CN110346045A - 一种燃气灶防干烧检测方法、检测装置及燃气灶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气灶防干烧检测方法、检测装置及燃气灶，通过测温红外探测器接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号；根据电信号获得锅底本身发出的红外辐射能量；通过校正光源向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外；该红外辐射经锅底反射后由校正红外探测器接收，并转换为电信号；计算锅底的反射率和发射率，然后计算锅底温度；根据锅底温度判断燃气灶是否处于干烧状态；若是，则关闭燃气阀或报警；因此，本发明通过获得的锅底发射率计算锅底温度，当使用不同锅时，使用对应锅底的发射率计算出锅底温度，得出更准确的温度值，提高了检测到的锅底温度的准确性，提高了防干烧控制的准确性。

Description

一种燃气灶防干烧检测方法、检测装置及燃气灶

技术领域

本发明属于燃气灶技术领域，具体地说，是涉及一种燃气灶防干烧检测方法、检测装置及燃气灶。

背景技术

燃气灶是家庭必备的生活用品，在日常生活中具有非常重要的地位。

燃气灶具应用范围广，烹饪易忘记监控，造成干锅后继续干烧，损坏锅具或者造成火灾。防干烧系统可有效检测出干烧状态，及时向用户报警或关闭气阀。

目前的防干烧方案具有以下缺点：

一、现有燃气灶中防干烧应用所使用的测温装置使用热电偶或者热敏电阻等接触式温度传感器，测温装置直接接触锅底或者通过金属外壳接触锅底测温，测温装置必须与锅底接触。热量由锅底通过热传导传递给测温装置，接触不良会产生较大误差。为避免高温火焰直接加热测温装置，引起较大误差，燃烧器需要进行特殊设计，设计受限。见CN101382303B，这种结构存在一定缺陷，火焰易对测温探头直接加热，产生干扰；测温探头与锅底接触不良也容易带来测量误差。

二、已有方案使用红外测温技术检测锅底温度，并应用于燃气灶中，但是燃气灶存在火焰，火焰会产生一定的干扰。虽然火焰密度很低，但是所发出的红外辐射仍然会对测温结果产生影响。为解决这一问题，现有用于燃气灶的红外测温方案，如CN 102374529A、CN102374530A，使用了金属隔离环隔开火焰，金属隔离环紧贴锅底，测温装置仍然需要与锅底接触。这种设计没有完全改善热电偶式传统燃气灶测温方式的弊端，接触不良仍然容易带来误差，火焰直接对金属隔离环加热也容易带来误差，为减少火焰带来的热量，燃烧器结构需要特殊优化。

三、现有用于燃气灶的红外测温方案，其测温准确性受锅底发射率的影响很大。现有用于燃气灶的红外测温方案使用常用的全谱段红外探测器(常用的一般为5.5～14um)，当锅的检测发射率差异较大时，会带来很大的检测误差。比如，相同温度的黑铁锅与不锈钢亮底锅，由于两者的红外发射率相差较大，如果使用相同的全谱段红外探测器探测，信号强度有较大差异，所得出的温度值误差可达几十度。少数方案，如CN 102374530A，使用耐高温金属片接触锅底，红外测温实际检测的是耐高温金属片的红外辐射强度，不受锅底发射率的影响。但是测温装置为接触式，没有发挥红外测温的非接触优点，失去了红外测温的意义，并且无法避免接触不良与火焰加热金属隔离环干扰的影响。

发明内容

本发明提供了一种燃气灶防干烧检测方法，提高了检测到的锅底温度的准确性，提高了防干烧控制的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种燃气灶防干烧检测方法，所述方法包括：

通过测温红外探测器接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号V1；根据电信号V1获得锅底本身发出的红外辐射能量E1；

通过校正光源向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外；该红外辐射经锅底反射后由校正红外探测器接收，并转换为电信号V2；计算锅底的反射率β＝V2*m，其中，m为常数；计算锅底的发射率α＝1-β；

根据公式E1＝αδT⁴，计算锅底温度T；其中δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；

根据锅底温度T判断燃气灶是否处于干烧状态；

若是，则关闭燃气阀或报警。

进一步的，通过在校正光源上布设滤光片，使得校正光源发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外。

