CN111551277A - 一种加热装置的测温装置及温度检测方法 - Google Patents

一种加热装置的测温装置及温度检测方法 Download PDF

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CN111551277A CN202010087428.XA CN202010087428A CN111551277A CN 111551277 A CN111551277 A CN 111551277A CN 202010087428 A CN202010087428 A CN 202010087428A CN 111551277 A CN111551277 A CN 111551277A
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Abstract

本发明涉及一种加热装置的测温装置，测温装置包括依次连接的微处理器、驱动模板、谐振电路和检测分析模块，加热装置的微处理器根据用户操作输出脉冲信号至驱动模块，驱动模块将脉冲信号输出至谐振电路并产生阻尼振荡，微处理器采集谐振电路的振荡次数，检测分析模块根据振荡次数计算出被测物的温度。还涉及一种测温装置的温度检测方法。本发明可实现实时检测、精准测温。

Description

一种加热装置的测温装置及温度检测方法
技术领域
本发明涉及一种加热装置的测温装置，还尤其涉及一种加热装置的测温装置的温度检测方法。
背景技术
现有的测温装置通常设有温度传感器，但温度传感器对温度的检测具有一定的滞后性，且由于温度传感器自身温度升高，温度传感器温度的升高会影响被测物的实际温度，使被测物的实际温度与温度传感器所测的的温度存在差异，尤其在温度上升后，突然温度降低时，其测温的滞后性尤为明显。此外，现有的测温装置其对温度的检测需要设置较多元件。由于，加热装置利用温度传感器等传感器在固定时间间隔或随机检测温度。由于受热不均、火焰对温度影响，容易使温度检测的产生较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中测温装置结构复杂、测温存在滞后性、误差等技术问题，提供一种能够精确测温的加热装置的测温装置，还提供一种测温装置的温度检测方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种加热装置的测温装置，提供一种锅具，所述锅具上设有感温层，包括依次连接的微处理器、驱动模板、谐振电路和检测分析模块；
所述微处理器，用于输出脉冲驱动信号和分析处理检测分析模块的信号；
所述驱动模块，用于将微处理器输出的脉冲信号放大，驱动脉冲信号；
所述谐振电路，用于将电信号转换为磁场，包括电感和电容，所述电感和电容均至少为一个，所述电感与感温层产生耦合阻抗；
所述检测分析模块，用于检测谐振电路中阻尼振荡的次数，计算出锅具的温度。
所述感温层能够感应电磁信号，所述感温层与电感形成耦合阻抗，感温层存在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值，且感温层在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值所限定的温度区间内，
在所述电磁信号的作用下与耦合阻抗存在如下关系：K＝|(Rb-Ra)/[Ra×(Tb-Ta)]|
其中，Ra表示感温层温度为Ta时，感温层与电感所产生的耦合阻抗值；
Rb表示感温层温度为Tb时，感温层与电感所产生的耦合阻抗值；
Tb-Ta＝1；K为(Rb-Ra)/[Ra×(Tb-Ta)]的绝对值，且不小于0.05；
所述Ra、Rb是假定在特定条件下测得的谐振电路两端的耦合阻抗值，本专利定义所述特定条件是指谐振电路中的电感是由直径为10mm，长度为10mm的TDKPC40磁棒，以直径为0.2mm的铜线绕制300圈制得，且谐振电路与感温层距离定为5mm，功率为25kHz。
所述感温层由精密合金材料中的热敏电阻材料制成。更进一步的，所述精密合金材料为精密合金4J36、精密合金4J32、铁锰合金4J59、恒弹性合金3J53、恒弹性合金3J53Y、恒弹性合金3J58、弹性合金3J54、弹性合金3J58、弹性合金3J59、弹性合金3J53、弹性合金3J61、弹性合金3J62、弹性合金Ni44MoTiAl、精密合金4J36、精密合金4J32或非晶态软磁合金(FeNiCo)78(SiB)22。
