具有红外线温度传感器的瓦斯炉的制作方法

本发明是有关一种瓦斯炉，特别是一种具有红外线温度传感器的瓦斯炉。

背景技术：

过去常发生忘记关闭瓦斯炉导致锅具干烧所造成的危险。目前已发展出可感测锅具温度的瓦斯炉，其可感测锅具的温度，并在锅具温度异常时切断瓦斯供应以避免发生危险。请参照图1，已知可感测锅具温度的瓦斯炉10是在炉芯12的中央位置设置一可上下动作的感热头11。当锅具100放置于瓦斯炉上加热时，感热头可弹性抵靠于锅具底部以感测锅具的温度。然而，此已知的瓦斯炉容易发生感热头接触不佳或脏污而影响感测准确度的情形。此外，内侧炉芯的炉火可能影响感热头11的感测准确度，因此，此已知的瓦斯炉仅保留外侧炉芯12，因而降低了瓦斯炉炉火的输出。

中国专利cn102374530a揭示一种感测锅具温度的方法是采用一可上下伸缩的套管，且套管与锅底的接触端使用耐高温的一金属片与锅底接触。红外线传感器则设置于套管内部，以感测接触端的金属片的温度。此设计所面临的问题是：(1)接触端的金属片与锅底会因为锅底积碳而有温度差，(2)金属片与锅底的放射率可能不同，红外线传感器所量测的是金属片的温度而非锅底温度。

有鉴于此，瓦斯炉如何准确感测加热中的锅具的温度且维持较大火力便是目前极需努力的目标。

技术实现要素：

本发明提供一种具有红外线温度传感器的瓦斯炉，其是利用非接触式的红外线温度传感器直接感测锅具的温度，且利用挡火套管阻挡炉火进入红外线温度传感器的感测范围，因此可避免因接触不佳或炉火的影响而导致感测准确度变差的情形。

本发明一实施例的具有红外线温度传感器的瓦斯炉包含一炉具本体、一挡火套管、一温度传感器以及一瓦斯控制器。炉具本体包含一炉芯，用以对置于一锅架上的一锅具加热。挡火套管与炉具本体连接，并具有一接触部以及一红外线窗口，其中接触部可伸缩地接触锅具，且红外线窗口设置于接触部并朝向锅具。温度传感器设置于挡火套管内并包含一热电堆传感器以及一信号处理器。热电堆传感器通过红外线窗口感测锅具所辐射的红外线并输出一感测信号。信号处理器与热电堆传感器电性连接，用以处理感测信号并输出一控制信号。瓦斯控制器与信号处理器电性连接，并依据控制信号调整供应炉芯的一瓦斯流量。

以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】

图1为一示意图，显示已知以感热头感测温度的瓦斯炉。

图2为一示意图，显示本发明一实施例的具有红外线温度传感器的瓦斯炉。

图3为一示意图，显示本发明一实施例的具有红外线温度传感器的瓦斯炉的挡火套管。

图4为一示意图，显示一三段式瓦斯控制器。

图5为一示意图，显示本发明一实施例的具有红外线温度传感器的瓦斯炉的温度传感器。

图6为一曲线图，显示根据普朗克定律于不同波长下的黑体辐射能量值。

图7为一曲线图，显示本发明另一实施例的具有红外线温度传感器的瓦斯炉。

【符号说明】

10瓦斯炉

100锅具

11感热头

12炉芯

20炉具本体

200网关

21a内环炉芯

21b外环炉芯

21c锅架

22挡火套管

221固定套管

222接触套管

222a接触部

222b红外线窗口

223弹性件

224保护盖

23温度传感器

231热电堆传感器

231a、231b热电堆感测组件

231c、231d滤波片

232信号处理器

232a偏压电阻

232b可程序放大器

232c多任务器

232d模拟至数字转换器

232e微控制器

233透镜

234热敏电阻

24瓦斯控制器

24a、24b控制阀

25无线通信组件

301、302行动上网装置

400服务器

500因特网

at环境温度信号

cs控制信号

d可伸缩距离

g瓦斯源

gp瓦斯管路

s1第一感测信号

s2第二感测信号

【具体实施方式】

以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

请参照图2，本发明的一实施例的具有红外线温度传感器的瓦斯炉包含一炉具本体20、一挡火套管22、一温度传感器23以及一瓦斯控制器24。炉具本体20包含一炉芯。于图2所示的实施例中，炉芯包含大致呈同心设置的一内环炉芯21a以及一外环炉芯21b。但不限于此，炉芯亦可包含多个并列配置的炉芯。炉芯可输出炉火以对置于一锅架21c上的锅具100加热。

