CN205727890U - 一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机 - Google Patents

Abstract

一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机，包括机身外壳、控制面板、加热装置、电源开关、凹槽电源插口、热电偶探头；控制面板由LCD液晶显示屏、LED指示灯、功能按键组成，各个功能元件的控制端通过导线与控制电路板相应接口连接；加热装置由加热槽、电极板组成，通过导线与控制电路板的交流电压输出端连接；凹槽电源插口的内端通过电源开关的串联与控制电路板的电源输入端连接；热电偶探头从机盖中部伸出，其控制端通过导线与控制电路板的相应端口连接；本实用新型实现了豆腐加热过程加热速率和保温凝固过程保温温度、时间的精确控制，具有加热更均匀、电能转换率更高和环境友好，不易产生结垢、杀菌更彻底等优点，提高了豆腐品质。

Description

一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机

技术领域

本实用新型涉及一种食品加热装置，特别涉及一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机。

背景技术

豆腐品种不同，其加工工艺也不同，但无论哪一种加工工艺，都有煮浆和凝固过程，这是豆腐制作的核心工艺，对豆腐的品质和出品率影响最大。

现如今，豆腐制作生产加热方式主要包括传导(底盘电阻丝加热、锅炉加热)、对流(加热管蒸汽加热)、辐射(高频电磁感应加热)三种。在豆腐的加热煮浆过程中，无论是底盘电阻丝加热、锅炉加热还是加热管蒸汽加热，豆浆内部都存在温度梯度，致使豆浆内部温度分布不均，即加热不均匀，影响煮浆质量，易使凝胶状豆腐凝固失败。且由于加热过程存在温度梯度，很难控制豆浆的加热温度，当豆浆中心温度加热到需要温度时，周围温度早已经超过需要温度，这个温度差也使中心位置豆浆和外围豆浆加热时间不同。温度低于变性温度，蛋白质多肽链难以充分打开，豆腐硬度下降；温度高于变性温度太多，一方面使豆腐色泽加深，影响豆腐的强度和质构均匀性造成能耗高、热量浪费严重，增加豆腐的生产成本。而以高频电磁感应作为加热方式的豆腐制作设备，规模大、成本高，不适合小规模豆腐制作，无法满足家庭需求。

欧姆加热技术区别于热传导、热对流和热辐射加热，具有加热快速、加热均匀、可以精确控制加热温度、电能转换率高和环境友好，不存在加热面产生结垢、焦糊等特点，特别适合于蛋白质含量高的豆浆的加热。同时由于电场的存在，使杀菌更彻底。而欧姆加热的加热速率对于豆腐煮浆质量影响较大。通过实验发现，固定加热温度和热处理时间不变，加热速率越小，熟豆浆的粘度越大，从而影响豆腐的硬度；而保温温度和保温时间对熟豆浆凝固成凝胶状豆腐的品质也有较大的影响。因此，精确控制欧姆加热过程中煮浆加热速率及保温温度和时间可以有效地提高豆腐品质。而至今还没有出现一种可精确控制加热速率及保温温度的欧姆加热豆腐机。

实用新型内容

为了克服目前豆腐煮浆过程中加热不均匀，加热速率、保温凝固温度、保温凝固时间不易控制等弊端，本实用新型提供一种全新加热方式的家用豆腐机，其目的是开发出一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机，其能够精确控制生豆浆加热煮浆过程中的加热速率，保温凝固过程中的保温凝固温度、保温凝固时间。

本实用新型是通过以下方案实现：一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机，包括机身外壳1、控制面板2、加热装置3、电源开关4、凹槽电源插口5、热电偶探头6；控制面板2由LCD液晶显示屏202、LED指示灯201、功能按键203组成，各个功能元件的控制端通过导线与控制电路板的相应接口连接；加热装置3由加热槽301、电极板302组成，两个电极板302平行相对置于加热槽301两端中，并通过导线与控制电路板的交流电压输出端连接，实现欧姆加热；凹槽电源插口5的外端可与电源插头连接，内端通过电源开关4的串联与控制电路板的电源输入端连接；热电偶探头6从机盖中部伸出，在豆腐机盖紧机盖工作时，实现温度的检测，其控制端通过导线与控制电路板的相应端口连接。本豆腐机采用欧姆加热(通电加热)方式以自行设定的加热速率加热含有凝固剂的生豆浆至自行设定的保温凝固温度，并在自行设定的保温凝固时间结束前使豆浆保温凝固成凝胶状豆腐。通过加热煮浆及保温凝固过程中测量采集模块实时检测加热装置内豆浆温度、加热装置两端的电压、电流，反馈给单片机控制交流调压模块实时调压，保持恒定加热速率加热煮浆以及恒定保温温度凝固；保温凝固时间到达后，系统电源自动关闭，工作结束，凝胶状豆腐制作完成。

本实用新型的优点是：

为满足人们对家用豆腐机的需求，降低家庭豆腐制作的难度，提高豆腐制作中煮浆、凝固质量，本实用新型以欧姆加热作为新的加热方式，设计一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机。其成本低廉，加热均匀，电能转换效率高，环境友好，装置简单紧凑，易于操作，能够精确实现加热速率及保温可控。

