Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

Датчики температуры и уровня жидкости

Данные о температуре моющего раствора и его уровня поступают от соответствующих датчиков.

Датчик температуры (рис. 6.4) выполнен из двух частей: чувстви­тельного элемента, располагаемого в растворе, и формирователя, обес­печивающего выдачу логических сигналов для микроконтроллера и сенсорной клавиатуры. Выбор заданной программы температуры про­изводится микроконтроллером путем опроса соответствующего входа (АО, Al, А2 и A3). Импульсы опроса нормируются на амплитуде в каждом канале (в первом канале RI, VI). Для развязки между каналами введены диоды VD5—VD8, а подстройка каждого канала производится резисторами R5—R8. Нормированные сигналы поступают на операционный усилитель, включенный по схеме компаратора. Про-

Исходит сравнение опорного опросного сигнал? и сигнала с чувстви­тельного элемента. Сигнал с компаратора подается на индикатор сен­сорной клавиатуры К. СУ-4. Ключи, выполненные на транзисторах УТЮ—УТ13, служат для коммутации цепей индикации температуры. В качестве чувствительного элемента использованы терморезисторы ММТ-6, СТ1-19 или СТЗ-19. Полость внутри крышки заполнена тепло­проводной пастой. Точность измерения температуры ±0,3°.

Датчик уровня жидкости (рис. 6.5) состоит из двух частей: чувстви­тельного элемента, расположенного на стиральном баке машины, и формователя, обеспечивающего выдачу логических сигналов по коман­дам системы управления. Датчик уровня жидкости имеет преобразо­ватель сопротивления в напряжение, выполненный на транзисторе УТ1, и чувствительный элемент — приемный электрод, расположенный на нижней отметке уровня в контролируемом объеме. Для согласования преобразователя сопротивления в напряжение с управляемыми генера­торами тока введен эмиттерный повторитель — транзистор УТ2. Дат­чик уровня представляет собой электрод, выведенный в корпус машины на заданном уровне через изоляционный переход. При достижении уровня жидкости электрода резко уменьшается сопротивление между электродом и корпусом машины. Это изменение обрабатывается схемой сравнения по логике 2И—4ИЛИ (микросхема £>/) и при подаче адрес­ного импульса опроса АО—АЗ от микроконтроллера на выходе форми­руется в сигнал в виде логической единицы.

В бытовых электроприборах необходимо индицировать состояние прибора и прохождение технологического цикла, в том числе:

1) включение и выключение питающего напряжения (сети);

2) значение времени (до четырех цифр) и номера набираемой про­граммы (до двух цифр);

3) значение уровня жидкости и ее температуры (дискретное зна­чение до четырех цифр);

4) нажатие оператором клавиши или сенсора клавиатуры.

В настоящее время существует большое число типов приборов ото­бражения информации. К ним относятся газоразрядные, электролюми- несцентные, вакуумные люминесцентные, жидкокристаллические (ЖК), а также светоизлучающие диоды СИД.

Газоразрядными (ионными) называют приборы, работа которых основана на явлении электрического разряда в газах. В этих приборах носителями заряда являются не только электроны, но и ионы газа. На основе этого явления создана большая номенклатура приборов от простейших сигнальных индикаторов до больших плазменных панелей. Газоразрядные приборы характеризуются большим размером знаков, широким диапазоном температур, надежностью, большой яркостью свечения. Наиболее распространенным газоразрядным прибором яв­ляется сигнальный индикатор на базе неоновой лампы, а также люми­несцентной лампы тлеющего разряда. Неоновая лампа представляет собой герметичный стеклянный баллон, в котором размещены два элек­трода, выполненные в виде дисков или стержней. Состав газовой смеси (обычно неон, аргон и гелий с преобладанием неона) под давлением

0, 5—2,5 кПа обеспечивает красно-оранжевое свечение. Для обеспече­ния свечения другого цвета используют другие составы газов или покрывают люминофором внутреннюю часть баллона. Недостатком газоразрядных приборов является высокое напряжение питания пере­менного тока (напряжение зажигания составляет 170—220 В), нали­чие времени запаздывания возникновения разряда (от 1 с до 1 мин), ограниченный угол обзора.

Электролюминесцентные индикаторы также требуют повышенного напряжения питания (85—120 В частотой 10 кГц). Коммутация такого напряжения представляет известную трудность в бытовой технике. Эти индикаторы широкого применения не нашли.

Вакуумные люминесцентные индикаторы не имеют этих недостатков: напряжение возбуждения составляет 12—18 В, время запаздывания до 0,5 с, большой угол обзора, малая потребляемая мощность. Эти индикаторы совместимы с интегральными схемами и поэтому их широко используют в калькуляторах, стиральных машинах, автомобилях и других машинах и приборах. Недостатком вакуумных люминесцентных индикаторов является необходимость дополнительного источника для накала катода — 1 —1,5 В.

