陶瓷電飯鍋的製作方法
2023-08-01 04:53:46
專利名稱：陶瓷電飯鍋的製作方法
技術領域：
實用新型是關於對陶瓷電飯鍋的改進，尤其是對電飯鍋加熱、控溫裝置的改進。
陶瓷電飯鍋，因其獨特的鍋體材質，越來越受到人們歡迎。然而，由於陶瓷內鍋導熱性能低，熱特性差，電飯鍋加熱控溫裝置又大都採用原金屬內鍋電飯鍋的構思和結構，以燒飯為例，用大功率直接底部加熱至水份燒乾。底部大功率直接加熱，容易導致陶瓷內鍋局部大強度受熱，導致鍋體溫度不均勻而破裂。為克服上述已有技術的不足，防止鍋體局部急劇受熱造成溫度不均勻而使鍋體破裂，有人提出採用低功率(一般(200瓦)加熱，但這樣延長了燒飯時間，是不適合的。中國專利89213751公開了一種首先以大功率向陶瓷內鍋加熱至90-100℃，而後轉入小功率加熱至預定溫度102-104℃的陶瓷電飯鍋。然而上述加熱、控溫仍有其不足，單一底部加熱，不能克服陶瓷內鍋傳熱性差而帶來的不足，其次，直接底部加熱，對陶瓷內鍋底部平整度要求較高，要求鍋底與發熱板形成緊密貼合，否則仍容易發生鍋體傳熱不良，造成鍋內食物夾生，及因局部受熱導至的溫度不均勻性造成鍋體破裂，無疑給鍋體製作帶來困難，成品率較底。中國專利88214477提出在陶瓷電飯鍋腰部安裝附加電熱圈，達到對鍋體均勻加熱，但增加了製作難度。再就是上述陶瓷電飯鍋功能單一、不適宜燒、煮湯類食品。另外陶瓷電飯鍋由於缺乏限溫保護裝置，亦容易導致鍋體破裂，以及缺乏定時工作控制，這也是其不足。因此仍有值得改進的地方。
實用新型的目的在於克服上述已有技術的不足，提供一種適合陶瓷內鍋加熱特性，製作簡便，對鍋體底部要求相對較底，既能燒飯又能燒煮湯類食物的多功能陶瓷電飯鍋。
實用新型的另一目的在於提供一種具有限溫保護裝置和\或定時工作的多功能陶瓷電飯鍋。
實用新型的目的實現，主要改進一是將電飯鍋鍋體內壁製成與底部發熱體熱接觸的金屬體，從而可以熱輻射加熱陶瓷內鍋周側壁，縮小因單一底部加熱，陶瓷內鍋由於傳熱慢而導致的鍋底部與周側壁溫差，二是採用PID溫度控制電路，實現兩段加熱，即對陶瓷內鍋加熱時，當達到預定初始控溫點後，然後採用間隙加熱至設定終點溫度；三是根據所燒食物設定不同功能檔；即預置不同終點溫度，及根據不同功能調整間隙加熱。按照上述構思，實用新型陶瓷電飯鍋，包括電飯鍋體、陶瓷內鍋、底部發熱體、與鍋底接觸的測溫元件、以及溫度控制裝置，其特徵在於所說電飯鍋體由與發熱體熱接觸的金屬內壁、中間保溫層和外殼組成，所說溫度控制裝置由功能設定電路和PID溫度控制電路組成。
實用新型所說測溫元件可以是各種溫度傳感器，如PTC、熱敏電阻、熱電偶、二極體、電接點溫度計等，其功能將測得的溫度轉變成電信號輸出，供作溫度控制信號。一種較經濟的為採用二極體作測溫元件。
所說功能設定電路主要一是指示不同功能檔，二是給予溫度控制電路不同控制變量，可以是常用的分檔電路例如由分檔開關、指示燈、及外圍電路組成，也可以是由按鈕觸發開關、集成電路計數器、指示燈、及外圍電路組成，其中尤以集成電路計數器電路為優，計數器的有效位至少應大於N＋2(N為功能檔數)。
所說PID溫度控制電路將電飯鍋加熱至預定初始溫度，然後控制驅動間隙控制電路間隙加熱至終點溫度。一種較好的實施方式為採用運算放大器的放大和比較電路特性，即由多個運算放大器組成的溫度測量放大控制電路，和由比較電路構成的初始控溫電路驅動間隙加熱的振蕩電路、極限溫度控制電路、保溫電路等組成的模擬控制電路。
實用新型的構成原理及功能特點將配合一個非限定性實施例加以說明。
圖1為實用新型結構示意圖。
圖2為實用新型電氣原理圖。
圖3實用新型溫度控制框圖。
圖4為實施例溫度控制裝置電路原理圖。
實施例電飯鍋體由外殼2、保溫層3和與發熱體熱接觸的金屬內襯4組成。陶瓷內鍋1底部有發熱體(盤)7，內鍋底部適當位置有與之良好接觸的測溫元件(二極體)6，以及PID溫度控制裝置5、功能設定裝置10，指示燈9。工作過程圖2，首先根據所燒食物設定工作檔，以燒飯為例，工作時底部發熱盤開始加熱，發熱盤產生的熱量一方面直接加熱與之熱接觸的陶瓷內鍋底部，同時發熱盤將熱傳遞給與之熱接觸的包圍陶瓷內鍋的鍋體金屬內襯，並輻射加熱陶瓷鍋體側壁，使陶瓷內鍋底部與周圍側壁共同加熱減少溫差。與鍋底接觸的測溫元件檢測並驅動控制加熱，當加熱超過設定初始溫度T0時，間隙加熱電路接入工作，間隙緩慢加熱，直至達到設定終點溫度，斷開加熱體停止加熱，轉入保溫工作狀態。加熱控溫工作原理參見圖3。
