用于冷却系统的调节温度设定值和测量环境温度的系统、调节温度设定值和测量环境温度的方法以及感测组件

本申请要求享有于2003年11月25日提交的巴西专利案例No.PI0305447-0的优先权，其通过引用而结合在本文中。

本发明涉及用于调节冷却系统的温度设定值并测量环境温度的系统，其用于监测待冷却的内部环境并用于实现对温度设定值的调节，本发明还涉及一种调节冷却系统的温度设定值和测量环境温度的方法。

现有技术的描述

为了控制例如冷却系统、冷却器或甚至通过空调系统来冷却的房间的内部环境的温度，这些设备具有用于调节内部环境温度设定值的装置，其设计成可根据用户需要来控制冷却环境中的温度上升或下降的幅度。

目前市场上可获得的冷却系统基本上包括电子温度控制系统，其需要至少两个用于调节和控制温度的元件。

这两个元件是安装在待冷却环境中的温度传感器，通常为NTC(负温度系数)类型的电阻，其电阻电阻与其温度成反比，并由半导体化合物例如铁、镁和氧化铬以及用于调节所需温度值的电位器组成。

这类系统的两个最大缺点是使用了比较昂贵的半导体元件(NTC)来测量温度以及使用了滑动式电位器，这是因为尤其在高湿度的环境中，滑动式电位器会由于滑片与轨道之间的机械接触而产生故障。

调节温度设定值的一种备选方案包括使用例如数字方法。这解决了使用电位器的问题，但即使如此，也必须使用两个不同的元件来实现调节和测量功能，这就给消费者增加了最终产品的成本。

本发明的目的和简述

本发明的目的是用于测量冷却器温度和调节温度设定值的系统、用于监测待冷却环境温度的温度感测组件和测量温度的方法。以下列举了这些优势中的一些：

通过单个系统来测量环境温度和调节冷却器的温度设定值；

无需在调节温度设定值的系统中使用电位器；

抗潮湿性，无机械磨损；

减少处理部件和感测组件之间的接头数量；

无需使用用于测量温度的半导体元件，从而降低最终产品的成本；和

无需昂贵装置的简单解译系统，例如使用键盘和显示器的数字式方法。

本发明的目的通过一种测量和调节冷却系统温度设定值的系统来实现，这种系统包括感测组件，感测组件包括一组线圈和互作用型元件，这组线圈和互作用型元件可拆开地彼此相关联，经受取样电压，并且具有电阻。该系统从这组线圈的电阻变化中来测量环境温度，并从这组线圈的电感变化中来限定冷却系统的温度设定值，这组线圈的电感变化是通过互作用型元件相对于这组线圈的移动而获得的；感测组件定位成暴露于内部环境如冷却器中。

本发明的第二目的是提供一种包括一组线圈和互作用型元件的感测组件，这组线圈和互作用型元件彼此可拆开地相关联，这组线圈经受取样电压，并且具有电阻。

本发明的第三目的是提供一种测量方法，其包括一种测量和调节冷却系统温度设定值的系统，该方法对应于如下的步骤：

将已知的取样电压施加在与这组线圈串联的已知电阻值的电阻器上；

在第一测量时间和第二测量时间之后，测量这组线圈上所获得的电压；并

由之前所确定的第一和第二测量时间内所得的电压测量值，来确定这组线圈的电阻和可变电感。

附图简介

现在将参照附图中所示的实施例来更详细地描述本发明。这些图纸显示：

图1是本发明感测组件的分解图；

图2是本发明感测组件的等效电路的简化电路图；

图3是本发明系统的电路图；

图4是显示本发明感测组件的测量示例的曲线图，系统的温度是恒定的；

图5是显示本发明感测组件的测量示例的曲线图，系统的电感是恒定的；和

图6是本发明感测组件的第二实施例的分解图。

附图的详细描述

如可在图1中看出，本发明的温度测量和调节系统10基本上包括感测组件1和处理部件20。

感测组件1包括一组线圈2以及由铁磁材料或导电材料3制成的互作用型元件3，其可拆开地与这组线圈2相关联，这组线圈2经受取样电压Vp，并具有与温度相关的电阻Rs和可变电感Ls。感测组件1另外还包括调节轴杆5、手柄4、引导及调节装置2a。引导及调节装置2a包括在其端部设有限界边2c的圆柱体2b，这组线圈2安装在引导及调节装置2a的表面上，并且位于限界边2c之间。

