应用CMOSens专利技术的智能烘干设备

作者：瑞士SENSIRION公司 Jorg Fetz

欢迎访问e展厅 展厅 5 洗衣机/吸尘器展厅 工业洗衣机, 干衣机, 沙发清洗机, 吸尘器, 洗地机... 简介：与日常生活的其他方面一样，在新型家用电器及其控制器的开发中，技术进步是一个特点。在比较短的时间内推出革新产品，即缩短新品的开发时间，同时降低产品成本的压力与日俱增。新型家用电器应该对外界有尽可能小的影响，比如 ：必须减少能量消耗。这些需求就要求具有创新性的解决方案，这些解决方案可以帮助制造商和消费者节约成本，并在节约成本的同时提供其他附加值。 满足家用电器领域的这些挑战的一个例子就是洗衣房的空气干燥机，该产品由瑞士ESCO Schonmann公司(www.esco-schoenmann.ch)制造，装备有WMAG公司(www.wmag.ch)的装备有WMAG公司(www.wmag.ch)的控制器，该控制器利用了Sensirion 公司(www.sensirion.com)的CMOSens(R)专利技术制成的湿度传感器。 洗衣店衣服烘干的湿度控制 洗衣房的空气烘干是采用一种柔和的烘干衣服的方法，因为没有在要洗的衣服上施加机械压力。在一个烘干室里，要烘干的衣服悬挂在烘干设备里，通过除去空气中的湿气，间接的把衣服烘干。ESCO Schonmann公司提出的这个解决方案，是由设备进行吸气，气体被引导通过一个冷凝器的冷却面，空气中的湿气被浓缩后运走。这样一来，又把干燥的空气加热，在悬挂衣服的设备内如同一个扇子那样吹风。随着空气经过要洗的衣服，干燥的空气又把湿气从不同的衣物中抽取出来。 ESCO Schonmann公司还生产空气减湿器，它的工作原理和干燥器的原理相同。当空气的相对湿度超过65%时，它将自动开启。这样能防止对健康有害的霉菌的形成以及对结构材料的破坏，比如腐蚀。它也可以用来提高生活环境的舒适性。在一个所谓的适宜室温范围，也就是说在一个湿度和温度都在一定范围的地方，人们会感觉比较好。 原来的洗衣房空气干燥器是通过时间来控制的。要除湿空气时，用户先设置一个时间，随着时间的流逝，不管衣服是否已被烘干，干燥器都停止工作。这意味着用户不得不检查一两次，看看衣服是否真的烘干了。因为根据烘干设备中有多少需要烘干的衣服、空气循环的好坏、窗户或门是否关闭、放置在烘干设备中的衣服是快速烘干还是慢速烘干等诸多因素，都决定着需要设置的烘干时间的长短，例如 ：烘干一条牛仔裤要比烘干一个丝绸衬衫慢。而且，原来的空气干燥器的操作比较复杂，因为整个过程都不是自动的。 纯粹是时间控制的方法的另外一个缺点是消耗了不必要的能量。因为进入洗衣房几次是很不方便的，所以常常选择一个很长的烘干时间。对于一个有10kg~15kg能力的洗衣设备，洗衣房空气干燥器的平均能量消耗是1.2kW。因此，优化烘干时间也就意味着节约成本。 对于一个设备可能消耗的能量的多少，有关部门正在规定越来越多的指导准则。比如：在瑞士有一个关于“对洗衣房空气干燥器的计算测量方法”的联邦指导准则，这个指导准则里说：当要洗的衣服被烘干时，为了防止不必要的能量消耗，干燥器必须断开电源。 烘干室中的空气湿度是衣服是否已被烘干的一个测量指标，因此，一个最优化的控制方法应该是将空气湿度作为调节参数，这就使得对于干燥器的操作来说不仅仅需要烘干衣服，同时能最优化能量消耗、确保烘干衣服，也能使操作简单化。 WMAG公司的新型控制器应用了空气湿度的测量方法，并根据下面的运算法则来控制干燥器的。 图1为烘干过程中，空气相对湿度的变化曲线，当衣服放置在图示曲线（1）时，烘干室内的空气湿度很快就增加到90%-95%，控制器的湿度计设置为50% RH。这意味着一旦相对的空气湿度超过50%，干燥器就自动开启。根据要洗衣服的数量和衣服布料的特性，洗衣房内湿度按照不同的速度降低，即图示曲线（2）所示。当相对湿度降低到湿度计的设定值以下时，如图示曲线（3），干燥器就会自动关上。在以后的2个小时期间，干燥器保持着备用模式，也就是说，如果空气湿度再超过设定值时，干燥器就会再次开启。