本發(fā)明屬于電冰箱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電冰箱的冰霜檢測裝置及檢測方法。

背景技術(shù)：

在電冰箱的應用中，用于進行制冷熱交換的蒸發(fā)器上，表面溫度在零下；當空氣中存在水汽時，很容易形成凝霜附著在蒸發(fā)器上。當蒸發(fā)器上結(jié)霜后，會嚴重影響制冷效率，導致冰箱制冷效果變差，同時功耗增加。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，電冰箱是通過加熱裝置定時對蒸發(fā)器進行加熱除霜，這顯著增加了電冰箱的功耗，且效果不佳；例如可能在需要除霜時，定時器并未啟動加熱器除霜；而不需要除霜時反而啟動了加熱，造成了電能的浪費。

為了節(jié)省電能，提高除霜效果，有必要在對凝霜進行檢測，確認確實存在凝霜時才啟動加熱器進行除霜。

傳統(tǒng)的結(jié)冰檢測裝置包括光學式\電學式以及機械式等方法。一種典型的光學式結(jié)冰傳感器為光纖式結(jié)冰傳感器，是用兩根同心結(jié)構(gòu)的光纖，中心圓形為發(fā)射光纖，可以發(fā)出紅外光；外圍圓環(huán)形為接收光纖，可以接受和檢測散射和反射回來的紅外光。光纖探頭端面是一個平面玻璃，玻璃上沒有結(jié)冰時，發(fā)射光纖發(fā)射的紅外光全部透光玻璃端面進入空氣，接收光纖接收不到任何紅外光；當玻璃端面上有結(jié)冰時，發(fā)射光纖發(fā)出的部分紅外光由于被冰層散射和反射而被接收光纖接受。通過檢測接收光纖接收到的紅外光的強弱，達到檢測結(jié)冰的目的；但該結(jié)構(gòu)復雜，不便于安裝，且成本高。

機械式結(jié)冰傳感器是根據(jù)冰的機械特性檢測結(jié)冰。一種比較典型的機械式結(jié)冰傳感器是基于壓電效應的平膜式結(jié)冰傳感器。檢測原理是：平膜上有結(jié)冰時，結(jié)冰增大了平膜的剛度，使平膜的諧振頻率增大。通過壓電陶瓷的壓電效應驅(qū)動平膜振動在其諧振頻率上，通過壓電陶瓷的逆壓電效應實時監(jiān)測其諧振頻率。該方法主要缺點在于壓電器件控制復雜，成本高，且結(jié)構(gòu)強度(平膜)得不到保證。

一種典型的電學式結(jié)冰傳感器為電容式結(jié)冰傳感器。電容式結(jié)冰傳感器基于冰、空氣介電常數(shù)的不同來判斷電極之間的介質(zhì)是冰還是空氣。例如專利申請CN200810055051.9中將多組電極對等距排列，每個電極對為一個結(jié)冰檢測刻度，總的結(jié)冰厚度就等于相鄰電極對的距離和介質(zhì)是冰的電極對的個數(shù)的乘積。其中基準平行板電容器電極之間為空氣。檢測平行板電容器的電極極板之間的介質(zhì)可能是冰，可能是空氣。當檢測電容極板間是空氣時，檢測電容和基準電容的電容值之比為1；當檢測電容極板間介質(zhì)是冰時，檢測電容和基準電容的電容值之比大于等于2。這樣就可以判斷任意一個檢測電容極板之間的介質(zhì)是冰還是空氣。但其缺點在于，要求基準電容極板的介質(zhì)為空氣，因此增加了結(jié)構(gòu)復雜度，不適用于冰箱環(huán)境使用，另外檢測平板電容器的需要的空間太多，不利于節(jié)省空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，因此本發(fā)明的首要目地是提供一種冰箱電容式凝霜檢測裝置及檢測方法，該檢測裝置及檢測方法充分利用了冰箱蒸發(fā)器的原有結(jié)構(gòu)，可以有效降低凝霜檢測結(jié)構(gòu)的復雜度和體積，降低成本，提高檢測準確度。

