CN110454822A - 基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，属于电磁炉智能温控技术领域。该方法的实现步骤如下：首先根据烹饪需求对电磁炉上的烹饪模式进行选择，电磁炉匹配关联的内置“加热时长‑温度”关系模型，控制电磁炉功率电路工作；温度传感器利用温差取电并对炊具内食材温度进行实时监测的同时将温度数据无线传输至电磁炉；电磁炉接收温度数据后参考预设“加热时长‑温度”关系模型将炊具内食物温度维持在预设温度；最后，本阶段关系模型预设时间完成后电磁炉自动进入下一阶段的“加热时长‑温度”关系模型。本发明能够建立准确的“加热时长‑温度”关系模型，提升电磁炉智能控温的精准程度。
Description
技术领域
本发明涉及电磁炉智能温控技术领域，尤其涉及一种基于温差取电技术的无源分离式无线电磁炉智能温控方法。
背景技术
电磁炉实现智能温控的首要解决的核心技术问题是对温度的精准检测，目前市场上的针对电磁炉被加热锅具的温度检测手段主要有两种：
一是设置热敏电阻于微晶面板下的电磁线圈中央，检测与热敏电阻贴合的微晶玻璃面板温度。锅体是通过电磁感应涡流使受热负载底部发热，热量由受热负载传到微晶玻璃面板，通过微晶玻璃面板再传导至热敏电阻，由于面板传热而导致感温滞后。另外，电磁炉内存在发热器件和冷却风扇，对温度影响较大，所以这种测温方式存在测温不准确以及可靠性低等缺点。
二是微晶面板上打孔，在孔内设置一弹簧温度传感器直接和电磁炉主体内部的控制电路电性连接，如专利授权公告号CN201720200964.X的实用新型专利所公开的一种电磁炉伸缩式温控器密封结构，该温控器的感温面贴近锅体底部，温度测量实时性较好，温控器感应温度的变化趋势与锅具内食材实际温度的变化趋势比较接近。设置密封结构将温控器与面板间配合间隙堵住，防止用户在使用过程中产生的水或汤汁等流进电磁炉内部。但该结构破坏了微晶玻璃面板的结构强度，在锅体及其内烹饪的食物的重量较大时，容易压坏微晶玻璃面板，并且存在渗水、漏电等安全隐患。除上述问题外，感测的温度并不能直接反映锅内的真实温度，因为锅内食物的温度与锅底温度的差值受锅体材质、锅内食材、导热效率等因素的影响。
基于现行的测温手段局限于测量锅体温度而非食物温度，实现智能温控需建立“锅底温度-食物温度”的关系模型进行温度校正。然而，不同烹饪模式应用场景下(如蒸、炸、煮、炒)，针对同一种食材的“锅底温度-食物温度”的关系模型千差万别，因此很难实保证对应烹饪模式下加热食物的质量能够符合要求，同时也增加了智能控温的控制复杂程度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，该控温方法对电磁炉加热炊具内的食物温度进行精准测量，能够建立准确的“加热时长-温度”关系模型，提升电磁炉智能控温的精准程度。
基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，该方法使用了电磁炉、炊具和温度传感器，该方法的实现步骤如下：
步骤一：使用者根据实际烹饪需求对电磁炉上的烹饪模式进行选择，一种烹饪模式包含多个对应“加热时长-温度”的关系模型，每个关系模型具有设定的工作时长；
步骤二：电磁炉匹配关联的内置“加热时长-温度”关系模型，控制电磁炉功率电路工作；
步骤三：电磁炉的功率电路工作后产生温差，利用温差取电和电源管理技术对设置在炊具内部的温度传感器供电，温度传感器对炊具内食材温度进行实时监测，同时，温度数据无线传输至电磁炉；
步骤四：电磁炉接收温度数据并参考预设“加热时长-温度”关系模型将炊具内食物温度维持在预设温度：当实时温度超过预设温度阈值，降低电磁炉功率，当实时温度低于预设温度阈值，提高电磁炉功率；
步骤五：本阶段关系模型预设时间完成后电磁炉自动进入下一阶段的“加热时长-温度”关系模型。
进一步地，所述炊具包括炊具本体、手柄、测温控制电路板、温度传感器和温差取电模块；
所述温差取电模块为测温控制电路板供能，温度传感器的沿引线顺加热炊具内壁线槽布线，温度传感器伸出底部线槽外直接与炊具本体内食物接触并测量食物的温度；温度传感器将采集到的实时温度数据发送给测温控制电路板，测温控制电路板将温度数据无线传输给电磁炉。
进一步地，所述温差取电模块包括温差取电片和散热板；所述温差取电片基于塞贝克热电效应效应制成，由P型和N型两种不同类型半导体组成电偶，连接负载构成闭合回路，温差取电片一端相连形成PN结置于炊具本体外表面高温处，另一端连接散热板置于低温处，在热激发作用下，P型和N型半导体材料高温端的空穴和电子浓度高于低温端，在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势。
进一步地，所述测温控制电路板包括电源管理模块和无线数据传输单元，所述电源管理模块对温差取电模块产生的电动势进行整流稳压，并分配温度传感器和无线数据传输单元的电量；所述无线数据传输单元用于采集温度探头检测到的实时温度数据，并无线发送至位于电磁炉内部的无线数据传输单元。