一種典型的PID溫度控制電路如圖4所示的模擬溫控電路，即由多個運算放大器組成的溫度測量放大控制電路，和由比較電路構成的初始控溫電路驅動間隙加熱的振蕩電路、極限溫度控制電路、保溫電路等組成的模擬控制電路。其控溫原理是將測溫放大後的電壓送入各個比較器，然後由各比較器感受比較控制相應動作。
參見圖4，溫度控制電路主要採用兩塊LM324四運算放大器和一塊MC14017十進位計數器(其他如八進、十六進等均可)組成。MC14017及外圍電路用作功能選擇和功能指示，按鈕觸膜式開關K2一端接電源正極，另一端通過串聯電阻R27接至MC14017時鐘輸入腳14作為選擇信號輸入，按下按鈕開關，14腳獲得一個高電平，計數器計一，Q0輸出為高電平，其餘為低電平，鬆開按鈕，14腳通過並接在14腳與地之間的電阻R28接地變為低電平；再按一次按鈕開關，14腳通過R27接至電源正極獲得高電平，輸出狀態又變化一次，依次遞推，由於計數器輸出腳每次只有一個腳呈高電平，其餘均呈低電平，因此可實現不同功能選擇。由於本例只用到四種功能(快燒飯、慢燒飯、煲湯、煲粥)，因此將輸出腳Q5通過一個二極體D3接至15腳清零端，當Q4為高電平時，再按一次按鈕開關，Q5變為高電平，這個高電平通過D3加到15腳清零端，使計數器清零返回到初始狀態，即Q0變為高電平，Q0通過串聯電阻R11接至A7.9驅使斷開發熱盤。MC14017的四個功能輸出腳分別通過串接的二極體D和電阻R、及分壓電阻R29接至A6.10，根據不同功能檔控制A6組成的方波發生器控制間隙加熱至終點溫度。二極體D的作用是當MC14017輸出腳為低電平時，起反向偏置作用。指示燈L通過串聯電阻R31並接在各功能輸出腳與電源接地之間，起功檔能指示作用。各功能檔電阻值與最終設定溫度呈反比。
運算放大器A1組成的反向放大電路與串接在接地與運算放大器A1正向輸入端12的基準電壓源穩壓二極體如IN44/33A(也可以是基準電壓源晶片等)共同構成參考電壓源，利用運算放大器的反饋特性使輸出端A1.14得到一個比較準確的電壓，供各比較器作輸入電壓源，可提高控制的精度。改變垮接在A1.13.14腳兩端的可調電阻WZ可調整輸出。A1.13腳通過串聯電阻R37接地。
運算放大器A2組成的差動放六電路與測溫元件二極體一起構成測溫放大電路。電阻R16、R17分壓後與A2正向輸入端3相連，測溫元件、偏置電阻R22分壓後與A2反向輸入端2相連。當溫度升高，流過測溫元件二極體的電流增大，因而R22壓降增大，輸入電壓變小，由於隨溫度變化的輸入電壓接至A2的反向端，因此使得溫度升高，A2輸出電壓亦升高，改變偏置電阻R22，可以改變偏置電流大小，從而改變輸入電壓大小。
運算放大器A5組成的比較電路，控制改變發熱體加熱方式，A5同相端12經串聯電阻R7、R30分壓後與參考電壓相接，反相輸入端13通過電阻R2與測溫放大輸出相連。當溫度T＜T0(初始溫度)，U13＜U12，U14呈高電平，控制後端發熱盤工作；當溫度T＞T0，U13＞U12，U14變為低電平，控制後端方波發生器工作，轉入慢燒間隙加熱。串接在A5.12與A5.14間的D18、R5有效地消除了輸出受翻轉時波動。