附图说明

图1为本实用新型的家用欧姆加热豆腐机产品外观结构示意图

图2为本实用新型的控制面板示意图

图3为本实用新型的控制系统结构示意图

图4为本实用新型的交流调压主电路原理图

图5为本实用新型的交流调压控制电路原理图

图6为本实用新型的测量采集模块及辅助功能模块电路原理图

图7为本实用新型的加热速率及保温控制示意图

具体实施方式

参阅图1和图2，本实用新型的一种加热速率及保温可控家用欧姆加热豆腐机，包括机身外壳1、控制面板2(LCD液晶显示屏202、LED指示灯201、功能按键203)、加热装置3(加热槽301、电极板302)、电源开关4、凹槽电源插口5、热电偶探头6。机身外壳1尺寸为40*20*20cm³、加热槽301尺寸为20*15*10cm³、加热容量为1.5L；加热最大功率为1000W；机身外壳1和加热槽301材质均为食品级PP板(聚丙烯)，具有无毒、耐高温、绝缘性好、强度高、质量轻等特点；电极板为不锈钢材质，具有耐腐蚀、价格低、导电性优良等特点，热电偶为K型绝缘表面热电偶探头。

具体工作过程：

将1.5L含有凝固剂的生豆浆缓缓倒入加热槽301中，盖紧机盖，凹槽电源插口5通过电源插头与220V市电连接，打开电源开关4，LCD液晶显示屏202亮，红色电源指示灯亮；按下设置按键，通过加、减按键、依次设定加热速率、保温温度及保温时间；设置完成后按下开始/结束按键，豆腐机开始加热煮浆，绿色LED指示灯亮，LCD液晶显示屏202实时显示加热温度；到达保温温度后，绿色LED指示灯灭，黄色LED指示灯亮，LCD液晶显示屏202显示剩余保温凝固时间，豆腐机进入保温凝固工作状态；保温凝固时间到达后，黄色LED指示灯灭，蓝色LED指示灯闪烁，同时蜂鸣器发声报警，系统结束工作，凝胶状豆腐制作完成。

参阅图3和图6，本实用新型的控制系统包括开关电源模块701、单片机702、辅助功能模块703、测量采集模块704、加热装置3、交流调压模块705。开关电源模块701经交流调压模块705的电压输出端通过导线连接加热槽301两端的电极板302，开关电源模块701中直流电源电路的+15V、+12V、-12V、+5V、-5V输出端分别连接各个模块电子元件的电源端，交流调压模块705中DA转换器的控制端连接到单片机相应的I/O口，单片机702控制交流调压模块705的输出电压；测量采集模块中热电偶探头6的热端经绝缘处理后置于加热装置3中部，其冷端连接热电偶模数转换器的输入端，热电偶模数转换器的控制端连接单片机702相应的I/O口，电压变送器的测量端连接加热槽301两端的电极板302、交流调压模块705的输出端导线穿过电流变送器中心测量口，电压变送器及电流变送器的输出端分别连接AD转换器相应的输入端，AD转换器的输出端连接单片机702相应的I/O口，单片机702接收模数转换后的温度、电压、电流检测信号。辅助功能模块703由上位机、串口通讯电路、LCD液晶显示屏202、LED指示灯201、功能按键203、蜂鸣器组成。上位机通过数据线与串口通讯电路连接，串口通讯电路接收发送端连接单片机702相应I/O口，通过串口调试助手接收实时检测数据，LCD液晶显示屏202控制端连接单片机702相应I/O口，显示相关信息，3个LED指示灯201及蜂鸣器控制端分别连接单片机702相应I/O口，由单片机702控制实现加热开始后绿灯亮，保温凝固过程中黄灯亮，保温凝固时间到达时蓝灯闪烁，蜂鸣器发声报警等功能，4个功能按键203的控制端分别连接单片机702相应I/O口，通过按下相应按键203分别实现开始加热/结束、参数转换、参数+1、参数-1等功能。

参阅图4，交流调压主电路包括整流滤波电路、降压直流变换电路、逆变电路。220V市电经过开关和变压器的一次线圈相连，变压器的二次线圈经过熔断器与整流桥的交流输入端连接，变压后的交流电经整流桥的直流输出端整流输出为直流电，并经过滤波电容滤波，进入降压直流变换电路；IGBT开关Q5的G极与PWM控制驱动电路的输出端相连，通过自动反馈调节PWM驱动信号占空比的变化，控制IGBT开关Q5的通与断，实现调节直流电压的大小，并通过逆变电路的变换，最后在电极板两端输出可变的交流方波。逆变电路中的IGBT开关Q1和Q3由一路PWM驱动信号控制驱动，Q2和Q4由另一路PWM驱动信号控制驱动。