进一步地，所述电磁炉包括控制单元、无线数据传输单元和功率电路；所述控制单元内部建立固定的“加热时长-温度”关系模型，其中，“加热时长”表征某一恒定温度所保温的时长，“温度”表征温度传感器探测到的食物实时温度；所述控制单元直接接收位于电磁炉本体上的按键或来自移动终端经由无线数据传输单元转发的指令并执行解析，控制功率电路以此来调节电磁炉功率大小，所述无线数据传输单元接收来自测温控制电路板中无线数据传输单元传输的实时温度数据。
进一步地，所述散热板采用铜和铝合金制成，散热板的主体材料采用铝合金材料，在铝合金材料形成的基座内部嵌入一块铜板。
进一步的，所述散热板的结构为栅状，以此增大散热板与空气的接触面积，提升散热效率。
有益效果：
1、本发明利用电磁炉加热时产生的热能，形成温差电动势为温度监测模块供电，解决了有源方式存在电池安全隐患的问题；利用无线数据传输方式，使传感器部署灵活；实现了远程无人值守、安全可靠地烹饪模式，提升用户体验。
2、本发明中的温度传感器探头直达食物，真实反映食物温度，实现精准的反馈式智能温度调节。
3、本发明仅需建立“加热时长-温度”关系模型，实现了针对不同烹饪类型的智能无人值守烹饪模式，一种智能温控设备即可满足多种使用场景。
4、本发明能够解决食材烹饪人为操作时造成的糊锅问题，推进家居与互联网+理念的融合，家居向智能、高效、节能、便捷的理念发展。
附图说明
图1为本发明基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法的步骤流程图；
图2为本发明中炊具的结构示意图；
图3为本发明中炊具与电磁炉的硬件逻辑关系图。
其中，1-炊具本体、2-手柄、3-内壁线槽、4-螺孔、5-测温控制电路板、6.1-温度传感器探头、7-温差取电模块、7.1、温差取电片、7.2-散热板、
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图2所示，本发明的炊具包括炊具本体1、手柄2、内壁线槽3、测温控制电路板5、温度传感器探头6以及温差取电模块7，手柄2通过加工在炊具本体1上的螺孔4利用螺栓固定在炊具本体1上。
温差取电模块7包括温差取电片7.1和散热板7.2。
由于温差取电片7.1是基于塞贝克热电效应效应制成，由P型和N型两种不同类型半导体组成电偶，连接负载构成闭合回路。一端相连形成PN结置于电磁炉加热炊具本体1外表面高温处，另一端连接散热板7.2置于低温处，在热激发作用下，P型和N型半导体材料高温端的空穴和电子浓度高于低温端，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势。同时，由于此电动势分别作用于温差发电片内阻R和负载电阻RL上，因此，输出功率Po为：
其中，α为塞贝克系数，α和R均是由材料特性决定的。
为提升温差发电输出功率，最关键有效的方法是提高温差取电片7.1两端的温差。
提高温差取电片7.1两端的温差方法，一是提升高温端热源温度，将温差取电片7.1安装于发热最明显的区域，即将其安装于电磁炉加热炊具本体1外表面靠近底部电磁炉加热位置；二是提升低温端散热效率。
所述提升低温端散热效率的方法，选择具有良好热导性能的材料作为散热板基材。现行市场上多采用铝合金材料，主要是考虑铝合金轻质且导热良好。同时，考虑到铜的导热率大约为铝合金导热率的50倍，但其加工难度较高，重量过大，不适用加装于日常家用炊具。因此，本发明中优选铜和铝合金作为散热基材，采用铝合金材料作为散热板7.2主体材料，散热板7.2底部基座上嵌入一块铜板。
优选散热板7.2的结构为栅状，以此增大散热板7.2与空气的接触面积，提升散热效率。
温差取电模块7为后续微功耗控制电路5供能，经由电源管理模块8整流稳压，并合理高效分配各器件的电量，提高能源转换利用效率。
温度传感器6的沿引线顺加热炊具内壁线槽布线，温度传感器探头6.1伸出底部线槽外，直接与炊具内食物接触，精确测量食物的温度。
温度传感器6将采集到的实时温度数据发送给无线数据传输单元A，所述无线数据传输单元A将采集到的数据无线转发至位于电磁炉内部的无线数据传输单元B。
用户可根据实际烹饪需求，利用所述移动终端12和位于电磁炉本体上的按键13对烹饪模式或火力大小进行指令输入。
控制单元11可直接接收位于电磁炉本体上的按键13的指令，也可接受来自移动终端12经由无线数据传输单元B转发的指令，解析指令，控制功率电路14以此来调节电磁炉功率大小。
此时，无线数据传输单元B的实时温度数据传输给控制单元11，用以反馈调节电磁炉功率大小，实现了智能化烹饪的效果。
智能化烹饪效果需在智能温控电磁炉内置烹饪模式选择，根据不同菜品烹饪特点，建立固定的“加热时长-温度”关系模型。其中，“加热时长”表征某一恒定温度所保温的时长，“温度”表征温度传感器探测到的食物实时温度。
控制单元11可将从无线数据传输单元B10接收到的实时温度信息反馈给移动终端12和电磁炉的数显面板，以便于用户可远程掌握实时温度情况。