又进一步的，在所述测温红外探测器上也安装有滤光片，所述滤光片为窄带通滤光片，所述滤光片的中心波长处于3.4um～4.4um范围内。

更进一步的，所述检测方法还包括：

在获得锅底的反射率后，关闭校正光源；

根据测温红外探测器输出的电信号V1判断是否换锅；

若是，则重新开启校正光源，重新检测锅底的反射率。

一种燃气灶防干烧检测装置，包括：

测温红外探测器，用于接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号V1；

校正光源，用于向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外；

校正红外探测器，用于接收经锅底反射的校正光源发出的红外辐射能量，并转换为电信号V2；

查询计算模块，用于根据电信号V1获得锅底本身发出的红外辐射能量E1；计算锅底的反射率β＝V2*m，其中，m为常数；计算锅底的发射率α＝1-β；

判断模块，用于根据公式E1＝αδT⁴，计算锅底温度T；其中δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；根据锅底温度T判断燃气灶是否处于干烧状态；若是，则关闭燃气阀或报警。

进一步的，在校正光源上布设有滤光片，使得校正光源发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外。

又进一步的，在所述测温红外探测器上也安装有滤光片，所述滤光片为窄带通滤光片，所述滤光片的中心波长处于3.4um～4.4um范围内。

更进一步的，所述查询计算模块还用于，根据测温红外探测器输出的电信号V1判断是否换锅。

一种燃气灶，包括燃烧器以及所述的防干烧检测装置。

进一步的，所述防干烧检测装置布设在燃烧器的一侧，朝向锅底中央位置；或者，在所述燃烧器的中央位置开设有通光孔，所述检测装置布设在所述通光孔的正下方。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的燃气灶防干烧检测方法、检测装置及燃气灶，通过测温红外探测器接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号V1；根据电信号V1获得锅底本身发出的红外辐射能量E1；通过校正光源向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外；该红外辐射经锅底反射后由校正红外探测器接收，并转换为电信号V2；计算锅底的反射率β＝V2*m，其中，m为常数；计算锅底的发射率α＝1-β；根据公式E1＝αδT⁴，计算锅底温度T；其中δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；根据锅底温度T判断燃气灶是否处于干烧状态；若是，则关闭燃气阀或报警；因此，本发明通过获得的锅底发射率计算锅底温度，当使用不同锅时，使用对应锅底的发射率计算出锅底温度，得出更准确的温度值，解决了现有技术中因锅体发射率差异较大导致测温不准确的问题，提高了检测到的锅底温度的准确性，提高了防干烧控制的准确性。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的燃气灶的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明所提出的燃气灶的另一个实施例的结构示意图；

图3是本发明所提出的燃气灶防干烧检测装置的一个实施例的主视图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明所提出的燃气灶防干烧检测方法的一个实施例的流程图。

附图标记：

P、防干烧检测装置；1、锅底；2、燃烧器；2-1、通光孔；3、玻璃挡板；

4、底板；5、支架；6、校正光源；7、测温红外探测器；8、滤光片；9、电路板；10、校正红外探测器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

锅的材质不同，其反射率不同，黑底锅的发射率一般可以到0.9，不锈钢亮底锅在0.4附近。如果使用不同的锅时使用相同的发射率计算，必然会引入测温误差。针对该技术问题，本实施例提出了一种燃气灶防干烧检测方法、检测装置以及燃气灶，通过检测锅底反射率，根据锅底反射率计算锅底温度，提高了检测到的锅底温度的准确性，提高了防干烧控制的准确性。

下面，对燃气灶、防干烧检测装置以及防干烧检测方法进行详细说明。

本实施例的燃气灶，主要包括燃烧器2以及防干烧检测装置P。在燃烧器2的中央位置开设有通光孔2-1，防干烧检测装置P布设在通光孔2-1的正下方，与燃气灶的底板4固定在一起，参见图1所示。

防干烧检测装置P位于燃烧器通光孔的正下方，与燃烧器2距离较远，不会受到燃烧器2高温的干扰。通光孔2-1为圆形或其他形状的通孔，锅底1的红外辐射通过通光孔2-1到达防干烧检测装置P，通光孔2-1的尺寸保证不遮挡防干烧检测装置P的视场S。在通光孔2-1上端面上安装有玻璃挡板3，防止灰尘通过通光孔2-1飘落至下方的防干烧检测装置P上，玻璃挡板3采用能透过红外辐射波长的材质，并可以耐一定的高温，如蓝宝石。