挡火套管22与炉具本体20连接，且可沿着重力方向上下伸缩。举例而言，请一并参照图3，挡火套管22可包含一固定套管221、一接触套管222以及一弹性件223。固定套管221的一端固定连接于炉具本体20。接触套管222套接于固定套管221的另一端，且可沿着固定套管221滑动。于图3所示的实施例中，接触套管222是以内置于固定套管221的方式套接在一起，亦即接触套管222之外径小于固定套管221之内径。但不限于此，接触套管222之内径大于固定套管221之外径亦可彼此套接在一起。弹性件223则设置于固定套管221以及接触套管222之间。举例而言，弹性件223可为一弹簧。依据此结构，接触套管222受到锅具100的压力时，接触套管222将压迫弹簧而沿着固定套管221往下滑动。而移除锅具100时，接触套管222将因弹簧的回复力而被推回至一预定位置。于图3所示的实施例中，接触套管222的可伸缩距离标示为符号d。于一实施例中，接触套管222在预定位置时，其高度将大于锅架21c的高度。换言之，当锅具100置于锅架21c时，接触套管222的一接触部222a将抵靠在锅具100的底部。可以理解的是，接触部222a设有一红外线窗口222b，且红外线窗口222b朝向锅具100。

请再一并参照图3，温度传感器23设置于挡火套管22内。温度传感器23为一红外线温度传感器，其可接收锅具所辐射的红外线以量测锅具100的温度。于一实施例中，挡火套管22以及温度传感器23是设置于炉芯的一炉火范围内。较精确来说，挡火套管22以及温度传感器23是设置于锅具的下方。可以理解的是，为了适合不同尺寸的锅具，挡火套管22以及温度传感器23可设置于炉芯的中心或靠近炉芯的中心。于一实施例中，温度传感器23包含一热电堆传感器231以及一信号处理器232。热电堆传感器231是以非接触的方式通过红外线窗口222b感测锅具100所辐射的红外线并输出一感测信号。信号处理器232与热电堆传感器231电性连接。信号处理器232处理热电堆传感器231所输出感测信号，并输出一控制信号。

瓦斯控制器24与信号处理器232电性连接，并依据信号处理器232所输出的控制信号调整供应炉芯的一瓦斯流量。举例而言，瓦斯控制器24与瓦斯管路gp连接，瓦斯管路gp的一端连接瓦斯源g，另一端连接炉芯21a、21b，如此，瓦斯控制器24即可依据信号处理器232所输出的控制信号调整瓦斯流量。于一实施例中，瓦斯控制器24可为模拟式瓦斯控制器或多段式瓦斯控制器。举例而言，模拟式瓦斯控制器可为clippard公司et-p-05-4025的瓦斯控制器，其可通过驱动电流的大小来决定瓦斯流量。当电流为零时，瓦斯流量即为零，因此，此瓦斯控制器可作为瓦斯断路器。请参照图4，举例而言，多段式瓦斯控制器可为三段式瓦斯控制器，其是由二个并联的控制阀24a、24b以及两组y形瓦斯分歧器所组成，其中，控制阀24a的流量是控制阀24b的一半。举例而言，控制阀24a的流量为1/2单位，控制阀24b的流量为1/4单位。依据此结构，通过控制阀24a、24b的开或关，三段式瓦斯控制器可以产生全关、1/4、1/2以及3/4单位等三种瓦斯流量，亦即分别对应全关以及小、中、大三种炉火。可以理解的是，调整控制阀24a、24b的控制信号可由温度传感器23产生。

依据上述结构，炉芯所输出的炉火被挡火套管22阻挡，因此炉火不会进入温度传感器23的感测范围内而影响锅具的温度感测。因此，挡火套管22以及温度传感器23的设置位置可较为靠近炉芯。换言之，本发明的瓦斯炉可设置多个炉芯，例如内环炉芯21a以及外环炉芯21b，以提供较大的火力。

请再参照图3，于一实施例中，为了避免油污落入挡火套管22内，可于红外线窗口222b设置一保护盖224。可以理解的是，保护盖224需可通过红外线。此外，保护盖224需要较佳的耐磨性，以随时擦拭掉表面的脏污，因此，于一实施例中，保护盖224的材料可为蓝宝石。但不限于此，硅、锗或氟化钙(caf2)等可穿透红外线的材料亦可作为保护盖224的材料。

