JPH044542B2 - - Google Patents

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JPH044542B2
JPH044542B2 JP58132023A JP13202383A JPH044542B2 JP H044542 B2 JPH044542 B2 JP H044542B2 JP 58132023 A JP58132023 A JP 58132023A JP 13202383 A JP13202383 A JP 13202383A JP H044542 B2 JPH044542 B2 JP H044542B2
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    • G01N29/02—Analysing fluids
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、表面の付着、特に冷却体やヒートポ
ンプ等における氷付着を検出する装置に関するも
のである。
［従来の技術］ 物体が周囲の空気中に存在する水蒸気の凍結温
度以下の温度になると、水蒸気は物体に凍結す
る。従つて、冷凍装置の冷却体または蒸発器はあ
る時間経過すると氷の層で覆われて周囲から遮蔽
され、熱伝導を実質的に低下させることになる。
そのため、冷却体は一定期間毎に霜取りを行う必
要がある。
霜取りの間隔が長くなればなるほど、霜取りに
要する時間が長くなり、しかも装置は霜取りを行
う前には比較的長い期間に渡つて低熱伝導率で作
動されることになる。氷の付着が始まつたら直ち
に霜取りを行えば、霜取り操作は比較的短い時間
で行うことできるが、霜取りを余りに頻繁に行う
と、周囲温度を乱すことになるので、避けるべき
である。
ところで、氷の付着を検出する装置は公知であ
り、米国特許第1013182号明細書に開示された装
置では、電気的振動源によつて機械的に振動する
ようにされた振動子が用いられており、この振動
子は、氷が付着するようにされ、しかもそれ自体
振動子の一部を構成している。そして氷の付着し
ている時に質量及び特に硬さ並びに共振周波数を
変化させる振動子の振動周波数の変化を検出する
手段が設けられる。振動子の共振周波数の変化を
追跡し、氷の付着が霜取りを開始すべき限界に達
したら直ぐに、共振周波数の変化から信号を取り
出して、付着した氷を除去する手段を作動できる
ようにされている。
また、米国特許第4193010号明細書には、圧電
振動子を掃引発振器で付勢する装置が開示されて
おり、この装置は、流動物質が所与レベルに達し
た時を検出するように機能し、すなわち装置は、
振動子を流動物質中に沈めた時、その振動が相当
に減衰されることに基いて動作し、上記の所与レ
ベルに達したかまたは達しないかが振動の有無に
相応するようにしている。また掃引発振器は単
に、それの共振周波数が変動しても、装置が調整
されることのないようにして任意の振動子の励振
させるために用いられるだけである。
さらに、ドイツ国特許出願第1673972号明細書
及び文献B.S.Kudsi＆V.G.Ogren“Material
Presence Sensor”IBM Techn.Discl.Bull.15、
５（1972年10月）1545には、同様な目的の装置が
開示されており、圧電振動子は発振器の一部を成
している。
［発明が解決しようとする課題］ このように共振周波数の変化を測定する場合の
欠点は、付着した氷の層の厚さによる周波数の変
動が小さく、しかもこれらの周波数が振動子によ
つて異なり、さらには温度にも関係することにあ
る。そのため、各装置を正確に調整する必要があ
るだけでなく、温度シフトに対する複雑な補償手
段が必要となるという問題点がある。
そこで、本発明は、このような従来技術に伴う
問題点を解決した氷等の付着の検出装置を提供す
ることを目的としている。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、振動子の質量や硬さが変化する際に
振動子の共振周波数だけでなくそれのインピーダ
ンスも変化し、また付着によるインピーダンスの
変化が共振周波数の変化より温度に依存し、従つ
て測定や制御目的に一層適していることを見出し
た。このような振動子は、共振周波数において極
めて大きなインピーダンスをもつ並列共振回路と
