中國(guó)自從1978年改革開(kāi)放之后，人民生活水平日益提高，許多家庭都購(gòu)買(mǎi)了電冰箱等家用電器。但是有許多家庭并不了解電冰箱的工作原理，更不了解電冰箱溫控器的工作原理及其調(diào)節(jié)方法。人民生活水平固然提高了許多，但是現(xiàn)在也并不是都十分富裕。不正確的使用電冰箱勢(shì)必會(huì)縮短其使用壽命，帶來(lái)了不必要的麻煩，同時(shí)也浪費(fèi)了自然資源和財(cái)力。
有一次，我們家中的一臺(tái)電冰箱工作了很長(zhǎng)時(shí)間，卻一直不停機(jī)。我們嚇了一跳，以為電冰箱壞了。我們給維修單位打電話咨詢，但是上上下下仔細(xì)查看了整個(gè)電冰箱后，才發(fā)現(xiàn)只是溫控器調(diào)節(jié)的不正確。這使我們認(rèn)識(shí)到了冰箱溫控器對(duì)于電冰箱的重要性。因此，我們來(lái)研究一下電冰箱溫控器的正確使用方法，即如何使電冰箱的使用壽命更長(zhǎng)。
問(wèn)題：如何正確調(diào)節(jié)電冰箱溫控器，使電冰箱使用壽命更長(zhǎng)。
電冰箱制冷是靠中溫低壓的液態(tài)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器吸收熱量汽化為低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，達(dá)到蒸發(fā)器周?chē)禍厥贡鋬?nèi)部冷卻的目的。壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過(guò)濾器、毛細(xì)管則是幫助并保證在蒸發(fā)器中已使用過(guò)的制冷劑回復(fù)到中溫低壓的液體，能再一次送回蒸發(fā)器吸熱汽化，實(shí)現(xiàn)單向連續(xù)循環(huán)制冷。蒸發(fā)器是電冰箱中唯一制冷的器件。壓縮機(jī)把蒸發(fā)器出來(lái)的低溫低壓的汽態(tài)制冷劑經(jīng)回氣管由壓縮機(jī)吸入氣缸，被壓縮為高溫高壓的氣態(tài)進(jìn)入冷凝器，把蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機(jī)在壓縮做功時(shí)轉(zhuǎn)換的熱量，利用制冷劑與周?chē)橘|(zhì)之間有較大的溫差，通過(guò)冷凝器全部散發(fā)到空氣中。制冷劑在冷凝器中因放熱而被液化。這高壓中溫液態(tài)制冷劑經(jīng)干燥過(guò)濾器吸收其中的水分，濾除其中的雜質(zhì)，進(jìn)入毛細(xì)管節(jié)流降壓，使高壓液態(tài)制冷劑降為低壓而能回到蒸發(fā)器重復(fù)使用。電冰箱就是這樣由各種制冷劑作工質(zhì)，在封閉系統(tǒng)中作單向連續(xù)循環(huán)，把冰箱內(nèi)熱量不斷的轉(zhuǎn)移到箱外而達(dá)到制冷目的。
電冰箱壓縮機(jī)是開(kāi)開(kāi)停停間歇工作的。電冰箱達(dá)到箱內(nèi)的設(shè)定溫度是通過(guò)溫度控制器控制壓縮機(jī)的開(kāi)、停機(jī)來(lái)完成的。壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，即制冷時(shí)間長(zhǎng)，則箱內(nèi)溫低；反之箱溫就高。溫度控制器二個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)在壓縮機(jī)電路中，當(dāng)箱內(nèi)溫度低到某一設(shè)定溫度時(shí)則溫控器觸點(diǎn)跳開(kāi)，壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)，暫停制冷，隨后箱內(nèi)溫度逐漸提高，在箱內(nèi)溫度高到另一設(shè)定溫度時(shí)則溫控器觸點(diǎn)閉合，壓縮機(jī)又運(yùn)轉(zhuǎn)制冷……如此循環(huán)。使箱內(nèi)溫度保持在一定范圍內(nèi)。
