CN101592541B

CN101592541B - 电压力锅的压力连续检测装置

Info

Publication number: CN101592541B
Application number: CN2009100999772A
Authority: CN
Inventors: 赵郑洲; 程晓崇
Original assignee: HANGZHOU KINGER DISPLAY CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU KINGER DISPLAY CO Ltd
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: CN101592541A

Abstract

本发明涉及电压力锅领域，公开了一种电压力锅的压力连续检测装置。它包括电路控制部分和机械执行部分，所述电路控制部分包括中央控制器，中央控制器连接有正弦波产生电路，正弦波产生电路、功率放大电路、电桥和差分电感电路、差分放大电路、精密整流和滤波电路、直流放大电路和模数转换器依次连接，通过直流放大电路处理的信号进入模数转换器后产生输入电压值而进入中央控制器，中央控制器可将输入电压值转化为输出压力值；所述机械执行部分包括与电压力锅的外锅锅底相连的磁芯，该磁芯接入电桥和差分电感电路。本发明利用低成本实现电压力锅压力值的连续测量，以满足消费者对所烹饪食物不同的口感需求和食物烹饪营养的最大化。

Description

电压力锅的压力连续检测装置

技术领域

本发明涉及电压力锅领域，尤其涉及一种用于电压力锅锅内压力连续检测的装置。

背景技术

目前，国内的电压力锅的压力值主要由温度控制，通过控制面板上食物烹饪类型选择功能进行近似的压力控制；按控制精度又分为单上限压力控制，分段多种上限压力控制和连续压力控制等若干种压力控制模式，其中连续压力控制的精度最高，最符合变压力烹饪的设计初衷。

连续压力控制需要一个连续压力测量装置，目前已有利用称重传感器(电阻应变式传感器)的原理来测量压力，其原理是：在加热锅底部固定一个电阻应变式传感器，当锅内压力变化时，该传感器由于产生形变而导致其电阻值改变，通过测量此电阻值来得到锅内的压力值。

利用电阻应变式传感器的方法虽然可以测量连续的压力值，但它有以下几个缺点：

1.成本较高；

2.抗震动差；

3.温漂大，特别是安装在锅底加热盘附件，工作时传感器自身温度非常高，压力一电阻曲线的对应关系不固定；虽然可以利用各种温度补偿法进行补偿，但因为锅底加热时间不同，环境不同，相同压力情况下，温度变化差异性很大，所以很难完全补偿；

4.安装调试不方便；

5.时间漂移大，长期使用，压力值漂移大。

现有公开文献中，申请号为200510100475.9、申请日为2005年10月25日、授权公告日为2008年4月30日、授权公告号为CN100385219C、专利权人为广东伊立浦电器股份有限公司的中国发明专利公开了一种电压力锅的压力检测方法及装置，目的在于可以连续性地精确检测控制电压力锅内压力。该发明将应变计放置在压力锅之内锅外围，并利用一个传动臂，感知内锅的膨胀量。当内锅膨胀时，传动臂将内锅膨胀量转换为一个位移量，使应变计的弹性基体变形；变形的弹性基体使敏感箔材的电特性也随之变化而产生的可控电信号输送给中央控制器，通过中央控制器运算，输出控制信号和显示信号。本发明的压力检测装置，包括应变计、传动臂、中央控制器等。应变计放置在压力锅之内锅外围，并通过适当的方法固定应变计。该专利提供的技术方案利用应变计来检测内锅或加热盘在锅内压力变化时的位移量，从而达到连续检测电压力锅压力变化的目的，但是仍然存在着结构复杂、抗震动差、温漂大、制作成本较高的缺点，有进一步优化改进的必要。

发明内容

本发明针对现有技术存在的电压力锅的压力检测装置成本较高、抗震动差、温漂大、安装调试不方便、时间漂移大等缺点，提供了一种经济实用、抗震性好、温漂可抵消、安装调试方便、时间漂洗小的电压力锅的压力连续检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

