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電磁爐精確測溫技術現狀與發展方向 首先，我們需要了解電磁爐的內部控制組件，電磁爐內部基本上可分為兩部分來構成，即：一部分是將市電電壓轉換成頻率約為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”；另一部分就是電磁爐的控制部分“微電腦處理器”，也是我們常說的“單片機”。現代電磁爐，這兩者缺一不可，“加熱系統”輸出功率的大小，以及何時開始加熱，何時停止加熱等都受“單片機”的實時控制，另外，“單片機”還具備檢測整個“加熱系統”的工作狀態的功能，有針對性的對電磁爐進行保護，這當然又是另外一個課題了，這里暫不作討論。精確測溫與控溫技術的實現，實際上就是靠“單片機”根據炊具表面的溫度的大小來控制“加熱系統”改變輸出功率的大小和控制加熱的時間來達到自動烹飪的目的。 現代的測溫技術主要分兩方面，一是“遙測”，即溫度傳感器(也叫溫度探頭)與被測物有一定的距離，通過測量紅外線或其它對溫度敏感的不可見光線或射線的變化的物理量來作為判斷被測物體的溫度；另一方面是直接測量，即溫度傳感器與被測物體直接接確，通過熱的傳導原理來直接測得被測物體的實際溫度。下面我們主要以直接測量為主來闡述一下電磁爐的精確測溫技術；如何樣才能做到精確的測溫呢？根據現代電磁爐測溫的基本原理，筆者從以下這六個方面入手來分析。 一是從結構上來分析，要保證溫度傳感器能正確測量到被測物體的溫度，也就是溫度傳感器要能夠緊緊貼住被測物體最能夠反映溫度變化的那個部位，但作為電磁爐的測溫技術，在結構上來說，要做好這一點，存在很大的困難，電磁爐是一個用來煮飯，燒菜的廚具，其必然和水是分不開的，電磁爐的內部是電子部件，最忌諱的是電磁爐內部的電子部件沾染水份而造成內部的電路短路以致燒壞。所以若想在保證在電磁爐在內部不可能進水的情況下，讓電磁爐內部的溫度傳感器直接來測量鍋具的溫度，幾乎是不可能的，當然，我們聰明的工程師們還是想出了種種辦法來解決這些矛盾，比如把溫度傳感器和鍋具做在一起，中間通過連接線從電磁爐的側面與電磁爐內部電路相連接，又比如在電磁爐表面陶瓷板的中間挖一個孔，讓溫度傳感器從孔中間伸出來直接接確鍋具來測量鍋具的溫度，等等！這些方法確實能夠解決測量溫度的精確性，提高烹飪的質量，達到完善電磁爐的自動功能的目的。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攜帶一根與電磁爐或是鍋具相連接的傳感器連線，使用時必須將連線插好，這給用戶的操作多少會帶來一些不方便的地方，再一個用戶清潔鍋具或電磁爐時也不是很方便，若傳感器連接線的插頭沾了水分，不但會影響測溫的精度，還會使插頭連接處產生污垢及氧化而接確不良，也會影響測溫的精度，當然也不是說這種方法完全不可用，假如用這種方法來做電磁電飯煲，專用來煮飯，也許是很有前途的呢。第二種方法也可以很好解決測溫的精度問題，但這種方法最大的缺點是不方便用戶清潔電磁爐，和電磁爐內部容易進水或油等，影響電磁爐的穩定性和縮短電磁爐的使用壽命。現在市場上普遍使用的電磁爐都是內藏式溫度傳感器來檢測鍋具的溫度，這個傳感器也是非直接接觸鍋具的，其中間是通過陶瓷面板后再測量鍋具的溫度的，這種方法的優點是方便，易于生產，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與使用，缺點是不能及時測到鍋具的溫度，如果鍋具的底部變形后，會導致測溫的精度大大降低。 二是從材料上來分析，這包括傳感器本身的精度，陶瓷板的熱傳遞的速度，以現在的材料方面的技術，溫度傳感本身的精度已經做到很高了，如果換算成測量溫度來說的話，誤差的范圍在1℃以內，如果以這個誤差用在烹飪上，已是綽綽有余了，所以說溫度傳感器已不是關鍵的問題了；剩下的就是陶瓷板了，現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大于平行方向的熱傳遞能力，但陶瓷材料也是熱的不良導體，熱傳遞能力較差，因此，陶瓷板底部的傳感器所測量出的溫度并不是鍋具底部的實際溫度，是與鍋具的實際溫度有較大差值的溫度，再一個，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間的，這個跟陶瓷板的材料本身是具有很大關系外，還與陶瓷板的厚度也是分不開的，大家知道陶瓷板越薄熱傳遞的速度就越快，更能及時反映鍋具底部的溫度，但若陶瓷板太薄的話，其機械強度達不到要求，容易損壞。 三是從電磁爐內部工藝設計來分析，這個主要是想說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確測量到鍋具的實際溫度，一個合格的線盤在正常工作的時候，其表面溫度約在120℃左右，而在電磁爐內部，溫度傳感器和線盤靠得非常近，根據不同的結構方式，在幾個毫米十幾個毫米不等，而且在正常使用時，溫度傳感器在線盤的上方，線盤的溫度很容易通過空氣對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,傳感器所測量出的溫度就不是鍋具的實際溫度了。 