して考えることができ、最大インピーダンスの大
きさは、氷の付着によつて共振特性が変化するに
つれて減少する。
上記の目的を達成するために、本発明の第１の
発明による氷等の付着の検出装置は、電気的振動
源が、作動状態において付着時の振動子の共振周
波数から成る範囲内で周期的に変化する周波数を
もつ掃引発振器から成り、また上記引発振器に接
続され、振動子とインピーダンスとの直列接続に
よつて形成された分圧器と、この分圧器の測定点
に一方の入力を接続し、掃引発振器に接続されて
基準電圧を発生する基準電圧源に他方の入力を接
続した比較器段と、この比較器段の出力に接続さ
れて基準電圧源の基準電圧以上における振動子の
インピーダンス変化によつて生じた電圧変化を検
出する検出回路装置とを有することを特徴として
いる。
基準電圧源によつて発生される基準電圧は最大
許容付着を表すために用いられる。
比較器段の出力は電気的振動源の周波数をろ波
するフイルタ段に接続され、このフイルタ段の出
力はパルスの有無を検出する弁別器回路に接続さ
れ得る。
また、本発明の第２の発明による氷等の付着の
検出装置は、電気的振動源が、作動状態において
付着時の振動子の共振周波数から成る範囲内で周
期的に変化する周波数をもつ掃引発振器から成
り、また上記掃引発振器に接続され、振動子とイ
ンピーダンスとの直列接続によつて形成された分
圧器と、分圧器の測定点に接続されて測定点にお
ける電圧の包絡線を形成する回路と、この包絡線
の極限値を検出する最小値検出器と、最小値検出
器の出力に一方の入力を接続し、他方の入力を測
定点における平均電圧を通す回路段に接続して、
最小値検出器からの出力と回路段からの平均電圧
との差を検出する比較器段と、比較器段の出力に
接続された検出回路装置とを有することを特徴と
している。
測定点における平均電圧を通す回路段は低減フ
イルタから成り得る。
検出回路装置はまた振動子の表面における付着
がそれぞれ上限または下限に達した時に出力信号
を発生する二つの調整可能な限界回路を備えるこ
とができる。
更に、第１、第２の各発明による装置におい
て、振動子は好ましくは、電極を備えた振動板を
有し、この振動板はモニタすべき表面に良好に熱
接触して装着され、振動板の固定されない側の電
極が他側の接続点に接続され、この接続点及び他
の電極の接続点は、良熱伝導性材料から成り、振
動板とモニタすべき表面との間に設けた中間体の
空洞内に配置され、また振動板は氷等の付着によ
る短絡を防ぐため絶縁層で覆われ得る。
［作用］ このように構成した第１の発明による装置にお
いては、比較器段は一方の入力で分圧器の測定点
における電圧を受け、この測定点における電圧
を、他方の入力で受けた基準電圧源からの基準電
圧と比較し、それにより基準電圧源の基準電圧以
上における振動子のインピーダンス変化によつて
生じた電圧変化が検出される。こうして得られた
比較器段の出力は電気的振動源の周波数をろ波す
るフイルタ段においてろ波され、パルス型信号に
形成される。パルス型信号は測定点における電圧
が基準電圧源で設定される基準電圧のレベル以上
の時に現れ、従つて基準電圧を適当に選択し、そ
してパルス型信号の有無を弁別器回路で検出する
ことによつて、氷の付着が限界に達したかどうか
を判別することができる。また基準電圧源を出力
電圧の調整可能な整流器で構成しているので、基
準電圧源は振動源の電圧の変動に無関係に基準電
圧を発生することができる。
また、第２の発明による装置では、測定点にお
ける電圧の包絡線の極限値が検出され、この検出
された極限値は比較器段において測定点における
平均電圧である基準電圧と比較され、その差が共
振周波数における振動子の出力電圧の測定値を表
している。
［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。
第１図には、圧電振動子に供給される周波数と
この圧電振動子の直列抵抗の端子間の電圧との関
係をグラフで示し、実線は振動子に氷が付着して
いない場合を示し、また点線は振動子に氷が付着
している場合である。第１図のグラフから明らか
なように、共振周波数がfr1からfr2へ変化する
（すなわち、氷が付着している時には減少する）
だけでなく、共振時の直列抵抗の端子間の電圧も
Ur1からUr2へ変化する。この電圧変化は共振周
波数のシフトより一層明確に現れる。更に、共振
周波数は温度と共に変化し得るが、電圧の差は温