电压力锅的压力连续检测装置，包括电路控制部分和机械执行部分，所述电路控制部分包括中央控制器，中央控制器连接有正弦波产生电路，正弦波产生电路、功率放大电路、电桥和差分电感电路、差分放大电路、精密整流和滤波电路、直流放大电路和模数转换器依次连接，通过直流放大电路处理的信号进入模数转换器后产生输入电压值而进入中央控制器，中央控制器可将输入电压值转化为输出压力值；所述机械执行部分包括与电压力锅的外锅锅底相连的磁芯，该磁芯接入电桥和差分电感电路。所述电桥和差分电感电路包括电阻R7、电感L1、电阻R17和电感L2，磁芯的外围设有线圈框架，线圈框架绕有线圈后形成电感L1和电感L2，电阻R7和电阻R17的连接端为功率放大电路(3)的输出端，电阻R7和电感L1的连接端为电桥输出A端，电阻R17和电感L2的连接端为电桥输出B端，电桥输出A端和电桥输出B端接入差分放大电路；电感L1和电感L2的另一端接地。所述机械执行部分还包括与磁芯相连的塑料位移轴、与塑料位移轴相连的金属位移轴，金属位移轴与电压力锅的外锅锅底触接，磁芯的一端设有弹簧，线圈框架的一端连接有接线固定底座，接线固定底座又与金属屏蔽罩相连，使得线圈框架装设于金属屏蔽罩内部，接线固定底座的外端设有四个金属接线柱，其中两个金属接线柱分别与电桥输出A端和电桥输出B端相连，金属屏蔽罩外圈设有固定件，固定件配带有紧固件，固定件将金属屏蔽罩固定在电压力锅的外锅锅底上。

经过功率放大后的信号施加到一个阻抗平衡电桥上，电桥的其中两个臂为差分电感，用于线性补偿，差分电感的磁芯的两端处于两个电感的中心位置，电桥输出的差分信号经过精密整流和滤波放大后，得到一个与磁芯位移成正比的电压信号。电桥和差分电感电路，利用差分电感法使电感磁芯的位移量与等效电感值为线性关系，用交流信号施加到电桥上，通过测量阻抗差值的方法来测量电感差值。差分电感线性补偿法及阻抗的电桥测量方法，可以极大地抵消温漂和非线性的影响。

磁芯与一个绝热、不导磁的塑料位移轴连接在一起，安装时，塑料位移轴与压力锅外锅锅底相连；当锅内压力变化时，外锅锅底将发生形变，其位移变化将使磁芯位置发生变化，两个线圈的感抗也会发生相反方向的变化；所以电桥输出A端和电桥输出B端的信号大小即是磁芯位移量大小的体现，亦即锅底形变量的体现，从而能够反映锅内压力的大小。金属位移轴，用来传递位移量；塑料位移轴，用来连接磁芯和上面的金属位移轴；弹簧，用来复位磁芯位置；线圈框架，用于差分线圈的绕线位置；接线固定底座，用来连接线圈引脚的金属端子。

作为优选，所述正弦波产生电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1，其中，运算放大器U1的同相输入端用于接收中央控制器产生的方波信号，运算放大器U1的反相输入端及输出端都与电阻R1相连，电阻R1的另一端连接有电阻R3、电阻R2和电容C1，电阻R2与运算放大器U2的反相输入端相连，电阻R3与运算放大器U2的输出端相连，运算放大器U2的同相输入端接地，电容C1的另一端接地。正弦波产生电路，利用中央控制器产生方波信号的方法产生标准正弦波交流信号。

