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電磁爐精確測(cè)溫技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向 首先，我們需要了解電磁爐的內(nèi)部控制組件，電磁爐內(nèi)部基本上可分為兩部分來(lái)構(gòu)成，即：一部分是將市電電壓轉(zhuǎn)換成頻率約為20KHz~40KHz的高頻電壓，并將此電壓送給電磁爐的用于能量交換的一個(gè)電子組件“線圈”的模擬電路部分，這一部分就是電磁爐的“加熱系統(tǒng)”；另一部分就是電磁爐的控制部分“微電腦處理器”，也是我們常說(shuō)的“單片機(jī)”。現(xiàn)代電磁爐，這兩者缺一不可，“加熱系統(tǒng)”輸出功率的大小，以及何時(shí)開(kāi)始加熱，何時(shí)停止加熱等都受“單片機(jī)”的實(shí)時(shí)控制，另外，“單片機(jī)”還具備檢測(cè)整個(gè)“加熱系統(tǒng)”的工作狀態(tài)的功能，有針對(duì)性的對(duì)電磁爐進(jìn)行保護(hù)，這當(dāng)然又是另外一個(gè)課題了，這里暫不作討論。精確測(cè)溫與控溫技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上就是靠“單片機(jī)”根據(jù)炊具表面的溫度的大小來(lái)控制“加熱系統(tǒng)”改變輸出功率的大小和控制加熱的時(shí)間來(lái)達(dá)到自動(dòng)烹飪的目的。 現(xiàn)代的測(cè)溫技術(shù)主要分兩方面，一是“遙測(cè)”，即溫度傳感器(也叫溫度探頭)與被測(cè)物有一定的距離，通過(guò)測(cè)量紅外線或其它對(duì)溫度敏感的不可見(jiàn)光線或射線的變化的物理量來(lái)作為判斷被測(cè)物體的溫度；另一方面是直接測(cè)量，即溫度傳感器與被測(cè)物體直接接確，通過(guò)熱的傳導(dǎo)原理來(lái)直接測(cè)得被測(cè)物體的實(shí)際溫度。下面我們主要以直接測(cè)量為主來(lái)闡述一下電磁爐的精確測(cè)溫技術(shù)；如何樣才能做到精確的測(cè)溫呢？根據(jù)現(xiàn)代電磁爐測(cè)溫的基本原理，筆者從以下這六個(gè)方面入手來(lái)分析。 一是從結(jié)構(gòu)上來(lái)分析，要保證溫度傳感器能正確測(cè)量到被測(cè)物體的溫度，也就是溫度傳感器要能夠緊緊貼住被測(cè)物體最能夠反映溫度變化的那個(gè)部位，但作為電磁爐的測(cè)溫技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，要做好這一點(diǎn)，存在很大的困難，電磁爐是一個(gè)用來(lái)煮飯，燒菜的廚具，其必然和水是分不開(kāi)的，電磁爐的內(nèi)部是電子部件，最忌諱的是電磁爐內(nèi)部的電子部件沾染水份而造成內(nèi)部的電路短路以致燒壞。所以若想在保證在電磁爐在內(nèi)部不可能進(jìn)水的情況下，讓電磁爐內(nèi)部的溫度傳感器直接來(lái)測(cè)量鍋具的溫度，幾乎是不可能的，當(dāng)然，我們聰明的工程師們還是想出了種種辦法來(lái)解決這些矛盾，比如把溫度傳感器和鍋具做在一起，中間通過(guò)連接線從電磁爐的側(cè)面與電磁爐內(nèi)部電路相連接，又比如在電磁爐表面陶瓷板的中間挖一個(gè)孔，讓溫度傳感器從孔中間伸出來(lái)直接接確鍋具來(lái)測(cè)量鍋具的溫度，等等！這些方法確實(shí)能夠解決測(cè)量溫度的精確性，提高烹飪的質(zhì)量，達(dá)到完善電磁爐的自動(dòng)功能的目的。