電冰箱溫控器中的感溫包感受蒸發(fā)器的溫度，當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，感溫元件中感溫劑膨脹或收縮，使非剛性元件感溫腔（波紋管或膜盒）推進(jìn)或退縮，從而改變感溫元件與彈簧片之間的作用力通過(guò)溫控器中機(jī)械傳力放大，使感溫腔微小形變產(chǎn)生的微小位移放大，控制電觸點(diǎn)，使其閉合或斷開(kāi)電路。溫控器指向的數(shù)字，并不表示確切的溫度，而是表示控制溫度高低的程度趨向，數(shù)字小表示控制在較高溫度，數(shù)字大則表示控制在較低溫度。
我們認(rèn)為，壓縮機(jī)的使用壽命在很大程度上決定了電冰箱的使用壽命。而影響壓縮機(jī)工作時(shí)間的因素主要有：外界溫度、溫控器檔位、冷凍室食品量、開(kāi)關(guān)冰箱門(mén)習(xí)慣。當(dāng)電冰箱工作穩(wěn)定后，冷凍室食品量對(duì)其影響十分微小，但不可以忽略不計(jì)。無(wú)論是在寒冷的冬季，還是在炎熱的夏季，冰箱中的食品都是在不斷的吸熱和放熱。當(dāng)冰箱內(nèi)冷汽散失時(shí)，食品吸熱；當(dāng)電冰箱制冷吸熱時(shí)，食品放熱。這在夏季時(shí)最為明顯：當(dāng)電冰箱停機(jī)時(shí)，冰箱內(nèi)食品越多其停機(jī)時(shí)間越長(zhǎng)，因?yàn)槿绻僭O(shè)食品的平均比熱容不變，那么根據(jù)物理學(xué)關(guān)于熱能的公式Q=M×C×ΔT 可知食品量與停機(jī)時(shí)間成反比。其中Q 為食品熱量變化，C 為食品平均比熱，ΔT食品溫度變化量。因此，冰箱內(nèi)食品量的多少也是十分重要的。實(shí)際上，外界溫度隨季節(jié)變化而變化，溫控器檔位靠人工調(diào)節(jié)，冰箱內(nèi)的食品量和如何開(kāi)關(guān)門(mén)對(duì)于一個(gè)家庭來(lái)講變化不會(huì)很大，因?yàn)橐呀?jīng)形成了習(xí)慣。但是，使用時(shí)如果壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，壓縮機(jī)溫度就會(huì)升高，就會(huì)造成熱沖擊。過(guò)多的熱沖擊會(huì)縮短壓縮機(jī)的使用壽命。因此，我們只要調(diào)節(jié)溫控器檔位，使電冰箱冷凍室溫度不低于某一溫度，而且壓縮機(jī)在非長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的條件下（不超過(guò)一個(gè)小時(shí)），工作時(shí)間與工作、停機(jī)的時(shí)間和的比值最小（如工作10分鐘，停機(jī)10分鐘，則比值為0.5)，即壓縮機(jī)的使用壽命更長(zhǎng)，就可以使電冰箱的使用壽命更長(zhǎng)。同時(shí)，電冰箱的耗電量也降低了。這樣，一臺(tái)電冰箱在使用過(guò)程中既省電，又可以延長(zhǎng)使用壽命，當(dāng)然十分經(jīng)濟(jì)。通過(guò)電冰箱生產(chǎn)廠家的電話咨詢，專業(yè)技術(shù)人員肯定了我們的上述看法。于是我們就此進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)電話咨詢得到了一些準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
在北京等中國(guó)北方城市，冬季的供暖由市區(qū)縣的各供暖單位負(fù)責(zé)保證。政府規(guī)定，冬季居民室內(nèi)的溫度不得低于16攝氏度。北京市的供暖單位現(xiàn)在一般能夠保證這個(gè)溫度在18攝氏度左右，最高溫可達(dá)20攝氏度，最低溫絕不低于16攝氏度。因此，可以認(rèn)為我國(guó)北方冬季家庭室內(nèi)溫度在18攝氏度左右。又因?yàn)椋覈?guó)北方春秋季節(jié)家庭室內(nèi)溫度也在18攝氏度左右，偏冷的地區(qū)依然有暖汽等供暖，甚至常年不斷。所以，可以認(rèn)為，我國(guó)北方春秋冬三季的家庭室內(nèi)溫度均在18攝氏度左右。就一般家庭而言，熟食一般現(xiàn)吃現(xiàn)買(mǎi)，生食一般只放幾個(gè)星期。電冰箱冷凍室的食品量一般占冷凍室容積的五分之三左右，且一般變化不是很大。就是說(shuō)，一般家庭的食品量對(duì)冰箱的影響基本相同。