度によつてほとんど影響を受けないことが認めら
れる。本発明の装置はこの現象を利用している。
直列抵抗の端子間の電圧ではなく振動子の端子
間の電圧を測定する場合には第１図の曲線は逆向
きとなる。
第２図に概略的に示す回路は、可変周波数の発
振器１を有し、この発振器１の制御入力には周期
的かつ漸進的に変化する電圧、例えば三角電圧源
２が接続され、この電圧源２の出力における周波
数に応じて発振器１の周波数は周波数限界値f1、
f2の間で周期的に変化する。発振器１と電圧源２
とによつて電気的振動源を成す掃引発振器を構成
している。発振器１の出力は、必要に応じて増幅
器３を介して、直列抵抗５を備えた圧電振動子４
に接続されている。
直列抵抗５の端子間の電圧は第１図に示すグラ
フで表される。掃引周波数の限界値f1、f2は、モ
ニタすべき範囲内の振動子４の共振周波数を常に
包含するように選択される。
振動子４と抵抗５との接続点すなわち測定点６
は比較器段７の一方の入力に接続され、この比較
器段７の他方の入力には分圧器９のタツプ８が接
続され、この分圧器９は整流器１０を介して増幅
器３の出力に接続されている。分圧器９及び整流
器１０は基準電圧源を構成している。
測定点６に現れる信号は第３図のＡに示され、
また分圧器９のタツプ８に現れる基準電圧すなわ
ち限界電圧は第１図及び第３図のＡにUVで示さ
れる。比較器段７の出力における電圧は第３図の
Ｂに示される。抵抗５の端子間の電圧が限界電圧
UV以下に降下すると、比較器段７の出力には電
圧は現れない。
比較器段７の出力は低域フイルタ１１に接続さ
れ、この低域フイルタ１１は振動周波数をろ波
し、ろ波された低域フイルタ１１の出力信号は第
３図のＣに示される。抵抗５の端子間の電圧が基
準電圧UV以下に周期的に降下している限り、第
３図のＣに示す形態のパルス電圧が低域フイルタ
１１の出力に現れる。低域フイルタ１１の出力は
弁別器回路１２に接続され、この弁別回路１２は
低域フイルタ１１の出力からのパルスのギヤツプ
（第３図のＣに符号ｇで示す）の消去を検出して
出力１３に、例えば霜取りを開始させるための制
御信号を発生する。なお、この実施例では低域フ
イルタ１１及び弁別器回路１２は検出回路装置を
構成している。
第４図には本発明の装置の別の実施例をブロツ
ク線図で示し、図示装置は第２図における構成要
素１〜５を包含している。この場合に、測定点６
には測定点６に現れる交流電圧の包絡線を形成す
る回路段１４が接続されている。測定点６に現れ
る交流電圧は第５図のＡに示され、第５図のＢに
はこの交流電圧の包絡線が示されている。包絡線
形成用の回路段１４の出力は、第５図のＢに示す
最小値Unioを検出する最小値検出器１５に接続さ
れている。
また、測定点６には、この測定点６に現れる信
号の直流成分（第５図のＡ及びＢにおけるU0）
だけを通す回路段１６が接続されており、この回
路段１６は整流器及び（または）低減フイルタか
ら成ることができる。最小値検出器１５及び回路
段１６の出力は比較器段すなわち減算器段１７の
それぞれの入力に接続され、この減算器段１７は
最小値検出器１５からの包絡線の最小値Unioと回
路段１６からの値U0との差Δuを検出する。この
差Δuは、氷の付着が増していくにつれて増大す
る。
減算器段１７の出力は二つの比較器段１８，１
９の各々の一方の入力に接続され、これら比較器
段１８，１９の各々の他方の入力には分圧器２
０，２１がそれぞれ接続されている。これらの分
圧器２０，２１は定電圧源に接続されている。比
較器段１８，１９の出力は各々二安定段２２の入
力に接続され、この二安定段２２の出力は装置の
制御出力を成している。比較器段１８は、例えば
包絡線の最小値Unioが氷の付着の限界に相応した
所与値に達した時、二安定段２２を切替えてその
出力２３に霜取り装置を作動させる信号を発生さ
せるように調整される。他方、比較器段１９は包
絡線の最小値Unioが霜取りの所与程度に相応した
値に達した時、二安定段２２を再び切替えてその
出力２３に霜取り装置を停止させる信号を発生さ
せるように調整される。比較器段１８，１９をそ
れぞれ分圧器２０，２１によつて適当に調整する
ことにより、単一の限界値を用いた場合のように
作動と停止とをあまり頻繁に繰返さなくてよくな
る。
ところで、第２図の回路においても霜取り装置
の同様な制御方法を用いることができ、パルスの
ギヤツプの長さは相応した電圧に変換されて第４