В литературе встречается термин катодолюминесцентные индика­торы. Интерес к ним объясняется тем, что кроме повышенной надеж­ности они обладают возможностью считывания информации при высо­ком уровне освещенности, а также многоцветностью (до пяти цветов). В последнее время фирме «Индустриал Электроник Энергиес» (Industrial Electronic Enyineers, США) удалось создать индикатор, работающий от одного источника питания 5 В, управляемого непосредственно от интегральной схемы. Потребляемая им мощность 5 Вт. Индикатор воспроизводит одну сторону из 40 знаков высотой 0,5 см, каждый знак образован матрицей 5X7 точек, яркость индикатора размером (270X76X25) мм составляет 340 кд/м2.

В жидкостнокристаллических (ЖК) индикаторах использован твист - эффект, сущность которого заключается в изменении положения дипо­лей в жидкостях при подаче на них электрического поля различной направленности. Конструктивно ЖК-индикаторы представляют собой две стеклянные пластины, расположенные на расстоянии 3—5 мкм. Пространство между пластинами наполнено жидкостью. На пластины нанесены электроды, к которым подается напряжение. При прохожде­нии света через ЖК-индикатор или при отражении падающего света в зависимости от состояния жидкости меняется плоскость поляризации проходящего (отраженного) светового потока. Возникает контраст между элементами индикатора. ЖК-индикаторы получили широкое применение в основном в наручных часах, так как могут управляться непосредственно от КМОП-интегральных схем и имеют очень малое энергопотребление. Однако низкая контрастность изображения, силь­ная температурная зависимость порогового напряжения включения не позволяют их широко использовать в бытовых приборах.

Светоизлучающие диоды (СИД) представляют собой полупровод­никовый прибор с одним электронно-дырочным переходом, предназна­ченным для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения.

При подаче на р —«-переход прямого напряжения наблюдается интенсивная инжекция (от латинского слова injicio — выбрасываю) неосновных носителей зарядов: электронов в p-область и дырок в «-область. При встрече электрона и дырки их заряды компенсируются и данные носители заряда исчезают. Поэтому при рекомбинации выде­ляется энергия. У многих проводников рекомбинация носит безизлу - чательный характер — энергия, выделившаяся при рекомбинации, отдается кристаллической решетке, т. е. превращается в тепло. Однако у полупроводников, выполненных на основе карбида кремния (SiС), галлия (Ga), мышьяка (As) и некоторых других материалов, рекомби­нация является излучательной — энергия при рекомбинации выде­ляется в виде квантов излучения — фотонов.

Светодиоды помещают в герметичные металлостеклянные корпуса, р— n-переход одной стороной обращают к стеклянному окну. Светодиоды имеют желтый, зеленый, красный или оранжевый цвет, широкий диапа­зон температур (218—375 К), малое время переключения (до 1 мкс) и низкую стоимость.

Детальный анализ существующих типов индикаторов позволил сде­лать выбор индикаторов для бытовых приборов.

Рис. 6.6. Газоразрядный индикатор:

I — рассеивающая линза (экран); 2 — огра ничительиый резистор; 3 — фиксатор; 4 — вы воды; 5 — основание; 6 — баллон индикатор ной лампы; 7 — корпус

1. Для индикации включения сетевого напряжения на основе газо­разрядных приборов с самостоятельным разрядом разработана серия индикаторов типа ИМС (индикатор малогабаритный светосигнальный). Индикаторы (рис. 6.6) имеют круглую, прямоугольную и квадратную форму. Цвет свечения: красный, желтый, оранжевый или зеленый. Потребляемая мощность не более 0,2 Вт, наработка на отказ 10 000 ч, средний ресурс не менее 25 000 ч. Размеры и масса индикаторов типа ИМС приведены в табл. 6.1.

2. Для индикации включения (касания) клавиши клавиатуры ис­пользуют светодиодные индикаторы типа АЛ 102 красного свечения. Яркость СИД АЛ 102 до 50 кд/м2, напряжение питания до 5 В, сила тока до 10 мА, диапазон рабочих температур от —60° до 70°С.

3. В качестве цифрового индикатора (четыре знака), также инди­катора уровня и температуры жидкости используют специально раз­работанный катодолюминесцентный индикатор. Цифровой индикатор (П-451) имеет зеленое свечение. Индикатор уровня и температуры (П-450)—двухцветный: красный и зеленый (рис. 6.7). Техническая характеристика индикаторов П-450 и П-451 приведена в табл. 6.2.