綜上所述，我們理想化的實(shí)驗(yàn)條件是我國(guó)北方春秋冬三季一般家庭的電冰箱。在研究這個(gè)問(wèn)題時(shí)可以把食品量和室內(nèi)溫度作為常數(shù)來(lái)考慮。由于每次開(kāi)冰箱門(mén)時(shí)都會(huì)使冰箱內(nèi)食品吸熱升溫，所以不同人的開(kāi)門(mén)習(xí)慣和速度會(huì)影響到冰箱的制冷效果。比如說(shuō)：老人可能手腳不是很利落，而且拿一件東西要想一下；年輕人可能一只手開(kāi)門(mén)，另一只手就把東西拿出來(lái)了。為了簡(jiǎn)便計(jì)算，我們可以認(rèn)為，在一個(gè)家庭中不考慮老人與青年人的分別，只考慮平均到每個(gè)家庭成員的使用效果，那么各個(gè)家庭的情況基本相同。結(jié)果是，我們?cè)谟?jì)算過(guò)程中可以忽略這一因素的影響。我們想利用家用電冰箱來(lái)進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。于是我們選用了長(zhǎng)嶺阿里斯頓 ――BCD 208 型電冰箱，在保持室溫為18 攝氏度且食品量始終占冷凍室有效容積五分之三不變的情況下，測(cè)定了一些數(shù)據(jù)。這種電冰箱屬于中等檔次的家用電器，制冷效果屬于一般水平。目前許多家庭使用的電冰箱的制冷效果和保溫能力都與其相差無(wú)幾。這些滿足了本論文前面交代的實(shí)驗(yàn)條件，可以作為該條件下的一個(gè)例子，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。于是我們開(kāi)始了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一個(gè)多星期，每組數(shù)據(jù)（既一個(gè)檔位）間間隔二個(gè)小時(shí)，讓電冰箱進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
這臺(tái)冰箱的溫控器旋鈕有六個(gè)檔位，分別是從零到五。第零檔為停機(jī)檔，既電冰箱壓縮機(jī)停止工作，不會(huì)啟動(dòng)；第五檔為速凍檔，即壓縮機(jī)一直啟動(dòng)，不會(huì)停機(jī)。因此，我們不能選第零檔，因?yàn)楸洳粫?huì)制冷；不能選第五檔，因?yàn)楸涑掷m(xù)工作，即浪費(fèi)電能，又會(huì)造成熱沖擊，還有可能凍壞食品。我們?cè)O(shè)工作時(shí)間與工作、停機(jī)的時(shí)間和的比值為y ，設(shè)電冰箱溫控器檔位為x 。則自變量x 的取值范圍為（0，5）。在平面直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，為了便于計(jì)算，且不影響結(jié)果的正確，我們?cè)谟?jì)算時(shí)把原ｙ值擴(kuò)大了100倍。這樣可以方便計(jì)算，也能方便作圖。觀察散點(diǎn)的分布，我們認(rèn)為這些點(diǎn)極有可能是在一條拋物線上，因此設(shè)y 關(guān)于x 的函數(shù)為。我們?cè)诤竺娓接袑?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表和用繪圖工具《幾何畫(huà)板》作出的函數(shù)圖象。其中，表格包含五組數(shù)據(jù)，在測(cè)定時(shí)每組數(shù)據(jù)之間至少間隔兩個(gè)小時(shí)，因?yàn)殡姳湫枰s一個(gè)小時(shí)來(lái)調(diào)整。函數(shù)圖象有一個(gè)大致的輪廓。圖中的空心圓點(diǎn)表示描點(diǎn)，實(shí)心圓點(diǎn)表示當(dāng)x 為4.5時(shí)函數(shù)圖象上的點(diǎn)。
我們分別以三組數(shù)據(jù)為一組，把五組數(shù)據(jù)分成了十組。設(shè)五組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)函數(shù)圖象上的點(diǎn)從左至右依次為A、B、C、D、E，則將五組數(shù)據(jù)分組為：ABC、ABD、ABE、ACD……BDE、CDE。每組可分別解出一個(gè)函數(shù)，但都有一定誤差。其中，凡是包含數(shù)據(jù)組E 的組誤差都十分大，且不太正常。我們認(rèn)為是由于壓縮機(jī)升溫且冷凝器溫度升高散熱變慢，導(dǎo)致電冰箱工作異常。這種可能性十分大，屬于正�，F(xiàn)象。