结霜化霜传感器、安装结构以及检测控制方法

技术领域

本发明涉及结霜化霜检测技术，具体涉及一种结霜化霜传感器、安装结构以及检测控制方法。

背景技术

空气源热泵空调机组是目前最广泛采用的一种空调暖通设备，家用空调基本都属于这种类型。冬天时，空气源热泵机组制热，室外换热器的温度是低于环境空气温度的。如果空气中湿度较高，而且换热器温度低于了空气的露点温度，就会在室外换热器上出现结霜的现象。室外换热器结霜后，会进一步降低了换热器的换热效果，这样就导致恶性循环，不仅降低了制热的效率，还影响到了设备的安全运行。因此，当室外换热器结霜到一定的程度时，就必须要采取化霜的措施。

然而由于技术条件有限和成本的原因，目前空气源热泵空调暖通设备普遍采用温度+时间的间接结霜判断模式。而从结霜的成因上分析，影响结霜的原因是很多的，除了温度，还有空气的湿度、露点、风速风向等很多因素。因此，不同季节，不同区域的空调设备结霜的情况会有很大的区别。譬如在我国的南方，湿度较高，正常情况下机组运行一段时间机会出现室外换热器结霜。而在北方，有可能机组长时间运行而不结霜，但是一旦有潮湿空气过来，就会出现不规律结霜的情况。这些情况都是目前温度+时间的方法无法很好检测到的。

如果结霜检测不可靠，就会影响到空调设备的安全运行。譬如室外换热器出现了严重结霜却没有检测到，则会造成机组制热效果下降甚至造成停机保护。如果没有结霜却误判为结霜，就会使机组错误进入化霜程序，不仅影响制热效果还浪费电能。

目前绝大多数的空气源热泵机组都是通过温度、温差以及时间来间接判断是否结霜，如果能直接检测室外换热器结霜的情况，将会对机组的性能和安全提供非常好的保障。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种结霜化霜传感器、安装结构以及检测控制方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种结霜化霜传感器，包括检测结构和外壳结构；所述检测结构包括控制电路和用于传输微波信号的微波传输线；所述外壳结构包括底盖和两个导热翅片；所述底盖的边沿一体成型的连接于两个导热翅片之间，且两个导热翅片分别朝向所述底盖的两个面的方向延伸；至少一个导热翅片上开设有固定槽；微波传输线安装于所述固定槽中；在所述底盖和两个所述导热翅片之间形成用于容纳控制电路的容纳空间；上盖覆盖所述容纳空间并固定于所述底盖和两个所述导热翅片之间。

其进一步的技术方案为：一对所述导热翅片互相平行，分别沿所述底盖的纵向边缘一体成型地连接在一起。

其进一步的技术方案为：所述固定槽开设于所述导热翅片的外侧面，且所述固定槽顺所述底盖的纵向方向延伸；所述微波传输线为带状线，微波传输线的带状平面紧贴于所述固定槽固定。

其进一步的技术方案为：所述上盖包括一对支撑面和分别连接于一对所述支撑面的固定面；所述支撑面固定于所述上盖的横向边缘并垂直于所述上盖；所述固定面连接于所述支撑面且平行于所述上盖。

其进一步的技术方案为：两个导热翅片分别开设有固定槽；两个固定槽内分别安装有一条微波传输线。

其进一步的技术方案为，所述控制电路还包括：

微波电路，用于发出微波信号至微波传输线或接收微波传输线的检测信号；

热敏电阻，用于检测温度变化并将温度信号传输至测温电路；

测温电路，接收所述热敏电阻的温度信号；

微控制器电路，与所述微波电路和所述测温电路连接，并对检测信号和温度信号进行数据处理，判断所述传感器的结霜化霜状态，并根据结霜化霜状态输出开关量信号。

根据如上任一项所述的结霜化霜传感器的安装结构，所述传感器安装于翅式换热器；所述翅式换热器包括多片互相平行的换热器翅片；相邻的换热器翅片之间具有空气间隙；两个所述导热翅片分别插入两个所述空气间隙中，且所述导热翅片与距离所述导热翅片最近的换热器翅片紧密接触；多片互相平行的换热器翅片的外侧边缘位于同一外侧平面，所述微波传输线的带状平面紧邻于换热器翅片的外侧边缘，且垂直于换热器翅片的外侧边缘所形成的外侧平面。

一种结霜化霜传感器的检测控制方法，包括以下步骤：

发出微波信号；

检测微波信号的幅值和/或频率变化作为微波检测信号，且检测温度信号；

接收微波检测信号和温度信号，并根据微波检测信号和温度信号判断结霜化霜状态；

根据结霜化霜状态，通过RS485总线输出信号和/或输出开关量信号。

其进一步的技术方案为，传感器安装于空气源热泵机组的翅式换热器上；传感器的结霜化霜状态与翅式换热器的翅片的结霜化霜状态相同；所述步骤还包括：空气源热泵机组的控制器根据RS485总线输出的信号和/或开关量信号控制压缩机的工作状态。