本發(fā)明的另一個目地在于提供一種冰箱電容式凝霜檢測裝置及檢測方法，該檢測裝置及檢測方法能夠提高冰箱除霜效果，提高制冷效率，節(jié)省電能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種冰箱電容式凝霜檢測裝置，其包括有：

蒸發(fā)器，進一步包括有支撐架、蒸發(fā)管、以及串在蒸發(fā)管上的翅片；

檢測平板電容器，至少具有兩個相對平行放置的導電極板，并物理接觸蒸發(fā)管；

參考平板電容器，至少具有兩個相對平行放置的導電極板，并物理接觸蒸發(fā)管，且導電極板之間具有固體介質(zhì)或者四周密封；

信號轉(zhuǎn)換裝置，電連接于檢測平板電容器和參考平板電容器，將檢測平板電容器和參考平板電容器的電容值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

所述檢測平板電容器和或參考平板電容器的導電極板采用和翅片相同的材料和尺寸制作；以具有良好的檢測效果。

所述參考平板電容器采用介質(zhì)為亞克力玻璃片，所述亞克力玻璃片和兩導電極板緊密貼合。

進一步，所述檢測平板電容器由多個子檢測平板電容器并聯(lián)組成，每個子檢測平板電容器由兩片相對平行放置并串在蒸發(fā)管上的導電極板組成。

更進一步，所述相鄰子檢測平板電器之間相互共用極板。

進一步，所述參考平板電容器由多個子參考平板電容器并聯(lián)組成，每個子參考平板電容器由兩片相對平行放置并串在蒸發(fā)管上的導電極板組成。

更進一步，所述相鄰子參考平板電器之間相互共用極板。

進一步，所述的信號轉(zhuǎn)化裝置為RC振蕩器，包括有兩個RC振蕩器，其中，每個RC振蕩器，包括一個比較器、四個電阻R1-R4以及至少一個電容組成；比較器包括正、負輸入端，以及一個輸出端；電阻R1和R2串聯(lián)在電源VDD和地GND之間，電阻R3接在比較器正輸入端和輸出端之間；電阻R4和檢測平板電容器串聯(lián)連接，電阻R4一端接比較器正輸入端，另一端接電容正端并且接入比較器的負輸入端；電容負端接地。輸出方波的頻率由電阻R和電容C決定；其中電阻R由信號轉(zhuǎn)換裝置自身決定，電容C部分或全部由檢測平板電容器或參考平板電容器決定。

所述電容還可以并聯(lián)其他固定電容到地，從而調(diào)節(jié)振蕩周期Tt。

本發(fā)明還提供一種冰箱凝霜檢測裝置的檢測方法，其包括步驟如下：

101、將檢測平板電容器和參考平板電容器接入RC振蕩器后，在預定的時間T0內(nèi)振蕩器輸出方波進行計數(shù)；其中接入檢測平板電容器時計數(shù)值為NUM_TST，接入?yún)⒖计桨咫娙萜鲿r計數(shù)值為NUM_REF；

102、將NUM_TST和/或NUM_REF作為檢測平板電容器極板之間凝霜或者結(jié)冰厚度的依據(jù)；當NUM_TST和/或NUM_REF到達預定的閥值，則認為達到了凝霜點，冰箱需要進行除霜處理。

進一步，預定時間T0等于檢測平板電容器接入的RC振蕩器的輸出方波計數(shù)為NUM_TST的時間，并將NUM_REF結(jié)果作為檢測平板電容器極板之間凝霜或者結(jié)冰厚度的判斷依據(jù)。

本發(fā)明所述的電容式凝霜檢測裝置及檢測方法，充分利用了冰箱蒸發(fā)器的原有結(jié)構(gòu)，可以有效降低凝霜檢測結(jié)構(gòu)的復雜度和體積，降低成本，提高檢測準確度，從而提高冰箱除霜效果，提高制冷效率，節(jié)省電能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所實施的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所實施電容檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明所實施信號轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖4是凝霜/結(jié)冰前RC振蕩器輸出波形圖。