作为优选，所述功率放大电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、三极管Q1和三极管Q2，其中，电阻R5连接正弦波产生电路(2)，电阻R5的另一端与运算放大器U3的同相输入端相连，电阻R4和电阻R6与运算放大器U3的反相输入端相连，电阻R4的另一端接地；三极管Q1、三极管Q2的基极与运算放大器U3的输出端相连，三极管Q1、三极管Q2的发射极与电阻R6的另一端相连；三极管Q1、三极管Q2的集电极分别与电源Vcc、电源VEE连接。功率放大电路，使用互补运算放大器推挽输出放大电路，将正弦波交流信号进行功率放大。

作为优选，所述差分放大电路包括电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R19和运算放大器U6，其中，电阻R18、电阻R19连接电桥和差分电感电路(4)，电阻R18与运算放大器U6的反相输入端相连，电阻R19、电阻R16与运算放大器U6的同相输入端相连，电阻R16的另一端接地；电阻R15连在运算放大器U6的反相输入端与输出端间。差分放大电路，用平衡电桥法进行电感量到电压值的精密转换。

作为优选，所述精密整流和滤波电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2、二极管D1、二极管D2和运算放大器U5，其中，电阻R14连接差分放大电路5，电阻R14的另一端连接运算放大器U5的反向输入端，运算放大器U5的同相输入端连接电阻R13、反相输入端与输出端间连接二极管D2，运算放大器U5的输出端连接二极管D1，二极管D1的另一端与运算放大器U5的反相输入端间连接电阻R12，二极管D1的该端还连接电阻R10、电阻R11，电阻R10的另一端连接电容C2，电容C2、电阻R11及电阻R13的另一端接地。精密整流和滤波电路，用精密整流电路获得交流信号的幅度值，并进行滤波。

作为优选，所述直流放大电路包括电阻R8、电阻R9、滑线电阻RV1和运算放大器U4，其中，电阻R9连接精密整流和滤波电路，电阻R9与运算放大器U4的同相输入端相连，电阻R8与运算放大器U4的反相输入端相连，电阻R8的另一端接地；滑线电阻RV1连在运算放大器U4的反相输入端与输出端间，运算放大器U4的输出端连接模数转换器。直流放大电路，用于调整信号的电压范围，以适应后续的模数转换器(ADC)的输入电压范围。

本发明技术方案中所采用的中央控制器、模数转换器是现有技术。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

1.利用低成本实现电压力锅压力值的连续测量，以满足消费者对所烹饪食物不同的口感需求和食物烹饪营养的最大化；

2.传感器结构简单，工艺成熟，电路结构简单；

3.传感器线性度好，温漂小；

4.安装方便，可以直接在原来中低档电压力锅的基础上进行较小的机械调整、安装，不需要大的结构调整。

附图说明

图1是本发明实施例的电路控制部分的电路原理框图。

图2是本发明实施例的电路控制部分的电路图。

图3是图2中电桥和差分电感的工作原理图。

图4是图3中磁芯的位置关系示意图。

图5是两个线圈单独的响应曲线图。

图6是两个线圈组合成差分电感的响应曲线图。

图7是本发明实施例的机械执行部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至7与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例：如图1至图4所示，电压力锅的压力连续检测装置，包括电路控制部分和机械执行部分，所述电路控制部分包括中央控制器1，中央控制器1连接有正弦波产生电路2，正弦波产生电路2、功率放大电路3、电桥和差分电感电路4、差分放大电路5、精密整流和滤波电路6、直流放大电路7和模数转换器8依次连接，通过直流放大电路7处理的信号进入模数转换器8后产生输入电压值而进入中央控制器1，中央控制器1可将输入电压值转化为输出压力值；所述机械执行部分包括与电压力锅的外锅锅底相连的磁芯9，该磁芯9接入电桥和差分电感电路4。中央控制器1和模数转换器8采用现有技术，可以将两者集成于一个芯片内，如ATMEGA48、STC12C5204。