互作用型元件3由高磁导率的铁磁材料或导电材料制造而成。作为参考，互作用型元件3具有铁磁材料并应构成圆柱体，而且还设有内螺纹，其用于与带相应螺纹表面的调节轴杆5产生相互作用。

在确定的实施例中，手柄4的使用是可预见的，其最好是旋钮。然而，后者可由其它等效元件来取代。

就互作用型元件3的主体的形状而言，除了圆柱形状以外，还可采用其它结构，只要它可使这种元件相对于这组线圈2移动即可。显然，为了可使这些元件之间相互协作，互作用型元件3的直径应该小于引导及调节装置2a的主体的内径。

如以下所述，引导及调节装置2a、互作用型元件3和调节轴杆5在操作式地轴向相关联。

当促动手柄4时，调节轴杆5产生旋转，导致互作用型元件3在引导及调节装置2a的圆柱体2b的内部产生轴向移动，该引导及调节装置2a固定在例如冷柜的内部区域中。

由于互作用型元件3的移动，引导及调节装置2a内部的填充区域就随着手柄4的旋转而发生变化。

在带螺纹表面的调节轴杆5的替代物中，互作用型元件3相对于引导及调节装置2a移动的其它方式是可预见的。例如，在不采用带螺纹表面的调节轴杆的条件下使互作用型元件3自由移动，或者甚至互作用型元件3直接在引导及调节装置2a内部移动的方式都是可预见的。

只要符合本发明所讲授的内容，就可以各种方式来实现感测组件1，也就是说，在这组线圈2和互作用型元件3之间必须具有相对运动，而无需将其限于所示的构造形式上。

这种运动可以是径向、轴向、垂直方向上的运动或处于任何其它的设置中，其中，这种相对运动影响这组线圈2所产生的磁通线的路径，从而影响其电感Ls。

就感测组件1的操作而言，取样电压Vp施加在这组线圈2上，Vp值是常数。通过这种方式，在感测组件1的出口，就获得电流值I，其根据互作用型元件3相对于引导及调节装置2a的这组线圈2的位置而变化，并且还随着感测组件1的温度Ts而变化。作为备选，引导及调节装置2a可相对于互作用型元件3而移动。

铁磁互作用型元件3在引导及调节装置2a内部的填充区域越大，这组线圈2的可变电感Ls就越大，并且感测组件1的等效电路1’在某个时段内所建立的电流I就越小。相反，当铁磁互作用型元件3在引导及调节装置2a内部具有较小的区域时，可变电感Ls就越小，因此等效电路1’在同一时段内所建立的电流I就越大。

如可从图6中所见，在感测组件1的第二实施例中，互作用型元件3可由导电材料制成。在这种情况下，由于这组线圈2所产生的磁场线和互作用型元件3的感应电流之间的相互作用，因此所以互作用型元件3相对于这组线圈2的接近度越大，可变电感Ls就越小。

如果导电材料制成的互作用型元件3离这组线圈2越远，那么可变电感Ls就越大，并且电流I以如上所述相同的方式工作。当使用导电材料时，还可插入第一实施例中所述的互作用型元件3的安装形式，也就是说，这组线圈可被导电材料包围，或反之亦然，并且调节轴杆5可用于移动任何部件。

这组线圈2的可变电感Ls可与这组线圈2在某一时段内的输出电流1成比例地被计算出。为了确定可变电感Ls的测量值，将采用引导及调节装置2a的尺寸参数，例如长度、厚度、线圈数、铁芯位置等等。

除了可由用户通过手柄4调节的互作用型元件3的位置以外，所有其它参数都是固定的，因此，通过检测引导及调节装置2a的可变电感Ls，就可确定调节位置。引导及调节装置2a还可通过其线圈绕组的电阻来表征，该电阻为长度、横截面和所用材料电阻率的函数。

