電飯煲節電清潔附加器的研究和制作

徐文武

（杭州電子科技大學理學院，杭州 310018）

1 引言

20紀50年代世界上發明了第一臺電飯煲[1,2]，是利用電能轉變為熱能的炊具，而今已經成為家喻戶曉的家用電器，電飯煲的使用縮減了人們花費在煮飯上的時間和精力。電飯煲控制溫度的核心器件就是其內裝有居里溫度為103℃的磁鋼和一只雙金屬片組成的溫度控制開關。煮飯時，當溫度上升到103℃時，便會自動停止加熱，而處于保溫狀態。現有電飯煲普遍存在只能燒干飯，不能燒稀飯或其他需要燜燒的食物的問題；市場上雖然有些標識可以燒稀飯的電飯煲，依然存在湯水外溢的問題；就是燒干飯時，在加熱至100℃~103℃這段時間內，也存在電飯煲內的食物湯水外溢的問題，這過程大約有5min，既浪費電能，又很不衛生。雖然市場上有些高檔電飯煲可以避免這些問題[3]，但功能設置程序麻煩、操作復雜、使用成本高。

針對上述缺點，本文設計電飯煲的節電清潔外置附加器，為普通電飯煲增加了可以燒稀飯或其他需要燜燒的食物如豬腳或湯類等的功能，同時還增加了燒干飯全功率加熱至100℃時關閉5min后自動通電把飯燒好，電飯煲內的米湯不會外溢出來；具有既節電又清潔衛生及操作方便等優點。一只750W電飯煲5min節省的電能可以點亮10W節能燈6個多小時。

具體做法是：在電飯煲出氣口放置溫度傳感器采集溫度，遵照烹調食物先大火后小火的原則，燒稀飯或煲湯類時全功率加熱至100℃時，自動轉低電壓繼續加熱；燒干飯時全功率加熱至100℃時自動關閉5min，然后自動上電全功率加熱至103℃，電飯煲會自動停止加熱而處于保溫狀態，杜絕電飯煲內的食物湯水外溢的問題，給清洗者解除了不少的麻煩。該項技術已經獲得了國家實用新型專利權。

2 外置附加器電路構成設計

電飯煲的外置附加器設計方框圖如圖1所示。在圖1方框圖中，主要部分是溫度處理電路、5min的延時電路和控制可控硅導通角大小的電路，從而起到電壓調節（電飯煲的火力大小）的功能。溫度取樣采用負溫度系數的熱敏電阻，比較運算及延時電路采用DIP-8的LM358運算放大器[3]，內含兩個性能完全相同的精密運算放大器、成本低、性能可靠；執行開關或電壓調節采用雙向可控硅。

2.1 溫度取樣及溫度處理

LM358引腳圖及引腳功能圖[3,4]如圖2所示，溫度取樣和處理電路入圖3所示。

圖3電路里，溫度傳感器Rt0做在一段直徑為Φ4mm、長約50mm的銅管內[5]，插于電飯煲的出氣孔采集溫度，通過測溫電路轉換成隨溫度變化的直流電平。R1和R2串聯接于+5V電源兩端，分壓出一個門限電壓接運算放大器Y1的負輸入端，分壓電壓取+5V的對半電壓，即R1=R2；測溫電路內通過溫度設置電阻W1設置運算放大器Y1的正輸入端的溫度電平高低，溫度傳感器Rt0為負溫度系數的熱敏電阻，即溫度高了，它的電阻值減少，當電飯煲出氣孔溫度到達設置時，運算放大器Y1的正輸入端為高電平，測溫電路輸出高電平。

2.2 燒稀飯時的電路設計

電飯煲的外置附加器電路原理圖如圖4所示。

圖4中K1-1和K1-2的觸點都合上時為燒稀飯狀態，這時給電飯煲通電，由于溫度還低，運算放大器Y1的正輸入端（3）的電平為低于負輸入端（2）的電平，運算放大器Y1的輸出端（1）為0電平，也低于運算放大器Y2的負輸入端（6）的電平，故運算放大器Y2的輸出端（7）是低電平，三極管BG處于截至狀態，繼電器J不動作，為常閉狀態，此時的電阻R9接入由電容C4、雙向觸發二極管DB和雙向可控硅T組成的電壓調節器電路。由于R9的阻值很小，R9和C4的時間常數很小，雙向觸發二極管DB基本處于導通狀態，即和雙向可控硅T也處于導通狀態，即電飯煲得到的全電源電壓在加熱，電飯煲在升溫，當電飯煲的出氣孔采集溫度達到100℃時，運算放大器Y1的正輸入端（3）的電平為高于負輸入端（2）的電平，Y1輸出端（1）為高電平，通過電容C1使Y2的輸出端（7）也為高電平，這里接入了直流反饋電阻R6，反饋的直流電壓使Y2的正輸入出端（5）為更可靠的高電平，從而使Y2的輸出端（7）的高電平更可靠，此高電平通過電阻R7加到三極管BG的基極使之導通，繼電器J吸合，常開觸點使W2接入了由電容C4、雙向觸發二極管DB和雙向可控硅T組成的電壓調節器電路，由于W2的阻值可調，和C4組成的時間常數也可調，雙向觸發二極管DB的導通時間可以改變，也就是改變了雙向可控硅T的導通間隔，從而使電飯煲的得電電壓可調，即火力的大小，使鍋內保持適合燜燒的溫度。

