die Messkurve MK1 überkreuzt das Kalibrierfenster 100 in ihrem Sättigungsbereich. Wie unschwer zu erkennen ist, kann die Kalibrierung bei einer Spannung zwischen 160 und 190 Digits (vgl. Bezugszeichen 103 und 104) zu einem Abbruch kommen. Die zu den Spannungen 103, 104 zugehörigen Tastverhältnisse 101 , 102 sind in entsprechender weise eingezeichnet.
Je nachdem, wo innerhalb der Spannungsdifferenz 105 die Spannung Ua zum Liegen kommt, können sich somit von einander abweichende Tastverhältnisse ergeben, weswegen die Kalibrierung eine gewisse Ungenauigkeit aufweist.
In Fig. 3 sind weitere Messkurven MK2, MK3, MK4, MK5, MK6, MK7 und MK8 eingezeichnet, wobei diese in ihrem linearen Bereich eine zunehmende Trübung aufweisen. Mit abnehmender Steigung nimmt dabei die Trübung der gemessenen Spülflotte zu.
Die Ermittlung eines Referenzwertes bei klarer oder keiner Spülflotte auf die beschriebene Weise hat damit zur Folge, dass die Sensoreinrichtung mit einem verhältnismäßig geringen Tastverhältnis für die weiteren Messungen bei verunreinigter Spülflotte betrieben wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zur Erfassung der Trübung von Spülflotte anzugeben, welche eine sehr viel bessere Ermittlung des Trübungsgrades von Flüssigkeit ergeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren zur Erfassung der Trübung von Spülflotte mit den Merkmalen des Patentanspruches 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Wenn nachfolgend von dem Begriff Spülflotte die Rede ist, ist dies nicht einschränkend zu verstehen, sondern darunter ist jede Art von Flüssigkeit zu verstehen. - R -
Eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Spülflotte weist einen optischen Sender und einen optischen Empfänger auf, wobei die zu prüfende Spülflotte zwischen dem Sender und dem Empfänger hindurchströmt. Die Sensoreinrichtung umfasst weiter eine elektronische Ansteuer- und Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist (a) vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Referenzmessung zur Bestimmung eines Referenzwerts durchzuführen, (b) vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Trübungsmessung der zu messenden Spülflotte zur Bestimmung eines Prüfmesswerts durchzuführen, (c) den Referenzmesswert in Beziehung zu dem Prüfmesswert zu setzen, und (d) daraus einen Kennwert für die festgestellte Trübung der Spülflotte zu ermitteln und diesen als Messsignal abzugeben. Die Sensoreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Referenzmesswerts und die Bestimmung des Prüfmesswerts die Ermittlung eines Gradienten der Trübung umfassen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zwischen der Trübung einer zu messenden Spülflotte und dem Gradienten der Trübung ein lineares Verhältnis besteht. Diese Kenntnis macht sich die Erfindung zunutze, indem zunächst der Gradient der Trübung von klarer, unverschmutzter Spülflotte als Referenzmesswert bestimmt wird. Anhand einer weiteren Bestimmung des Gradienten der Trübung einer zu messenden "verschmutzten" Spülflotte kann dann auf das Maß der Trübung geschlossen werden. Die Erfindung ermöglicht dabei auf einfache und präzise Weise die Ermittlung eines absoluten Wertes der Trübung der zu messenden Spülflotte.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist die von dem Sender abgegebene Beleuchtungsstärke von der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung vermittels eines PWM-Signals (Pulsweitenmodulation) einstellbar, wobei der Auswerteeinrichtung von dem Empfänger in Abhängigkeit der empfangenen Beleuchtungsstärke ein Spannungswert zur Ermittlung des die Trübung kennzeichnenden Kennwerts zuführbar ist. Die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung ist weiter dazu ausgebildet, zur Gradientenermittlung eine Mehrzahl an PWM-Signalen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen einzustellen, jeweils die bei den unterschiedlichen Tastverhältnissen resultierenden Spannungswerte zu erfassen und aus der Mehrzahl der erfassten Wertepaare den Gradienten der Trübung zu ermitteln.