作为本实施例的另一种优选设计方案，防干烧检测装置P布设在燃烧器2一侧的支架5上，并朝向锅底1中央位置，支架5固定在燃气灶的底板4上，在燃气灶的灶台上开设有通光孔，在通光孔上固定有玻璃挡板3，玻璃挡板3的表面与灶台表面平齐，玻璃挡板3用于防止灰尘经通光孔飘落至防干烧检测装置P，锅底的红外辐射穿过玻璃挡板3、通光孔射入防干烧检测装置P，参见图2所示。防干烧检测装置P倾斜于锅底的垂线，检测时透过燃气灶的火焰对锅底温度进行检测。这样设计的好处是：防干烧检测装置P的视场S不受燃烧器2的遮挡；有利于燃气灶燃烧设计，燃烧器中央不需要开设通光孔，不影响中央火焰，可以使用普通燃烧器,也特别适合中火直喷式燃气灶。

防干烧检测装置P包括校正光源6、校正红外探测器10、测温红外探测器7、查询计算模块、判断模块，参见图3、图4所示，查询计算模块和判断模块，可集成到同一个电路板9上。

校正光源6，用于向锅底1发出红外辐射；经锅底1反射后进入校正红外探测器10。校正光源6发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外。校正光源可以使用激光，也可以使用钨灯、LED、激光等形式的校正光源，使用这类光源时，光源的发散角需要进行限制，使其照射范围与探测器的视场接近。可以通过透镜、反射镜、光阑等限制光源的发散角。校正光源也可以使用其他波段的光，如可见光、紫外光等，但是使用红外光光源测到的反射率最准确。

通过在校正光源6上布设滤光片，使得校正光源6发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器7的接收波段之外，简单方便、效果好。

校正红外探测器10，用于接收经锅底1反射的校正光源6发出的红外辐射能量，并将接收到的光信号转化为电信号的，如热电堆、热释电、铟镓砷光电二极管、硫化硒探测器等类型探测器。校正红外探测器只接收经锅底反射的校正光源发出的红外辐射，不接收锅底本身发出的红外辐射。使用透镜、反射镜、光阑等元件限制校正红外探测器的视场角，使校正光源光锥角与校正红外探测器的视场角接近测温红外探测器的视场角。

测温红外探测器7：用于接收锅底本身发出的红外辐射能量，并将接收到的光信号转化为电信号的，如热电堆、热释电、铟镓砷光电二极管、硫化硒探测器等类型探测器。

测温红外探测器7的视角决定其探测区域的面积，最后的温度值是根据整个探测区域的热红外辐射总量得出的。测温红外探测器7到锅底1的距离较远，测温红外探测器7的视场角限制为小于10度，这样从锅底1到达测温红外探测器7的红外辐射可以通过燃烧器中央的通光孔2-1，而不会被燃烧器遮挡或干扰。在测温红外探测器7的前端具有聚光器，透镜式或者反射式的聚光器可以用于限制探测器的视场角。

测温红外探测器7不接收经锅底反射的校正光源6发出的红外辐射，只接收锅底本身发出的红外辐射。

在测温红外探测器7上安装有红外滤光片8，滤光片为窄带通滤光片，滤光片的中心波长处于3.4um～4.4um范围内，通带半峰宽小于5％中心波长，或者更宽一些，在通带内有很高的透过率，在其他波段的透过率非常低，这样可以使用光学方法而不是金属套筒排除火焰的干扰。普通的红外探测器一般有较宽的检测范围，比如8～14um，检测范围较宽，火焰有多个较强的红外发射波段，其中一部分会落在检测范围内，对红外测温造成很大干扰。通过光学方法而不是机械方法降低火焰红外光对测量结果的干扰，使用火焰透明光谱窗口(排除火焰干扰)的波段，使测温红外探测器7的接收波长位于火焰透明窗口区内，降低火焰红外辐射对测温结果的干扰，使在燃气灶中非接触测量锅底温度得以实现，从而实现非接触防干烧功能。

在本实施例中，校正光源6、测温红外探测器7、校正红外探测器10呈三角形布设在检测装置的壳体内，参见图3、图4所示，结构比较紧凑，占用空间较小。

防干烧检测装置P用于执行下述的防干烧检测方法，主要包括下述步骤，参见图5所示。

步骤S11：通过测温红外探测器接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号V1。

步骤S12：查询计算模块根据电信号V1获得锅底本身发出的红外辐射能量E1。

测温红外探测器输出的电信号与辐射能量之间有对应关系，对于热电堆、光电探测器等不同探测器，对应关系有所不同。对于多数探测器，输出信号电压V∝接收到的辐射能量E。

通过查询红外探测器型号-输出电信号-辐射能量对应表，获得电信号对应的辐射能量。该对应表可利用标准黑体辐射源测量得到。

例如，标准黑体辐射源的发射率α0为1，红外探测器接收标准黑体辐射源的辐射能量，并输出电信号V0，计算出温度值T0，根据公式E0＝α0*δ*T0⁴计算出E0，δ为斯特藩-玻尔兹曼常数。不同的辐射能量，对应不同的输出电信号和温度值。因此，采用不同型号的红外探测器，利用上述方法，获得对应的电信号、温度值、辐射能量，生成探测器型号-输出电信号-辐射能量对应表。