通過(guò)電話咨詢，冰箱廠家的技術(shù)人員肯定了我們的想法，并告訴我們：目前一些高級(jí)的冷凝管可以大大提高散熱效率，但造價(jià)頗高，且調(diào)節(jié)溫控器就可解決問(wèn)題，沒(méi)必要多花錢(qián)去生產(chǎn)。于是把數(shù)據(jù)組E 舍去，只計(jì)算前四組，又可以分為四組：ABC、ABD、ACD、BCD。以這四組數(shù)據(jù)分別解出一個(gè)函數(shù)，這四組函數(shù)中也存在誤差，但是應(yīng)該保留數(shù)據(jù)組A 存在誤差的那一分組。因?yàn)�，溫控器調(diào)得過(guò)低后也會(huì)造成冰箱本身的問(wèn)題。由于檔位越低，要求達(dá)到的溫度越高（不一定始終在設(shè)定溫度以下），所以要工作的時(shí)間就比較短，但停機(jī)時(shí)間縮短得更多。就是說(shuō)，冰箱內(nèi)的食品在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)放出了熱量，在較短的時(shí)間內(nèi)又吸入了大致相同的熱量。冰箱在這時(shí)需要適度調(diào)低要求達(dá)到的溫度。這就是為什么要注意溫控器的調(diào)節(jié)。就是說(shuō)，由BCD 解得的函數(shù)對(duì)于點(diǎn)A、D 的誤差屬于合理誤差。最后，只有BCD 這一組的不合理誤差最小(此時(shí)A點(diǎn)誤差為-0.36),最后解得的函數(shù)即為所求的函數(shù)y=f(x)。
由數(shù)據(jù)組BCD 解函數(shù)：
當(dāng)x = 2.574 時(shí),函數(shù)有最小值y = 35.846；
所以,溫控器旋鈕應(yīng)指在2.574 的位置。
可是由于實(shí)驗(yàn)中不可能消除誤差，所以應(yīng)指在2、3 之間的一個(gè)位置，室溫稍低時(shí)就調(diào)低一點(diǎn)兒，反之就高一點(diǎn)兒，一般家庭不用經(jīng)常調(diào)，溫度差2到3 度不會(huì)有大影響。但是不同的電冰箱性能不同，具體的食品量在變化，外界溫度也會(huì)上下浮動(dòng)，每個(gè)人每一次開(kāi)門(mén)造成的影響都不相同，不同品牌電冰箱溫控器控制面板也不相同。所以忽略絕大多數(shù)家庭相同的因素，只須再考慮不同的電冰箱性能不同、電冰箱溫控器控制面板也不相同。盡管不同的電冰箱性能不同，但是它們的工作原理相同，都是在不斷的吸熱、放熱。就是說(shuō)，它們?cè)谀莻�(gè)檔位基本上都是最佳的。雖然電冰箱溫控器控制面板不相同，但是內(nèi)部旋轉(zhuǎn)多少角度能調(diào)節(jié)多少溫度，卻是同樣基本相同的。目前市場(chǎng)上比較多的樣式主要有：“0”到“5”，“1”到“7”和“弱”、“中”、“強(qiáng)”。由于我們實(shí)驗(yàn)用的電冰箱配備的是第一種樣式的溫控器，所以對(duì)應(yīng)到其它兩種樣式分別是“3”、“4”檔之間和“中”略偏“弱”。
問(wèn)題解決了，是在中國(guó)北方春秋冬三季，一般家庭家用電冰箱溫控器的調(diào)節(jié)。目的是如何更經(jīng)濟(jì)的使用好電冰箱。答案就是上一段最后的幾句話。問(wèn)題雖然很小，而且用的就是解方程的方法，但卻能培養(yǎng)我們從生活中尋找數(shù)學(xué)問(wèn)題、運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)的好習(xí)慣。這對(duì)于推行素質(zhì)教育是一個(gè)極佳的方法，它使學(xué)生因?yàn)樽约旱呐d趣而學(xué)習(xí)，知識(shí)也就更加牢固。另外，這個(gè)問(wèn)題可以擴(kuò)展到其它方面。如下水道的清理問(wèn)題，你必須知道什么時(shí)候清理最合理：時(shí)間早了浪費(fèi)物資，晚了又極難工作。當(dāng)然牽扯的量也是相當(dāng)多的。我們相信，通過(guò)我們不斷的學(xué)習(xí)，我們將解決更多的生活中的問(wèn)題。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/170192.html
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