本发明的有益效果如下：

本发明公开了一种结霜化霜传感器的安装结构和电路结构。其安装结构可以方便的安装于空气源热泵机组的翅式换热器上，并通过电路结构直接精准的检测传感器本身的结霜化霜状态，进一步反应空气源热泵机组的翅式换热器的结霜化霜状态。

本发明还进一步公开了结霜化霜的检测控制方法，将结霜化霜的状态，反应为高低电平的变化状态，进而通过空气源热泵机组控制器，控制空调的工作状态，达到化霜效果。

本发明的传感器适用于空气源热泵空调机组和空气热源热水器机组。相比目前广泛采用的温度+时间的结霜判断方法，这种传感器能直接检测结霜状态、结霜厚度、化霜状态、水膜厚度等多个状态和参数，检测的准确性更高，可靠性更高。从应用效果上看，的确能解决空调暖通行业结霜化霜检测的难题，对提高机组的能效比有非常好的作用。

附图说明

图1为本发明的实施例中的外壳结构示意图。

图2为图1的爆炸图。

图3为本发明的实施例中的安装结构示意图。

图4为本发明的实施例中的控制电路的结构框图。

图中：1、底盖；2、导热翅片；3、固定槽；4、微波传输线；5、线缆；6、上盖；7、主电路板；8、固定孔；9、换热器翅片；10、固定螺丝。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

图1为本发明的实施例中的外壳结构示意图。图2为图1的爆炸图。如图1、图2所示，结霜化霜传感器包括检测结构和外壳结构。检测结构包括控制电路和用于传输微波信号的微波传输线4。控制电路设置于主电路板7。

外壳结构包括底盖1和两个导热翅片2。底盖1的纵向边沿一体成型的连接于两个导热翅片2之间，且两个导热翅片并分别朝向底盖1的两个面的方向垂直的延伸，也即底盖1和两组导热翅片2所形成的整体是一个截面为H形的结构。

至少一个导热翅片2上开设有固定槽3，微波传输线4安装于所述固定槽3中，具体的，微波传输线4为带状线，微波传输线4的带状平面紧贴于固定槽3固定。一般的，只需要其中一个导热翅片2开设固定槽3，并相应的安装一条微波传输线4即可以实现相应的效果，优选的，在两个导热翅片2上，各自分别开设一个固定槽3，对应的，安装两条微波传输线4，则当其中一条微波传输线4出现故障，也不影响整个结构的功能，延长了整个结构的使用寿命。

具体的，固定槽3开设于导热翅片2的外侧面，固定槽3的一个边缘的位置紧邻于底盖1所在的平面。

以底盖1为界限，底盖1和两个导热翅片2之间形成了两个空间，其中一个空间用于容纳控制电路，另一个空间用于将外壳结构固定。

其中，在底盖1和两个导热翅片2之间形成用于容纳控制电路的容纳空间，上盖6覆盖容纳空间并固定于底盖1和两个组导热翅片2之间，且上盖6和底盖1之间是密封防水的。

具体的，上盖6包括一对支撑面和分别连接于一对支撑面的固定面。支撑面固定于上盖6的横向边缘并垂直于上盖6。固定面连接于支撑面且平行于上盖6。固定面可通过螺栓等固定结构固定于底盖1的长方形平面，进而将上盖6固定，如图2所示，进一步的，上盖6的上表面内侧可以设置有侧边固定孔，用于与导热翅片2固定，使得上盖6的一对支撑面和两个导热翅片2围成了容纳空间。也即上盖6和底盖1互相固定为密封的用于容纳控制电路的容纳空间，在各个面的连接处可以加装防水结构和密封结构，例如密封胶水等。

主电路板7的电源线和信号传输线等可以汇总为线缆5，由上盖6的一个支撑面伸出，便于通信和数据传输。

图3为本发明的实施例中的安装结构示意图。如图3所示，传感器是安装于翅式换热器上实现功能的。翅式换热器包括多片互相平行的换热器翅片9。相邻的换热器翅片9之间具有空气间隙。在底盖1和两个导热翅片2之间所形成的用于将外壳结构固定的另一个空间处，一对导热翅片2分别插入两个空气间隙中，且导热翅片2与距离导热翅片2最近的换热器翅片9紧密接触。多片互相平行的换热器翅片9的外侧边缘位于同一外侧平面，当导热翅片2插入至最内部，底盖1的平面与换热器翅片9的外侧边缘形成的外侧平面对齐后，微波传输线4的带状平面紧邻于换热器翅片9的外侧边缘，且微波传输线4的带状平面垂直于换热器翅片9的外侧边缘形成的外侧平面。固定螺丝10穿过固定孔8将底盖1固定于换热器翅片9。