運算放大器A6組成的比較電路與串接在A6反相輸入端9與接地間的電容C2組成方波發生器(振蕩電路)，使輸出呈方波振蕩，控制發熱盤接所選功能間隙加熱至設定的終點溫度。比較器反向輸入端9還通過串聯電阻R15、R14、R23與測溫放大輸出端A2.1相連，A6.9還通過D11與參考電壓相連，及通過D8與運算放大器A3組成的電壓跟隨器輸出端7相連。正向輸入端10通過正嚮導通二極體D2與比較器A5輸出端14相連，同時正相輸入端10還與功能選擇輸出相連，因此10腳受功能及初始溫度兩個電平控制。電壓跟隨器正向輸入端5通過電阻R23與測溫放大輸出端1相連，反向輸入端6直接與輸出端7相連，使輸出跟隨輸入的變化而變化。方波發生器的輸入端受三個方面控制a.初始溫度控制A5.14，b.功能設定檔，c.測量放大輸出A2.1。工作過程為，鍋底溫度＜T0，A5.14呈高電平D2導通，使A6.8為高電平，驅動接通發熱盤，同時R25、D10反偏截止，A6.8高電平通過R15對C2充電，使C2兩端電壓緩慢升高；當鍋底溫度繼續升高＞T0，A5.14突變為低電平，D2反偏截止，此時A6.10電壓由功能設定檔決定，其中快燒飯檔輸出電壓仍大於A6.9(其餘三檔電壓則低於A6.9)，A6.8仍為高電平，發熱盤繼續工作加熱。鍋底溫度升高，使得A6.9電壓升高當電壓升高)A6.10時，A6翻轉A6.8變為低電平，控制後端發熱盤斷開，同時R25、D10導通，A6.10電壓變低(降低值由R25決定)，C2通過R15開始放電，A6.9電壓下降，當A6.9電壓下降＜A6.10，A6翻轉A6.8呈高電平，接通後端發熱盤，並再次通過R15對C2充電，R25、D10反偏截止，A6.10電壓升高，當C2充電至A6.9＞A6.10，A6翻轉A6.8呈低電平斷開發熱盤，這樣不斷重複在輸出端A6.8出現低高電平間隙的方波，從而驅動後端發熱盤間隙工作加熱。由於A6.9端電壓隨著溫度升高而升高，並在A3電壓跟隨器及偏置二極體D8鉗位的作用下，這樣A6.8變為低電平(發熱盤斷開)C2開始放電的初始電壓亦隨著升高，放電到A6翻轉時間變長。方波發生器驅動接通發熱盤時間僅取決於功能檔不同而不同，與發熱盤溫度無關；斷開時間取決於發熱盤溫度的高低，隨溫度升高而延長。運算放大器A3的反向輸入端與輸出端相連組成電壓跟隨電路，使輸出A3.7跟隨輸入A3.5變化，在D8的鉗位作用下，保證了C2放電初始電壓隨著溫度升高而升高。D11的鉗位作用，維持了A6.9基本電位，防止C2放電產生越燒越慢，甚至仃頓現象。改變C2、R15、R25值可以改變方波寬度，C2增大，衝放電變慢，可使方波變寬；R15增大衝放電變慢，方波變寬，因此通過改變R15、C2大小可改變輸出方波間隔時間。R25和D10作用也是用來改變斷開時間。上述運算放大器A6、A3、C2共同組成間隙加熱振蕩電路。
運算放大器A8組成比較電路，參考電壓經R38加至A8反向輸入端6，溫度電壓信號經R3加至A8同向輸入端5。當溫度超過終點極限溫度後，A8翻轉，A8.7呈高電平，一方面使串接的保溫指示燈亮，同時將這一高電平加到A7比較器反相輸入端9，使電飯鍋轉入保溫狀態。並接在A8.5與7之間的D19用以消除A8翻轉時的波動，並使轉入保溫後7腳保持高電平。
運算放大器A4組成比較電路，反向輸入端2通過電阻R2接至測溫放大器輸出端感受溫度信號；參考電壓由串聯電阻R18、R19與R20分壓加至同相輸入端3。二極體D9並接於A8.7及R18與R19分壓點，D9的作用是保證上電後在空檔時，A4.2電壓高於A4.3，保證輸出A4.1為低電平，使A7.8亦為低電平，防止空燒。當溫度高於終點極限溫度時，A8.7呈高電平，D9反偏截止，使A4輸出為低電平，控制斷開發熱盤，此時A4.3電壓為保溫點控制電壓。
運算放大器A7組成的比較電路，輸出端直接控制繼電器工作狀態(即發熱盤工作狀態)，反相輸入端9受功能設定電路MC14017的Q0及終點極限溫度控制電路輸出兩個信號源影響，同相輸入端10受保溫電路及方波發生器電路輸出影響。空檔時，無加溫A8.6＞A8.5，使A8.7為低電平，MC14017上電Q0為高電平經R11送置A7.9，使A7.8為低電平，D5反偏截止發熱盤斷開；加溫工作(任一檔)且溫度低於終點極限溫度，MC14017Q0為低電平，A8.7亦為低電平，A6.8及A4.1均保持高電平，所以使A7.8保持高電平，D5正嚮導通接通發熱盤。一旦超過初始控溫點後，由於A6.8輸出電平高低交替變換，因而翻轉A7，交替接通、斷開發熱盤，進入慢加熱狀態；進入保溫狀態，A8.7升為高電平，保溫燈亮，高電平產生一個清零信號使與A8.7相連的MC14017清零，Q0升為高電平，此時由於溫度仍然較高，A4.1為低電平，使得A7.8為低電平，發熱盤不工作。隨著溫度降低，A4.2下降，A4翻轉，A4.1輸出高電平，使A7.10電壓)A7.9，A7翻轉輸出呈高電平接通發熱盤；溫度升高，使A4翻轉輸出呈低電平，循環反覆實現保溫。