所以現代電磁爐針對這些問題也想了不少的辦法，按其工藝來分，大致可分為兩種，第一種是用多點測溫法，這多點測溫法也分為兩種情況，第一種情況是只有一個溫度傳感器，但這個溫度傳感器會安裝在一個面積較大的導熱能力很強的電磁爐很難對其加熱的叉形金屬合金上，將這個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以上溫度傳感器，分別安裝在陶瓷板不同的位置，用來測量鍋具底部不同點的溫度，溫度傳感器與線盤也是用隔熱綿來進行熱隔離的。第二種為單點測溫法，單點測溫法，顧名思義也就是只測一個點溫度，現代的電磁爐，絕大多數為這種測溫方法，因為這種方法簡單，成本低，對于底部平整的鍋具，效果與多點測溫法差不多，單點測溫法是把溫度傳感器的探頭裝在一個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的布線技巧來分析，做電子的應該都知道，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化為和電壓或電流成一定比例關系的模擬量變化，同樣，我們用在電磁爐上的溫度傳感器實際上是將溫度的變化轉化為電壓的變化，溫度傳感器實際上就是一個負溫度系數的熱敏電阻，其電阻值會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適當阻值的電阻串聯再接在一個穩定的電壓上，那么這個熱敏電阻兩端的電壓值就會隨著其本身的溫度的變化而變化，我們將這個變化的電壓值送入單片機，就可以達到測量鍋具底部溫度的目的，因單片機實際測量的是熱敏電阻兩端的電壓值，因此要保證單片機能夠正確的測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的過程中不能串入其它干擾的信號，這就是要看我們每一位工程師經驗與技巧了，但我認為有三點是值得注意的：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進行分析，這個也只能取決于軟件工程師的水平了，因為硬件電路再怎么樣合理，到最后從溫度傳感器送給單片機的電壓還是會有很多的不規則的毛刺和雜波，這主要是由于線盤工作在高電壓，強電流的情況下，會對其周圍的電路產生強大干擾的緣故。到底怎么樣才能正確讀到傳感器送來的電平呢？不同的軟件工程師會有不同的方法來做，我這里給大家提供一個方法，僅供參考：連續N次讀取傳感器送來電壓，然后去掉最大值與最小值，最后將N-2次的數據進行累加后再平均，以此值作為最終的傳感器送來電壓值。 六是從選擇單片機的角度來進行分析，現代用在做電磁爐上單片機基本上都是帶有AD轉換端口的，但不同的單片機性能上也存在較大差別，就AD轉換部分來說，主要表現在AD的精度上，有12位AD的，有11位AD的，也有8位AD的,其實在現有的條件下用在電磁爐的測溫上，有8位以上就可以了，其精度就可以達到±1℃。 已經了解了電磁爐是怎么樣來對鍋具進行測溫的原理后，我們就可以有針對性的想辦法來提高電磁爐的精確測溫了，從結構上來講，只能是根據電磁爐的實際用途來選擇怎樣的方式了；從材料上來說，是有潛力可挖的，可著重在材料的縱向導熱能力，機械強度，膨脹系數方面著手去研究，研制出更適合于電磁爐用的面板，現在高檔電磁爐一般都采用肖特基面板就是一個很大的進步；從工藝上來講，要從兩方面來做好這一點，其一是從外部條件來講，使用的鍋具要規范，能不能發揮電磁爐的優越性能，與電磁爐所使用的鍋具是密不可分的，這個包括鍋具的材料，鍋具加工的工藝(主要為鍋具底部加工的平整度)，一般來說，鍋具底部以304#鋼為主材料的復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時的測到鍋具的相對溫度，可以明顯的提高溫度測量的精度。另一方面是從電磁爐內部工藝來講了，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鍵；從選擇單片機的角度來講，其實際意義不大，現在單片機的AD轉換精度都優于8位，一般都在9-11位之間，這個精度中以滿足電磁爐的測溫要求了；剩下的就是PCB的布線技巧和寫軟件的技巧了，這個就完全靠一個硬件工程師或是軟件工程師對電路的理解程度與實戰經驗了。但原則是有一個，任何比較理想的結果，是和親身的，反復的試驗是分不開的，一個新的方案產生，是必須要作無數次的實驗去調試，修改，最終才能被確定或是否定。 今后電磁爐精確測溫的研究方向 就我個人認為還是從兩方面來發展的，即材料與技術；材料主要為鍋具、陶瓷板、線盤，技術最主要的還是在于軟件的測溫技術技巧以及無連接線短距離測溫的研究與應用。現代電磁爐的測溫技術還遠遠不能滿足廣大消費者的需要，現在就有很多消費者反映，為什么電磁爐煮出來的飯的口感沒有電飯煲煮出來的飯好？為什么用電磁爐自動燒開水的時候，水開了要兩三分鐘才能停下來？但換另一個燒水壺燒水，有時水還沒有燒開卻就自動停止了呢？等等！這些實實在在的問題，既然電磁爐是有微電腦控制的現代廚具，我們就得把她做好，做精，滿足現代人們快節奏生活的需要。 |
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