Die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung weist zu diesem Zweck einen Mikrocomputer auf, der die Höhe des durch den Sender fließenden Stroms mittels Pulsweitenmodulation bzw. des Tastverhältnisses einstellt. Die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung umfasst weiter einen A/D-Wandler, mit dem die von dem Empfänger erzeugte Spannung digitalisierbar und durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung weiterverarbeitbar ist. Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zwischen dem Tastverhältnis, mit dem der Sender der Sensoreinrichtung angesteuert wird, und der von dem Empfänger abgegebenen Spannung ebenfalls ein lineares Verhältnis besteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, für jedes der unterschiedlichen Tastverhältnisse eine Mehrzahl an Messungen durchzuführen, in denen jeweils ein Spannungswert ermittelt wird, wobei nach Mittelwertbildung sämtlicher gemessener Spannungswerte der die Trübung kennzeichnende Kennwert ermittelt und für die weitere Verarbeitung berücksichtigt wird. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit bei der Ermittlung des Gradienten weiter erhöhen. Beispielsweise können im Moment der Messung in der Messstrecke befindliche Partikel, welche bei einer einzelnen Messung zu einem verfälschten Ergebnis führen würden, kompensiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung eine Prüfung vornehmbar ist, ob sich der die Trübung kennzeichnende Kennwert noch in einem linearen Arbeitsbereich der Sensoreinrichtung befindet. Dabei ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die Gradientenermittlung vorzunehmen, wenn eine vorgegebene Bedingung erreicht ist. Dies bedeutet, das Tastverhältnis wird im Rahmen einer Gradientenermittlung so lange variiert, bis die Bedingung erreicht ist. Bevorzugt ist die vorgegebene Bedingung ein vorgegebener Spannungswert. Dieser ist vorzugsweise derart gewählt, dass er außerhalb des Sättigungsbereichs des Arbeitsbereichs der Sensoreinrichtung liegt, den linearen Arbeitsbereich jedoch so weit wie möglich ausnutzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zur Ermittlung des Gradienten durch die Auswerteeinrichtung die Schrittweite des Tastverhältnisses im linearen Bereich inkrementiert, wobei das Inkrement in Abhängigkeit der gewünschten Messgenauigkeit einstellbar ist. Je kleiner das Inkrement gewählt wird, desto mehr Zeit wird für die Ermittlung des Gradienten der Trübung benötigt. Umgekehrt kann die Zeitdauer zur Ermittlung des Gradienten durch ein größeres Inkrement verkürzt werden. In der Praxis hat sich ein Inkrement von 4 % bewährt, das heißt zum Durchlaufen des vollständigen Tastverhältnisses von 0 % bis 100 % werden dann insgesamt 25 unterschiedliche Messungen durchgeführt.
Zur Ermittlung des Gradienten wird die Summe der Messwerte zur Summe der gemessenen Tastverhältnisse ins Verhältnis gesetzt. Der Kennwert, der die Trübung kennzeichnet, wird nach folgender Formel berechnet: turb = (\ ) * 100%
CG
wobei turb die Trübung, MG der Messgradient, und CG der Kalibriergradient ist.
Während der Referenzmesswert ohne Spülflotte oder bei klarer Spülflotte ermittelt wird, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Prüfmesswert in einem auf die Referenzmessung folgenden Spülgang ermittelt wird.
