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家用电器的六种位置和水平传感应用

时间：2020-02-18 15:29来源：Littelfuse

摘要：与大多数现代家电一样，当今家电中基于微处理器的电子产品可以更好地控制各种功能，使设计能够更好地提高能效。这些现代电子产品还可以使用各种传感器，以确保可靠、安全和更节能的操作。

即使采用当今的节能设计，现代家电（尤其是冰箱和冰柜）仍是任何家庭的主要能源消耗者。实际上，根据美国能源信息署的住宅能耗调查，冰箱是第二大用电设备（13.7％），仅次于空调（14.1％）。


与大多数现代家电一样，当今家电中基于微处理器的电子产品可以更好地控制各种功能，使设计能够更好地提高能效。这些现代电子产品还可以使用各种传感器，以确保可靠、安全和更节能的操作（图1）。

图1: 典型冰箱中的常用传感器应用
 
干簧管传感器和霍尔效应传感器都非常可靠，与微处理器逻辑级的电负载配合使用时，它们将以长期完整性运行数百万次循环。这些器件均由磁场操作。磁簧开关和传感器不消耗功率。霍尔效应器件是半导体，在激活和未激活状态下都会消耗少量电流。
 
应用1：门位置感应
配备微处理器控制单元的冰箱可与非接触式感应技术兼容，例如磁簧开关/传感器和霍尔效应传感器。这些技术与微控制器的低直流电压和电流要求非常兼容。
 
以前用于直接切换120 VAC白炽灯的传统机械式和柱塞式开关已不再必要。使用微控制器的现代冰箱，冰柜或红酒柜在打开门时已转换为LED灯以照亮内部隔室，这在节能方面具有巨大优势。
图2: 干簧管传感器
 
干簧管传感器（图2）或霍尔效应传感器可用于检测门的位置。例如，在冰箱中，干簧管传感器安装在设备的框架上，永磁执行机构安装在门上。每个磁簧开关或霍尔效应传感器和磁铁执行器的放置方式均使门关闭时，磁簧开关或霍尔效应传感器会被激活，并且灯会熄灭。当门打开时，门上的磁铁不在传感器的激活范围内，因此传感器被禁用，灯亮起。控制器使用反向逻辑来控制与传感器激活相关的光。
 
传感器单元不可见，因为它们安装在框架或门的面板后面，从而大大提高了设备的美观性。与具有可见操纵杆或按钮的机械或柱塞开关不同，这些非接触式传感器无需进行物理接触即可操作。
 
应用2：水/冰分配器杆位置感测
目前，位于冰箱门前部的水和冰分配器不包括用于检测其自身开/关位置的传感器。添加传感器将允许微控制器支持分配器的闭环操作。有多种选择可用，包括数字信号或旋转比率公制输出，甚至线性比率公制输出。

图3：Littelfuse 55140系列霍尔效应传感器
 
数字版本将是安装在固定框架上的简单干簧管或霍尔效应传感器，而磁铁将连接到移动杆（图3）。使用该系统时，水或冰处于一种填充或流速状态。也就是说，它要么打开要么关闭。
但是，使用比例输出霍尔效应传感器可提供相对于线性刻度尺上精确的移动杆/磁铁位置的连续反馈。通过微控制器监控精确位置，系统可以以各种流速分配水。为了改善长期可靠性，非接触式传感解决方案是优选的。可编程旋转霍尔效应传感器将是此应用的理想选择。
 
例如，当移动杆处于其常开位置时，霍尔效应传感器的输出电压可以设置为0.5Vdc，而移动杆移动的最大摆幅可以设置为4.5Vdc。在这些值之间，可以根据移动杆臂的确切位置来控制水的流量。
 
应用3：抽屉和隔层盖位置感测
许多潜在的传感应用都集中在冰箱和冰柜内的各个隔间上。黄油隔间门或用于农产品，肉类和熟食的抽屉也可以安装传感器以检测打开或关闭。
 
所有这些传感器都可以是带数字输出的干簧管或霍尔效应元件。磁铁将安装在移动的托盘或抽屉中，而传感器将固定在框架上的固定位置。如果未正确关闭纸盘或抽屉，则可能会在设备上激活指示灯以警告用户该问题。
 
应用4：冰桶液位感测
装有内部制冰机和冰桶的冰箱/冰柜通常在冰桶上方使用机械臂来检测何时将冰桶装满并关闭制冰机。

通常，此功能由机械开关和阀门控制。然而，在含有微控制器的电器中，使用簧片传感器是有意义的，簧片传感器可以固定在框架上，磁铁可以固定在臂上。这样做可以提供比现有机械单元更可靠的传感机制。
 
应用5：温度控制转盘位置感应
在较旧的冰箱/冰柜组合设计中，两个隔间都有旋转温度调节刻度盘，通常是电阻膜或电位计式调节器。在配备微控制器的系统中，非接触传感解决方案是提高长期可靠性的首选方案。可编程旋转霍尔效应传感器是该应用的理想选择。在360度旋转范围内具有0.5V至4.5Vdc的输出。
 
应用6：排水盘液位传感器
冰箱通常在底部有一个浅水盘，用于收集冰箱或冷冻室的漏水。由于该盘不易看见，因此在水溢出并泄漏到地板上之前很难检测到泄漏。

图4: Littelfuse 59630干簧管液位传感器
 
干簧管液位传感器非常适合该应用（图4）。该数字输出传感器检测排水盘中的水位何时过高，激活控制器将激活警报或指示灯。有关Littelfuse 59630系列磁簧开关传感器的更多详细信息，请参阅完整的数据表。

决定何时使用磁簧开关与霍尔效应传感器
磁簧开关是一种磁操作开关，在大多数情况下，在没有磁场时常开。当磁场以适当的方式对准并具有足够的强度时，磁簧开关的触点将闭合并完成电路。

图5：洗衣机应用
 
图6：烘干机的应用
 
图7：洗碗机的应用
 
磁簧开关和霍尔效应传感器是磁性开关器件，有时称为“非接触式”，因为与微动开关或机械开关不同，执行器/磁铁不需要与开关进行物理接触来改变状态。图5、6和7显示了额外的磁簧开关和霍尔效应传感器在洗衣机、烘干机和洗碗机中的应用。
 
磁簧开关是切换1-12Vdc微处理器电流和几毫安电流的理想技术。磁簧开关具有贵金属触点，该触点密封在玻璃外壳内并充满氮气。开关可以进行数百万次操作，而不会造成退化或触点磨损。
 
数字霍尔效应传感器是受适当电压和电流驱动的半导体，寿命无限。干簧管和霍尔效应器件即使在高湿度和温度变化的应用中使用时也可以持久耐用并且非常可靠。
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