1、冰箱機械溫控原理與設計引子由于電子技術和顯示技術的開展日新月異，在家電上新的顯示和控制方式的應用令消費者目不暇接。在這個控制技術電子化和控制操作人性化的時代，講冰箱溫度的機械控制似乎有些不合時宜了。通過機械式溫控器實現溫度控制的方法技術落后、控制不精確，在用戶操作方面也不夠直觀和人性化。但是機械式溫度控制的方法由于其控制方式簡單易行，價格低廉，而對于大多數消費者來說，并不需要很精確的溫度控制。因此機械式溫控仍然普遍地運用于家用電冰箱上。一、概述冰箱機械控制的主要部件是溫控器。而溫控器的感溫對象那么是蒸發溫度直冷或出風溫度風冷，因此，冰箱機械控制的研究對象主要是溫控器和蒸發溫度出風溫度。了解溫控

2、器和制冷系統的溫度特性是進行冰箱機械控制設計的根底。二、溫控器結構原理與參數特性常用的冰箱溫控器為蒸汽壓力式溫控器。其結構原理如圖1。在工作時，溫控器的毛細管末端感溫部感知溫度的變化，由于波紋管毛細管內的冷媒蒸汽壓力隨溫度變化，這個壓力傳導給溫控器主體內部的杠桿與彈簧機構，從而來控制觸點的通斷，由此到達以傳感溫度來控制電路通斷的目的。圖1溫控器因參數特性的不同分為定溫復位型和普通型。定位復位型溫控器由于接通溫度在不同檔位均相同而得名，斷開溫度一般與檔位呈線性關系。普通型溫控器接通溫度和斷開溫度一般均與檔位呈線性關系，而且大多情況下，它們的溫差是一定的。如圖2。圖2a定溫復位型溫控器圖2b普通型

3、溫控器三、傳感溫度時間特性由于直冷冰箱的機械溫控特性具有典型性，而且目前機械溫控設計比擬普遍地應用于直冷冰箱，下面針對直冷冰箱闡述機械溫控中傳感溫度隨冰箱運行變化的特性。我們知道，機械溫控的根本方法仍然是感知冰箱溫度變化，然后將這種變化反應到控制機構，然后再回來控制箱內溫度。同其它溫控方式一樣，也是一個溫度采集信息反應控制動作溫度調整的過程。那么，為什么在直冷冰箱上溫控器傳感器沒有直接采集箱內間室溫度，而是采集蒸發溫度呢？一般情況下，箱內間室溫度的波動不過5度左右，而溫控器批量制造誤差已到達34度，再考慮到溫控器傳感器裝配等因素產生的采集誤差，取間室溫度做為采集溫度顯然是不適宜的。而蒸發溫度的

4、變化特性恰好彌補了溫控器制造誤差這一缺陷。首先，在制冷循環中蒸發溫度波動很大，波動區間在室溫至零下30之間；其次，它的變化根本與箱內間室溫度同步。既然對于直冷冰箱，選擇蒸發溫度做為傳感器采集溫度，那么了解蒸發溫度的變化特性是非常必要的。在了解蒸發溫度之前，我們首先來看看，對于溫控器來說，什么樣的感溫曲線是適宜的。如圖2所示，無論對于定溫復位型還是普通型溫控器，其斷開溫度隨檔位的變化一般都是線性的，因此，線性的感溫曲線自然是很適宜的，優點是使得溫控器各檔位控制壓縮機運行的時間是呈均勻分布的，即控制靈敏度是均勻的。如圖3。圖3這要求蒸發溫度隨時間變化也必須是線性的，但這顯然行不通。從冰箱傳熱角度來