所述电桥和差分电感电路4包括电阻R7、电感L1、电阻R17和电感L2，磁芯9外绕线圈后形成电感L1和电感L2，电阻R7和电阻R17的连接端为功率放大电路3的输出端40，电阻R7和电感L1的连接端为电桥输出A端41，电阻R17和电感L2的连接端为电桥输出B端42，电桥输出A端41和电桥输出B端42接入差分放大电路5。电感L1和电感L2的另一端接地。由于使用差分电感，电感的2个绕组参数一致，无形变时，磁芯9处于中间位置，当产生形变时，一个绕组的电感量增大ΔH，另一个绕组的电感量减小ΔH；尽管ΔH的值与磁芯9位置的变化量不是线性关系，但两个绕组电感量的差值修正或补偿了这种非线性，实践证明用这种方法在检测微小位移(量程为2mm左右)时线性良好。

图5是两个线圈单独的响应曲线图，可见线圈电感量与磁芯9的位移不是线性关系；图6是两个线圈组合成差分电感的响应曲线图，可见通过差分补偿后，线圈的电感量与磁芯9位移量的线性关系大为改观。

图3中，电感图标上的箭头表示磁芯9的移动方向，对于两个绕组而言，磁芯9的移动方向为一个进入、一个退出；故电感量为一个增大一个减小。

图7是本发明实施例的机械执行部分的结构示意图，磁芯9与塑料位移轴12相连，塑料位移轴12又与金属位移轴11相连，金属位移轴11与电压力锅的外锅锅底触接，磁芯9的外围设有线圈框架14，线圈框架14绕有线圈后形成电感L1和电感L2，磁芯9的一端设有弹簧13，线圈框架14的一端连接有接线固定底座15，接线固定底座15又与金属屏蔽罩10相连，使得线圈框架14装设于金属屏蔽罩10内部，接线固定底座15的外端设有四个金属接线柱16，其中两个金属接线柱16分别与电桥输出A端41和电桥输出B端42相连，金属屏蔽罩10外圈设有固定件17，固定件17配带有紧固件18，固定件17将金属屏蔽罩10固定在电压力锅的外锅锅底上。

磁芯9与一个绝热、不导磁的塑料位移轴12连接在一起，安装时，塑料位移轴12与压力锅外锅锅底相连；当锅内压力变化时，外锅锅底将发生形变，其位移变化将使磁芯9位置发生变化，两个线圈的感抗也会发生相反方向的变化；所以电桥输出A端41和电桥输出B端42的信号大小即是磁芯9位移量大小的体现，亦即锅底形变量的体现，从而能够反映锅内压力的大小。金属位移轴11，用来传递位移量；塑料位移轴12，用来连接磁芯9和上面的金属位移轴11；弹簧13，用来复位磁芯9位置；线圈框架14，中间两个凹槽为两个差分线圈的绕线位置；接线固定底座15，上面有四个用来连接线圈引脚的金属端子，四个金属端子连接到两个差分线圈的四个抽头，连接到信号调理电路中的差分电感电桥上。

如图2所示，正弦波产生电路2包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1，其中，运算放大器U1的同相输入端用于接收中央控制器1产生的方波信号，运算放大器U1的输出端及反相输入端都与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端连接有电阻R3、电阻R2和电容C1，电容C1的另一端接地；电阻R2与运算放大器U2的反相输入端相连，运算放大器U2的同相输入端接地；电阻R3的另一端与运算放大器U2的输出端相连，运算放大器U2的输出端与功率放大电路3相连。

功率放大电路3包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、三极管Q1和三极管Q2，其中，电阻R5与运算放大器U2的输出端相连；电阻R4和电阻R6与运算放大器U3的反相输入端相连，电阻R4的另一端接地；电阻R5的另一端与运算放大器U3的同相输入端相连，运算放大器U3的输出端与三极管Q1和三极管Q2的基极相连，三极管Q1、Q2的发射极相连，该端与电阻R6的另一端相连，且该端接入电桥和差分电感电路4。三极管Q1、三极管Q2的集电极分别与电源Vcc、电源VEE连接。

