传感器——新型家用电器的神经

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新型家用电器不仅外观造型美观、使用方便、功能齐全,并且工作安全可靠,有较长的使用寿命,这是因为新型家用电器采用了传感器和电子技术。传感器采用了传感器和电子技术。传感器好象家用电器的神经一样,感知自然界的温度、湿度、气体浓度、压力或光线等等,产生相应信号,经电子线路进行自动控制,给人们带来极大的方便和安全感。本文介绍一些传感器在家用电器中的应用情况,以飨读者。

1.带温度传感器的电风扇

新型的电风扇带有遥控装置及定时装置,可以按不同的要求改变风量及输出模拟自然的阵阵凉风。在炎热的南方夏天,由于晚间气温偏高往往使人难以入睡,而长期开着电扇则容易在后半夜气温降低时使人感冒。一种新型带有温度传感器的电扇可以根据环境温度的变化自动控制电扇的电源开关,在夜间气温降低时它自动关掉电扇,让你放心入睡。

2.新颖的“电视门镜”

在城市居民住宅中,一般装有门镜,可以从门镜中看到门外的人,以防止坏人进入。这种门镜价格便宜,但使用不太方便(当门外人站在门镜前,则无法看清来人面貌)。新颖的电视门镜是由图像传感器及微型电视装置组成。它可以清楚地看到门外人的面貌,使用方便,安全可靠。

3.新型燃气热水器

采用燃气(煤气、天然气等)热水器给人们生活带来很大方便。为了使用安全可靠,在新型燃气热水器中采用一些传感器,它们有:

(1)水压传感器。

当使用的水压大于一定值时能将燃气阀门顶开,这样在使用中万一停水,则水压传感器将燃气阀门自动关掉,以防止无水时将加热器烧坏。

(2)防止过热传感器。

为了防止热水器燃烧过热,热水器中装有热电偶温度传感器,检测温度阀值来控制火焰大小以防止过热。

(3)燃烧传感器

为了防止加热器中不完全燃烧而产生有害有毒气体,在热水器中采用燃烧传感器检测。这种燃烧传感器是用一种浓差电池组成的。在不完全燃烧时,传感器电极之间的电势增加,经电子控制电路自动地关闭燃气阀,以防止一氧化碳中毒。

4.新型吸尘器

最近发表的新型吸尘器,内部装有风压板和可变电位计组成的风压传感器以及硅压力传感器。

采用风压传感器的吸尘器是用来检测吸尘器的吸入风量,把检测值与设定值进行比较,由相位控制电路根据地板、草垫、地毯等不同场地,控制电机转数,使其经常保持最佳风量。风压板和固定在风压板上的电位器,根据吸入的风量而动作。电位器采用导电塑料型可变电位器,它不仅分辨能力强,并且有耐受环境影响,耐磨性好的优点,可保证200万次的旋转寿命,转矩也在40g·cm以下。风压板的位置变化能使风量在0.6~1.7米\(^{3}\)/分范围内变化。这种带有风压传感器的吸尘器具有节电、操作轻便及噪声低的特点。

带有硅压力传感器的吸尘器其主要功能是检测地面的状态(厚地毯、薄地毯或地板),也可解决过滤孔眼堵塞问题。这种吸尘器如图1所示。

图1
图1 🔍原图 (619×913)

硅压力传感器装在吸气管的出口处,根据吸气压力P\(_{2}\)和大气压P1的压差来控制吸尘器电机的功率。例如,当在地板上吸尘时,吸口紧贴地板,其压差升高,则电机的功率会自动下降,其变化曲线如图2所示。在地板上吸尘时,不但电功率低一点,而且能吸净尘埃,并可防止吸口吸住,提高操作性能。当在地毯上吸尘时,压差变小,则电机功率增加,地毯上的灰尘也能很好地吸尽。这种吸尘器能自动地根据吸尘的对象调节电机功率,起到节能的目的。

5.新型微波炉

早期生产的微波炉有些采用微计算机,其输入的参数是温度与时间(指不同菜肴不同的温度与时间)。如美国制造的这种产品把具有热敏电阻式温度传感器插入食品之中,用来检测食品内部的温度,但用户对探针插入食品内相当反感。因此,日本研究出带有温度传感器、气体传感器和红外线温度传感器的微波炉。这种微波炉一上市,立即受到用户的欢迎,以下对它们分别作些介绍。

(1)带有湿度传感器的微波炉如图3所示。传感器安装在排气通道中,烹调开始后食物受热使相对湿度一度变小。当温度上升到食物中水沸腾时,相对湿度又急剧上升。控制时就要检测这一点。测到这一变化点后,食物还未熟,还不能马上停止微波加热,而要根据不同的菜肴由已编好的软件来实现控制。

图2
图2 🔍原图 (552×438)

(2)采用二氧化锡烧结体的气体传感器,检测烹调食物中产生的高分子量气体,从而对微波炉进行控制。这种传感器可在400℃高温下工作,它安装在微波炉的排气通道中。将各种食品挥发气体的浓度和烹调情况之间的关系,进行分类,整理编成软件存入计算机。与上一种方法相似,传感器输出达到设定的电平时,然后再根据不同食物的要求追加一段加热时间。

上述两种传感器都装在排气通道中,极易受到油污、烟、灰尘的污染,需要在每次烹调开始和结束时,对传感器进行加热清洗(将油污等去掉)使传感器性能不变。

(3)采用钽酸锂(LiTaO\(_{3}\) )热释性红外传感器,它可以检测食物的表面温度,可检测到+300℃温度。这种微波炉结构如图4所示。

图3
图3 🔍原图 (892×1005)

传感器安装在灶具的上方。由于热释性传感器需要按一定时间间隔进行遮光(斩波),因此它用电机带动一带孔圆盘(斩波器)以每秒钟十几转的速度旋转实现遮光。为了避免上升的气流带着油气附在传感器上,由图看出从传感器侧面向灶腔内送入空气流。经试验表明,这一方案是可行的。

与前面两种微波炉相同,烹调时检测到一定温度后,还需要经过一段加热时间。

6.电子照相系统

图4
图4 🔍原图 (580×509)

一般照相机采用感光胶卷,拍摄后经冲洗再印成相片。而电子照相系统不采用感光胶卷,而是采用照相用2英寸磁盘。电子照相机的外形与一般照相机相似(指单反式像机),如图5所示。它采用MOS成相传感器,将光信号变成电信号,并由电磁变换后储存在磁性记录装置(磁盘)上。磁盘通过照相重显连接器,可以在监视器上显示出“照片”,也可以通过彩色照相复印装置非常迅速地复印出高质量、清晰、色彩鲜艳的“相片”。

目前家用电器中使用着许多传感器,限于篇幅本文只介绍了一部分。随着科学发展和人们生活水平不断提高,传感器在家电器中的应用前景是十分广阔的。因此,科技与工业部门正在开发更多的传感器来满足家电发展的需要。(方佩敏)