電飯煲節(jié)電清潔附加器的研究和制作

徐文武

（杭州電子科技大學(xué)理學(xué)院，杭州 310018）

1 引言

20紀(jì)50年代世界上發(fā)明了第一臺(tái)電飯煲[1,2]，是利用電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿拇毒?，而今已?jīng)成為家喻戶(hù)曉的家用電器，電飯煲的使用縮減了人們花費(fèi)在煮飯上的時(shí)間和精力。電飯煲控制溫度的核心器件就是其內(nèi)裝有居里溫度為103℃的磁鋼和一只雙金屬片組成的溫度控制開(kāi)關(guān)。煮飯時(shí)，當(dāng)溫度上升到103℃時(shí)，便會(huì)自動(dòng)停止加熱，而處于保溫狀態(tài)?，F(xiàn)有電飯煲普遍存在只能燒干飯，不能燒稀飯或其他需要燜燒的食物的問(wèn)題；市場(chǎng)上雖然有些標(biāo)識(shí)可以燒稀飯的電飯煲，依然存在湯水外溢的問(wèn)題；就是燒干飯時(shí)，在加熱至100℃~103℃這段時(shí)間內(nèi)，也存在電飯煲內(nèi)的食物湯水外溢的問(wèn)題，這過(guò)程大約有5min，既浪費(fèi)電能，又很不衛(wèi)生。雖然市場(chǎng)上有些高檔電飯煲可以避免這些問(wèn)題[3]，但功能設(shè)置程序麻煩、操作復(fù)雜、使用成本高。

針對(duì)上述缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)電飯煲的節(jié)電清潔外置附加器，為普通電飯煲增加了可以燒稀飯或其他需要燜燒的食物如豬腳或湯類(lèi)等的功能，同時(shí)還增加了燒干飯全功率加熱至100℃時(shí)關(guān)閉5min后自動(dòng)通電把飯燒好，電飯煲內(nèi)的米湯不會(huì)外溢出來(lái)；具有既節(jié)電又清潔衛(wèi)生及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。一只750W電飯煲5min節(jié)省的電能可以點(diǎn)亮10W節(jié)能燈6個(gè)多小時(shí)。

具體做法是：在電飯煲出氣口放置溫度傳感器采集溫度，遵照烹調(diào)食物先大火后小火的原則，燒稀飯或煲湯類(lèi)時(shí)全功率加熱至100℃時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)低電壓繼續(xù)加熱；燒干飯時(shí)全功率加熱至100℃時(shí)自動(dòng)關(guān)閉5min，然后自動(dòng)上電全功率加熱至103℃，電飯煲會(huì)自動(dòng)停止加熱而處于保溫狀態(tài)，杜絕電飯煲內(nèi)的食物湯水外溢的問(wèn)題，給清洗者解除了不少的麻煩。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)獲得了國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利權(quán)。

2 外置附加器電路構(gòu)成設(shè)計(jì)

電飯煲的外置附加器設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。在圖1方框圖中，主要部分是溫度處理電路、5min的延時(shí)電路和控制可控硅導(dǎo)通角大小的電路，從而起到電壓調(diào)節(jié)（電飯煲的火力大小）的功能。溫度取樣采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，比較運(yùn)算及延時(shí)電路采用DIP-8的LM358運(yùn)算放大器[3]，內(nèi)含兩個(gè)性能完全相同的精密運(yùn)算放大器、成本低、性能可靠；執(zhí)行開(kāi)關(guān)或電壓調(diào)節(jié)采用雙向可控硅。

2.1 溫度取樣及溫度處理

LM358引腳圖及引腳功能圖[3,4]如圖2所示，溫度取樣和處理電路入圖3所示。

圖3電路里，溫度傳感器Rt0做在一段直徑為Φ4mm、長(zhǎng)約50mm的銅管內(nèi)[5]，插于電飯煲的出氣孔采集溫度，通過(guò)測(cè)溫電路轉(zhuǎn)換成隨溫度變化的直流電平。R1和R2串聯(lián)接于+5V電源兩端，分壓出一個(gè)門(mén)限電壓接運(yùn)算放大器Y1的負(fù)輸入端，分壓電壓取+5V的對(duì)半電壓，即R1=R2；測(cè)溫電路內(nèi)通過(guò)溫度設(shè)置電阻W1設(shè)置運(yùn)算放大器Y1的正輸入端的溫度電平高低，溫度傳感器Rt0為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，即溫度高了，它的電阻值減少，當(dāng)電飯煲出氣孔溫度到達(dá)設(shè)置時(shí)，運(yùn)算放大器Y1的正輸入端為高電平，測(cè)溫電路輸出高電平。