差分放大电路5包括电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R19和运算放大器U6，其中，电阻R18、电阻19分别接入电桥输出A端41、电桥输出B端42，电阻R18的另一端与运算放大器U6的反相输入端相连，电阻R19的另一端和电阻R16与运算放大器U6的同相输入端相连，电阻R16的另一端接地；电阻R15连在运算放大器U6的反相输入端与输出端之间，运算放大器U6的输出端接入精密整流和滤波电路6。

精密整流和滤波电路6包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2、二极管D1、二极管D2和运算放大器U5，其中，电阻R14与运算放大器U6的输出端相连，电阻R14的另一端连接运算放大器U5的反相输入端，运算放大器U5的同相输入端连接电阻R13，电阻R13的另一端接地；运算放大器U5的反相输入端与输出端间连接二极管D2，运算放大器U5的输出端连接二极管D1，二极管D1的另一端与运算放大器U5的反相输入端间连接电阻R12，二极管D1的该端还连接电阻R10、电阻R11，电阻R11的另一端接地；电阻R10的另一端连接直流放大电路7、电容C2，电容C2的另一端接地。

直流放大电路7包括电阻R8、电阻R9、滑线电阻RV1和运算放大器U4，其中，电阻R9与精密整流和滤波电路6的电阻R10相连，电阻R9与运算放大器U4的同相输入端相连，运算放大器U4的反相输入端连接电阻R8、滑线电阻RV1，电阻R8的另一端接地，滑线电阻RV1的另一端连接于运算放大器U4的输出端，运算放大器U4的输出端接入模数转换器8相连。

本发明的工作原理是：中央控制器1产生的方波信号经过滤波后，近似正弦波；正弦波信号经过功率放大后加到差分电感的电桥上，电桥输出端的两个臂的电压大小由差分电感的磁芯9位置决定；此电压经过差分放大后，再由精密整流和滤波电路6转化为直流电压Vp，本发明的原理就是通过压力产生的形变改变差分电感的磁芯9位置，因此Vp的值就是用来表征压力大小的值。本发明的机械执行部分装设到加热锅内胆底部加热环中间，中央控制器1通过模数转换器8读取此信号调理电路的输出电压Vp，以此来获得当前的压力值。

本发明所采用的中央控制器1和模数转换器8都采用现有技术，因此未对其作详细说明。当然，所采用的芯片并不限定于上述列举的ATMEGA48、STC12C5204，其也可采用其它能够达到相同功能的芯片。

文件中所述的电桥和差分电感电路是指一种兼具电桥和差分电感作用的电路，精密整流和滤波电路是指一种兼具精密整流和滤波作用的电路。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明专利申请范围所作的均等变化、修饰，皆属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.电压力锅的压力连续检测装置，包括电路控制部分和机械执行部分，所述电路控制部分包括中央控制器(1)、模数转换器(8)，其特征在于：所述电路控制部分还包括正弦波产生电路(2)、功率放大电路(3)、电桥和差分电感电路(4)、差分放大电路(5)、精密整流和滤波电路(6)及直流放大电路(7)，所述的中央控制器(1)连接正弦波产生电路(2)，正弦波产生电路(2)、功率放大电路(3)、电桥和差分电感电路(4)、差分放大电路(5)、精密整流和滤波电路(6)、直流放大电路(7)和模数转换器(8)依次连接，通过直流放大电路(7)处理的信号进入模数转换器(8)后产生输入电压值而进入中央控制器(1)，中央控制器(1)将输入电压值转化为输出压力值；所述机械执行部分包括与电压力锅的外锅锅底相连的磁芯(9)，该磁芯(9)接入电桥和差分电感电路(4)；