圖5是凝霜/結(jié)冰后RC振蕩器輸出波形圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參見圖1，所示為本發(fā)明所實施冰箱電容式凝霜檢測裝置的實施例，該裝置包括有蒸發(fā)器100，以及安裝在蒸發(fā)器100上的檢測平板電容器104以及參考平板電容器105；其中蒸發(fā)器100又包括了支架102，用于固定整個蒸發(fā)器；蒸發(fā)管101用于傳輸冷卻液用于冷凝；翅片103，用于增大散熱面積，增強熱交換效果；另外，還包括信號轉(zhuǎn)換器300，電性連接至檢測平板電容器104的上極板N_CTP和下極板N_CTN，以及參考平板電容器105的上極板N_CFP和下極板N_CFN，如圖2所示。檢測平板電容器104以及參考平板電容器105的上下極板都如翅片103一樣，穿在蒸發(fā)管101上，且采用和翅片103相同材料制作，例如鋁片；尺寸亦和翅片103相當。因此，安裝了電容檢測裝置——包括檢測平板電容器104以及參考平板電容器105——的蒸發(fā)器100，其結(jié)構(gòu)保持和普通蒸發(fā)器基本一致，結(jié)構(gòu)相對簡單可靠，生產(chǎn)制作成本低。

參見圖2，電容檢測裝置包括了檢測平板電容器104、參考平板電容器105以及信號轉(zhuǎn)換器300。其中檢測平板電容器104由三片正極板1041和兩片負極板1042依次交替平行相對穿在蒸發(fā)管101上構(gòu)成；其中一片正極板和一片負極板可以認為組成一個子檢測平板電容器，如1043。檢測平板電容器104的正負極板之間是空閑的，當在冰箱中蒸發(fā)器上發(fā)生凝霜時，則正負極板上的凝霜將漸漸填充該空閑空間，從而改變電容器104的電容值。相對應的，參考平板電容器105也具有和檢測平板電容器104相似的結(jié)構(gòu)，主要由三片正極板1051和兩片負極板1052依次交替平行相對穿在蒸發(fā)管101上構(gòu)成；其中一片正極板和一片負極板可以認為組成一個子檢測平板電容器，如1053。所不同的是，電容器105的正負極板間需要填充物質(zhì)，該物質(zhì)最好性質(zhì)穩(wěn)定，成本低廉且易于安裝等，如玻璃/亞克力等材料，實施例采用亞克力玻璃材料1054；這樣做的目的是在蒸發(fā)器凝霜時，參考電容器105正負極板之間不會有霜或者冰進入，保持電容值相對穩(wěn)定。或者將參考平板電容的四周密封，也可以起到防止冰霜進入的效果。平板電容器的電容值C＝ε*S/D，其中ε為物質(zhì)的介電常數(shù)，S為平板電容器兩個極板的重疊面積，D為兩個極板之間的距離。本例中，S＝30mm*30mm＝900mm^2；D＝4mm，在空氣中，等效電容約為2pF；極板之間填充亞克力玻璃時，等效電容約為6～7pF。設(shè)置參考電容器105的目的在于將凝霜結(jié)冰導致的檢測電容器電容的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闄z測電容器和參考電容器相對電容比值的變化，從而可以消除溫度、結(jié)構(gòu)以及寄生參數(shù)導致的絕對電容值的漂移和變化，提高檢測的信噪比和精度。

檢測平板電容器104的兩個電容器的正負極板電性連接至信號轉(zhuǎn)換器300，從而實現(xiàn)電容值的檢測，確切地說是電容相對比值的檢測。信號轉(zhuǎn)換器300采用RC振蕩器的方式來檢測電容比值，結(jié)構(gòu)簡單可靠。RC振蕩器輸出的振蕩波形的周期和電阻R以及電容C的乘積RC成比例關(guān)系，T＝K*R*C，K為一預定的系數(shù)。將上述電容器的電容值加入到C中，則可以實現(xiàn)電容器電容值和振蕩波形周期的比例關(guān)系；進而通過比較接入不同的電容器的周期就可以得到電容器電容比值關(guān)系。