單獨進入保溫狀態(按下按鈕觸膜式開關K1)，相當於加熱工作時達到終點極限溫度，給A8.5一高電平，使輸出A8.7呈高電平，由於D19的自鎖使鬆開K1A8.7仍為高電平，即進入上述保溫狀態。
實用新型電飯鍋在發熱盤上還設有超溫保護裝置，一種較簡便有效的保護裝置為溫度熔斷器。
實用新型電飯鍋還可在K2兩端(圖4)或發熱盤電源前設量定時供電的時間控制裝置，使在真正需要燒飯時自動開始工作，以達到節約用電及防止燜飯。
實用新型溫度控制電路，還可以是由PID數字電路和程序實現。間隙加熱振蕩電路還可採用RC振蕩電路。測溫放大電路可採用普通放大電路。測溫元件的替代等等，均屬實用新型保護範圍。
實用新型由於採用熱傳導好的金屬鍋體內壁藉助底部發熱盤熱量輔助輻射加熱，因而有效地克服了單一底部直燒式引起陶瓷內鍋底部與側壁溫著大，易爆裂的缺陷，同時亦降底了對陶瓷內鍋底部平整度的要求，提高了成品率。再配以兩段不同加熱方式，使加熱更適合陶瓷鍋特性。不同功能檔(實質為不同終點溫度)，使電飯鍋不僅可燒飯，而且可燒燉湯類食物，低的終點極限溫度及側壁輔助加熱，使燒燉帶湯食物不會產生湯溢出鍋體。不同功能檔，採用不同加熱，有利於節約能源。多個運算放大器組成的PID模擬控溫電路及計數器組成的功能分檔電路具有結構簡單、成本低、工作可靠。二極體作測溫元件，經濟實用，可靠性好。限溫保護裝置及工作定時裝置，使電飯鍋功能更完善。
權利要求1.一種陶瓷電飯鍋，包括電飯鍋體、陶瓷內鍋、底部發熱體、與鍋底接觸的測溫元件、以及溫度控制裝置，其特徵在於所說電飯鍋體由與發熱體熱接觸的金屬內壁、中間保溫層和外殼組成，所說溫度控制裝置由功能設定電路和PID溫度控制電路組成。
2.根據權利要求1所述陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說PID溫度控制電路由多個運算放大器組成的溫度測量放大控制電路，和由比較電路構成的初始控溫電路驅動間隙加熱的振蕩電路、極限溫度控制電路、保溫電路等組成的模擬控制電路。
3.根據權利要求1所述陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說功能設定電路由計數器和按鈕觸發開關組成，所說計數器的有效位大於N＋2。
4.根據權利要求3所述陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說按鈕觸發開關為膜式輕觸開關。
5.根據權利要求1所述陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說測溫元件為晶體二極體。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說各功能檔電阻值與最終設定溫度呈反比。
7.根據權利要求6所述陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說電飯鍋上還設有工作定時裝置。
8.根據權利要求7所述陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說電飯鍋上還設有限溫保護裝置。
專利摘要實用新型是關於陶瓷電飯鍋，其特徵在於所說電飯鍋體由與發熱體熱接觸的金屬內壁、中間保溫層和外殼組成，所說溫度控制裝置由功能設定電路和PID溫度控制電路組成。因而克服了已有電飯鍋易發生鍋體破裂，及陶瓷內鍋製作要求高等主要不足。
文檔編號G05D23/00GK2251324SQ9524091
公開日1997年4月9日 申請日期1995年11月18日 優先權日1995年11月18日
發明者王順福 申請人:王順福