Der optische Sender und der optische Empfänger arbeiten bevorzugt auf Infrarotbasis.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann prinzipiell zur Detektion der Trübung jeder beliebigen Flüssigkeit verwendet werden. Insbesondere ist eine Verwendung in einer Geschirrspülmaschine oder einer Waschmaschine vorgesehen, die insbesondere für den Einsatz im Haushalt ausgebildet sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung der Trübung von Spülflotte, insbesondere in einer Haushalts-Geschirrspülmaschine, bei dem die zu prüfende Spülflotte zwischen einem Sender und einem Empfänger hindurchströmt, sind folgende Schritte vorgesehen: (a) es wird eine Referenzmessung zur Bestimmung eines Referenzmesswerts durchgeführt; (b) es wird eine Trübungsmessung der zu messenden Spülflotte zur Bestimmung eines Prüfmesswerts durchgeführt; (c) der Referenzmesswert wird in Beziehung zu dem Prüfmesswert gesetzt; (d) es wird daraus ein Kennwert für die festgestellte Trübung der Spülflotte ermittelt und dieser wird als Messsignal abgegeben. Erfindungsgemäß wird als Referenzmesswert und als Prüfmesswert ein Gradient der Trübung ermittelt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die gleichen Vorteile verbunden, wie sie vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung beschrieben wurden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die von dem Sender abgegebene Beleuchtungsstärke von der Auswerteeinrichtung vermittels eines PWM-Signals eingestellt, wobei der Auswerteeinrichtung von dem Empfänger in Abhängigkeit der empfangenen Beleuchtungsstärke ein Spannungswert zur Ermittlung des die Trübung kennzeichnenden Kennwerts zugeführt wird. Die Auswerteeinrichtung stellt zur Gradientenermittlung eine Mehrzahl an PWM-Signalen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen ein. Sie erfasst jeweils die bei unterschiedlichen Tastverhältnissen resultierenden Spannungswerte und ermittelt aus der Mehrzahl der erfassten Wertepaare den Gradienten der Trübung.
In einer weiteren Ausführungsform führt die Auswerteeinrichtung für jedes der unterschiedlichen Tastverhältnisse eine Mehrzahl an Messungen durch, in denen jeweils ein Spannungswert ermittelt wird, wobei nach Mittelwertbildung sämtlicher gemessener Spannungswerte der die Trübung kennzeichnende Kennwert ermittelt und für die weitere Verarbeitung berücksichtigt wird.
Bevorzugt wird durch die Auswerteeinrichtung geprüft, ob sich der Messwert noch in einem linearen Arbeitsbereich der Sensoreinrichtung befindet. Dabei wird die Gradientenermittlung vorgenommen, wenn der Messwert eine vorgegebene Bedingung erreicht. Die vorgegebene Bedingung ist gemäß einer weiteren Ausführung ein vorgegebener Spannungswert. Dieser wird derart gewählt, dass eine Ermittlung von Messwerten bei unterschiedlichen Tastverhältnissen ausschließlich im linearen Arbeitsbereich der Sensoreinrichtung stattfindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Ermittlung des Gradienten durch die Auswerteeinrichtung die Schrittweite des Tastverhältnisses im linearen Bereich inkrementiert wird, wobei das Inkrement in Abhängigkeit der gewünschten Messgenauigkeit eingestellt wird.
Zur Ermittlung des Gradienten ist vorgesehen, die Summe der Messwerte zur Summe der gemessenen Tastverhältnisse ins Verhältnis zu setzen. Der die Trübung kennzeichnende Kennwert berechnet sich nach der Formel:
turb = {\ ) *100%
CG
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Referenzmesswert ohne Spülflotte oder bei klarer Spülflotte ermittelt wird. Der Prüfmesswert wird in einem auf die Referenzmessung folgenden Spülgang ermittelt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein elektrisches Ersatz-Schaltbild einer im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Sensoreinrichtung, - 1 Ω -
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Anti-Aliasing-Filters, das in der Schaltung aus Fig. 1 zum Einsatz kommt,
Fig. 3 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen A/D-gewandelter Spannung am Eingang einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung der Sensoreinrichtung und Pulsbreite in Digits bei unterschiedlicher Trübung zeigt,
Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen A/D-gewandelter Spannung am Eingang der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung und Tastverhältnis darstellt,
Fig. 5 das aus Fig. 4 bekannte Diagramm, anhand dessen die Ermittlung des Gradienten einer bestimmten Trübung ersichtlich wird, und
Fig. 6 ein Diagramm, aus dem der Zusammenhang zwischen dem Gradienten der Trübung und der Trübung der zu messenden Spülflotte ersichtlich wird.