因此，通过查询对应表，获得V1对应的E1。

步骤S13：通过校正光源向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外。

校正光源发出的红外辐射经锅底反射后由校正红外探测器接收。

步骤S14：校正红外探测器接收经锅底反射的校正光源发出的红外辐射，并转换为电信号V2。

步骤S15：查询计算模块计算锅底的反射率β＝V2*m，其中，m为常数；然后计算出锅底的发射率α＝1-β。

常数m跟校正红外探测器以及校正光源有关，可通过标准反射板测得。例如，利用相同的红外探测器、相同的校正光源、已知反射率为β0的标准反射板进行测试，校正光源发出的红外辐射照射到标准反射板上，经标准反射板反射后由红外探测器接收，并输出电信号V0，然后计算出m＝β0/V0。

当红外线照射到物体上时，能量或被物体吸收，或被物体反射，或穿透物体。根据能量守恒定律，入射的能量＝吸收的能量+反射的能量+透过的能量。

因此，吸收率+反射率+透射率＝100％。

如果物体是不透明的，则其透射率为0，则上述公式变为：

吸收率+反射率＝100％。

任何不透明物体，同时在吸收、反射、发射红外能(热能)。

如果物体吸收红外能(热能)，它的温度会上升。当物体处于等温状态时，它发射出的能量和吸收的能量是相同的，因此，吸收率＝发射率，上述公式变为：

发射率+反射率＝100％。

燃气灶上的锅所处于的状态，可以近似认为吸收率＝发射率，因此，锅底的发射率α+反射率β＝100％。因此，可以通过检测锅底的反射率β，然后计算出发射率α＝1-β。

步骤S16：判断模块根据公式E1＝αδT⁴，计算锅底温度T。

由E1＝αδT⁴可推出计算出T。其中，δ为斯特藩-玻尔兹曼常数，具体可参见斯特藩-玻尔兹曼定律，此处不再赘述。

步骤S17：判断模块根据锅底温度T判断燃气灶是否处于干烧状态。

若锅底温度T≥设定温度阈值(如298℃)，说明锅底温度非常高，则判定燃气灶处于干烧状态，则执行步骤S18：关闭燃气阀或报警。

本实施例的燃气灶防干烧检测方法，通过测温红外探测器接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号V1；根据电信号V1获得锅底本身发出的红外辐射能量E1；通过校正光源向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外；该红外辐射经锅底反射后由校正红外探测器接收，并转换为电信号V2；计算锅底的反射率β＝V2*m，其中，m为常数；计算锅底的发射率α＝1-β；根据公式E1＝αδT⁴，计算锅底温度T；其中δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；根据锅底温度T判断燃气灶是否处于干烧状态；若是，则关闭燃气阀或报警；因此，本实施例的检测方法，通过获得的锅底发射率计算锅底温度，当使用不同锅时，使用对应锅底的发射率计算出锅底温度，得出更准确的温度值，解决了现有技术中因锅体发射率差异较大导致测温不准确的问题，提高了检测到的锅底温度的准确性，提高了防干烧控制的准确性。

本实施例中，通过选择校正光源发出的红外辐射的波长，使得校正光源发出的红外辐射经锅底反射后无法被红外测温探测器接收，以免对红外测温探测器的锅底测温造成干扰。比如，测温红外探测器的接收波段为3um～5.5um，则校正光源可以选择只能发出波长小于3um红外光的激光、LED等。

校正光源也可以选择钨灯，钨灯发出光的波长范围较宽，可以增加滤光片，滤除3um以上的光，剩余光的波长处于红外测温探测器的探测波段范围之外，无法干扰测温结果。

在执行步骤S11之前，燃气灶点火后，首先检测燃气灶上是否有锅。若有锅，则继续执行步骤S11。若无锅，可持续检测燃气灶上是否有锅，或者报警提示。

可通过检测锅底反射率β(或发射率α)判断燃气灶上是否有锅。若反射率β(或发射率α)在设定的范围内，则判定燃气灶上有锅；若反射率β(或发射率α)不在设定的范围内，则判定燃气灶上无锅。