于一实施例中，温度传感器23包含一透镜233，其设置于热电堆感测组件231的一接收端。透镜233具有高焦距特性(例如大于5mm)，以限制热电堆传感器231接收锅具所辐射的红外线的一感测视角θ，如此可避免热电堆传感器231感测到接触套管222内壁所辐射的红外线。于一实施例中，感测视角小于20度。举例而言，焦距为5.8mm的透镜233可提供的视角约为7度，使得热电堆感测组件231只能通过红外线窗口222b感测到锅具100底部所辐射的红外线，而不会感测到接触套管222内壁所辐射的红外线。同样的，透镜233的材料必须可透射红外线，举例而言，透镜233的材料可为硅或锗，其可透射的红外线波长约为1-12μm。于一实施例中，透镜23可为硅质的菲涅耳透镜。

由于锅具的材质不同，导致锅具的表面辐射率差异甚大。举例而言，铁锅的表面辐射率约为0.7；不锈钢锅的表面辐射率约为0.1(亮面)至0.5(氧化处理)；铝锅的表面辐射率约为0.1。因此，非接触式的红外线传感器若无法修正待测物的表面辐射率的差异时，其所量测的锅具温度的准确度将受到影响。而在实用上，使用者亦难以依锅具的材质输入正确的辐射率参数。

请参照图5，于一实施例中，温度传感器23包含一双通道热电堆传感器231、一热敏电阻234以及一信号处理器232。双通道热电堆传感器231可感测锅具所辐射的一第一红外线波段以及一第二红外线波段的红外线并输出一第一感测信号s1以及一第二感测信号s2，其中第一红外线波段以及第二红外线波段彼此相异。举例而言，双通道热电堆传感器231包含二个热电堆感测组件231a、231b，且热电堆感测组件231a、231b的接收端分别设置第一红外线波段以及第二红外线波段的一滤波片231c、231d，其中滤波片231c允许第一红外线波段的红外线通过，而滤波片231d允许第二红外线波段的红外线通过。可以理解的是，每一热电堆感测组件231a、231b的接收端可设置透镜以限制热电堆感测组件231a、231b的感测视角。于一实施例中，透镜能够与滤波片231c、231d整合一起，亦即在透镜的入光面或出光面设置相对应的滤波片231c、231d。依据此结构，热电堆感测组件231a、231b即分别感测锅具所辐射的第一红外线波段以及第二红外线波段的红外线，并分别输出输出第一感测信号s1以及第二感测信号s2。可以理解的是，二个热电堆感测组件231a、231b可设置于彼此独立的二个芯片或单一芯片上。此外，二个热电堆感测组件231a、231b可设置于单一封装件中，亦可设置于不同的封装件中。热敏电阻234感测温度传感器23所在区域的一环境温度，并输出相对应的环境温度信号at。

信号处理器232与双通道热电堆传感器231以及热敏电阻234电性连接。于一实施例中，信号处理器232包含一偏压电阻232a、一可程序放大器232b、一多任务器232c、一模拟至数字转换器232d以及一微控制器232e。偏压电阻232a用以量测热敏电阻234的一电阻值，进而演算出双通道热电堆传感器231的环境温度。可程序放大器232b放大双通道热电堆传感器231所输出的第一感测信号s1以及第二感测信号s2。多任务器232c与偏压电阻232a以及可程序放大器232b电性连接。多任务器232c可切换来自热敏电阻234的环境温度信号at或可程序放大器232b所放大的第一感测信号s1以及第二感测信号s1。模拟至数字转换器232d与多任务器232c电性连接，用以将多任务器232c所输出的信号转换为一数字信号。于一实施例中，模拟至数字转换器232d可为sigma-delta型式，且其分辨率大于14位。微控制器232e与模拟至数字转换器232d电性连接。微控制器232e可依据环境温度信号at以及第一感测信号s1及第二感测信号s1的比值查表得知锅具的锅具温度，接着依据锅具温度输出相对应的控制信号cs。于一实施例中，信号处理器232包含一输出端口，举例而言，输出端口可为集成电路总线(inter-integratedcircuitbus，i2c)、通用异步接收发送器(universalasynchronousreceiver/transmitter，uart)、序列周边界面(serialperipheralinterface，spi)或通用串行总线(universalserialbus，usb)等。