除了随着环境温度Ts而变化的电阻率以外，其它参数是随时间和外部条件而变化的建议性参数，这样，在已知这组线圈2的电阻Rs的条件下，通过以下等式就可以很容易地确定环境温度Ts：

Rs＝R₀·(1+α(T_S-T₀))

其中：

Rs＝这组线圈2在环境温度Ts下的电阻

R₀＝这组线圈2在已知温度T₀下的电阻

α＝材料的温度系数(列在数据表中)

T_S＝代表环境温度

T₀＝电阻R₀的环境的温度

或者相反：

$>>Ts>=>>1>\alpha >>·>[>>Rs>>R>0>>>->1>]>+>T>0>>>$

图2显示了用于感测组件1的理论模型。其中电阻Rs代表这组线圈2的电阻，其与冷却器内部的环境温度T_s以及可变电感Ls成比例，可变电感Ls代表引导及调节装置2a的电感，其与互作用型元件3相对于这组线圈2的位置成比例。因此，调节温度设定值的温度测量只是分别测量这组线圈2的电阻Rs和可变电感Ls，这些测量值由处理部件20来解译。

图3显示了用于测量环境温度Ts和调节用户设定值的系统10的基本拓扑图。处理部件20周期性地在点A施加一定值的已知取样电压Vp，并通过模数转换器在预定时刻测量点B的测量电压。在点A处施加一定程度的电压之后，点B处的电压读数由以下等式给出：

$>>>V>B>>=>>V>p>>->R>·>>>V>p>>>R>T>>>·>[>1>->>e>>1>\tau >\; >]>>>$

其中：

V_B＝在点B的电压读数

V_p＝施加在点A处的取样电压

R＝与传感元件串联的电阻R

R_T＝添加到传感器电阻Rs上的电阻R

τ＝等效电路1’的时间常数(L/R_T)。

作为一个示例，图4显示了在假定环境温度Ts未变化的条件下三种针对感测组件1的不同电感L₁，L₂，L₃的假设情形，其中，用户对温度设定值进行了不同的调整，从而改变了互作用型元件3的位置和感测组件1的可变电感Ls。对于各个调节位置以及可变电感Ls的值，处理部件20将读出不同的电压值，如图4中所示的V₁，V₂，V₃。这三条曲线代表同一曲线图中所示的三种不同的独立测量值，以显示由于改变温度设定值而在点B处读取的电压V_B的表现。

作为示例，图5显示了针对感测组件1的不同电阻Rs的三种假设情形，假定其互作用型元件3的位置以及可变电感Ls没有变化，也就是说，对于用户所实施的针对温度设定值的相同调节而言，系统将读出不同的环境温度T₁，T₂，T₃。对于所测量的各环境温度T₁，T₂，T₃以及电阻Rs的值，处理部件20将读出不同的电压数值，如图5中所示V₁，V₂，V₃。这三条曲线代表同一曲线图中所示的三种不同的独立测量值，以显示对于感测组件1的不同环境温度Ts而言，在点B处所读取的电压的表现。

图4和图5中所示曲线图分别代表了以独立的方式来调节温度设定值和改变环境温度Ts的示例情形。然而，这些情形可同时发生；因此，就在不同时间、即第一测量时间t₁和第二测量时间t₂获得两种测量。在第一测量时间t₁进行的第一测量具有识别感测组件1的可变电感Ls、也即用户调节设定值的功能，而在第二测量时间t₂进行的第二测量具有识别感测组件1的电阻Rs、也即感测组件1所处环境温度Ts的功能。

图4显示了当应用相关性时第一测量时间t₁的瞬时，其中，最小电感Lmin与最大电阻Rmax之比导致第一测量时间t₁(包含在较短的时间内)。当互作用型元件3完全处于电路以外时，鉴于可能达到感测组件1的最小电感Lmin，并且预期在感测组件1的最高环境温度下将测量到感测组件1的最大电阻Rmax，因此这个时间就可在处理部件20的编程期间被限定。

