专利名称：陶瓷电饭锅的制作方法
技术领域：
实用新型是关于对陶瓷电饭锅的改进，尤其是对电饭锅加热、控温装置的改进。
陶瓷电饭锅，因其独特的锅体材质，越来越受到人们欢迎。然而，由于陶瓷内锅导热性能低，热特性差，电饭锅加热控温装置又大都采用原金属内锅电饭锅的构思和结构，以烧饭为例，用大功率直接底部加热至水份烧干。底部大功率直接加热，容易导致陶瓷内锅局部大强度受热，导致锅体温度不均匀而破裂。为克服上述已有技术的不足，防止锅体局部急剧受热造成温度不均匀而使锅体破裂，有人提出采用低功率(一般(200瓦)加热，但这样延长了烧饭时间，是不适合的。中国专利89213751公开了一种首先以大功率向陶瓷内锅加热至90-100℃，而后转入小功率加热至预定温度102-104℃的陶瓷电饭锅。然而上述加热、控温仍有其不足，单一底部加热，不能克服陶瓷内锅传热性差而带来的不足，其次，直接底部加热，对陶瓷内锅底部平整度要求较高，要求锅底与发热板形成紧密贴合，否则仍容易发生锅体传热不良，造成锅内食物夹生，及因局部受热导至的温度不均匀性造成锅体破裂，无疑给锅体制作带来困难，成品率较底。中国专利88214477提出在陶瓷电饭锅腰部安装附加电热圈，达到对锅体均匀加热，但增加了制作难度。再就是上述陶瓷电饭锅功能单一、不适宜烧、煮汤类食品。另外陶瓷电饭锅由于缺乏限温保护装置，亦容易导致锅体破裂，以及缺乏定时工作控制，这也是其不足。因此仍有值得改进的地方。
实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种适合陶瓷内锅加热特性，制作简便，对锅体底部要求相对较底，既能烧饭又能烧煮汤类食物的多功能陶瓷电饭锅。
实用新型的另一目的在于提供一种具有限温保护装置和\或定时工作的多功能陶瓷电饭锅。
实用新型的目的实现，主要改进一是将电饭锅锅体内壁制成与底部发热体热接触的金属体，从而可以热辐射加热陶瓷内锅周侧壁，缩小因单一底部加热，陶瓷内锅由于传热慢而导致的锅底部与周侧壁温差，二是采用PID温度控制电路，实现两段加热，即对陶瓷内锅加热时，当达到预定初始控温点后，然后采用间隙加热至设定终点温度；三是根据所烧食物设定不同功能档；即预置不同终点温度，及根据不同功能调整间隙加热。按照上述构思，实用新型陶瓷电饭锅，包括电饭锅体、陶瓷内锅、底部发热体、与锅底接触的测温元件、以及温度控制装置，其特征在于所说电饭锅体由与发热体热接触的金属内壁、中间保温层和外壳组成，所说温度控制装置由功能设定电路和PID温度控制电路组成。
实用新型所说测温元件可以是各种温度传感器，如PTC、热敏电阻、热电偶、二极管、电接点温度计等，其功能将测得的温度转变成电信号输出，供作温度控制信号。一种较经济的为采用二极管作测温元件。
所说功能设定电路主要一是指示不同功能档，二是给予温度控制电路不同控制变量，可以是常用的分档电路例如由分档开关、指示灯、及外围电路组成，也可以是由按钮触发开关、集成电路计数器、指示灯、及外围电路组成，其中尤以集成电路计数器电路为优，计数器的有效位至少应大于N＋2(N为功能档数)。
所说PID温度控制电路将电饭锅加热至预定初始温度，然后控制驱动间隙控制电路间隙加热至终点温度。一种较好的实施方式为采用运算放大器的放大和比较电路特性，即由多个运算放大器组成的温度测量放大控制电路，和由比较电路构成的初始控温电路驱动间隙加热的振荡电路、极限温度控制电路、保温电路等组成的模拟控制电路。
实用新型的构成原理及功能特点将配合一个非限定性实施例加以说明。
图1为实用新型结构示意图。
图2为实用新型电气原理图。
图3实用新型温度控制框图。
图4为实施例温度控制装置电路原理图。
