CN1687650A - 一种声控电热装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种声控电热装置，属于厨房用电热烹饪器具，是声控技术应用产品发明。为解决现有技术存在的功率控制准确性和稳定性差的问题，在电热器具控制电路的输入端设置一个声波控制机构，由该机构接收沸腾信号并将其转换成电信号后输入到功率调节器内，功率调节器则以该电信号为调整点改变加热源的加热功率，通过对沸腾的控制实现对加热功率的闭环式自动控制。结构简单、控制准确、成本低廉和节约能源是本发明的突出优势。

Description

一种声控电热装置

技术领域：

本发明属于厨房用电热烹饪器具，是声控技术应用产品专利。

背景技术：

厨房烹饪用的电磁炉、红外电炉类的电热器具已经大量进入我国消费者的家庭，它们主要是用来做蒸煮类烹饪，该类电热器具通常由功率调节器、加热源等组成。在蒸、煮(炖)食物时，要达到比较理想的美食效果，往往需要一个“先大火，后小火”的烹饪过程。如何通过对锅内温度的控制达到对加热源的加热功率实行闭环式控制，即以锅内水发生饱和沸腾现象为功率控制点，自动调节加热功率使锅内由饱和沸腾转入维持沸腾，是实现烹饪自动化的关键环节。而现有电热器具则无法根据食物的品种及个人的口味需求，先用“大火”(全功率加热)使锅内的水(及食物)饱和沸腾后，再自动转入“小火”(小功率加热)使之维持沸腾，即现有技术不能根据锅内水的沸腾状况对加热功率实行闭环式自动控制，它们在电子线路上或以锅底的温度作参考，或以设定的时间为依据，设置若干固定的控制程序通过功率调节器来调节加热源的加热功率。需说明，锅底的温度与锅内水沸腾的温度，由于热传递途径的原因，二者之间不能形成一个稳定的、可量化的函数关系，基于清洗的原因也不便将温度传感器直接设置在锅内。用设定时间的方式来控制加热功率更是带有极大的盲目性。上述原因的存在使现有技术的功率自动控制方式既不准确也不稳定，导致烹饪过程中经常发生粥潽汤溢或者食物烹饪火候不足的现象。因此，在现有技术的基础上，将声控技术引进电热烹饪器具中，无疑具有积极的意义。中国ZL96109066.9号发明专利给出了一种声控电脑压力锅的技术方案，但其发声器结构及电脑控制程序较为复杂，应用范围也并未涉及无压力的烹饪器具，也未涉及电磁炉、红外电炉类的电热器具。

此外，尚未见到其他有关将声控技术引进厨房烹饪器具的资料。

发明内容：

针对现有技术加热功率控制方式的不足，本发明运用“声控”技术，对电热器具的加热功率进行闭环式自动控制。

本发明提出，在电热器具控制电路的输入端设置一个声波控制机构，由该机构中的声波接收器接收外界的声波信号并将其转换成电信号后输入到功率调节器内，功率调节器则以该电信号为调整点改变加热源的加热功率。

本发明提出，当电热器具用全功率把锅内的水(及食物)加热到饱和沸腾后，可将这种沸腾转变成声波信号发出，该信号可启动声波控制机构和功率调节器工作，以改变加热源的加热功率。在电热器具的使用环境中，不可避免地存在着其它声音，如：油烟机的转动声、人的说话声、摔打敲击声等等，声波控制机构如果不具备对声波信号识别筛选的功能，将所有的声波信号都毫无选择地接收并输入到功率调节器中，势必造成功率调节的误动作。为使功率调节器能准确无误地接收到表征饱和沸腾的电信号，消除其它噪声信号对功率控制准确性的干扰，应在声波控制机构中设置一个过滤层，也称信号判别器，对转换后的电信号作进一步的处理。在信号判别器内预先储存进饱和沸腾信号的发声频率、强度、时间长度及预计发声的时间段等信息。当声波接收器把电信号输送过来后，该判别器的功能是把电信号的各项信息与预存信息作对比式判别，把与沸腾信号的频率、强度和时间不相吻合的电信号过滤掉，使表征饱和沸腾的电信号被输入到功率调节器内。功率调节器则以输入的电信号为功率调整点，将加热功率从全功率自动调整到小功率(该小功率是根据烹饪需要事先设定的经验数值)。