本实施例通过测量锅底反射率，然后计算出锅底发射率，使用不同锅时，使用对应的发射率计算出锅底温度，得出更准确的锅底温度值。

在获得锅底的红外发射率后，关闭校正光源；但在燃气灶使用过程中，可能会发生中途换锅的情况，因此，查询计算模块还需要根据测温红外探测器转换成的电信号V1判断是否换锅；若是，则重新开启校正光源，重新检测锅底的红外反射率，避免由于换锅导致的测温误差。由于中途换锅会导致测温红外探测器的输出电信号异常，因此当电信号异常时，则需要重新检测锅底反射率，在获得锅底反射率后校正光源熄灭。

本实施例的燃气灶防干烧检测方法、防干烧检测装置及燃气灶，通过使用红外测温技术，实现了非接触对锅底温度较为精确地检测，实现了燃气灶无接触干烧状态检测，相较于现有技术中的接触检测方案，消除了接触不良对测温的干扰；通过检测锅底的反射率，计算出锅底的发射率，然后计算锅底温度，降低了因锅底发射率不同而带来的锅底温度测量误差，使测温结果更加准确，减少了防干烧的误报警或者少报警现象，使燃气灶可以适用更广泛的锅具类型；通过在测温红外探测器上布设滤光片，使用光学方法隔绝火焰红外辐射的干扰，相较于现有技术中使用金属套筒隔绝的方法，光学方法实现了无接触，更简洁、美观，燃气灶布局设计更灵活；校正光源发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外，测温红外探测器接收不到校正光源发出的光，避免校正光源对红外测温探测器的锅底测温造成干扰，提高测得的锅底温度的准确性；由于校正光源发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外，因此，锅底本身发出的红外辐射能量E1的获取过程(步骤S11～S12)与锅底发射率α的获取过程(步骤S13～S15)可同时进行，以便于尽快获得锅底温度T，缩短了获得锅底温度T的时间，提高了防干烧的判断速度，进一步降低了干烧风险。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃气灶防干烧检测方法，其特征在于：所述方法包括：

通过测温红外探测器接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号V1；根据电信号V1获得锅底本身发出的红外辐射能量E1；

通过校正光源向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外；该红外辐射经锅底反射后由校正红外探测器接收，并转换为电信号V2；计算锅底的反射率β＝V2*m，其中，m为常数；计算锅底的发射率α＝1-β；

根据公式E1＝αδT⁴，计算锅底温度T；其中δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；

根据锅底温度T判断燃气灶是否处于干烧状态；

若是，则关闭燃气阀或报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过在校正光源上布设滤光片，使得校正光源发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述测温红外探测器上也安装有滤光片，所述滤光片为窄带通滤光片，所述滤光片的中心波长处于3.4um～4.4um范围内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述检测方法还包括：

在获得锅底的反射率后，关闭校正光源；

根据测温红外探测器输出的电信号V1判断是否换锅；

若是，则重新开启校正光源，重新检测锅底的反射率。

5.一种燃气灶防干烧检测装置，其特征在于：包括：

测温红外探测器，用于接收锅底本身发出的红外辐射能量，并转换为电信号V1；

校正光源，用于向锅底发出红外辐射，该红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外；

校正红外探测器，用于接收经锅底反射的校正光源发出的红外辐射能量，并转换为电信号V2；

查询计算模块，用于根据电信号V1获得锅底本身发出的红外辐射能量E1；计算锅底的反射率β＝V2*m，其中，m为常数；计算锅底的发射率α＝1-β；

判断模块，用于根据公式E1＝αδT⁴，计算锅底温度T；其中δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；根据锅底温度T判断燃气灶是否处于干烧状态；若是，则关闭燃气阀或报警。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：在校正光源上布设有滤光片，使得校正光源发出的红外辐射的波长位于测温红外探测器的接收波段之外。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：在所述测温红外探测器上也安装有滤光片，所述滤光片为窄带通滤光片，所述滤光片的中心波长处于3.4um～4.4um范围内。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述查询计算模块还用于，根据测温红外探测器输出的电信号V1判断是否换锅。

9.一种燃气灶，其特征在于：包括燃烧器、以及如权利要求5至8中任一项所述的防干烧检测装置。

10.根据权利要求9所述的燃气灶，其特征在于：所述防干烧检测装置布设在燃烧器的一侧，朝向锅底中央位置；

或者，在所述燃烧器的中央位置开设有通光孔，所述检测装置布设在所述通光孔的正下方。