因此，可确定互作用型元件3在这组线圈2中的位置，也就是说，如以下三个测量电感L₁，L₂，L₃的示例中所示，用户所选择的位置表征了可变电感Ls的测量值。

在测量电感L₃的第一情形下，可注意到由于循环通过等效电路1’的电流1的原因，第一电压测量值V₁的取样电压Vp快速递减。例如，通过这种方式，可确定互作用型元件3将完全处于这组线圈2之外，因为这组线圈2的可变电感Ls在这个第一测量时间t₁时不会干扰等效电路1’。

在测量电感L₂的第二情形下，在经过与电感L₃的第一测量示例相同的第一测量时间t₁之后，取样电压Vp至第二测量电压值V₂具有较慢的递减，例如这时可确定互作用型元件3的50％面积插入这组线圈2内部。在这时，这组线圈2的可变电感Ls的干扰是显著的，因为电流1也随着第一测量值而衰减。

在测量电感L₁的第三情形下，在经过与前两个测量时间相同的第一测量时间t₁之后，取样电压Vp至第三测量电压值V₃具有较慢的递减，等效电路1′随着电流的下降而减慢，使得互作用型元件3例如完全地处于这组线圈2的内部，从而产生高的可变电感Ls和较低的电流值1。

这样，只利用电压值V₁，V₂，V₃，就可以确定互作用型元件3相对于这组线圈2的位置。

一旦获得可变电感Ls的值，处理部件20就计算用户所强加的温度值，其例如可激励设在冷却器上的压缩机的容量。

通过在第二测量时间t₂之后测量在处理部件20的点B处的电压V_B的取样，就可获得感测组件1的电阻值Rs。这个第二测量时间t₂应该大致等于感测组件1的等效电路1’的最长时间常数的五倍。鉴于当互作用型元件3完全插入到电路中时感测组件1可能达到最大电感Lmax，并且预期在感测组件1的最小环境温度下将测量到感测组件1的最小电阻Rmin，因此这个第二测量时间t₂在处理部件20的程序设计期间被限定。第二测量时间t₂规定为最长时间常数的大约5倍，以保证铁磁性元件3的电流1的几乎恒定状态。

无论如何，第二测量时间t₂的值对于等效电路1’应该足够长，从而接近以恒定状态来操作，也就是说，这时测量电压V₁，V₂，V₃相对于时间仍保持恒定不变。一旦检测到电阻值Rs，处理部件20就能够确定温度测量和调节系统10在那个时刻工作的环境温度Ts。

考虑到系统在恒定状态下运转，感测组件2的电阻值将等于：

$>>>R>s>>=>R>·>>>V>B>>>>V>A>>->>V>B>>>>>>$

因为电压V_A和电阻R是已知的，所以利用电压V_B的读数，处理部件20就可直接计算出感测组件1的电阻值Rs，并根据之前所述，还可计算出环境温度Ts的值。图5显示了不同温度T₁，T₂和T₃的一些测量示例。

一旦计算出环境温度Ts，那么处理部件20将温度Ts与用户强加的温度(设定值)进行比较，因此它就可起作用或不可用。

为了执行测量，本发明另外还预见了一种用于测量上述系统10的电阻Rs和可变电感Ls值的方法。

这种测量方法包括将已知的取样电压Vp施加在这组线圈2上，并在第一测量时间t₁和第二测量时间t₂通过处理部件20来校验点B的电压值V_B的步骤。

在此之后，通过在第一和第二测量时间t₁和t₂时所执行的对电压V_B的测量，就可确定这组线圈2的可变电感Ls和电阻Rs的值。在经过第一测量时间t₁的处理之后应该执行获得这组线圈2的可变电感Ls的步骤，并且在经过第二测量时间t₂之后应该执行获得这组线圈2的电阻Rs的步骤。

该方法还预见了在检测电阻值Rs的步骤中，获得环境温度Ts的值，而且可设想在检测可变电感Ls值的步骤中调节温度设定值。

虽然已经介绍了优选实施例，但是应该理解，本发明的范围包括其它可能的变型，它们仅仅受到包括可行等效形式的所附权利要求的内容的限制。