本发明提出，声波控制机构内还应设置一个放大器。因为声波信号经转换、过滤等程序到达功率调节器后，信号幅度往往很弱也不稳定，影响功率调节器的灵敏度。为使电信号获得足够的幅度，通常在信号判别器后设置一个放大器，将通过过滤层的电信号放大、整形后再输入到功率调节器内。放大器也可设置在声波接收器后，将转换后的电信号先放大、整形，而后输入到信号判别器内。

本发明提出，在控制电路上设置一个时间控制器，该控制器在功率转变的同时自动开启，到达预定的时间后由其切断电源结束烹饪。

本发明提出，为把锅内水的饱和沸腾现象变成声波信号，可在烹饪锅具上设置一个发声器。该发声器在锅内水饱和沸腾时所喷出的水蒸汽驱动下，发出特定的声波信号——沸腾信号，只有该信号才能通过声波控制机构的过滤层到达功率调节器内，并由此改变加热源的加热功率。特定的声波信号指：发声器发出声波信号的声音强度、频谱特征、持续时间长短等设计参数，与信号判别器内储存的信息相同。

综上所述，本发明中的声控电热装置，包括功率调节器，加热源，其特征在于：在控制电路的输入端设置一个声波控制机构，该机构将接收到的声音信号转换成电信号后输入到功率调节器内，功率调节器则以该电信号为调整点改变电热器具的加热功率。

声波控制机构还包括放大器和信号判别器，还可在控制电路上设置一个时间控制器。

本发明中设置在锅具上的发声器，可在锅内水沸腾时发出声波信号，该声波信号为特定信号，可通过声控机构的过滤层到达功率调节器内。

我国市场现有的电热器具中，几乎都设置了由电子芯片组成的电路板，其中有对输出功率的大小进行控制(功率控制)的，也有对输出功率的时间进行控制(时间控制)的。本发明提出的用发声器发出的声波启动声波控制机构，使烹饪锅具与电热器具之间形成声与电的控制连接，通过对沸腾的控制实现对加热功率的闭环式自动控制的技术方案，与在控制电路中设置若干固定控制程序，根据锅底的温度传感信号或预定的时间，对加热功率进行自动控制的现有技术相比具有突出的技术进步。在以电热器具为热源作蒸煮类烹饪时，锅底的温度与锅内水产生饱和沸腾的温度，由于热传递的原因，二者之间不能形成一个稳定的、可量化的函数关系，基于清洗的原因也不便将温度传感器直接设置在锅内，因此，现有技术的加热功率只是根据锅底的温度或预定的时间，而不是根据锅内水的沸腾状况进行自动调节，因而这些自动控制方式既不准确也不稳定，致使烹饪过程中经常发生粥潽汤溢或者食物烹饪火候不足的现象。本发明则是根据锅内水饱和沸腾后发出的声波信号，而不是根据锅底的温度或预定的时间对加热功率进行控制的。将锅内水在一定温度下发生的物理现象——饱和沸腾，通过烹饪锅具上的发声器转变为声波信号，该信号被设置在电热器具控制电路输入端的声波控制机构接收并处理后输入到功率调节器内，以此对加热功率进行自动控制。本发明将锅内的沸腾状况与加热功率有机地结合起来，有效地解决了现有技术由于锅底的温度与锅内水饱和沸腾时的温度的函数关系不稳定，导致功率控制不准确的难题，也克服了用预定时间的方法控制加热功率的盲目性。本发明得益于电热器具热惯性小的特点，使功率的调节十分灵敏。锅内只要一发生饱和沸腾，发声器就立刻发出沸腾信号，在收到沸腾信号的瞬间，电热器具即从全功率加热调整到维持沸腾的小功率加热，使食物有一个熟烂入味的烹饪过程。本发明把功率控制与时间控制相结合，实现了对沸腾控制的同时对时间也进行控制，不仅节约能耗还可避免粥潽汤溢的现象发生。这种根据沸腾状况对加热功率进行自动调节的控制方式，实现了真正意义的烹饪自动化，可大大减轻人们的家务劳动。本发明的声波控制机构可应用在各种以电子芯片控制的、以市电为电源的厨用电热器具上，不仅适用于对导磁平底锅进行加热的电磁炉类，也适用于对铝锅、不锈钢锅、铁锅、陶锅、瓷锅、紫砂锅、玻璃锅等多种锅具进行加热的红外电炉类。另外，由于压力锅在进行压力烹饪时也能驱动发声器发出沸腾信号，因此本发明也可应用在压力锅上。本发明的声音接收器和放大器可以由现有的电声元器件组装而成，其所增加的成本仅是现有技术控制电路成本的几分之一。用金属或塑料制成的发声器可以方便地设置在各种锅具的锅盖上。结构简单、控制准确、成本低廉、结实耐用、节约能源是本发明的突出优势。