参阅图5，交流调压控制电路中DAC0832的数据端和控制端分别与单片机702相应的I/O口连接，DAC0832的输出端与运算放大器LM324的输入端连接，实现将单片机702的数字量控制信号转换为模拟量，并经运算放大器放大输出0-5V内可调的电压模拟信号。LM324的输出端与PWM控制器SG3525A控制端口9连接，使电压模拟信号与SG3525A的内部基准电压比较产生PWM方波；通过调节电位器R12和拨码开关S1，可实现PWM方波的频率可调；SG3525A的OUTB输出端通过限流电阻R9与VLA517驱动芯片输入端连接，VLA517输出端通过限流电阻R10与IGBT开关的G极连接，实现将PWM驱动信号放大，驱动IGBT的通与断，实现调节直流电压的大小。

参阅图6，测量采集模块704及辅助功能模块703中2-4译码器74HC139芯片的控制端A、B分别与单片机702I/O口P3.2和P3.3连接，74HC139的输出端与缓冲器74HC245的输入端连接，74HC245的四路输出端通过限流电阻R4、R5、R7分别连接绿色、黄色、蓝色LED指示灯201和蜂鸣器发声电路三极管Q7的G极，由单片机702控制实现在不同工作状态下LED指示灯201的亮灭和蜂鸣器的发声报警。

参阅图7，加热速率的控制采用复合控制(前馈-反馈控制)方式，在加热过程中每2秒利用前馈控制方式调节加热槽301两端电压一次。到达相应计时次数(设定加热速率大于等于8℃/min时计时次数等于5，否则等于10)时，根据实际加热速率反馈调节用于豆浆加热的功率，从而改变加热槽301两端的输出电压，实现温度的改变和加热速率的恒定。保温控制采用ON-OFF与PID控制相结合的时间最优控制方法，减小超调量和提高精度。设定一温度差阈值β，当实际温度Tt与目标温度T0之间的温度差et的绝对值大于该阈值β时采用ON-OFF控制，否则采用PID控制。

Claims (2)

1.一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机，包括机身外壳(1)、控制面板(2)、加热装置(3)、电源开关(4)、凹槽电源插口(5)、热电偶探头(6)；控制面板(2)由LCD液晶显示屏(202)、LED指示灯(201)、功能按键(203)组成，各个功能元件的控制端通过导线与控制电路板的相应接口连接；加热装置(3)由加热槽(301)、电极板(302)组成，两个电极板(302)平行相对置于加热槽(301)两端中，并通过导线与控制电路板的交流电压输出端连接，实现欧姆加热；凹槽电源插口(5)的外端可与电源插头连接，内端通过电源开关(4)的串联与控制电路板的电源输入端连接；热电偶探头(6)从机盖中部伸出，在豆腐机盖紧机盖工作时，实现温度的检测，其控制端通过导线与控制电路板的相应端口连接；机身外壳(1)尺寸为40*20*20cm³、加热槽(301)尺寸为20*15*10cm³、加热容量为1.5L；最大加热功率为1000W；机身外壳(1)和加热槽(301)材质均为食品级PP，电极板为不锈钢材质，热电偶探头为K型绝缘。

2.根据权利要求1所述的一种加热速率及保温可控的家用欧姆加热豆腐机，其特征是：本实用新型的控制系统包括开关电源模块(701)、单片机(702)、辅助功能模块(703)、测量采集模块(704)、加热装置(3)、交流调压模块(705)；开关电源模块(701)经交流调压模块(705)的电压输出端通过导线连接加热槽(301)两端的电极板(302)，开关电源模块(701)中直流电源电路的+15V、+12V、-12V、+5V、-5V输出端分别连接各个模块电子元件的电源端，交流调压模块(705)中DA转换器的控制端连接到单片机相应的I/O口，单片机(702)控制交流调压模块(705)的输出电压；测量采集模块中热电偶探头(6)的热端经绝缘处理后置于加热装置(3)中部，其冷端连接热电偶模数转换器的输入端，热电偶模数转换器的控制端连接单片机(702)相应的I/O口，电压变送器 的测量端连接加热槽(301)两端的电极板(302)、交流调压模块(705)的输出端导线穿过电流变送器中心测量口，电压变送器及电流变送器的输出端分别连接AD转换器相应的输入端，AD转换器的输出端连接单片机(702)相应的I/O口，单片机(702)接收模数转换后的温度、电压、电流检测信号；辅助功能模块(703)由上位机、串口通讯电路、LCD液晶显示屏(202)、LED指示灯(201)、功能按键(203)、蜂鸣器组成；上位机通过数据线与串口通讯电路连接，串口通讯电路接收发送端连接单片机(702)相应I/O口，通过串口调试助手接收实时检测数据，LCD液晶显示屏(202)控制端连接单片机(702)相应I/O口，显示相关信息，3个LED指示灯(201)及蜂鸣器控制端分别连接单片机(702)相应I/O口，由单片机(702)控制实现加热开始后绿灯亮，保温凝固过程中黄灯亮，保温凝固时间到达时蓝灯闪烁，蜂鸣器发声报警等功能，4个功能按键(203)的控制端分别连接单片机(702)相应I/O口。