这些湿气是由地板、天花板、墙壁释放的，是他们从空气中吸收的湿气，湿气的再次释放导致了洗衣房的空气湿度的增加。 该方法能保证甚至是很难干的不同衣物最终都将被烘干。要是没有附加的干燥时间，由于墙壁上散发出的湿气，已烘干的衣服又将变得潮湿。用户可以改变图示曲线（3）的设备设定值。可采用以下的设置方法： ● 设定值< 50% RH→要洗的衣服将是比较干的(壁橱干燥)。 ● 设定值> 50% RH→要洗的衣服有些将是湿的(衣架干燥)。 这种干燥器的操作非常简单。通过按下一个按钮，使用者就可以开启整个干燥过程，而且内部的电子器件会根据烘干、消耗功率、时间等来执行最优化的控制方法。 湿度测量技术的发展趋势 WMAG公司推出的最新的控制器是用于洗衣房中的空气干燥器。湿度控制干燥器的最初解决方案是基于机械测定法原理。根据相对的空气湿度，塑料带发生膨胀或者收缩。长度的这个变化被转化为控制脉冲，然后，该控制脉冲将干燥器打开或者关闭。这个解决方案价格昂贵、控制不精确，而且该方案受污染物的影响。另外，这些传感器存在一个大的滞后现象，所以烘干时间太长，这样，就浪费了太多的能源。 在接下来的下一代的控制器中，使用了带模拟输出信号的电子式湿度传感器。但必须有一个复杂的求值电路来评估传感器信号。机械湿度测量和最初的电子器材的共同点是制造商不得不进行校准。这意味着在校准设备和设计上的投资相当大，虽然不应该低估校准过程的复杂性和灵敏性，但这需要高精度的参考设备和温室箱。 瑞士Sensiron公司的SHTxx型传感器是最新一代的组合式湿度和温度传感器（示意图如图2所示），与以前的技术相比，该产品有几个优点。这些传感器是市场上唯一带数字输出并在内部集成校准程序的产品。它们是基于创新的CMOSens(R)技术，该技术代表着传感元件和评估电子器件的组合。这就意味着所有的元件都被集成在一个单个CMOS芯片上，包括测量温度和湿度的传感元件、校准数据、数字接口等，结构简图如图3所示。数字接口的重要意义是节省了开发时间。 传感器芯片的制作是以非常大的批量、应用通用的CMOS半导体过程完成的。这使得Sensirion公司能提供成本低的组件。 SHTxx系列的传感元件是电容型的，因此它们是插入式的（更适合在高湿度地区应用），非常坚固而且具有非常好的稳定性。在相对湿度（RH）85%和85℃的条件下，能停留1200多个小时后，进行测试，这使得该产品的可逆性偏差仅仅是+2%RH。 与传统的湿度传感器相比，这种在市场上独特的非常紧凑的解决方案为控制器生产商带来了下列好处： ◆ 不需要校准； ◆ 除了一个上拉电阻，不需要额外附加的外部组件； ◆ 进行温度测量时，不需要附加电路； ◆ 缩短了开发时间。 通过SHT11 SMD组件(精度：±3.5% RH)，WMAG公司已经开发了一个紧凑的而且经济的控制器（如图4），并用在ESCO Schonmann公司生产的干燥器中。一个引人注意的细节是：在特殊的运行条件下，也需要温度测量。温度在15℃以下时，会在干燥器的冷凝器上形成霜冻。因此，为了保证设备的能量效率，必须周期性的除霜。除了湿度之外，也可以通过SHT11的数字接口把温度读出来。 结论：在为消费者提供更多的价值、促进内部的开发和生产过程、节约成本等方面，现在开发的传感器技术为家用电器行业提供了完全新的性能。瑞士ESCO Schonmann公司的产品显示：可以优化能量消耗和操作的简单性。按照WMAG公司的举例说明的技术解决方案，传感器技术和控制器电子产品的简单性和紧密性，可以通过Sensirion公司的高集成化湿度传感器来完成。 在家用电器领域，由于这些传感器的坚固耐用性、集成的简单性、低成本，所以CMOSens(R)专利技术的湿度传感器也适合于许多其它的应用。比如包括在烘干机、洗碗机(在洗涤完后进行烘干过程)、微波炉(烹饪过程的湿敏控制)、蒸汽炉等在内的一些其它电器中的应用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/6/2004)