Fig. 1 zeigt das bereits erläuterte Prinzip-Schaltbild der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 1. Der Trübungssensor 2 umfasst eine zwischen dem Sender 3 und dem Empfänger 4 gebildete Messstrecke. Der Trübungssensor 2 ist bevorzugt gabelförmig aufgebaut, so dass im Zwischenbereich der Gabel die zu überwachende Spülflotte hindurchströmen kann. Der Sender 3, z. B. eine Infrarot-LED sendet Licht aus, wobei von dem Empfänger 3, einem Fototransistor, der Lichtanteil, der nicht von der Spülflotte bzw. vom Schmutz gestreut und reflektiert worden ist, empfangen wird.
Der Sender 3 wird mittels der Schaltung 5 mit Hilfe eines pulsweitenmodulierten (PWM)- Signals von der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 1 1 angesteuert, um die Beleuchtungsstärke zu steuern. Der Empfänger 4 treibt einen Fotostrom, der von der empfangenen Beleuchtungsstärke abhängt. Der Anti-Aliasing-Filter 10, der dazu dient, den gepulsten Fotostrom in ein Gleichspannungssignal zu wandeln, generiert eine Spannung Ua, welche dann durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung 11 ausgewertet wird. Diese bewertet die Spannung Ua und fällt daraufhin eine Trübungsentscheidung. Mit dieser Information ist ein Spülprogramm individuell an die tatsächlichen Gegebenheiten anpassbar.
Der Vorteil in der Verwendung eines Trübungssensors besteht darin, dass Spülprogramme individuell an den tatsächlichen Zustand der Spülflotte angepasst werden können. Es kann auf Basis der Informationen der Sensoreinrichtung entschieden werden, ob ein Austausch der Spülflotte notwendig ist. Hierdurch kann die Wassermenge eines Spülganges erheblich verringert werden. Ein Wassertausch erfolgt nur dann, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Fig. 3 zeigt eine Kurvenschar, welche den Zusammenhang zwischen dem PuIs- /Pausenverhältnis PWM (Tastverhältnis) und der Spannung UAD (=Ua) in Abhängigkeit verschiedener Trübungen darstellt. Jede der Messkurven MK1 , ..., MK8 weist einen linearen und einen Sättigungsbereich auf. Die Steigung im linearen Bereich wird umso geringer, je größer die Trübung der gemessenen Spülflotte ist. Messkurve MK1 stellt dabei den Verlauf bei klarer Spülflüssigkeit dar. In Fig. 3 dargestellt ist das einleitend bereits beschriebene Kalibrierfenster 100, welches im Sättigungsbereich der Messkurve MK1 liegt. Hierdurch entsteht, wie bereits erläutert, beim Messvorgang des Referenzmesswerts in herkömmlicher Weise einerseits eine hohe Messunsicherheit. In der Abbildung ist ein Beispiel eingezeichnet, bei dem eine Messunschärfe von ca. 30 Digits (vgl. Bezugszeichen 105) dargestellt ist. Andererseits wird die Messung von weiteren Trübungen bei geringen Tastverhältnissen (zwischen 60 und 90 Digits, vgl. Bezugszeichen 101 , 102) durchgeführt, wodurch eine nur geringe Messdynamik ausgenutzt wird. Anhand der Messkurve MK8 (starke Trübung) ist unschwer erkennbar, dass die Messgenauigkeit und die Auflösung der Sensoreinrichtung bei möglichst hohem Tastverhältnis jedoch besser sind. Während sich z.B. bei einem Tastverhältnis von 90 Digits eine Auflösung von 20 Digits ergibt, beträgt die Auflösung bei einem Tastverhältnis von 230 Digits bereits 60 Digits.
Aufgrund des linearen Zusammenhangs zwischen dem Tastverhältnis und dem Messwert (UAD) kann eine Auswertung der Trübung auf Basis eines Trübungsgradienten vorgenommen werden, um die Vorteile wie die Erhöhung der Messdynamik voll ausnutzen zu können.