図の比較器段１８，１９に供給されることにな
る。なお、比較器段１８，１９はそれぞれ分圧器
２０，２１と組合わさつて検出回路装置を成す調
整可能な限界回路をそれぞれ構成している。
第６図には本発明の装置に用いられる圧電振動
子の実施例を断面図で概略的に示す。図示圧電振
動子は結晶板すなわち振動板２４を有し、結晶板
２４の各側にはそれぞれ電極２５，２６が設けら
れており、上方の電極２６は結晶板２４のまわり
に曲がられ、そして下方側へのび、下方の電極２
５からなる距離離れて終端している。結晶板２４
は絶縁リング２７を介して中間体を成す鋼板２８
上に取付けられており、この鋼板２８は中央部分
に空洞すなわち開口２９を備えている。この開口
２９内には電極２５，２６の端子すなわち接続点
３０が配置され、そしてこれらの接続点３０に接
続された導体３１は金属板２８に設けた穴３２を
通つて外部へ導かれている。また金属板２８はモ
ニタされることになる表面３３上の適当な位置に
良好に熱接触して取付けられている。湿気の付着
による短絡を防ぐために電極２５，２６を備えた
結晶板２４は絶縁層３４で覆われている。
ところで、本発明の範囲内で多くの変更が可能
であり、例えば、使用した振動子は多くの他の仕
方で設計することができ、そして圧電振動子の代
わりに、マグネツトまたは電わい或いは電気機械
的振動子を用いることもできる。
また、使用した電気回路装置についても多くの
他の仕方で設計することができ、特に、図示直列
抵抗５の代わりに、分圧器から付着の変化を検出
できる電圧を得ることができるとすると、特に掃
引発振器の一部を構成し得る他のインピーダンス
を用いることができる。
さらに、図示実施例では氷の付着を検出する装
置について説明してきたが、本発明は振動子の振
動状態に同様に影響を及ぼす他の付着物の場合に
ついても用いられ得る。
［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明による装置に
おいては、振動子の質量や硬さが変化する際に振
動子の共振周波数だけでなくそれのインピーダン
スも変化し、また付着によるインピーダンスの変
化が共振周波数の変化よりも温度に依存すること
を利用して、振動子のインピーダンスの変化によ
つて生じた電圧変化を基準電圧との比較により検
出するように構成しているので、各装置の正確な
調整や温度シフトに対する複雑な補償手段を必要
とせずに氷などの付着を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は氷の付着した状態と付着してない状態
とにおける圧電振動子の振動状態を示すグラフ、
第２図は本発明の第１の実施例を示すブロツク線
図、第３図は第２図の回路の種々の点に現れる信
号形状を示すグラフ、第４図は本発明の第２の実
施例を示すブロツク線図、第５図は第４図の回路
の種々の点に現れる信号形状を示すグラフ、第６
図は本発明の装置に用いられる圧電振動子の一実
施例を示す概略断面図である。 図中、１，２：掃引発振器、４：振動子、５：
インピーダンス、６：測定点、７：比較器段、
９：分圧器、１０：整流器、１４：電圧の包絡線
形成用の回路段、１５：最小値検出器、１６：測
定点における平均電圧を通す回路段、１７：比較
器段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的振動源によつて振動子を振動させ、こ
    の振動子の表面に氷等が付着することにより生じ
    る上記振動子の振動の変化を検出し、付着が所与
    限界を超えたとき出力信号を発生するようにした
    氷等の付着の検出装置において、電気的振動源
    が、作動状態において付着時の振動子４の共振周
    波数から成る範囲内で周期的に変化する周波数を
    もつ掃引発振器１，２から成り、また上記掃引発
    振器１，２に接続され、振動子４とインピーダン
    ス５との直列接続によつて形成された分圧器と、
    この分圧器４，５の測定点６に一方の入力を接続
    し、掃引発振器１，２に接続されて基準電圧を発
    生する基準電圧源に他方の入力を接続した比較器
    段７と、この比較器段７の出力に接続され、基準
    電圧源の基準電圧以上における振動子４のインピ
    ーダンス変化によつて生じた電圧変化を検出する
    検出回路装置とを有することを特徴とする氷等の
