CN1003138B

CN1003138B - 用于炊事用具的传感装置

Info

Publication number: CN1003138B
Application number: CN85101288.4A
Authority: CN
Inventors: 藤川国义
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1989-01-25
Also published as: CN85101288A

Abstract

一种能精确传感湿度的传感装置，它有一对串联连接的传感元件，其中一个的输出随它工作时湿度量的变化而变化，另一个保持当其湿度量传感特性因温度而变化时输出不受湿度量变化的影响，与这些元件温度变化相比湿度量变化所引起的元件特征变化非常小：一个电流控制电路，当传感元件温度降低时，给由一对加热器组成的串联电路供一大电流，当传感元件温度上升时，给同一电路供一小电流；一个传感器，检测传感元件的任何输出信号的变化。

Description

用于炊事用具的传感装置

本发明是关于精确检测被加工食品的完成程度，例如：由微波烤炉加工的食品完成程度。

一般的微波烤炉使用绝对湿度传感器检测由辐射微波加工的食品的完成程度，图1是一个电路简图、含有一个绝对湿度传感器S，它包括一对热敏电阻S₁和S₂，用于检测来自食品加工室的废气的湿度，热敏电阻S₁安装在可与废气直接接触的位置，热敏电阻S₂放在没有废气的干燥大气中。电阻Ra和可变电阻Rb，并联连接到由热敏电阻S₁和S₂组成的串联电路上，当这些热敏电阻被加热时，废气中的湿气粘在热敏电阻S₁上，这样，由于水的潜热而降低热敏电阻S₁的温度，废气中的湿度可以由接触废气的热敏电阻S₁和由于空气包围的热敏电阻R₂之间的电阻值之差检测出来。当湿度达到予定值时，微波发生器的磁力开关使操作停止，一般的微波烤炉含有一对热敏电阻，构成一个绝对湿度传感器，安装在排放废气的支路中。两个新的热敏电阻，对废气温度是等效的。据此，这两个热敏电阻，应该具有相同的温度特性。换句话说，这两个热敏电阻之间的电阻值之差，在从头到尾整个废气温度的范围内，应该保持恒定。废气的温度确实变化很宽，从正常温度上升到100℃。在有些情况下，传感器甚至工作在高达200℃或250℃的温度。因此，制作一对理想的热敏电阻，使它们在一个很宽的温度范围内，具有完全相同的温度特性是很困难的。同时，制作的热敏电阻能准确地保持电阻值为恒定，不受温度影响，也是很困难的。这就说明一般的方法很难给出满意的结果，例如：当使用如图1所示的一般电路，如果热敏电阻S₁和S₂的温度特性彼此不同，就会出现下面的问题。即：假如废气温度变化，既使废气中根本没有湿气，如图2所示，很容易超过判定值“l”。在这种情况下，传感器将会传感出错误的信号：即在废气中有湿气，这将造成在错误的时间微波烤炉停止工作。

本发明是一个带有传感元件的传感装置，其传感元件具有确定的温度特性，因此能以很高的精度完成传感操作，本发明提供的装置用通过适当控制流过传感元件的电流的方法，而使传感元件的表面温度恒定。

本发明的传感装置的一个实施例是：提供一对串联连接的传感元件（12、13），其中的一个传感元件响应空腔内湿度量的变化，而另一个则不受所述变化的影响;还提供一个与所述传感元件串联连接的电源装置（25），用于给所述传感元件提供一个电流;传感元件将由从所述电源装置接收电流量的一对串联连接的加热器加热或冷却;该实施例还提供一个电流控制电路，其中有一个差动放大器装置（30、31），它的输出端与晶体管（T）的基极相连，它的一个输入端与一个参考电压源（R1、R2、D）相连，它的另一输入端与处于所述晶体管（T）和所述传感元件之间的电流分支相连，当传感元件的温度降低时，该电路发送一个大电流给由一对加热器组成的串联电路，当这些传感元件的温度升高时，该电路反过来提供一个小电流;该实施例还提供一个与传感元件相连的检测装置，用于检测所述传感元件的输出信号的变化。