In Fig. 6 ist der Zusammenhang zwischen dem Gradienten der Trübung (Gradient) und der Trübung dargestellt. Dieser Zusammenhang ist linear, das heißt der Trübungsgradient nimmt mit zunehmender Trübung linear ab. Der Schnittpunkt der Kurve mit der horizontalen Achse liegt bei 100 % Trübung. Dieser Schnittpunkt ist bei allen Trübungssensoren identisch. Der Gradient bei 0 % Trübung (Kalibriergradient CG) kann bei verschiedenen Trübungssensoren, z.B. aufgrund von Fertigungstoleranzen der Halbleiter-Bauelemente, variieren. Der Schnittpunkt der Kurve mit der y-Achse wird somit durch die Güte des Trübungssensors bestimmt. Die Kurve, die die Schnittpunkte der jeweiligen Achsen miteinander verbindet, ist jedoch immer linear.
Demgemäß besteht das Vorgehen zur Ermittlung eines absoluten Trübungsgrades einer zu messenden Spülflotte darin, zunächst einen Kalibriergradienten CG bei 0 % Trübung der Spülflotte zu bestimmen, und im darauf folgenden Spülgang einen Messgradienten MG zu ermitteln. Aus diesen beiden Werten kann der Trübungsgrad turb der Spülflotte nach der Formel - 1 ? -
turb = (1 - — ) * 100% (Gleichung 1)
CG
ermittelt werden.
Der Gradient zwischen dem Tastverhältnis und der der Auswerteeinrichtung 1 1 zugeführten Spannung Ua = UAD ist ebenfalls proportional zur Trübung. Die Messkurven, welche zur Ermittlung des Kalibriergradienten CG und des Messgradienten MG verwendet werden, sind in Fig. 4 dargestellt. Messkurve MK1 zeigt dabei den Verlauf bei 0 % Trübung, Messkurve MK2 den Verlauf bei getrübter Spülflotte. Die Gradienten-Ermittlung erfolgt jeweils lediglich in einem linearen Bereich der Messkurven. In der Figur ist ein Grenzwert eingezeichnet, der bei 80 % der Versorgungsspannung VCc des Senders 3 (vgl. Fig. 1 ) liegt. Überschreitet der Spannungswert Ua während eines Messvorganges, in dem das Tastverhältnis in Inkrementen, von 0 beginnend, erhöht wird, den Grenzwert, so wird die Erhöhung des Tastverhältnisses abgebrochen und eine Ermittlung des Gradienten anhand der bislang vorliegenden Messwerte durchgeführt. Dabei ist, wie aus Fig. 4 unschwer zu erkennen ist, mit zunehmender Trübung, das heißt geringerem Gradienten, eine volle Ausnutzung des Tastverhältnisses bis 100 % möglich.
Die Vorgehensweise der Ermittlung des Gradienten wird anhand Fig. 5 erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Inkrement zur Erhöhung des Tastverhältnisses beispielhaft auf 4 % festgelegt. Entlang der x-Achse sind insgesamt 6 Tastverhältnisse T1 , ..., T6 eingezeichnet, bei denen jeweils eine mehrfache Messung des Spannungswertes erfolgt. Die mehrfache Messung bei jedem der Tastverhältnisse T1 , ..., T6 wird einer Mittelwertbildung unterzogen, wobei das Ergebnis der Mittelwertbildung (UEi, UE2, UE3, UE4) zur Bestimmung des Gradienten CG bzw. MG herangezogen wird. Zur Ermittlung der Gradienten CG und MG wird die Summe der Messwerte UEi, UE2, ... zur Summe der Tastverhältnisse T1 , T2, ... ins Verhältnis gesetzt. Sind die Gradienten CG und MG bestimmt, so kann der absolute Trübungsgrad durch Gleichung 1 ermittelt werden.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung weist den Vorteil auf, dass ein absoluter Trübungsgrad mit hoher Genauigkeit bestimmbar ist. Hierdurch ist eine besonders gute Anpassung eines Spülprogramms, z. B. in einer Geschirrspülmaschine möglich, wodurch diese besonders ressourcen-schonend betrieben werden kann. Bezugszeichenliste
1 Sensoreinrichtung
2 Trübungssensor
3 Sender
4 Empfänger
5 Schaltung
6 Widerstand
7 Transistor
8 Widerstand
9 Widerstand