图4为本发明的实施例中的控制电路的结构框图。如图4所示，控制电路还包括：

微波电路，用于发出微波信号至微波传输线4或接收微波传输线4的检测信号；

热敏电阻，用于检测温度变化并将温度信号传输至测温电路；

测温电路，接收热敏电阻的温度信号；

微控制器电路，与微波电路和测温电路连接，并对检测信号和温度信号进行数据处理，判断传感器的结霜化霜状态，并根据结霜化霜状态输出开关量信号；开关量信号具体可以是不同高低电平所组成的信号，高低电平的持续时间也可以不同以区分不同状态。微控制器电路还可以通过RS485总线对外通讯，接收信号、传输控制量数据或者其他数据等。

控制电路还包括给以上各个结构提供电源的电源电路。

本发明还公开了一种结霜化霜传感器的检测控制方法，传感器安装于翅式换热器，所以传感器与翅式换热器的翅片处于同一环境中，当翅式换热器的环境情况发生变化时，传感器的环境情况也会发生变化。控制方法包括：

步骤1、微控制器电路输出控制信号至微波电路，微波电路发出高频率微波，通过微波传输线4输出；

步骤2、当翅式换热器的环境情况发生变化时，传感器的环境情况也会发生变化，微波传输线4的微波传输介质发生变化；同时，热敏电阻所处的环境情况发生变化，将温度信号传输至测温电路；

步骤3、微波传输线4所传输的微波信号的频率和/或幅值发生变化，微波传输线4将发生变化的微波信号传输回微波电路，微波电路将其处理为与波长和功率相关的低频信号作为微波检测信号传输至微控制器电路，微控制器电路对微波检测信号进行数字采样处理；同时，测温电路将温度信号传输至微控制器电路；

步骤4、微控制器电路接收微波检测信号和温度信号，并根据微波检测信号和温度信号判断结霜化霜状态。

结霜化霜状态具体包括干燥状态、结霜状态和化霜状态。其中，结霜状态还包括结霜厚度；化霜状态进一步的包括化霜早期状态、化霜晚期状态和化霜结束状态，化霜早期状态为结霜厚度逐渐减小，水膜厚度增加的状态，化霜晚期状态为结霜厚度为0，水膜厚度减小的状态，化霜结束状态为化霜晚期状态且水膜厚度为0的状态。

结霜化霜状态的判断，是根据微波的波速与频率和波长的关系实现的。具体而言，微波是一种高频电磁波，其传输速度公式为：

式中V：微波的传输速度；C：光速；ε：传输介质的介电常数；μ：传输介质的磁导率；由于一般介质的磁导率都为1，可以忽略不计，因此影响微波速度的最主要参数就是介质的介电常数。空气的介电常数为1，水的介电常数在70-80之间。冰和霜虽然是水的一种固态形式，但是介电常数却大不相同，冰的介电常数大约为3，霜的介电常数大约为2。由此可见，微波在空气、水和霜中的传输速度是不一样的，在空气中接近为光速，在霜中要略低于空气，而在水中，则微波速度衰减很大。

微波的波速与频率波长的关系为：

V＝λ/T＝λf

式中λ：波长；T:周期；f:频率；由此可见，如果频率固定，微波在空气中传输时波长最长，在水中波长最短。假如微波的传输介质从空气逐步变化为霜，则波长也会逐步变短，霜的厚度跟波长变化呈单调对应关系。如果霜化成水，则波长会急剧变更短，出现突变。如果水吹干，则波长恢复最长的状态。因此我们可以通过检测微波的波长变化，得到微波传输范围内的结霜化霜状态的判断。

微波的另一个时域特性是功率，跟信号的幅值有关。微波在不同物质中传输时，幅值受电导率影响较大。对于空气、霜和水来说，空气和霜由于不导电，对微波幅值影响较小，而水由于导电，会造成微波幅值的衰减。通过对微波幅值变化的检测，也可以对结霜或者化霜状态做出辅助判断。

步骤5、微控制器电路根据所判断的结霜化霜状态，通过RS485总线输出信号，或者输出不同的开关量信号。具体的，开关量信号可以是高低电平组合而成的电平信号，在电平信号中也可以使用高低电平的不同的持续时间区分不同的信号。

进一步的，传感器安装于空气源热泵机组的翅式换热器上，还包括步骤6，即空气源热泵机组的控制器根据不同的开关量信号或者RS485总线输出信号控制压缩机的工作状态，以达到对翅式换热器结霜化霜的效果。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。