图1是相应于传统的绝对湿度传感器电路的简化方块图。

图2是制作时间和传统绝对湿度传感器的输出量之间关系的图解说明。

图3是采用本发明的一个实施例的微波烤炉的简化视图。

图4是本发明的绝对湿度传感器（8）的电路图。

图5是加工期间环境温度升高与本发明的绝对湿度传感器（8）的输出的图解说明。

图3是采用本发明的一个实施例的微波烤炉的简化视图。制作室（2）带有一个加热装置（4），如磁控管产生微波以及两个其它的加热装置（5和6）、食品由初加热器（4）和第二级加热器（5和6）加热。绝对湿度传感器（8）检测穿过废气管道（9）的制作室废气的温度和湿度。风扇（10）吹送空气冷却第一个加热器（4）。图4是本发明所用的绝对湿度传感器（8）的电路，（11）是由作为传感元件的一对热敏电阻构成的电桥。这些热敏电阻（12和13）都能因电流通过他们而发热，第一个热敏元件（12）是一个敞开式热敏电阻，它直接与来自制作室（2）的废气接触，第二个热敏电阻（13）是安装在密封的干燥室（未表示出）中，因此它的输出不受湿度变化的影响。这些热敏电阻（12和13）由于废气和它们本身的发热功能，保持温度在200℃和300℃之间，除此之外，电桥电路（11）还包含有作为阻抗元件的电阻（14）和（15）。在热敏电阻（12）和（14）之间的结点（16）与控制电路（17）相接。在热敏电阻（13）和电阻（15）之间的结点（18）接地。热敏电阻（12和13）之间的结点（19）和电阻（14和15）之间的结点（20）都经放大器电阻（21和22）接到运算放大器（23）的输入端。运算放大器由放大器电阻（23a）和放大器（23b）组成，电流控制电路（17）的电结构如下所述：

齐纳二极管D的阴极，经保护电阻R₁，接到电源端（25），而这个齐纳二极管的阳极接地，齐纳二极管D的阴极和保护电阻R₁的结点，经放大器电阻R₂，接到放大器（30）的正端，而该正端是经放大器电阻R₃接地的，放大器（30）的输出端经保护电阻R₄接到放大器（31）的正端，放大器的负端经保护电阻R₅接到晶体管T的发射极，放大器（31）的输出端经保护电阻R₇接到PNP型晶体管T的基板，晶体管T的发射极经电流检测电阻R₆接到电源端（25），晶体管T的集电极接到电桥（11）的结点（16）。结点（16）经放大器电阻R₈接到放大器（30）的负端。放大器（30）的输出端经放大器电阻R₉接到放大器（30）的负极。

下面，我们简述绝对湿度传感器（8），假定热敏电阻（12和13）和电阻（14和15）具有相同的电阻值，假定电压V₀加到由热敏电阻（12和13）和电阻（14和15）组成的并联电路上，当没有湿气时，电阻（15）接受Vo/2的电压，热敏电阻（13）也接受Vo/2的电压。如果来自制作室（2）的废气还含有湿气，电阻（15）上的电压保持不变。相反地，在热敏电阻（13）上的电压要变化，换句话说，热敏电阻（12）的表面温度将随废气中湿度的升高而降低，因此降低了电阻值。这就造成热敏电阻（13）的电压因此而上升。既然热敏电阻（13）的电压因湿度而变化，湿度就可以通过测定热敏电阻（13）和电阻（15）之间的电压差而检测出来，现在对照图3将绝对湿度传感器（8）的工作叙述如下：

当制作室的温度升高时，热敏电阻（12和13）的电阻值下降，这引起含有热敏电阻（12和13）的两个端点的任一个的电位差降到正常温度时之下，串联电路两端电位差下降的结果，传送到经放大器电阻R₈的放大器（30）的负极，由于被送入放大器（30）负极的信号电压本身减小，放大器（30）的正极和负极之间的电位差增大。

结果，放大器（30）的输出比正常温度时的值大，该输出经保护电阻R₄至放大器（31）的正极。放大器（31）由于接收了这样大的信号电压，也输出一个比正常温度大的电压，该电压经保护电阻R₇加到晶体管T的基极上，由于接收了这一信号电压，PNP型晶体管T减少它的幅度使流过电桥（11）的电流减小，结果，热敏电阻（12和13）的发热量减少，引起阻值增加。由于通过桥路的电流减小，电流检测电阻R₆上的任一点电压下降很大，最后引起放大器（31）负极电位上升。实际上，放大器负极的电位可以用一定的电流值而固定，而电流值是由检测电阻R₆，齐纳二极管和放大器（30）的值而决定的。反之，当制作室（2）的温度降低时，整个过程与上述的相反，流过电桥（11）的电流增加，并引起热敏电阻（12和13）增加它们的发热量。换句话说，由于制作室（2）里的温度的变化而引起的电流的任何增加或降低，取决于热敏电阻（12和13）的热容量。结果，当热敏电阻（12和13）的电阻值因制作室内的温度升高而降低时，流过热敏电阻（12和13）的电流就减小。在制作过程中，通过废气管道（9）的废气温度从正常温度变化到100℃，在使用第二级加热装置完成制作时，废气温度通常会达到200℃左右，如果第一级加热装置随后立即投入工作，那么废气温度将会降低到正常温度，如果在废气中还存在有湿气，水份附着在热敏电阻（12）的表面，热敏电阻（12）的温度由于水份蒸发散失潜热量而降低。然而，任何因潜热引起热敏电阻（12）的温度的变化是很小的。对照废气温度的变化，它从正常温度上升到100℃的温度范围，因潜热引起的温度变化量仅只1℃。如上所述，控制电路（17）具有与热敏电阻（12和13）的温度变化的予定关系。在本发明所述的实施例中，该电路被设计成线性的温度变化。当废气完全干燥时，输出端（24）的输出值为参考值，对参考输出值的任何偏移量都与废气中的含湿量相对应。电流控制电路（17）防止温度引起的热敏电阻（12、13）的温度变化。此外，因为由废气中湿气引起的热敏电阻（12，13）的阻值变化极其微小，所以既使热敏电阻（12，13）的温度变化是很小的，在输出端（24）上就能得到因湿气引起的电信号的变化。