实施例电饭锅体由外壳2、保温层3和与发热体热接触的金属内衬4组成。陶瓷内锅1底部有发热体(盘)7，内锅底部适当位置有与之良好接触的测温元件(二极管)6，以及PID温度控制装置5、功能设定装置10，指示灯9。工作过程图2，首先根据所烧食物设定工作档，以烧饭为例，工作时底部发热盘开始加热，发热盘产生的热量一方面直接加热与之热接触的陶瓷内锅底部，同时发热盘将热传递给与之热接触的包围陶瓷内锅的锅体金属内衬，并辐射加热陶瓷锅体侧壁，使陶瓷内锅底部与周围侧壁共同加热减少温差。与锅底接触的测温元件检测并驱动控制加热，当加热超过设定初始温度T0时，间隙加热电路接入工作，间隙缓慢加热，直至达到设定终点温度，断开加热体停止加热，转入保温工作状态。加热控温工作原理参见图3。
一种典型的PID温度控制电路如图4所示的模拟温控电路，即由多个运算放大器组成的温度测量放大控制电路，和由比较电路构成的初始控温电路驱动间隙加热的振荡电路、极限温度控制电路、保温电路等组成的模拟控制电路。其控温原理是将测温放大后的电压送入各个比较器，然后由各比较器感受比较控制相应动作。
参见图4，温度控制电路主要采用两块LM324四运算放大器和一块MC14017十进制计数器(其他如八进、十六进等均可)组成。MC14017及外围电路用作功能选择和功能指示，按钮触膜式开关K2一端接电源正极，另一端通过串联电阻R27接至MC14017时钟输入脚14作为选择信号输入，按下按钮开关，14脚获得一个高电平，计数器计一，Q0输出为高电平，其余为低电平，松开按钮，14脚通过并接在14脚与地之间的电阻R28接地变为低电平；再按一次按钮开关，14脚通过R27接至电源正极获得高电平，输出状态又变化一次，依次递推，由于计数器输出脚每次只有一个脚呈高电平，其余均呈低电平，因此可实现不同功能选择。由于本例只用到四种功能(快烧饭、慢烧饭、煲汤、煲粥)，因此将输出脚Q5通过一个二极管D3接至15脚清零端，当Q4为高电平时，再按一次按钮开关，Q5变为高电平，这个高电平通过D3加到15脚清零端，使计数器清零返回到初始状态，即Q0变为高电平，Q0通过串联电阻R11接至A7.9驱使断开发热盘。MC14017的四个功能输出脚分别通过串接的二极管D和电阻R、及分压电阻R29接至A6.10，根据不同功能档控制A6组成的方波发生器控制间隙加热至终点温度。二极管D的作用是当MC14017输出脚为低电平时，起反向偏置作用。指示灯L通过串联电阻R31并接在各功能输出脚与电源接地之间，起功档能指示作用。各功能档电阻值与最终设定温度呈反比。
运算放大器A1组成的反向放大电路与串接在接地与运算放大器A1正向输入端12的基准电压源稳压二极管如IN44/33A(也可以是基准电压源芯片等)共同构成参考电压源，利用运算放大器的反馈特性使输出端A1.14得到一个比较准确的电压，供各比较器作输入电压源，可提高控制的精度。改变垮接在A1.13.14脚两端的可调电阻WZ可调整输出。A1.13脚通过串联电阻R37接地。
运算放大器A2组成的差动放六电路与测温元件二极管一起构成测温放大电路。电阻R16、R17分压后与A2正向输入端3相连，测温元件、偏置电阻R22分压后与A2反向输入端2相连。当温度升高，流过测温元件二极管的电流增大，因而R22压降增大，输入电压变小，由于随温度变化的输入电压接至A2的反向端，因此使得温度升高，A2输出电压亦升高，改变偏置电阻R22，可以改变偏置电流大小，从而改变输入电压大小。
运算放大器A5组成的比较电路，控制改变发热体加热方式，A5同相端12经串联电阻R7、R30分压后与参考电压相接，反相输入端13通过电阻R2与测温放大输出相连。当温度T＜T0(初始温度)，U13＜U12，U14呈高电平，控制后端发热盘工作；当温度T＞T0，U13＞U12，U14变为低电平，控制后端方波发生器工作，转入慢烧间隙加热。串接在A5.12与A5.14间的D18、R5有效地消除了输出受翻转时波动。