但這些方法都有它必然的局限性，象第一種方法，必須要使用與之相配套的專用的鍋具才能達(dá)到良好的烹飪效果，而且這種電磁爐的鍋具或電磁爐本身會(huì)攜帶一根與電磁爐或是鍋具相連接的傳感器連線，使用時(shí)必須將連線插好，這給用戶的操作多少會(huì)帶來(lái)一些不方便的地方，再一個(gè)用戶清潔鍋具或電磁爐時(shí)也不是很方便，若傳感器連接線的插頭沾了水分，不但會(huì)影響測(cè)溫的精度，還會(huì)使插頭連接處產(chǎn)生污垢及氧化而接確不良，也會(huì)影響測(cè)溫的精度，當(dāng)然也不是說(shuō)這種方法完全不可用，假如用這種方法來(lái)做電磁電飯煲，專用來(lái)煮飯，也許是很有前途的呢。第二種方法也可以很好解決測(cè)溫的精度問(wèn)題，但這種方法最大的缺點(diǎn)是不方便用戶清潔電磁爐，和電磁爐內(nèi)部容易進(jìn)水或油等，影響電磁爐的穩(wěn)定性和縮短電磁爐的使用壽命。現(xiàn)在市場(chǎng)上普遍使用的電磁爐都是內(nèi)藏式溫度傳感器來(lái)檢測(cè)鍋具的溫度，這個(gè)傳感器也是非直接接觸鍋具的，其中間是通過(guò)陶瓷面板后再測(cè)量鍋具的溫度的，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是方便，易于生產(chǎn)，能用于電磁爐加熱的任何鍋具，從外觀上是看不到傳感器的，因此也適合用戶的清潔保養(yǎng)與使用，缺點(diǎn)是不能及時(shí)測(cè)到鍋具的溫度，如果鍋具的底部變形后，會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫的精度大大降低。 二是從材料上來(lái)分析，這包括傳感器本身的精度，陶瓷板的熱傳遞的速度，以現(xiàn)在的材料方面的技術(shù)，溫度傳感本身的精度已經(jīng)做到很高了，如果換算成測(cè)量溫度來(lái)說(shuō)的話，誤差的范圍在1℃以內(nèi)，如果以這個(gè)誤差用在烹飪上，已是綽綽有余了，所以說(shuō)溫度傳感器已不是關(guān)鍵的問(wèn)題了；剩下的就是陶瓷板了，現(xiàn)在的用在電磁爐上陶瓷板的厚度都大約在4mm左右，陶瓷板具有垂直方向的熱傳遞能力遠(yuǎn)大于平行方向的熱傳遞能力，但陶瓷材料也是熱的不良導(dǎo)體，熱傳遞能力較差，因此，陶瓷板底部的傳感器所測(cè)量出的溫度并不是鍋具底部的實(shí)際溫度，是與鍋具的實(shí)際溫度有較大差值的溫度，再一個(gè)，陶瓷板若將鍋具底部的溫度傳遞給溫度傳感器是需要一定的時(shí)間的，這個(gè)跟陶瓷板的材料本身是具有很大關(guān)系外，還與陶瓷板的厚度也是分不開(kāi)的，大家知道陶瓷板越薄熱傳遞的速度就越快，更能及時(shí)反映鍋具底部的溫度，但若陶瓷板太薄的話，其機(jī)械強(qiáng)度達(dá)不到要求，容易損壞。 三是從電磁爐內(nèi)部工藝設(shè)計(jì)來(lái)分析，這個(gè)主要是想說(shuō)一下怎么樣防止線盤的溫度輻射到溫度傳感器，以及傳感器怎樣才能準(zhǔn)確測(cè)量到鍋具的實(shí)際溫度，一個(gè)合格的線盤在正常工作的時(shí)候，其表面溫度約在120℃左右，而在電磁爐內(nèi)部，溫度傳感器和線盤靠得非常近，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)方式，在幾個(gè)毫米十幾個(gè)毫米不等，而且在正常使用時(shí)，溫度傳感器在線盤的上方，線盤的溫度很容易通過(guò)空氣對(duì)流和熱輻射方式將其本身的溫度傳遞給溫度傳感器， 這樣的話,傳感器所測(cè)量出的溫度就不是鍋具的實(shí)際溫度了。 