2.3 燒干飯時的電路設計

圖4中K1-1和K1-2的觸點都斷開時為燒干飯狀態，這時給電飯煲通電，在電飯煲的出氣孔采集溫度達到100℃時的狀態同燒稀飯。不同的是，燒干飯狀態下，雖然繼電器J吸合，常開觸點也使W2接入了電路，但是K1-1的觸點是開路的，雙向觸發二極管DB是不導通的，雙向可控硅T也不導通，電飯煲失電，即此時的電飯煲是停止加熱的，但是還有熱慣性和余熱的。鍋內食物處于由液態轉為氣態的階段，這個過程大約5min的時間，這時電容C1上的電荷通過R3放電，組成最簡單的5min的RC放電延時電路，當C1上的電荷放光時，運算放大器Y2的正輸入端（5）的電平為低電平，三極管BG處于截至狀態，繼電器J釋放，重新為常閉狀態，此時返回到開始燒的狀態，即電飯煲得到的全電源電壓在加熱，電飯煲內繼續升溫，當電飯煲鍋底的溫度達到103℃的居里溫度時，便會自動停止煮飯，使之處于保溫狀態。

2.4 電路的調試

電路的調試分三步：首先調溫度傳感器的采集溫度，把L和N端接入220交流電源電壓，在RL的插座內插入電飯煲，置溫度傳感器于100℃的開水中，調微調電阻W1的阻值，使繼電器剛剛動作即可；然后調整燒稀飯時的煲電壓，把K1-1和K1-2設置為燒稀飯狀態，在繼電器閉合狀態下，調W2使電飯煲兩端的電壓為55V就可以了；最后是燒干飯的5min延時時間的調試，主要是通過換用電容C1的容量或電阻R3的大小。至此外置附加器調試完畢。

3 實際應用

經過上述調試的附加器就可以使用了，把電飯煲插入附加器的輸出插孔，同時把附加器插入220V的電源電壓的插座上，再把附加器的溫度傳感器插入電飯煲的出氣孔，選擇好燒煮飯型，燒干飯時選擇開關撥至“干飯”檔，此時全功率加熱，至出氣孔冒氣時，外置附加器會自動關閉電源，由于熱慣性這時鍋內還在沸騰，慢慢的鍋內的米飯成型，這個過程約5min，延時5min后，外置附加器會自動重新接通電源，電飯煲繼續全功率加熱，直至燒好飯至保溫狀態，燒出的米飯口感很好。這時看溢水杯中幾乎沒有湯水，也絕對看不到那煩人的食物殘渣在電飯煲蓋子上和其他各處的堆積；燒稀飯或其他需要燜燒的食物如豬腳或湯類時選擇開關撥至“稀飯”檔，此時全功率加熱，至出氣孔冒氣時，外置附加器會自動輸出55V左右的電源電壓，直至把食物烹調完成。這樣長時間慢火候煲出來的湯汁濃味美。

4 結論

本文從節能衛生的角度設計的電飯煲的節電清潔外置附加器為普通電飯煲增加了可以燒稀飯或其他需要燜燒的食物如豬腳或湯類的功能，完全遵照烹調食物先大火后小火的原則，增加了燒干飯全功率加熱至100℃時，關閉5min后自動通電把飯燒好，電飯煲內的米湯不會外溢出來，具有既節電又清潔衛生及操作方便等優點。同時750W電飯煲5min節省的電能可以點亮功率10W節能燈6個多小時。現有電飯煲的數量之巨大，可見是多么可觀的經濟效益。

［1］杭州電子科技大學. 電飯煲節電裝置[P]. 中國專利：200720107223.3，2007.

［2］劉修文.實用電子電路圖集[M].北京：中國電力出版社，2006：159-162.

［3］佚名.LM358引線腳圖及線腳功能圖[EB/OL］.http://www.51hei.com/chip/lm358.heml,2007-09-04.

［4］余永權.單片機與家用電器智能技術[M].北京：電子工業出版社，1995：23-25.

［5］張福學.傳感器應用及其電路精選（下冊）[M].北京：電子工業出版社，1995：12-13.