优选的，所述检测分析模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一集成电路；
第一电阻的一端与谐振电路电连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端电连接；
第二电阻的另一端与谐振电路电连接；
第一集成电路的同相输入端与第一电阻的另一端电连接，第一集成电路的同相输入端与第二电阻的一端电连接；
第一集成电路的反相输入端与第三电阻的一端电连接，第一集成电路的反相输入端与第四电阻的一端电连接；
第一集成电路的输出端与微处理器连接；
第三电阻的一端与第四电阻的一端电连接，第三电阻的另一端接电源，第四电阻的另一端接地。
优选的，所述第一集成电路为比较器。
优选的，所述检测分析模块包括第二集成电路，所述第二集成电路用于检测谐振电路输出的信号。
优选的，所述第二集成电路为控制芯片，更进一步，控制芯片为MCU、CPU类芯片。
优选的，第一电阻的一端与电感的另一端电连接，
电感的另一端与电容的另一端电连接；
第二电阻的另一端与电容的一端电连接，第一电阻的一端与电容的另一端电连接。
优选的，所述的驱动模块由第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一三极管、第二三极管和第三三极管组成；
所述的第五电阻的一端连接微处理器的输出端口，第五电阻的另一端连接第一三极管的基极；
所述第六、第七电阻、第八电阻的一端均与电源连接，第六电阻的另一端与第一三极管的集电极电连接；第七电阻的另一端与第八电阻的另一端电连接，第七电阻的另一端与第二三极管的集电极电连接，第八电阻的另一端与第二三极管的集电极电连接；
所述第一三极管的发射极接地，第一三极管的发射极与第三三极管的集电极电连接，第一三极管的集电极与第二三极管的基极电连接，第一三极管的集电极与第三三极管的基极电连接；
所述第二三极管的发射极与第三三极管的发射极电连接，第二三极管的基极与第三三极管的基极电连接，所述第二三极管的发射极与谐振电路电连接；
第三三极管的集电极连接地，所述第三三极管的发射极与谐振电路电连接，第三三极管的集电极与谐振电路电连接。
优选的，所述第二三极管的发射极与电感L的一端电连接；所述第三三极管的发射极与电感L的一端电连接，第三三极管的集电极连接地，第三三极管的集电极与电容的一端电连接。
优选的，所述加热装置为燃气灶、电磁炉或红外炉中的一种。
本发明还涉及一种测温装置的温度检测方法，提供一种加热装置的测温装置，测温装置的温度检测方法包括以下步骤，
S1所述微处理器输出脉冲信号至驱动模块；加热装置开始对感温层进行加热；
S2所述驱动模块将微处理器输出的脉冲信号提升驱动能力后，输出至谐振电路，所述谐振电路产生阻尼振荡；
S4在既定时间周期M1内，所述微处理器采集谐振电路中的阻尼振荡次数，检测分析模块根据所采集的振荡次数计算出感温层的温度，将既定时间M1内谐振电路的阻尼振荡次数记为St，感温层实时温度记为Tt；更进一步的，所述M1的范围为0.001秒≤M1≤1秒。
优选的，将电感与感温层之间的耦合阻抗值记为Rt，将耦合阻抗值Rt发生突变时感温层的实时温度设为T1；
当T<T1时，此时耦合阻抗值Rt基本不变；
当T≥T1时，则耦合阻抗值Rt发生突变，此时耦合阻抗值Rt发生突变时耦合阻抗值为R1，对应的阻尼振荡次数为S1，Δt为设定的温度允许误差范围，Δs为设定的检测的振荡次数允许误差范围；
耦合阻抗值Rt与阻尼振荡次数St成反比例关系，当耦合阻抗值Rt越小，阻尼振荡次数St越多，当耦合阻抗值Rt越大，能量消耗越快，则阻尼振荡次数St越少，即St＝kRt；
S4步骤中，所述检测分析模块根据以下方法计算感温层温度：
当St>S1+Δs，则计算出感温层的温度低于T1±Δt；
当St≦S1+Δs时，则计算出感温层的温度达到T1±Δt。
优选的，每间隔既定时间M2，则重复S1至S4。更进一步的，所述M2的范围为0.001秒≤M2≤30秒。