附图说明：

图1是本发明的工作原理图

图2是发声器安装在金属锅盖上的示意图

图3是发声器安装在非金属锅盖上的示意图

图4是发声器安装在压力锅盖上的示意图

图5是发声器与声控机构的电声连接方框图

图中1.锅盖  2.锅盖钮  3.发声器  4.锅体  5.电热器具  6.声波控制机构  7.声波接收器  8.信号判别器  9.放大器  10.功率调节器  11.时间控制器  12.加热源  13.弹簧压力阀  14.阀体  15.阀芯  16.弹簧

在图1中示意出：烹饪锅具、电热器具5、声波控制机构6。烹饪锅具包括：锅盖1、锅盖钮2、锅体4；电热器具5包括：功率调节器10、时间控制器11、加热源12；在图1中示意于虚线框内的声波控制机构6包括：声波接收器7、信号判别器8、放大器9。发声器3可设置在锅盖1的通气孔处，通常将发声器3设置在锅盖钮2内。图1中发声器3与声波控制机构6之间的声波连接，用符号“～”来示意。

在图2中示意出：在由三个金属零件制作而成的锅盖钮2内，发声器3设置在锅盖1的通气孔处。

在图3中示意出：在非金属锅盖1的手持钮上设置一个小金属盖组成锅盖钮2，小金属盖内设置发声器3。锅盖1和小金属盖上均设有为发声器3发声用的通气孔。

在图4中示意出：在锅盖钮2内的通气孔上设置弹簧压力阀13，发声器3设置在弹簧压力阀13的压力排气孔上。弹簧压力阀13包括：阀体14、阀芯15、弹簧16。

在图5中示意出：声波控制机构6及电热器具5控制电路的方框图。发声器3与声波控制机构6之间为声波连接，图中的“～”符号示意声波连接；图5右侧的虚线框示意声波控制机构6，包括：声波接收器7、信号判别器8、放大器9。图5左侧的虚线框示意电热器具5的控制电路，包括：功率调节器10、时间控制器11、加热源12。声波控制机构6与电热器具5内的控制电路为电路连接。

具体实施方式：

具体实施包括烹饪锅具、电热器具5、声波控制机构6等三个部分，其中烹饪锅具包括锅盖1、锅盖钮2、锅体4等。电热器具5包括：功率调节器10、时间控制器11、加热源12等。声波控制机构6包括：声波接收器7、信号判别器8、放大器9等。发声器3设置在锅盖1的出气孔部位(或上、或下)，其余相关的技术单元如：电热器具5上的操作按钮、功能指示等略述。

实施中应将烹饪锅具与电热器具5配合选择，当选择电磁炉为电热器具5时，烹饪锅具的锅底应具备导磁性；而选择红外电炉为电热器具5时，可有多种类型的烹饪锅具与之相配。烹饪锅具的锅盖1与锅体4的配合有密闭要求，目的是减少蒸汽从锅盖1与锅体4之间泄漏，通常的烹饪锅具大多能满足此要求。