所述电桥和差分电感电路(4)包括电阻R7、电感L1、电阻R17和电感L2，磁芯(9)的外围设有线圈框架(14)，线圈框架(14)绕有线圈后形成电感L1和电感L2，电阻R7和电阻R17的连接端为功率放大电路(3)的输出端(40)，电阻R7和电感L1的连接端为电桥输出A端(41)，电阻R17和电感L2的连接端为电桥输出B端(42)，电桥输出A端(41)和电桥输出B端(42)接入差分放大电路(5)；电感L1和电感L2的另一端接地；

所述机械执行部分还包括与磁芯(9)相连的塑料位移轴(12)、与塑料位移轴(12)相连的金属位移轴(11)，金属位移轴(11)与电压力锅的外锅锅底触接，磁芯(9)的一端设有弹簧(13)，线圈框架(14)的一端连接有接线固定底座(15)，接线固定底座(15)又与金属屏蔽罩(10)相连，使得线圈框架(14)装设于金属屏蔽罩(10)内部，接线固定底座(15)的外端设有四个金属接线柱(16)，其中两个金属接线柱(16)分别与电桥输出A端(41)和电桥输出B端(42)相连，金属屏蔽罩(10)外圈设有固定件(17)，固定件(17)配带有紧固件(18)，固定件(17)将金属屏蔽罩(10)固定在电压力锅的外锅锅底上。

2.根据权利要求1所述的电压力锅的压力连续检测装置，其特征在于：所述正弦波产生电路(2)包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1，其中，运算放大器U1的同相输入端用于接收中央控制器(1)产生的方波信号，运算放大器U1的反相输入端及输出端都与电阻R1相连，电阻R1的另一端连接有电阻R3、电阻R2和电容C1，电阻R2与运算放大器U2的反相输入端相连，电阻R3与运算放大器U2的输出端相连，运算放大器U2的同相输入端接地，电容C1的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的电压力锅的压力连续检测装置，其特征在于：所述功率放大电路(3)包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、三极管Q1和三极管Q2，其中，电阻R5连接正弦波产生电路(2)，电阻R5的另一端与运算放大器U3的同相输入端相连，电阻R4和电阻R6与运算放大器U3的反相输入端相连，电阻R4的另一端接地；三极管Q1、三极管Q2的基极与运算放大器U3的输出端相连，三极管Q1、三极管Q2的发射极与电阻R6的另一端相连；三极管Q1、三极管Q2的集电极分别与电源Vcc、电源V_EE连接。

4.根据权利要求1所述的电压力锅的压力连续检测装置，其特征在于：所述差分放大电路(5)包括电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R19和运算放大器U6，其中，电阻R18、电阻R19连接电桥和差分电感电路(4)，电阻R18与运算放大器U6的反相输入端相连，电阻R19、电阻R16与运算放大器U6的同相输入端相连，电阻R16的另一端接地；电阻R15连在运算放大器U6的反相输入端与输出端间。

5.根据权利要求1所述的电压力锅的压力连续检测装置，其特征在于：所述精密整流和滤波电路(6)包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2、二极管D1、二极管D2和运算放大器U5，其中，电阻R14连接差分放大电路5，电阻R14的另一端连接运算放大器U5的反向输入端，运算放大器U5的同相输入端连接电阻R13、反相输入端与输出端间连接二极管D2，运算放大器U5的输出端连接二极管D1，二极管D1的另一端与运算放大器U5的反相输入端间连接电阻R12，二极管D1的该端还连接电阻R10、电阻R11，电阻R10的另一端连接电容C2，电容C2、电阻R11及电阻R13的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的电压力锅的压力连续检测装置，其特征在于：所述直流放大电路(7)包括电阻R8、电阻R9、滑线电阻RV1和运算放大器U4，其中，电阻R9连接精密整流和滤波电路(6)，电阻R9与运算放大器U4的同相输入端相连，电阻R8与运算放大器U4的反相输入端相连，电阻R8的另一端接地；滑线电阻RV1连在运算放大器U4的反相输入端与输出端间，运算放大器U4的输出端连接模数转换器(8)。