与现有技术相比，本发明的技术方案的有益效果是：可有效将被测感温层与谐振电路的耦合电阻随温度变换的特性通过脉冲数量的多少检测出来，测温信号为电磁信号，避免因为受热不均或者火焰的影响对检测温度产生误差，测试温度延时滞后时间短，测温准确，且信号受外界温度影响小，误差小，实时检测，达到精准测温的目的。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明的实施例1、2的连接关系图。
图3、图4为本发明实施例6中耦合阻抗值与振荡次数的关系图。
图5为本发明实施例1-5的电路图。
附图标记说明：
锅具1；感温层12；微处理器2；驱动模块3；谐振电路4；检测分析模块5。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，图3-4的Y轴为耦合阻抗值，X轴为振荡次数。
实施例1
一种加热装置的测温装置，提供一种锅具1，锅具1上设有感温层12，包括依次连接的微处理器2、驱动模板3、谐振电路4和检测分析模块5；
微处理器2，用于输出脉冲驱动信号和分析处理检测分析模块5的信号；
驱动模块3，用于将微处理器2输出的脉冲信号放大，驱动脉冲信号；
谐振电路4，用于将电信号转换为磁场，包括电感L和电容C，电感L和电容C均至少为一个，电感L与感温层12产生耦合阻抗；
检测分析模块5，用于检测谐振电路4中阻尼振荡的次数，计算出锅具1的温度。
感温层12能够感应电磁信号，感温层12与电感L形成耦合阻抗，感温层12存在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值，且感温层12在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值所限定的温度区间内，在电磁信号的作用下与耦合阻抗存在如下关系：K＝|(Rb-Ra)/[Ra×(Tb-Ta)]|
其中，Ra表示感温层12温度为Ta时，感温层12与电感L所产生的耦合阻抗值；Rb表示感温层12温度为Tb时，感温层12与电感L所产生的耦合阻抗值；
Tb-Ta＝1；K为(Rb-Ra)/[Ra×(Tb-Ta)]的绝对值，且不小于0.05；
Ra、Rb是假定在特定条件下通过电桥测得的谐振电路4两端的耦合阻抗值，本专利定义特定条件是指谐振电路4中的电感是由直径为10mm，长度为10mm的TDKPC40磁棒，以直径为0.2mm的铜线绕制300圈制得，且谐振电路4与感温层12距离定为5mm，功率为25kHz。
加热装置为燃气灶、电磁炉或红外炉中的一种。
实施例2
如图2、图5所示，本实施例与实施例1基本相同，还具有以下技术方案，检测分析模块5包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一集成电路U1A、U1B；
第一电阻R1的一端与谐振电路4电连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端电连接；
第二电阻R2的另一端与谐振电路4电连接；
第一集成电路U1A、U1B的同相输入端与第一电阻R1的另一端电连接，第一集成电路U1B的同相输入端与第二电阻的一端电连接；
第一集成电路U1A、U1B的反相输入端与第三电阻R3的一端电连接，第一集成电路U1B的反相输入端与第四电阻R4的一端电连接；
第一集成电路U1A、U1B的输出端与微处理器2连接；
第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端电连接，第三电阻R3的另一端接电源，第四电阻R4的另一端接地。
第一电阻R1的一端与电感L的另一端电连接；
电感L的另一端与电容C的另一端电连接；
第二电阻R2的另一端与电容C的一端电连接，第一电阻R1的一端与电容C的另一端电连接。
实施例3
如图5所示，本实施例与实施例1或2基本相同，还包括以下技术方案：
第一集成电路U1A、U1B为比较器。
检测分析模块5包括第二集成电路，第二集成电路用于检测谐振电路4输出的信号。
第二集成电路为控制芯片，控制芯片为MCU、CPU类芯片。
实施例4
如图5所示，本实施例与实施例1-2基本相同，还包括以下技术方案：的驱动模块3由第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3组成；的第五电阻R5的一端连接微处理器2的PWM输出端口，第五电阻的另一端连接第一三极管Q1的基极；