所以現(xiàn)代電磁爐針對(duì)這些問(wèn)題也想了不少的辦法，按其工藝來(lái)分，大致可分為兩種，第一種是用多點(diǎn)測(cè)溫法，這多點(diǎn)測(cè)溫法也分為兩種情況，第一種情況是只有一個(gè)溫度傳感器，但這個(gè)溫度傳感器會(huì)安裝在一個(gè)面積較大的導(dǎo)熱能力很強(qiáng)的電磁爐很難對(duì)其加熱的叉形金屬合金上，將這個(gè)特制的傳感器緊緊貼著陶瓷板，在傳感器與線盤之間用隔熱綿隔離線盤與鍋具的溫度；第二種情況是用兩個(gè)以上溫度傳感器，分別安裝在陶瓷板不同的位置，用來(lái)測(cè)量鍋具底部不同點(diǎn)的溫度，溫度傳感器與線盤也是用隔熱綿來(lái)進(jìn)行熱隔離的。第二種為單點(diǎn)測(cè)溫法，單點(diǎn)測(cè)溫法，顧名思義也就是只測(cè)一個(gè)點(diǎn)溫度，現(xiàn)代的電磁爐，絕大多數(shù)為這種測(cè)溫方法，因?yàn)檫@種方法簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)于底部平整的鍋具，效果與多點(diǎn)測(cè)溫法差不多，單點(diǎn)測(cè)溫法是把溫度傳感器的探頭裝在一個(gè)用隔熱材料做的膠座中間，然后再把膠座安裝在陶瓷板的正中央，讓溫度傳感器充分與陶瓷板接確，為了加強(qiáng)熱傳遞效果，通常在膠座與陶瓷板之間涂少許硅脂。 四是從電磁爐PCB的布線技巧來(lái)分析，做電子的應(yīng)該都知道，我們平常用的各種傳感器，它的最終目的是將外界物理量的變化轉(zhuǎn)化為和電壓或電流成一定比例關(guān)系的模擬量變化，同樣，我們用在電磁爐上的溫度傳感器實(shí)際上是將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，溫度傳感器實(shí)際上就是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，其電阻值會(huì)隨著其本身的溫度升高而下降，反之亦然。如果我們將它與一個(gè)適當(dāng)阻值的電阻串聯(lián)再接在一個(gè)穩(wěn)定的電壓上，那么這個(gè)熱敏電阻兩端的電壓值就會(huì)隨著其本身的溫度的變化而變化，我們將這個(gè)變化的電壓值送入單片機(jī)，就可以達(dá)到測(cè)量鍋具底部溫度的目的，因單片機(jī)實(shí)際測(cè)量的是熱敏電阻兩端的電壓值，因此要保證單片機(jī)能夠正確的測(cè)量到熱敏電阻兩端的電壓，所以就要確保熱敏電阻兩端的電壓在輸送到單片機(jī)的過(guò)程中不能串入其它干擾的信號(hào)，這就是要看我們每一位工程師經(jīng)驗(yàn)與技巧了，但我認(rèn)為有三點(diǎn)是值得注意的：一是走線盡可能短、平、直；二是給熱敏電阻的供電源要純凈，不能有異常雜波；三是熱敏電阻的電路的回路的面積盡可能小。 五是從寫軟件的技巧來(lái)進(jìn)行分析，這個(gè)也只能取決于軟件工程師的水平了，因?yàn)橛布娐吩僭趺礃雍侠恚阶詈髲臏囟葌鞲衅魉徒o單片機(jī)的電壓還是會(huì)有很多的不規(guī)則的毛刺和雜波，這主要是由于線盤工作在高電壓，強(qiáng)電流的情況下，會(huì)對(duì)其周圍的電路產(chǎn)生強(qiáng)大干擾的緣故。到底怎么樣才能正確讀到傳感器送來(lái)的電平呢？不同的軟件工程師會(huì)有不同的方法來(lái)做，我這里給大家提供一個(gè)方法，僅供參考：連續(xù)N次讀取傳感器送來(lái)電壓，然后去掉最大值與最小值，最后將N-2次的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加后再平均，以此值作為最終的傳感器送來(lái)電壓值。 六是從選擇單片機(jī)的角度來(lái)進(jìn)行分析，現(xiàn)代用在做電磁爐上單片機(jī)基本上都是帶有AD轉(zhuǎn)換端口的，但不同的單片機(jī)性能上也存在較大差別，就AD轉(zhuǎn)換部分來(lái)說(shuō)，主要表現(xiàn)在AD的精度上，有12位AD的，有11位AD的，也有8位AD的,其實(shí)在現(xiàn)有的條件下用在電磁爐的測(cè)溫上，有8位以上就可以了，其精度就可以達(dá)到±1℃。 