5、看，理想的蒸發溫度曲線應該是矩形曲線，這樣能夠最有效地利用傳熱溫差，提高制冷效率。實際的蒸發溫度和感溫溫度變化如圖4，并不是矩形波形的曲線或線性曲線，而是一種近似雙曲線的曲線，為了便于分析，現將曲線分成3段：速降段、過渡段、平穩段。這里引入一個概念，曲線斜率。顯然線性感溫曲線的斜率在各點上是一樣的，而實際蒸發溫度曲線的斜率在各點上是不同的，在3個階段上呈現不同特征，速降段斜率根本一致且很大，平穩段斜率也根本一致且很小。在上述兩段上，溫控器靈敏度不是很大就是很小。這就是為什么出現有時候溫控器微調引起壓縮機開機時間的劇烈變化，而有時候大幅調溫控器，壓縮機運行時間變化也不明顯的原因。在過渡段上，曲線

6、斜率不斷變化但較適中，因此在這一段上較容易實現壓縮機運行時間的調控。由于冰箱必須適應一定氣候帶的要求，即能夠運行于一定范圍的高溫和低溫環境中，這使得冰箱壓縮機的開機時間在高溫和低溫時有很大差異，溫控器的斷開點因此不可防止地要分布在3段上：高溫時位于平穩段而低溫時位于速降段。圖4環境溫度對溫控的影響四、影響溫控的主要因素1.環境溫度我們知道，在一定環境溫度下，冰箱溫度越低，需要壓縮機開機時間越長，溫控器斷開溫度也越低，對應檔位越高數值大。而在不同環溫下，為滿足相同儲藏溫度要求，壓縮機的開機時間也是不同的，在高溫下壓縮機開機時間長，低溫下開機時間短。那么是否可以對應地推斷，同樣儲藏溫度要求下，高環

7、溫下溫控器檔位高，低環溫下溫控器檔位低呢？通過試驗發現，事實并不是這樣。實驗數據說明，在實現相同儲藏溫度的前提下，溫控器檔位在上下環溫下并不呈現上述規律，有很多溫控器在高環溫時檔位低，而在低環溫時檔位高。這是什么原因呢？仍參見圖4，實驗發現，傳感溫度隨環溫變化而變化。這很容易理解，傳感溫度直接受蒸發溫度影響，而蒸發溫度又因環溫升降而升降。通過圖4的實驗模擬圖可以發現，同樣的溫控器檔位在高環溫時可以使壓縮機開機時間很長，使得儲藏溫度合格，在低環溫時壓縮機的開機時間卻大幅減少，這時儲藏溫度是否合格就要看具體情況了。很多情況是同樣的檔位在低溫下壓縮機開機時間卻缺乏，必須調整溫控器到更高的檔位才能滿足

8、要求。2.溫控器制造誤差既然不同環溫下，要獲得同樣的儲藏溫度對于溫控器可能對應不同的檔位，那么，在相同的環溫下，相同型號的每臺冰箱是否可以有一致的溫控器檔位呢？事實上，由于溫控器的制造誤差，每臺冰箱仍然呈現不同的控制檔位。這是什么原因呢？見圖5，我們發現，由于溫控器的制造誤差，在相同的溫控器檔位下，由于斷開溫度的差異，導致壓縮機開機時間不盡相同。這種情況下，只有通過調整溫控器檔位實現壓縮機所需要的開機率。圖5溫控器制造誤差對溫控的影響3.冰箱制造誤差由于冰箱本身的制造誤差會使得每臺冰箱的蒸發溫度在同樣的運行條件下也不盡相同，導致傳感溫度的差異，也會影響溫控器的溫度控制。例如蒸發器貼敷的密封性、

9、溫控器感溫管的安裝位置等等。圖6冰箱制造誤差對溫控的影響五、溫度控制模擬了解了溫控器傳感溫度的時間特性及其影響因素，就可以有針對性地對各種不同的制冷系統設計出適宜的溫控器。通過溫度控制模擬的試驗方法是獲得傳感溫度時間特性和設計參數的最正確途徑之一。例如，可以在試驗軟件中添加溫度控制功能，通過試驗軟件控制測試冰箱的開停機。試驗時，輸入溫控器設計參數，然后通過試驗模擬來進行驗證。也可以利用現有的溫控器進行模擬，再對參數進行調整來滿足設計要求。六、溫控器參數設計指南在進行溫控器參數設計時，為了使冰箱能夠運行于設計氣候類型所規定的范圍，必須考慮環溫對溫控的影響。以定溫復位型溫控器為例，確定適宜的中點停