请参照图6，以说明如何利用环境温度信号以及第一感测信号以及第二感测信号的比值查表得知锅具的锅具温度。图6显示根据普朗克定律，在不同波长下的黑体辐射能量值，其中长虚线代表摄氏400度时的黑体辐射能量值；实线代表摄氏300度时的黑体辐射能量值；短虚线代表摄氏200度时的黑体辐射能量值。当使用二个热电堆感测组件231a、231b分别感测第一红外线波段(波长范围为λa1至λa2)以及第二红外线波段(波长范围为λb1至λb2)的物体红外线热辐射值时，则第一感测信号以及第二感测信号能够以下列公式(1)、公式(2)表示：

其中，v1、v2分别为二个热电堆感测组件231a、231b的输出电压值；β1、β2分别为二个热电堆感测组件231a、231b的反应电压值(responsivity)；e1为待测物(例如锅具)的辐射率；e2为热电堆感测组件231a、231b的辐射率；tp为待测物的温度；ts为热电堆感测组件231a、231b的环境温度；λa1至λa2为第一红外线波段；λb1至λb2为第二红外线波段。公式(1)以及公式(2)代表热电堆感测组件231a、231b的输出电压值为待测物于温度tp时的辐射量与热电堆感测组件231a、231b于温度ts时的辐射量的差值。

一般而言，热电堆感测组件231a、231b的辐射率为1，将其代入公式(1)以及公式(2)并移项后，即得下列公式(3)以及公式(4)：

将公式(3)以及公式(4)相除，消去待测物的辐射率e1即得下列公式(5)：

公式(5)的等号右侧代表待测物于温度tp时，于第一红外线波段以及第二红外线波段的相对黑体辐射值的比值，其与待测物的辐射率e1无关。公式(5)的等号左侧代表热电堆感测组件231a、231b分别针对第一红外线波段以及第二红外线波段的量测值加上热电堆感测组件231a、231b于环境温度ts时的黑体辐射值后的比值。

可以理解的是，为了获得更为准确的量测结果，可事先校正热电堆感测组件231a、231b，以获得热电堆感测组件231a、231b于不同环境温度ts时于第一红外线波段以及第二红外线波段的黑体辐射值，亦即公式(5)中以及与环境温度ts的特性曲线。同时，校正时一并取得热电堆感测组件231a、231b分别针对第一红外线波段以及第二红外线波段的量测值以及公式(5)的等号右侧的比值，如此即可建立热电堆感测组件231a、231b的量测值的比值以及公式(5)的等号右侧的比值的一温度校正曲线。使用时，信号处理器232即可依据热电堆感测组件231a、231b的环境温度ts以及第一感测信号s1及第二感测信号s1的比值，查询事先建立的温度校正曲线即可得知锅具的精确温度。

可以理解的是，信号处理器232数字输出入端口可以是双向的，亦即微控制器232e可输出锅具的温度信息或控制信号至一外部电子装置，亦可接受外部电子装置从远程输入的控制信号或设定参数，以调整瓦斯炉的参数。举例而言，使用者可从远程关闭炉火或设定温度条件，例如烹煮温度或是干烧的临界温度。

举例而言，请参照图7，于一实施例中，本发明的瓦斯炉可包含一无线通信组件25，其与温度传感器23的信号处理器232电性连接。无线通信组件25可无线传输温度传感器23所感测的锅具温度至一外部电子装置，例如云端的服务器400或远程的行动上网装置301、302。举例而言，温度传感器23检测到锅具100的温度异常时，信号处理器232可输出控制信号至瓦斯控制器24，以调小炉火或关闭炉火。同时，信号处理器232可通过无线通信组件25以及网关(gateway)200与行动上网装置301连接，或是连接因特网(internet)500而与云端的服务器400或远程的行动上网装置302建立通讯联机，如此即可传送锅具温度以及警示信号至行动上网装置301或云端的服务器400以及远程的行动上网装置302，以通知用户实时处理。如前所述，使用者亦可经由行动上网装置301、302关闭炉火或设定温度条件，例如烹煮温度或是干烧的临界温度等。

综合上述，本发明的具有红外线温度传感器的瓦斯炉利用非接触式的红外线温度传感器直接感测锅具的温度，且利用挡火套管阻挡炉火进入红外线温度传感器的感测范围，因此可避免因接触不佳或炉火的影响而导致感测准确度降低的情形。此外，红外线温度传感器是直接量测锅具所辐射的红外线，因此能够获得锅具的实时温度。较佳者，本发明的具有红外线温度传感器的瓦斯炉可利用双通道热电堆传感器接收锅具所辐射的不同波段的红外线分别以产生第一感测信号以及第二感测信号，并依据第一感测信号以及第二感测信号的比值查询事先建立的温度校正曲线即可得知不同材质锅具的精确温度，且不受不同锅具表面辐射率不同的影响。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。