參見圖3，信號轉(zhuǎn)換器300包括兩個RC振蕩器330和340。每個RC振蕩器，包括一個比較器、四個電阻以及至少一個電容組成；以RC振蕩器330為例，比較器301包括正、負輸入端，以及一個輸出端；電阻R1和R2串聯(lián)在電源VDD和地GND之間，連接點接入比較器301的正輸入端，作為比較器的參考電壓；電阻R3接在比較器正輸入端和輸出端之間；電阻R4和檢測平板電容器104串聯(lián)連接，其中R4一端接比較器正輸入端，另一端接電容104一端(正端)并且接入比較器301的負輸入端；電容104一端(負端)接地。工作時，比較器301輸出端輸出方波，因此等效電阻R3、R4接比較器301輸出的一端時而接地、時而接電源，且一般R1＝R2＝R3。當比較器301輸出為高電平VDD時，等效比較器301正輸入端電壓為2*VDD/3，電容104通過R4進行充電；當比較器301輸出為低電平GND時，則等效比較器301正輸入端電壓為1*VDD/3，電容104通過R4進行放電；因此，整個比較器301輸出的方波振蕩周期為Tt＝R4*C104*LN2；計數(shù)器TIMER0302對輸出的方波進行計數(shù)，計數(shù)值為NUM_TSTx(x＝1,2…,n)。電容104還可以并聯(lián)其他固定電容到地，從而調(diào)節(jié)振蕩周期Tt。

RC振蕩其340結(jié)構(gòu)完全和330一致，因此振蕩周期為Tr＝R8*C105*LN2，計數(shù)器TIMER1304記錄方波的個數(shù)為NUM_REFx(x＝1,2…,n)。為了方便得到電容的比值，設(shè)置一個方波個數(shù)NUM_SET，并通過數(shù)字比較器Dig_Compare350和NUM_TSTx進行比較，當NUM_TSTx＝NUM_SET時，輸出信號讓TIMER1304停止計數(shù)，此時的TIMER1的計數(shù)值就是反應了電容器104和電容器105比值的數(shù)值：

NUM_REFx*R8*C105*LN2＝NUM_TSTx*R4*C104*LN2

一般設(shè)置R4＝2*R8，從而從上式得到：

NUM_REFx＝NUM_SET*C104/C105

＝〉NUM_REFx/NUM_SET＝C104/C105。

參見圖4，在凝霜結(jié)冰前信號轉(zhuǎn)換器300輸出的方波波形，其中方波201是RC振蕩器340輸出參考方波，周期為Tr0，在預定時間內(nèi)計數(shù)個數(shù)為NUM_REF0＝9；方波202是RC振蕩器330輸出參考方波，周期為Tt0，在預定時間內(nèi)計數(shù)個數(shù)為NUM_TST0＝NUM_SET＝6。上述預定時間即為NUM_TST0*Tt0。

參見圖5，在凝霜結(jié)冰后信號轉(zhuǎn)換器300輸出的方波波形，其中方波203是RC振蕩器340輸出參考方波，周期為Tr1，在預定時間內(nèi)計數(shù)個數(shù)為NUM_REF0＝12；方波204是RC振蕩器330輸出參考方波，周期為Tt1，在預定時間內(nèi)計數(shù)個數(shù)為NUM_TST1＝NUM_SET＝6。上述預定時間即為NUM_TST1*Tt1。由于參考電容器105幾乎不受凝霜結(jié)冰影響，因此Tr1≈Tr0。

可設(shè)置NUM_REFx/NUM_SET>＝11/6時，認為達到了凝霜判斷的閾值，因此當NUM_REF1/NUM_SET＝12/6時，冰箱凝霜檢測裝置認為達到了凝霜點，冰箱需要進行除霜處理。

總之，本發(fā)明充分利用了冰箱蒸發(fā)器的原有結(jié)構(gòu)，可以有效降低凝霜檢測結(jié)構(gòu)的復雜度和體積，降低成本，提高檢測準確度，從而提高冰箱除霜效果，提高制冷效率，節(jié)省電能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。