实施例1，选用最大加热功率为1000W的电磁炉为电热器具5，选用锅口内直径为22cm的平底导磁不锈钢锅为烹饪锅具。发声器3与锅盖钮2的组合参考图2，锅盖钮2可采用不锈钢板制作，发声器3可以参考开水壶上的开水哨子用不锈钢板制作。也可以将锅盖钮2与发声器3设计成一体，其技术要求是当锅内饱和沸腾现象发生时，发声器3能发出足够强度的沸腾声波信号，即由烹饪锅具内的饱和沸腾现象转换为符合声波控制机构6要求的声波信号。声波控制机构6包括：声波接收器7、信号判别器8、放大器9。其中声波接收器7可采用多种类型的成品话筒器件，这里采用驻极体话筒将声波信号转换为电信号。在声波接收器7后设置的信号判别器8由滤波和识别两部分组成。滤波部分可选用陶瓷滤波器制作，当声波电信号通过时，它首先从频谱上滤去其中的干扰噪声信号。经过滤波的电信号被输送到识别部分再作一次筛选。识别部分是从电信号的强度、频谱特征、持续时间及信号出现的时间窗口等多方面，予以比较、限定后完成信号筛选的。需要说明：在对信号的识别中，最有效又实用的识别方法是对信号进行强度识别。要点是提高发声器3的发声强度，使之高于噪声强度，因为室内的其它声音，如人的说话声、抽油烟机声等连续型噪声，其声音强度有限。对于室内外瞬间发生的高强度噪声，可由信号判别器8从信号的持续时间上判别，即用延时电路滤除瞬间高强度的噪声干扰。经信号判别器8的过滤和筛选过的电信号，进入到放大器9被整形放大后，一路通过电热器具5的功率调节器10，对加热功率进行调节，使烹饪状况由饱和沸腾转为维持沸腾；另一路通过时间控制器11，开始对维持沸腾的时间进行控制，达到预定的时间后，由其自动切断电热器具5的加热源12结束烹饪。

实施例1的使用方法如下：在锅体4内放入食物和水并盖好锅盖1后，将烹饪锅具放置在电热器具5——电磁炉上，根据食物品种选择好所需的烹饪时间后接通电源，电磁炉便开始用全功率对烹饪锅具进行加热。当锅体4内的温度上升到使水饱和沸腾后，受水蒸汽的驱动，发声器3发出声波信号，设置在电磁炉内的声控机构6将该信号接收并处理后，通过控制电路对加热功率进行调节，使锅内的烹饪状况从饱和沸腾进入维持沸腾。与此同时，时间控制器11开启，当预定的烹饪结束时间到达后便自动切断电源。需说明：维持沸腾的功率数值，是产品在出厂前，按烹饪时防止汤潽粥溢的要求设定的，通常在200W左右选定，也可以设置自选档，由用户自行设定维持沸腾所需的功率。

实施例2，选用最大加热功率为1000W的红外电炉为电热器具5，选用锅口内直径为20cm的陶瓷锅为烹饪锅具。发声器3与锅盖钮2的组合参考图3，金属钮与陶瓷锅盖钮2的接合部位，可以加入充填材料以避免漏气和应力集中。本实施例其余部分同于实施例1。

实施例3，选用最大加热功率为1000W的电磁炉为电热器具5，选用锅口内直径为22cm的导磁平底不锈钢压力锅为烹饪锅具。实施例3的压力锅可以是锅盖1与锅体4采用弹性连接，限压采用动缝式限压的安全型压力锅，具体结构如中国发明专利ZL01110532.1所示。在锅盖1上设置一个压力声阀，它与发声器3、锅盖钮2的组合参考图4，发声器3是在压力下工作的。弹簧压力阀13由阀体14、阀芯15、弹簧16等组成，其结构已经示意于图4中。阀体14设置在锅盖1的排气孔上方，为了使图面简洁，阀体14与锅盖1的固定、密封结构、发声器3与阀体14的固定密封结构等均省略未画。弹簧压力阀13可以选用现有压力锅产品的弹簧式限压阀配做，其应保证在锅内达到工作压力时，从阀体14与发声器3的相连处排出的蒸汽，能驱动发声器3正常发声。本实施例其余部分同于实施例1。

Claims (6)

1.一种声控电热装置，包括功率调节器(10)，加热源(13)，其特征在于：在控制电路的输入端设置一个声波控制机构(6)。

2.根据权利要求1所述的声控电热装置，其特征在于：所述的声波控制机构(6)还包括一个信号判别器(8)。

3.根据权利要求1或2所述的声控电热装置，其特征在于：所述的声波控制机构(6)还包括一个放大器(9)。

4.根据权利要求1或2所述的声控电热装置，其特征在于：在控制电路上设置一个时间控制器(11)。

5.根据权利要求3所述的声控电热装置，其特征在于：在控制电路上设置一个时间控制器(11)。

6.一种设置在锅具上的发声器，可在锅内水沸腾时发出声波信号，其特征在于：该发声器发出的声波信号为特定信号，可通过如权利要求2或3或4所述的声控电热装置中声控机构(6)的过滤层到达功率调节器(10)内。

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