运算放大器A6组成的比较电路与串接在A6反相输入端9与接地间的电容C2组成方波发生器(振荡电路)，使输出呈方波振荡，控制发热盘接所选功能间隙加热至设定的终点温度。比较器反向输入端9还通过串联电阻R15、R14、R23与测温放大输出端A2.1相连，A6.9还通过D11与参考电压相连，及通过D8与运算放大器A3组成的电压跟随器输出端7相连。正向输入端10通过正向导通二极管D2与比较器A5输出端14相连，同时正相输入端10还与功能选择输出相连，因此10脚受功能及初始温度两个电平控制。电压跟随器正向输入端5通过电阻R23与测温放大输出端1相连，反向输入端6直接与输出端7相连，使输出跟随输入的变化而变化。方波发生器的输入端受三个方面控制a.初始温度控制A5.14，b.功能设定档，c.测量放大输出A2.1。工作过程为，锅底温度＜T0，A5.14呈高电平D2导通，使A6.8为高电平，驱动接通发热盘，同时R25、D10反偏截止，A6.8高电平通过R15对C2充电，使C2两端电压缓慢升高；当锅底温度继续升高＞T0，A5.14突变为低电平，D2反偏截止，此时A6.10电压由功能设定档决定，其中快烧饭档输出电压仍大于A6.9(其余三档电压则低于A6.9)，A6.8仍为高电平，发热盘继续工作加热。锅底温度升高，使得A6.9电压升高当电压升高)A6.10时，A6翻转A6.8变为低电平，控制后端发热盘断开，同时R25、D10导通，A6.10电压变低(降低值由R25决定)，C2通过R15开始放电，A6.9电压下降，当A6.9电压下降＜A6.10，A6翻转A6.8呈高电平，接通后端发热盘，并再次通过R15对C2充电，R25、D10反偏截止，A6.10电压升高，当C2充电至A6.9＞A6.10，A6翻转A6.8呈低电平断开发热盘，这样不断重复在输出端A6.8出现低高电平间隙的方波，从而驱动后端发热盘间隙工作加热。由于A6.9端电压随着温度升高而升高，并在A3电压跟随器及偏置二极管D8钳位的作用下，这样A6.8变为低电平(发热盘断开)C2开始放电的初始电压亦随着升高，放电到A6翻转时间变长。方波发生器驱动接通发热盘时间仅取决于功能档不同而不同，与发热盘温度无关；断开时间取决于发热盘温度的高低，随温度升高而延长。运算放大器A3的反向输入端与输出端相连组成电压跟随电路，使输出A3.7跟随输入A3.5变化，在D8的钳位作用下，保证了C2放电初始电压随着温度升高而升高。D11的钳位作用，维持了A6.9基本电位，防止C2放电产生越烧越慢，甚至仃顿现象。改变C2、R15、R25值可以改变方波宽度，C2增大，冲放电变慢，可使方波变宽；R15增大冲放电变慢，方波变宽，因此通过改变R15、C2大小可改变输出方波间隔时间。R25和D10作用也是用来改变断开时间。上述运算放大器A6、A3、C2共同组成间隙加热振荡电路。
运算放大器A8组成比较电路，参考电压经R38加至A8反向输入端6，温度电压信号经R3加至A8同向输入端5。当温度超过终点极限温度后，A8翻转，A8.7呈高电平，一方面使串接的保温指示灯亮，同时将这一高电平加到A7比较器反相输入端9，使电饭锅转入保温状态。并接在A8.5与7之间的D19用以消除A8翻转时的波动，并使转入保温后7脚保持高电平。
运算放大器A4组成比较电路，反向输入端2通过电阻R2接至测温放大器输出端感受温度信号；参考电压由串联电阻R18、R19与R20分压加至同相输入端3。二极管D9并接于A8.7及R18与R19分压点，D9的作用是保证上电后在空档时，A4.2电压高于A4.3，保证输出A4.1为低电平，使A7.8亦为低电平，防止空烧。当温度高于终点极限温度时，A8.7呈高电平，D9反偏截止，使A4输出为低电平，控制断开发热盘，此时A4.3电压为保温点控制电压。