已經(jīng)了解了電磁爐是怎么樣來(lái)對(duì)鍋具進(jìn)行測(cè)溫的原理后，我們就可以有針對(duì)性的想辦法來(lái)提高電磁爐的精確測(cè)溫了，從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，只能是根據(jù)電磁爐的實(shí)際用途來(lái)選擇怎樣的方式了；從材料上來(lái)說(shuō)，是有潛力可挖的，可著重在材料的縱向?qū)崮芰Γ瑱C(jī)械強(qiáng)度，膨脹系數(shù)方面著手去研究，研制出更適合于電磁爐用的面板，現(xiàn)在高檔電磁爐一般都采用肖特基面板就是一個(gè)很大的進(jìn)步；從工藝上來(lái)講，要從兩方面來(lái)做好這一點(diǎn)，其一是從外部條件來(lái)講，使用的鍋具要規(guī)范，能不能發(fā)揮電磁爐的優(yōu)越性能，與電磁爐所使用的鍋具是密不可分的，這個(gè)包括鍋具的材料，鍋具加工的工藝(主要為鍋具底部加工的平整度)，一般來(lái)說(shuō)，鍋具底部以304#鋼為主材料的復(fù)合底鍋具是比較適合于電磁爐的，這種鍋具的底部由于是復(fù)合材料的，底部較厚，所以加工成平整后，使用后不容易變形，能夠與陶瓷板緊貼在一起，陶瓷板底部的溫度傳感器也就能實(shí)時(shí)的測(cè)到鍋具的相對(duì)溫度，可以明顯的提高溫度測(cè)量的精度。另一方面是從電磁爐內(nèi)部工藝來(lái)講了，傳感器安裝的位置，也很重要，能否將傳感器緊緊貼在陶瓷板上，熱敏電阻與線盤隔熱做得好不好是否成功是關(guān)鍵；從選擇單片機(jī)的角度來(lái)講，其實(shí)際意義不大，現(xiàn)在單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換精度都優(yōu)于8位，一般都在9-11位之間，這個(gè)精度中以滿足電磁爐的測(cè)溫要求了；剩下的就是PCB的布線技巧和寫軟件的技巧了，這個(gè)就完全靠一個(gè)硬件工程師或是軟件工程師對(duì)電路的理解程度與實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)了。但原則是有一個(gè)，任何比較理想的結(jié)果，是和親身的，反復(fù)的試驗(yàn)是分不開(kāi)的，一個(gè)新的方案產(chǎn)生，是必須要作無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)去調(diào)試，修改，最終才能被確定或是否定。 今后電磁爐精確測(cè)溫的研究方向 就我個(gè)人認(rèn)為還是從兩方面來(lái)發(fā)展的，即材料與技術(shù)；材料主要為鍋具、陶瓷板、線盤，技術(shù)最主要的還是在于軟件的測(cè)溫技術(shù)技巧以及無(wú)連接線短距離測(cè)溫的研究與應(yīng)用。現(xiàn)代電磁爐的測(cè)溫技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足廣大消費(fèi)者的需要，現(xiàn)在就有很多消費(fèi)者反映，為什么電磁爐煮出來(lái)的飯的口感沒(méi)有電飯煲煮出來(lái)的飯好？為什么用電磁爐自動(dòng)燒開(kāi)水的時(shí)候，水開(kāi)了要兩三分鐘才能停下來(lái)？但換另一個(gè)燒水壺?zé)袝r(shí)水還沒(méi)有燒開(kāi)卻就自動(dòng)停止了呢？等等！這些實(shí)實(shí)在在的問(wèn)題，既然電磁爐是有微電腦控制的現(xiàn)代廚具，我們就得把她做好，做精，滿足現(xiàn)代人們快節(jié)奏生活的需要。 |
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