2.2 燒稀飯時(shí)的電路設(shè)計(jì)

電飯煲的外置附加器電路原理圖如圖4所示。

圖4中K1-1和K1-2的觸點(diǎn)都合上時(shí)為燒稀飯狀態(tài)，這時(shí)給電飯煲通電，由于溫度還低，運(yùn)算放大器Y1的正輸入端（3）的電平為低于負(fù)輸入端（2）的電平，運(yùn)算放大器Y1的輸出端（1）為0電平，也低于運(yùn)算放大器Y2的負(fù)輸入端（6）的電平，故運(yùn)算放大器Y2的輸出端（7）是低電平，三極管BG處于截至狀態(tài)，繼電器J不動(dòng)作，為常閉狀態(tài)，此時(shí)的電阻R9接入由電容C4、雙向觸發(fā)二極管DB和雙向可控硅T組成的電壓調(diào)節(jié)器電路。由于R9的阻值很小，R9和C4的時(shí)間常數(shù)很小，雙向觸發(fā)二極管DB基本處于導(dǎo)通狀態(tài)，即和雙向可控硅T也處于導(dǎo)通狀態(tài)，即電飯煲得到的全電源電壓在加熱，電飯煲在升溫，當(dāng)電飯煲的出氣孔采集溫度達(dá)到100℃時(shí)，運(yùn)算放大器Y1的正輸入端（3）的電平為高于負(fù)輸入端（2）的電平，Y1輸出端（1）為高電平，通過(guò)電容C1使Y2的輸出端（7）也為高電平，這里接入了直流反饋電阻R6，反饋的直流電壓使Y2的正輸入出端（5）為更可靠的高電平，從而使Y2的輸出端（7）的高電平更可靠，此高電平通過(guò)電阻R7加到三極管BG的基極使之導(dǎo)通，繼電器J吸合，常開(kāi)觸點(diǎn)使W2接入了由電容C4、雙向觸發(fā)二極管DB和雙向可控硅T組成的電壓調(diào)節(jié)器電路，由于W2的阻值可調(diào)，和C4組成的時(shí)間常數(shù)也可調(diào)，雙向觸發(fā)二極管DB的導(dǎo)通時(shí)間可以改變，也就是改變了雙向可控硅T的導(dǎo)通間隔，從而使電飯煲的得電電壓可調(diào)，即火力的大小，使鍋內(nèi)保持適合燜燒的溫度。

2.3 燒干飯時(shí)的電路設(shè)計(jì)

圖4中K1-1和K1-2的觸點(diǎn)都斷開(kāi)時(shí)為燒干飯狀態(tài)，這時(shí)給電飯煲通電，在電飯煲的出氣孔采集溫度達(dá)到100℃時(shí)的狀態(tài)同燒稀飯。不同的是，燒干飯狀態(tài)下，雖然繼電器J吸合，常開(kāi)觸點(diǎn)也使W2接入了電路，但是K1-1的觸點(diǎn)是開(kāi)路的，雙向觸發(fā)二極管DB是不導(dǎo)通的，雙向可控硅T也不導(dǎo)通，電飯煲失電，即此時(shí)的電飯煲是停止加熱的，但是還有熱慣性和余熱的。鍋內(nèi)食物處于由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)的階段，這個(gè)過(guò)程大約5min的時(shí)間，這時(shí)電容C1上的電荷通過(guò)R3放電，組成最簡(jiǎn)單的5min的RC放電延時(shí)電路，當(dāng)C1上的電荷放光時(shí)，運(yùn)算放大器Y2的正輸入端（5）的電平為低電平，三極管BG處于截至狀態(tài)，繼電器J釋放，重新為常閉狀態(tài)，此時(shí)返回到開(kāi)始燒的狀態(tài)，即電飯煲得到的全電源電壓在加熱，電飯煲內(nèi)繼續(xù)升溫，當(dāng)電飯煲鍋底的溫度達(dá)到103℃的居里溫度時(shí)，便會(huì)自動(dòng)停止煮飯，使之處于保溫狀態(tài)。