10、機溫度至關重要，最正確的溫度莫過于可以適用于從低溫到高溫的所有環溫，這樣做的好處就是用戶只要將溫控器置于中檔，無論冬季還是夏季，冰箱都可以獲得大致相同的溫度。但是如前所述，中點溫度往往不能兼顧上下環溫的要求，這時，選擇一個適中的中點停機溫度使得這些能夠滿足上下溫要求的位置盡量位于中點附近是非常有必要的。而在確定冷點的停機溫度時，需要充分考慮的那么是低環溫的停機情況。由于蒸發溫度的降低使得滿足一定開機率的停機溫度點下移，因此足夠低的冷點是其次要考慮的。因為溫控器停機溫度的線性特性，一般確定中點和冷點后，暖點就可以得出了。另外，在參數公差的設計上，基于各點的控制重要性，作者傾向于將中點停機溫度公差

11、控制嚴一些，而對于暖點的停機溫度僅僅確定一個參考值即可，對其公差可不做具體要求。七、冰箱溫控適用性的探討在溫控器的設計要求中，有一個問題似乎一直困擾著溫控器設計人員，有些客戶要求溫控器置于中間某個區間下，冰箱溫度滿足標準要求，甚至直接要求溫控器置于中檔位置儲藏溫度符合標準。我們知道，由于環溫、溫控器制造誤差、冰箱系統制造誤差，上述要求往往是無法滿足的。國標GB8059.2中提到，可以將溫控器調至某一點任意一點，使得儲藏溫度符合標準要求。而在澳洲標準AS/NZS4474.1中也提到，或者存在某個控制設置的測試運行，使得儲藏溫度合格，或者存在兩個不同控制設置的試驗運行，其儲藏溫度的連線長度的一半以

12、上在標準區域內。如圖7。圖7在考查溫控器對溫度控制的適用性方面，澳洲標準AS/NZS4474.1提供了一個值得參考的方法。通過圖7的評價方法，我們可以判定溫控器可調節的溫度范圍在多大程度上滿足標準的要求。九、冰箱溫控常見案例分析1.不停機問題案例一：BCD-135CN高環溫不停機問題BCD-135CN是一款使用R600a制冷劑，N型氣候類型，針對溫帶地區設計的冰箱。從去年在榮事達工廠復產以來，一直有出口英國的訂單。批量生產開始，研發中心即收到榮事達工廠反應信息，該機型在環溫32甚至25下出現一定比例35檔均不停機的問題。而英國客戶要求：溫控器在35檔范圍內調整時，冷藏溫度范圍37，冷凍室范圍-

13、16-24，如圖8所示。圖8雖然國標甚至其它國家或地區的標準沒有對中檔位置的停機要求做出規定，但從用戶使用角度來說，35檔均不停機仍然是不適宜的。研發中心在收到工廠的反應后，對原溫控器做了改良設計，而原圖僅僅對暖點和冷點停機溫度和公差做了給定，對中點停機溫度沒有要求，這次改良也僅僅將原溫控器冷點停機溫度做了提高。到今年年初，仍然有工廠方面的不停機反應，后研發根據反應，針對中檔參數做了相應的改良設計，適當地提高了中檔停機溫度，并給出適宜的公差，同時，為了滿足低環溫下開機率的需要，對冷點停機溫度不做調整。如圖9。2. 低環溫制冷缺乏問題案例二：板管式蒸發器冰箱低環溫制冷缺乏由于鋁板管式蒸發器裝配操作簡單，本錢較低，從06年開始在批量產品和新產品中陸續得到應用。但在進行試驗過程中卻發現，一些使用這種型式蒸發器的冰箱在低溫環境中制冷運行缺乏，甚至將溫控器置于冷點位置仍無法滿足壓縮機開機率的需要。經過研究發現，由于溫控器感溫管過于靠近蒸發器盤管又緊貼鋁板，感溫溫度根本與蒸發溫度相同，而低環溫時，蒸發溫度下降較顯著，在借用公司現有