第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8的一端均与电源VCC连接，第六电阻R6的另一端与第一三极管Q1的集电极电连接；第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的另一端电连接，第七电阻R7的另一端与第二三极管Q2的集电极电连接，第八电阻R8的另一端与第二三极管Q2的集电极电连接；
第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的发射极与第三三极管Q3的集电极电连接，第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极电连接，第一三极管Q1的集电极与第三三极管Q3的基极电连接；
第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的发射极电连接，第二三极管Q2的基极与第三三极管Q3的基极电连接，第二三极管Q2的发射极与谐振电路4电连接；
第三三极管Q3的集电极连接地，第三三极管Q3的发射极与谐振电路4电连接，第三三极管Q3的集电极与谐振电路4电连接。
实施例5
如图5所示，本实施例与实施例4基本相同，还包括以下技术方案；第二三极管Q2的发射极与电感L的一端电连接；
第三三极管Q3的发射极与电感L的一端电连接，第三三极管Q3的集电极连接地，第三三极管Q3的集电极与电容C的一端电连接。
实施例6
一种测温装置的温度检测方法，提供一种加热装置的测温装置，测温装置的温度检测方法包括以下步骤，
S1微处理器2输出脉冲信号至驱动模块33；加热装置开始对感温层12进行加热；
S2驱动模块3将微处理器2输出的脉冲信号提升驱动能力后，输出至谐振电路4，谐振电路4产生阻尼振荡；
S4在既定时间周期M1内，微处理器2采集谐振电路4中的阻尼振荡次数，检测分析模块5根据所采集的振荡次数计算出感温层12的温度，将既定时间M1内谐振电路4的阻尼振荡次数记为St，感温层12实时温度记为Tt；更进一步的，M1的范围为0.001秒≤M1≤1秒。
图3和图4为耦合阻抗值与振荡次数之间的关系图。纵轴为耦合阻抗值，横轴为振荡次数。
将电感L与感温层12之间的耦合阻抗值记为Rt，将耦合阻抗值Rt发生突变时感温层12的实时温度设为T1；
当T<T1时，此时耦合阻抗值Rt基本不变；
当T≥T1时，则耦合阻抗值Rt发生突变，此时耦合阻抗值Rt发生突变时耦合阻抗值为R1，对应的阻尼振荡次数为S1，Δt为设定的温度允许误差范围，Δs为设定的检测的振荡次数允许误差范围；
耦合阻抗值Rt与阻尼振荡次数St成反比例关系，当耦合阻抗值Rt越小，阻尼振荡次数St越多，当耦合阻抗值Rt越大，能量消耗越快，则阻尼振荡次数St越少，即St＝kRt；
S4步骤中，检测分析模块5根据以下方法计算感温层12的温度：
当St>S1+Δs，则计算出感温层12的温度低于T1±Δt；
当St≦S1+Δs时，则计算出感温层12的温度达到T1±Δt。
每间隔既定时间M2，则重复S1至S4。M2的范围为0.001秒≤M2≤30秒。
显然，本专利的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利所作的举例，而并非是对本专利的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加热装置的测温装置，提供一种锅具，所述锅具上设有感温层，其特征在于，包括依次连接的微处理器、驱动模板、谐振电路和检测分析模块；
所述微处理器，用于输出脉冲驱动信号和分析处理检测分析模块的信号；
所述驱动模块，用于将微处理器输出的脉冲信号放大，驱动脉冲信号；
所述谐振电路，用于将电信号转换为磁场，包括电感和电容，所述电感和电容均至少为一个，所述电感与感温层产生耦合阻抗；
所述检测分析模块，用于检测谐振电路中阻尼振荡的次数，计算出锅具的温度。
2.如权利要求1所述的一种加热装置的测温装置，其特征在于，所述检测分析模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一集成电路；
所述第一电阻的一端与谐振电路电连接，所述第一电阻的另一端与第二电阻的一端电连接；