运算放大器A7组成的比较电路，输出端直接控制继电器工作状态(即发热盘工作状态)，反相输入端9受功能设定电路MC14017的Q0及终点极限温度控制电路输出两个信号源影响，同相输入端10受保温电路及方波发生器电路输出影响。空档时，无加温A8.6＞A8.5，使A8.7为低电平，MC14017上电Q0为高电平经R11送置A7.9，使A7.8为低电平，D5反偏截止发热盘断开；加温工作(任一档)且温度低于终点极限温度，MC14017Q0为低电平，A8.7亦为低电平，A6.8及A4.1均保持高电平，所以使A7.8保持高电平，D5正向导通接通发热盘。一旦超过初始控温点后，由于A6.8输出电平高低交替变换，因而翻转A7，交替接通、断开发热盘，进入慢加热状态；进入保温状态，A8.7升为高电平，保温灯亮，高电平产生一个清零信号使与A8.7相连的MC14017清零，Q0升为高电平，此时由于温度仍然较高，A4.1为低电平，使得A7.8为低电平，发热盘不工作。随着温度降低，A4.2下降，A4翻转，A4.1输出高电平，使A7.10电压)A7.9，A7翻转输出呈高电平接通发热盘；温度升高，使A4翻转输出呈低电平，循环反复实现保温。
单独进入保温状态(按下按钮触膜式开关K1)，相当于加热工作时达到终点极限温度，给A8.5一高电平，使输出A8.7呈高电平，由于D19的自锁使松开K1A8.7仍为高电平，即进入上述保温状态。
实用新型电饭锅在发热盘上还设有超温保护装置，一种较简便有效的保护装置为温度熔断器。
实用新型电饭锅还可在K2两端(图4)或发热盘电源前设量定时供电的时间控制装置，使在真正需要烧饭时自动开始工作，以达到节约用电及防止焖饭。
实用新型温度控制电路，还可以是由PID数字电路和程序实现。间隙加热振荡电路还可采用RC振荡电路。测温放大电路可采用普通放大电路。测温元件的替代等等，均属实用新型保护范围。
实用新型由于采用热传导好的金属锅体内壁借助底部发热盘热量辅助辐射加热，因而有效地克服了单一底部直烧式引起陶瓷内锅底部与侧壁温着大，易爆裂的缺陷，同时亦降底了对陶瓷内锅底部平整度的要求，提高了成品率。再配以两段不同加热方式，使加热更适合陶瓷锅特性。不同功能档(实质为不同终点温度)，使电饭锅不仅可烧饭，而且可烧炖汤类食物，低的终点极限温度及侧壁辅助加热，使烧炖带汤食物不会产生汤溢出锅体。不同功能档，采用不同加热，有利于节约能源。多个运算放大器组成的PID模拟控温电路及计数器组成的功能分档电路具有结构简单、成本低、工作可靠。二极管作测温元件，经济实用，可靠性好。限温保护装置及工作定时装置，使电饭锅功能更完善。
权利要求1.一种陶瓷电饭锅，包括电饭锅体、陶瓷内锅、底部发热体、与锅底接触的测温元件、以及温度控制装置，其特征在于所说电饭锅体由与发热体热接触的金属内壁、中间保温层和外壳组成，所说温度控制装置由功能设定电路和PID温度控制电路组成。
2.根据权利要求1所述陶瓷电饭锅，其特征在于所说PID温度控制电路由多个运算放大器组成的温度测量放大控制电路，和由比较电路构成的初始控温电路驱动间隙加热的振荡电路、极限温度控制电路、保温电路等组成的模拟控制电路。
3.根据权利要求1所述陶瓷电饭锅，其特征在于所说功能设定电路由计数器和按钮触发开关组成，所说计数器的有效位大于N＋2。
4.根据权利要求3所述陶瓷电饭锅，其特征在于所说按钮触发开关为膜式轻触开关。
5.根据权利要求1所述陶瓷电饭锅，其特征在于所说测温元件为晶体二极管。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述陶瓷电饭锅，其特征在于所说各功能档电阻值与最终设定温度呈反比。
7.根据权利要求6所述陶瓷电饭锅，其特征在于所说电饭锅上还设有工作定时装置。
8.根据权利要求7所述陶瓷电饭锅，其特征在于所说电饭锅上还设有限温保护装置。
专利摘要实用新型是关于陶瓷电饭锅，其特征在于所说电饭锅体由与发热体热接触的金属内壁、中间保温层和外壳组成，所说温度控制装置由功能设定电路和PID温度控制电路组成。因而克服了已有电饭锅易发生锅体破裂，及陶瓷内锅制作要求高等主要不足。
文档编号G05D23/00GK2251324SQ9524091
公开日1997年4月9日 申请日期1995年11月18日 优先权日1995年11月18日
发明者王顺福 申请人:王顺福