如附图1和3所示，基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能温控方法，由以下步骤实现：
步骤一，用户可根据实际烹饪需求，在移动终端12或位于电磁炉本体上的按键13对烹饪模式或火力大小进行选择，按键13指令直接传输给控制单元，无线数据传输单元B接受来自移动终端12的指令后将其转发给控制单元。
步骤二，控制单元11接受并解析指令，匹配关联的内置“加热时长-温度”关系模型，控制电磁炉功率电路工作。
步骤三，当电磁炉功率电路开始工作，产生微小温差后，利用温差取电技术和电源管理技术，实现温度传感器6对炊具内食材温度的实时监测。同时，无线数据传输单元9和10将实时温度信息转发至控制单元。
步骤四，随着功率电路的持续工作，电磁炉上的被加热炊具持续温升，参考预设“加热时长-温度”关系模型：
当实时温度超过预设温度阈值，控制单元11控制电磁炉功率降低；
当实时温度低于预设温度阈值，控制单元11控制电磁炉功率提高。
以此来实现电磁炉内食物温度维持在预设温度。
步骤五，控制单元内置计时模块，当预设温度保温时长超过预设时间时，自动进入下一阶段的“加热时长-温度”烹饪模型。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，其特征在于，该方法使用了电磁炉、炊具和温度传感器，该方法的实现步骤如下：
步骤一：使用者根据实际烹饪需求对电磁炉上的烹饪模式进行选择，一种烹饪模式包含多个对应“加热时长-温度”的关系模型，每个关系模型具有设定的工作时长；
步骤二：电磁炉匹配关联的内置“加热时长-温度”关系模型，控制电磁炉功率电路工作；
步骤三：电磁炉的功率电路工作后产生温差，利用温差取电和电源管理技术对设置在炊具内部的温度传感器供电，温度传感器对炊具内食材温度进行实时监测，同时，温度数据无线传输至电磁炉；
步骤四：电磁炉接收温度数据并参考预设“加热时长-温度”关系模型将炊具内食物温度维持在预设温度：当实时温度超过预设温度阈值，降低电磁炉功率，当实时温度低于预设温度阈值，提高电磁炉功率；
步骤五：本阶段关系模型预设时间完成后电磁炉自动进入下一阶段的“加热时长-温度”关系模型。
2.如权利要求1所述的基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，其特征在于，所述炊具包括炊具本体、手柄、测温控制电路板、温度传感器和温差取电模块；
所述温差取电模块为测温控制电路板供能，温度传感器的沿引线顺加热炊具内壁线槽布线，温度传感器伸出底部线槽外直接与炊具本体内食物接触并测量食物的温度；温度传感器将采集到的实时温度数据发送给测温控制电路板，测温控制电路板将温度数据无线传输给电磁炉。
3.如权利要求1或2所述的基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，其特征在于，所述温差取电模块包括温差取电片和散热板；所述温差取电片基于塞贝克热电效应效应制成，由P型和N型两种不同类型半导体组成电偶，连接负载构成闭合回路，温差取电片一端相连形成PN结置于炊具本体外表面高温处，另一端连接散热板置于低温处，在热激发作用下，P型和N型半导体材料高温端的空穴和电子浓度高于低温端，在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势。
4.如权利要求3所述的基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，其特征在于，所述测温控制电路板包括电源管理模块和无线数据传输单元，所述电源管理模块对温差取电模块产生的电动势进行整流稳压，并分配温度传感器和无线数据传输单元的电量；所述无线数据传输单元用于采集温度探头检测到的实时温度数据，并无线发送至位于电磁炉内部的无线数据传输单元。
5.如权利要求4所述的基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，其特征在于，所述电磁炉包括控制单元、无线数据传输单元和功率电路；所述控制单元内部建立固定的“加热时长-温度”关系模型，其中，“加热时长”表征某一恒定温度所保温的时长，“温度”表征温度传感器探测到的食物实时温度；所述控制单元直接接收位于电磁炉本体上的按键或来自移动终端经由无线数据传输单元转发的指令并执行解析，控制功率电路以此来调节电磁炉功率大小，所述无线数据传输单元接收来自测温控制电路板中无线数据传输单元传输的实时温度数据。
6.如权利要求5所述的基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，其特征在于，所述散热板采用铜和铝合金制成，散热板的主体材料采用铝合金材料，在铝合金材料形成的基座内部嵌入一块铜板。
7.如权利要求6所述的基于温差取电的无源分离式无线电磁炉智能控温方法，其特征在于，所述散热板的结构为栅状，以此增大散热板与空气的接触面积，提升散热效率。
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