图5是本发明的实施例中的绝对湿度传感器（8）的上升温度与输出之间的图解说明，如图5所示，甚至当绝对湿度传感器（8）的加热时间延长，如果该废气中没有湿气时，输出端（24）的输出值仍保持恒定。在一般的技术中，作为传感装置的传感元件的热敏电阻，通常由于来自制作室的废气的影响，表面温度从0℃变到100℃。因此，制作可以精确反映宽废气温度范围的具有同样准确地温度特性的理想热敏电阻是很困难的。而本发明的这个实施例，使热敏电阻的温度变化范围小于1℃。结果，热敏电阻的表面温度保持恒定，事实上热敏电阻的温度特性的任何变化是可以忽略不计的。因此，能正确检测废气中的湿度。

如上所述的本发明的这个实施例，是在假定热敏电阻（12和13）具有相同的电阻值的基础上予以说明的。然而，如果这些热敏电阻的电阻值不同，它也能正确检测废气中的湿度。在如上所述的这个实施例中，含有电阻的电桥用以正确确定参考电压，然而，它也可以使用热敏电阻（12和13）或用其它的器件来检测由于湿度影响的热敏电阻（12）的特性变化。上述实施例中的热敏电阻的导电元件，兼有发出一个与被检测物理量的湿度变化相应的输出的第一个功能和具有发热器的功能。然而，另一个实施例可以把传感元件接到呈串联连接的单个加热器上以控制流过加热器的电流。这个实施例用热敏电阻作为传感元件。当然这些元件可以由另外的合适的传感器代替。虽然上述的实施例提供一个电流控制电路（17）具有如上的结构，它也可以被其它结构的电路所代替，只要该电路所提供的电流可以被适当地控制，反映传感元件情况的实际变化量。

Claims

1、一种在一个室腔内检测绝对湿度的传感装置，它包括：

一对串联连接的热敏元件（12、13），提供湿度输出信号，其中一个热敏元件（12）响应室腔内湿度量的变化，另一个热敏元件（13）不受所述变化的影响，

一个与所述热敏元件（12、13）串联电连接的电源装置（25），用于给所述热敏元件（12、13）提供一个电流;

一个与所述热敏元件（12、13）连接的检测装置（14、15、21-24），用于检测所述热敏元件（12、13）的输出信号的变化，

其特征在于：

这对热敏元件（12、13）将由依赖于从所述电源装置（25）接收电流量的一对串联连接的加热器加热或冷却，

在电源装置（25）和热敏元件（12、13）之间的电流分支中，提供一个晶体管（T），用于变化由所述电源装置（25）供给的电流，

提供了一个差动放大器装置（30、31），它的输出端与所述晶体管（T）的基极相连，它的一个输入端与一个参考电压源（R₁、R₂、D）相连，它的另一个输入端与处于所述晶体管（T）和所述热敏元件（12、13）之间的电流分支相连。

2、根据权利要求1的传感装置，其特征在于所述热敏元件（12、13）还用作加热器。

3、根据权利要求1或2的传感装置，其特征在于，设置有一个电桥（11），在它的两个第一分支中，分别包含有热敏元件（12、13），在它的两个第二分支中，分别包含有电阻（14、15），其特征还在于，所述电桥（11）的相应元件（12、13，或14、15）之间的电流结点分别通过一个电阻器（21、22）与一个运算放大器（23）的一个输入端相连，而不同元件（12、14，或13、15）之间的电流结点分别与晶体管（T）和地相连。