2.4 電路的調(diào)試

電路的調(diào)試分三步：首先調(diào)溫度傳感器的采集溫度，把L和N端接入220交流電源電壓，在RL的插座內(nèi)插入電飯煲，置溫度傳感器于100℃的開(kāi)水中，調(diào)微調(diào)電阻W1的阻值，使繼電器剛剛動(dòng)作即可；然后調(diào)整燒稀飯時(shí)的煲電壓，把K1-1和K1-2設(shè)置為燒稀飯狀態(tài)，在繼電器閉合狀態(tài)下，調(diào)W2使電飯煲兩端的電壓為55V就可以了；最后是燒干飯的5min延時(shí)時(shí)間的調(diào)試，主要是通過(guò)換用電容C1的容量或電阻R3的大小。至此外置附加器調(diào)試完畢。

3 實(shí)際應(yīng)用

經(jīng)過(guò)上述調(diào)試的附加器就可以使用了，把電飯煲插入附加器的輸出插孔，同時(shí)把附加器插入220V的電源電壓的插座上，再把附加器的溫度傳感器插入電飯煲的出氣孔，選擇好燒煮飯型，燒干飯時(shí)選擇開(kāi)關(guān)撥至“干飯”檔，此時(shí)全功率加熱，至出氣孔冒氣時(shí)，外置附加器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電源，由于熱慣性這時(shí)鍋內(nèi)還在沸騰，慢慢的鍋內(nèi)的米飯成型，這個(gè)過(guò)程約5min，延時(shí)5min后，外置附加器會(huì)自動(dòng)重新接通電源，電飯煲繼續(xù)全功率加熱，直至燒好飯至保溫狀態(tài)，燒出的米飯口感很好。這時(shí)看溢水杯中幾乎沒(méi)有湯水，也絕對(duì)看不到那煩人的食物殘?jiān)陔婏堨疑w子上和其他各處的堆積；燒稀飯或其他需要燜燒的食物如豬腳或湯類(lèi)時(shí)選擇開(kāi)關(guān)撥至“稀飯”檔，此時(shí)全功率加熱，至出氣孔冒氣時(shí)，外置附加器會(huì)自動(dòng)輸出55V左右的電源電壓，直至把食物烹調(diào)完成。這樣長(zhǎng)時(shí)間慢火候煲出來(lái)的湯汁濃味美。

4 結(jié)論

本文從節(jié)能衛(wèi)生的角度設(shè)計(jì)的電飯煲的節(jié)電清潔外置附加器為普通電飯煲增加了可以燒稀飯或其他需要燜燒的食物如豬腳或湯類(lèi)的功能，完全遵照烹調(diào)食物先大火后小火的原則，增加了燒干飯全功率加熱至100℃時(shí)，關(guān)閉5min后自動(dòng)通電把飯燒好，電飯煲內(nèi)的米湯不會(huì)外溢出來(lái)，具有既節(jié)電又清潔衛(wèi)生及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)750W電飯煲5min節(jié)省的電能可以點(diǎn)亮功率10W節(jié)能燈6個(gè)多小時(shí)。現(xiàn)有電飯煲的數(shù)量之巨大，可見(jiàn)是多么可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］杭州電子科技大學(xué). 電飯煲節(jié)電裝置[P]. 中國(guó)專(zhuān)利：200720107223.3，2007.

［2］劉修文.實(shí)用電子電路圖集[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006：159-162.

［3］佚名.LM358引線(xiàn)腳圖及線(xiàn)腳功能圖[EB/OL］.http://www.51hei.com/chip/lm358.heml,2007-09-04.

［4］余永權(quán).單片機(jī)與家用電器智能技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1995：23-25.

［5］張福學(xué).傳感器應(yīng)用及其電路精選（下冊(cè)）[M].北京：電子工業(yè)出版社，1995：12-13.