    付着の検出装置。 ２ 検出回路装置が、比較器段７の出力に接続さ
    れて、電気的振動源の周波数をろ波するフイルタ
    段１１と、このフイルタ段１１の出力に接続され
    てパルスの有無を検出する弁別器回路１２とを備
    えている特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 基準電圧源が、可変出力電圧をもつ整流器１
    ０及び分圧器９から成る特許請求の範囲第１項に
    記載の装置。 ４ 振動子４が、電極２５，２６を備えた振動板
    ２４を有し、この振動板２４がモニタすべき表面
    に良好に熱接触して装着され、振動板２４の固定
    されない側の電極２６が他側の接続点３０に接続
    され、この接続点３０及び他の電極２５の接続点
    ３０が、良熱伝導性材料から成り、振動板２４と
    モニタすべき表面３３との間に設けた中間体２８
    の空洞２９内に配置されている特許請求の範囲第
    １〜３項のいずれか一項に記載の装置。 ５ 結晶板２４が絶縁層２７で覆われている特許
    請求の範囲第４項に記載の装置。 ６ 電気的振動源によつて振動子を振動させ、こ
    の振動子の表面に氷等が付着することにより生じ
    る上記振動子の振動の変化を検出し、付着が所与
    限界を超えたとき出力信号を発生するようにした
    氷等の付着の検出装置において、電気的振動源
    が、作動状態において付着時の振動子４の共振周
    波数から成る範囲内で周期的に変化する周波数を
    もつ掃引発振器１，２から成り、また上記掃引発
    振器１，２に接続され、振動子４とインピーダン
    ス５との直列接続によつて形成された分圧器と、
    分圧器４，５の測定点６に接続されて測定点６に
    おける電圧の包絡線を形成する回路１４と、この
    包絡線の極限値を検出する最小値検出器１５と、
    最小値検出器１５の出力に一方の入力を接続し、
    他方の入力を測定点６における平均電圧を通す回
    路段１６に接続して、最小値検出器１５からの出
    力と回路段１６からの平均電圧との差を検出する
    比較器段１７と、比較器段１７の出力に接続され
    た検出回路装置とを有することを特徴とする氷等
    の付着の検出装置。 ７ 測定点６における平均電圧を通す回路段１６
    が低域フイルタから成る特許請求の範囲第６項に
    記載の装置。 ８ 検出回路装置は、振動子の表面における付着
    がそれぞれ上限または下限に達した時に出力信号
    を発生する二つの調整可能な限界回路１８，２
    ０；１９，２１を備えている特許請求の範囲第６
    項に記載の装置。 ９ 振動子４が、電極２５，２６を備えた振動板
    ２４を有し、この振動板２４がモニタすべき表面
    に良好に熱接触して装着され、振動板２４の固定
    されない側の電極２６が他側の接続点３０に接続
    され、この接続点３０及び他の電極２５の接続点
    ３０が、良熱伝導性材料から成り、振動板２４と
    モニタすべき表面３３との間に設けた中間体２８
    の空洞２９内に配置されている特許請求の範囲第
    ６〜８項のいずれか一項に記載の装置。 １０ 結晶板２４が絶縁層２７で覆われている特
    許請求の範囲第９項に記載の装置。
JP58132023A 1982-07-21 1983-07-21 氷等の付着の検出装置 Granted JPS5940141A (ja)

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NL8202942 1982-07-21

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JPS5940141A JPS5940141A (ja) 1984-03-05
JPH044542B2 true JPH044542B2 (ja) 1992-01-28

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US (1) US4568922A (ja)
EP (1) EP0101114B1 (ja)
JP (1) JPS5940141A (ja)
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