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推动传感器在家电设计中应用的四大要素

Gwenn Gmeinder?? 力特公司?? 2015年11月25日 ?? 收藏0
智能技术是当今许多消费电子设备的一个组成部分。在家电市场,越来越多的智能家电在设计中开始采用传感器,以实现先进的传感和控制。位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制传感器技术被用于范围广泛的电器中,以提高准确性、可靠性和效率。现代的智能电器设计需要在每个单元布置多个传感器,如图 1 所示。

图 1、显示各个传感器位置的冰箱图。
图 1、显示各个传感器位置的冰箱图。

是什么推动了传感器在家电行业中应用?本文将首先对最主要的四个因素进行探讨,包括在家用电器设计中微处理器控制系统的采用。然后,文章将列举非接触式传感技术的两个例子,并说明它们对家用电器设计的影响。

影响家用电器传感器应用的四大因素

1.对消费者便利和家庭自动化的需求推动了对采用智能传感器的家用电器的需求。由于现代家庭越来越依赖于智能技术,采用先进传感技术的智能家电技术并使同步通信和控制成为可能。

2.全球各地包括亚洲、南美和其他各洲,对于高效节能而且价格低廉的电器的需求持续增长。

3.不断上涨的能源价格和相关政府法规要求使用节能的家用电器。传感器在多种应用中的广泛使用,包括智能电网、智能建筑以及智能工业过程控制,将有助于实现更有效的资源利用和减少温室气体排放。通过采用内置高效节能的先进技术显著降低了能源和水的需求水平,同时最大程度减少了相应的水电浪费。

4.微处理器控制系统的使用减少了对大型机械接触器/继电器和传统上以数安培电流开关白炽灯的开关技术的需求。今天的智能家电需要低电压和低电流的开关/传感装置。非接触式传感装置是机械装置的理想替代品。下一节将列举几个例子并说明它们在家电市场中的应用。

非接触式传感器:磁簧开关和霍尔效应

磁簧开关和霍尔传感器是适合数以百万次运行周期的非接触式传感技术。它们之所以被认为是非接触式的,是因为启动器件无需与传感器产生物理接触来改变传感器输出。现在我们来讨论有关磁簧开关和霍尔传感器的关键细节以及它们是如何影响今天的家电设计的。

磁簧开关

磁簧开关是一种由外加磁场操作的电子开关。作为一种无源器件,它不需要任何电能来运行。这种开关由两个或三个被称为簧片的薄金属片构成,这些金属片顶端有电镀触点,它们之间有很小的间隔(见图 2)。簧片通常被密封在充满惰性气体的密封玻璃管中。

图 2、磁簧开关的组件。
图 2、磁簧开关的组件。

由于其简单和可靠的性能,磁簧开关成为低功率应用(如家用电器)的理想选择。磁簧开关通常在冰箱和烤箱门中用以检测门的打开或关闭状态。传感器向控制单元发出信号以迅速启动或停止电器中的 LED 照明。

磁簧开关的磁灵敏度开关点比固态开关更为精确。对于在各种工作条件下都要发挥正常功能的系统的设计来说,高精度是非常重要的。由于磁簧开关的触点是密封的,从而避免了许多电器中常见的极端温度、湿度和水分的影响,不会因此影响到它们的接触稳定性和运行寿命。

霍尔传感器

霍尔传感器是基于半导体技术的传感器,原理是响应磁场的变化而改变感应电压。这类传感器将霍尔效应传感元件结合到电路中,以提供一个对应磁场变化而感应的数字开/关或模拟输出信号,而无需任何运动部件。

不同于磁簧开关,霍尔效应器件含有源电路,因此始终需要少量的电流(见图 3)。霍尔效应器件是可编程的,可以以各种方式加以使用以获得多种输出,包括数字、模拟和速度感测。

图 3、带有环形磁铁的洗衣机滚筒速度霍尔效应传感器。
图 3、带有环形磁铁的洗衣机滚筒速度霍尔效应传感器。

霍尔传感器在洗衣机转速传感器的应用十分普及。洗衣机滚筒的转速是由一个连接至电动机轴的多级磁体(16或32极)监控的。这个磁体在具有优异速度测量功能的霍尔效应传感器上旋转。这个数字速度信号被发送至控制单元,控制单元在内部控制着电机速度以获得各种转速周期。

非接触式传感器是如何提高今天家用电器的性能的?

为了在当今智能家电市场保持竞争力,设计人员必须充分利用他们可以使用的每一种技术,包括非接触式传感器。这些传感器可以提高家电设计的性能和外观,从而增加消费者的满意度,提升需求。与机械式技术相比,使用非接触式传感器不仅有与使用微处理器节能效果,而且增强了可靠性和更低的维护成本。

更高精确度

非接触式传感器的输出信号选项包括位置感应信号和线性或旋转感应的比率量度输出值。这些信号可以提供瞬时响应,从而确保更严格的控制和更好的分辨度,带来增强的感应精确度。

更大灵活性和可靠性

采用非接触式传感技术,家电设计对要求严格容差的应用来说具有更大的灵活性。

对于安装传感器的空间非常有限的狭窄空间,这一点尤为重要。

非接触式传感器在整个电器寿命中可提供改善的可靠性和耐久性,因为它们不受机械触点机械磨损或氧化积累的影响。此外,这些传感器不会因许多家用电器中常见的温度和湿度变化而受到影响。

更高能效

非接触式传感解决方案帮助实现了家用电器所需要的能源效率从而获得能源之星评级。越来越多的能源之星电器的使用对环境产生的积极影响。请看以下事实:

·环保署估计,能源之星产品每年可防止超过 1.5 亿吨的温室气体排放。

·这些产品每年还节省了2千亿瓦时的电力,占全美国住宅用电的15%。

·自 1992 年启动以来,能源之星计划已节约了数十亿美元的能源使用开支。

增强的美感

与具有可见的杠杆或按钮的机械器件不同,非接触式技术的传感器和磁体致动器隐藏在电器面板的后面。从而可以产生更多时尚、并有吸引力的设计,更受当代客户的喜爱。

结论

智能家电市场的增长引发了对先进传感器技术的需求。微控制器的使用、家庭自动化的增长、能源价格的上涨以及对低价电器的全球需求都帮助确立了非接触式传感器在家用电器市场中的地位。低功率、非接触式传感器(如磁簧开关和霍尔效应传感器)可提供具有更严格公差要求的灵活的传感解决方案。使用这些先进的传感器,电器设计会更加可靠、耐用和美观,对环境的影响也会更小。

《电子技术设计》12月刊版权所有,谢绝转载。


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