所述第二电阻的另一端与谐振电路电连接；
所述第一集成电路的同相输入端与第一电阻的另一端电连接，所述第一集成电路的同相输入端与第二电阻的一端电连接；
所述第一集成电路的反相输入端与第三电阻的一端电连接，所述第一集成电路的反相输入端与第四电阻的一端电连接；
所述第一集成电路的输出端与微处理器连接；
所述第三电阻的一端与第四电阻的一端电连接，所述第三电阻的另一端接电源，所述第四电阻的另一端接地。
3.如权利要求2所述的一种加热装置的测温装置，其特征在于，所述第一电阻的一端与电感的另一端电连接，所述电感的另一端与电容的另一端电连接；
所述第二电阻的另一端与电容的一端电连接，所述第一电阻的一端与电容的另一端电连接。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种加热装置的测温装置，其特征在于，所述的驱动模块由第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一三极管、第二三极管和第三三极管组成；
所述的第五电阻的一端连接微处理器的PWM输出端口，所述第五电阻的另一端连接第一三极管的基极；
所述第六、第七电阻、第八电阻的一端均与电源连接，所述第六电阻的另一端与第一三极管的集电极电连接；所述第七电阻的另一端与第八电阻的另一端电连接，所述第七电阻的另一端与第二三极管的集电极电连接，所述第八电阻的另一端与第二三极管的集电极电连接；
所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的发射极与第三三极管的集电极电连接，所述第一三极管的集电极与第二三极管的基极电连接，所述第一三极管的集电极与第三三极管的基极电连接；
所述第二三极管的发射极与第三三极管的发射极电连接，所述第二三极管的基极与第三三极管的基极电连接，所述第二三极管的发射极与谐振电路电连接；
所述第三三极管的集电极连接地，所述第三三极管的发射极与谐振电路电连接，所述第三三极管的集电极与谐振电路电连接。
5.如权利要求4所述的一种加热装置的测温装置，其特征在于，所述第二三极管的发射极与电感的一端电连接；
所述第三三极管的发射极与电感的一端电连接，所述第三三极管的集电极连接地，所述第三三极管的集电极与电容的一端电连接。
6.如权利要求1所述的一种加热装置的测温装置，其特征在于，所述加热装置为燃气灶、电磁炉或红外炉中的一种。
7.一种测温装置的温度检测方法，其特征在于，提供权利要求1～6任意一项所述的一种加热装置的测温装置，所测温装置的温度检测方法包括以下步骤，
S1所述微处理器输出脉冲信号至驱动模块；
S2所述驱动模块将微处理器输出的脉冲信号提升驱动能力后，输出至谐振电路，所述谐振电路产生阻尼振荡；
S4在既定时间周期M1内，所述微处理器采集谐振电路中的阻尼振荡次数，检测分析模块根据所采集的振荡次数计算出感温层的温度，将既定时间M1内谐振电路的阻尼振荡次数记为St，感温层实时温度记为Tt。
8.根据权利要求7所述的一种测温装置的温度检测方法，其特征在于，将电感与感温层之间的耦合阻抗值记为Rt，将耦合阻抗值Rt发生突变时感温层的实时温度设为T1；
当T<T1时，此时耦合阻抗值Rt基本不变；
当T≥T1时，则耦合阻抗值Rt发生突变，此时耦合阻抗值Rt发生突变时耦合阻抗值为R1，对应的阻尼振荡次数为S1，Δt为设定的温度允许误差范围，Δs为设定的检测的振荡次数允许误差范围；
耦合阻抗值Rt与阻尼振荡次数St成反比例关系，当耦合阻抗值Rt越小，阻尼振荡次数St越多，当耦合阻抗值Rt越大，能量消耗越快，则阻尼振荡次数St越少，即St＝kRt；
S4步骤中，所述检测分析模块根据以下方法计算感温层温度：
当St>S1+Δs，则计算出感温层的温度低于T1±Δt；
当St≦S1+Δs时，则计算出感温层的温度达到T1±Δt。
9.根据权利要求7-8任意一项所述测温装置的温度检测方法，其特征在于，每间隔既定时间M2，则重复S1至S4，所述M2的范围为0.001秒≤M2≤30秒。
10.根据权利要求7-8任意一项所述测温装置的温度检测方法，其特征在于，所述M1的范围为0.001秒≤M1≤1秒。
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