10 Anti-Aliasing-Filter
1 1 Ansteuer- und Auswerteeinrichtung
12 Ausgang
13 Eingang
14 Widerstand
15 Ladungsspeicher
16 Widerstand
17 Ladungsspeicher
100 Kalibrierfenster
101 PWM-Wert 1
102 PWM-Wert 2
103 Spannung
104 Spannung
105 Spannungsdifferenz
106 Grenzspannung
CG Kalibriergradient MG Messgradient
MK1 Messkurve (klare Flüssigkeit)
MK2 Messkurve (getrübte Flüssigkeit)
MK3 Messkurve (getrübte Flüssigkeit)
MK4 Messkurve (getrübte Flüssigkeit)
MK5 Messkurve (getrübte Flüssigkeit)
MK6 Messkurve (getrübte Flüssigkeit)
MK7 Messkurve (getrübte Flüssigkeit)
MK8 Messkurve (getrübte Flüssigkeit)
PWM -Tastverhältnis
U Spannung
UEi Spannung
UE2 Spannung
UE3 Spannung
UE4 Spannung
4 Tastverhältnis
T2 Tastverhältnis
T3 Tastverhältnis
T4 Tastverhältnis
T5 Tastverhältnis
T6 Tastverhältnis

Claims

Ansprüche
1. Sensoreinrichtung (1 ) zur Erfassung der Trübung von Spülflotte, insbesondere in einer Haushalt-Geschirrspülmaschine, mit einem optischen Sender (3) und einem optischen Empfänger (4), wobei die zu prüfende Spülflotte zwischen dem Sender (3) und dem Empfänger (4) hindurchströmt, und mit einer elektronischen Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ), die dazu ausgebildet ist,
(a) vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Referenzmessung zur Bestimmung eines Referenzmesswerts (CG) durchzuführen,
(b) vermittels des optischen Senders und des Empfängers eine Trübungsmessung der zu messenden Spülflotte zur Bestimmung eines Prüfmesswerts (MG) durchzuführen,
(c) den Referenzmesswert (CG) in Beziehung zu dem Prüfmesswert (MG) zu setzen, und
(d) daraus einen Kennwert (turb) für die festgestellte Trübung der Spülflotte zu ermitteln und diesen als Messsignal abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Referenzmesswerts und die Bestimmung des Prüfmesswerts die Ermittlung eines Gradienten der Trübung umfassen.
I. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die von dem
Sender (3) abgegebene Beleuchtungsstärke von der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (1 1 ) vermittels eines pulsweitenmodulierten Signals einstellbar ist, wobei der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (1 1 ) von dem Empfänger (4) in Abhängigkeit der empfangenen Beleuchtungsstärke ein Spannungswert zur Ermittlung des die Trübung kennzeichnenden Kennwerts (turb) zuführbar ist, und die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) dazu ausgebildet ist, zur Gradientenermittlung eine Mehrzahl an pulsweitenmodulierten Signalen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen einzustellen, jeweils die bei den unterschiedlichen Tastverhältnissen resultierenden Spannungswerte zu erfassen und aus der der Mehrzahl der erfassten Wertepaare den Gradienten der Trübung zu ermitteln.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) dazu ausgebildet ist, für jedes der unterschiedlichen Tastverhältnisse eine Mehrzahl an Messungen durchzuführen, in denen jeweils ein - 1 R -
Spannungswert ermittelt wird, wobei nach Mittelwertbildung sämtlicher gemessener Spannungswerte der die Trübung kennzeichnende Kennwert (turb) ermittelt und für die weitere Verarbeitung berücksichtigt wird.
4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) eine Prüfung vornehmbar ist, ob sich der die Trübung kennzeichnende Kennwert (turb) noch in einem linearen Arbeitsbereich der Sensoreinrichtung (1 ) befindet.
5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) dazu ausgebildet ist, die Gradientenermittlung vorzunehmen, wenn eine vorgegebene Bedingung erreicht ist.
6. Sensoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Bedingung ein vorgegebener Spannungswert ist.
7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gradienten durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) die Schrittweite des Tastverhältnisses im linearen Bereich inkrementiert wird, wobei das Inkrement in Abhängigkeit der gewünschten Messgenauigkeit einstellbar ist.
8. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gradienten die Summe der Messwerte zur Summe der gemessenen Tastverhältnisse ins Verhältnis gesetzt wird.
9. Sensoreinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kennwert nach folgender Formel berechnet:
turb = (I ) *100%
CG
10. Sensoreinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzmesswert (CG) ohne Spülflotte oder bei klarer Spülflotte ermittelt wird.
1 1. Sensoreinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfmesswert (MG) in einem auf die Referenzmessung folgenden Spülgang ermittelt wird.
12. Sensoreinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sender (3) und der optische Empfänger (4) auf Infrarotbasis arbeiten.
13. Verwendung einer Sensoreinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche in einer Geschirrspülmaschine oder einer Waschmaschine, die insbesondere für den Einsatz im Haushalt ausgebildet sind.
14. Verfahren zur Erfassung der Trübung von Spülflotte, insbesondere in einer Haushalt- Geschirrspülmaschine, bei dem die zu prüfende Spülflotte zwischen einem Sender (3) und einem Empfänger (4) hindurchströmt, wobei
(a) eine Referenzmessung zur Bestimmung eines Referenzmesswerts (CG) durchgeführt wird,
(b) eine Trübungsmessung der zu messenden Spülflotte zur Bestimmung eines Prüfmesswerts (MG) durchgeführt wird,
(c) der Referenzmesswert (CG) in Beziehung zu dem Prüfmesswert (MG) gesetzt wird, und
(d) daraus ein Kennwert (turb) für die festgestellte Trübung der Spülflotte ermittelt wird und dieser als Messsignal abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzmesswert und als Prüfmesswert ein Gradient der Trübung ermittelt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Sender (3) abgegebene Beleuchtungsstärke von einer Ansteuer- und
Auswerteeinrichtung (1 1 ) vermittels eines pulsweitenmodulierten Signals eingestellt wird, wobei der Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) von dem Empfänger (4) in
Abhängigkeit der empfangenen Beleuchtungsstärke ein Spannungswert zur
Ermittlung des die Trübung kennzeichnenden Kennwerts (turb) zugeführt wird, und die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) zur Gradientenermittlung eine Mehrzahl an pulsweitenmodulierten Signalen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen einstellt, jeweils die bei den unterschiedlichen Tastverhältnissen resultierenden
Spannungswerte erfasst, und aus der Mehrzahl der erfassten Wertepaare den Gradienten der Trübung ermittelt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (1 1 ) für jedes der unterschiedlichen Tastverhältnisse eine Mehrzahl an Messungen durchführt, in denen jeweils ein Spannungswert ermittelt wird, wobei nach Mittelwertbildung sämtlicher gemessener Spannungswerte der die Trübung kennzeichnende Kennwert (turb) ermittelt und für die weitere Verarbeitung berücksichtigt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (11 ) geprüft wird, ob sich der Messwert noch in einem linearen Arbeitsbereich der Sensoreinrichtung (1 ) befindet.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenermittlung vorgenommen wird, wenn der Messwert eine vorgegebene Bedingung erreicht.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Bedingung ein vorgegebener Spannungswert ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gradienten durch die Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (1 1 ) die Schrittweite des Tastverhältnisses im linearen Bereich inkrementiert wird, wobei das Inkrement in Abhängigkeit der gewünschten Messgenauigkeit eingestellt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gradienten die Summe der Messwerte zur Summe der gemessenen Tastverhältnisse ins Verhältnis gesetzt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kennwert nach folgender Formel berechnet:
turb = (I ) *100%
CG
23. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzmesswert ohne Spülflotte oder bei klarer Spülflotte ermittelt wird.
24. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfmesswert in einem auf die Referenzmessung folgenden Spülgang ermittelt wird.
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