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1、l美的电磁炉分析与维修 摘要：全文以实现电磁炉的多种安全保护功能、功率自动控制、温度自动控制功能的控制；从软硬件两方面对控制系统做了简单的介绍。在软件设计上，采用模块化程序设计的思想，对电磁炉控制系统的各个功能模块进行分析。 关键词：电磁炉、传感器、保护电路、单片机1 引言随着科学技术的不断发展，人们对生活的质量要求也是越来越高，为了让自己的生活过的轻松、舒适，人们对各种电器的选择也是很细心的。20世纪80年代初，电磁炉与空调、彩电、冰箱等一起进入中国。家用电磁炉，已经变和产生了烹饪的新模式-无火烹饪，顺应了社会进步的要示。炉提高能源利用率，改善环境具技术的革新，产品的更新换代是大趋所势。以新
2、技术为依托，以电源为供应的第三代炉具，不锈钢密封外壳，无需耐火砖，炉面无热度，重量轻，是利用电磁互变，产生高频电流。形成高频磁场，磁力线与锅内产生大量涡流，锅内粒子剧烈运动产生热量，瞬间既能获得极高温度，电能变热能转化率高达95%，无明火，不消耗氧气，无燃料废弃产生，工作环境清晰，智能控制，操作方便，是不受工作场所限制的安全、节能、环保、高效率产品。电磁炉作为厨房电器，当其在正常工作时，由整流电路将50Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频电压。电磁炉线圈盘上就会产生交变磁场，磁力线就会在锅具底部反复切割变化，使锅具底部产生环状电流（涡流），并利
3、用无数的小涡流高速振荡铁分子，致使器皿本身自行高速发热，然后通过热量传递原理，使器皿加热盛装在其内的东西。这种振荡生热的加热方式，能减少热量传递的中间环节，大大提高制热效率。电磁炉是应用高频感应涡流生热的原理设计制造的，它保持并大大优于一般热源炉的烹饪功能，有“烹饪之神”的美誉。2 方案论证21方案一：压力传感器的选择压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用压力传感器原理及其应用。1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，
4、如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 在了解压阻式传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转化成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力法生变化时，电阻应变片也一起发
5、生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，在传输给处理电路显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构电阻应变片由基本材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。电阻应变片
6、的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基本材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：金属导体的电阻率（cm2m） S导体的截面积（cm2） L导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可见很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻则会减少。只要测出加在电阻的变化，即可获得应变金属丝的应变情。2、陶瓷压力传感器原理及应用 抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，
7、压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，链接成一个惠斯通电桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力量程的不同标定为2.03.03.3mvv等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿070，并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40135，而且具有测量的高精度、高稳定性。由气绝缘程度大于2kv，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美
8、国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。3扩散硅压力传感器原理及应用工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生 与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。 4、蓝宝石压力传感器原理与应用 利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与 伦比的计量特性。 蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝 石比硅要坚固， 硬度更高， 不怕形变； 蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性 （1000 OC
9、 以内） ，因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无 p-n 漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。 用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。 表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。 印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片 上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在 一起）
10、。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。 传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电， 并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA 或 0-5V） 。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。5、压电压力传感器原理与应用压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在 一定的温度范围之内，压电性质一直存
11、在，但温度超过这个范围之后，压电性质 完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”。由于随着应力的变化电场变化微小 ）（也就说压电系数比较低） ，所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数， 但是它只能在室温和湿度比较低的环境 下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。 现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶 瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得
12、到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式传感器既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。22方案二：湿度传感器的选择湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生变化，从而制成湿敏元件。 湿敏电阻 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变
13、化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。 湿敏电容 用高分子薄膜电容制成，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、醋酸纤维等。湿度改变时，介电常数变化，电容量也变化，电容变化量与相对湿度成正比。 优点：灵敏度高、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化。 几种湿敏元件： 1.氯化锂湿敏元件氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解， 离子导电率发生变化而制成的测湿 元件 2.半导体陶瓷湿敏元件材料主要是金属氯化物，其电阻率随湿度增加而下降负特性湿敏半导瓷。Fe3O4 半导瓷的电阻率随着湿度的增加而增大正特性湿敏半导瓷 3.
14、热敏电阻式湿敏元件R1-湿度传感元件、R2-温度补偿元件 、R3、R4-电桥电路电阻 、Rm-输出电阻阻抗 、Rs-限流电阻 4.高分子膜湿敏元件 随高分子膜吸收或放出水份而引起电导率或电容变化实现测量环境相对湿度。 5.金属氧化物陶瓷湿敏元件 Al2O3 为主体湿敏体。 集成湿度传感器 线性电压输出式集成湿度传感 主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。 线性频率输出集成湿度传感器 这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。 频率/温度输出式集成湿度传感器 线性度好、抗干扰能力强、
15、便于配数字电路或单片机、价格低增加了温度信号输出端，利用热敏电阻作为温度传感器。配上二次仪表即可测量出温度值。3 各电路设计和论证 31保护电路设计和论证 311 方案一在实际生活中，受多种因素的影响往往会出现市电过压、欠压现象，因此，作为一种家用烹饪电器，其具有相应的保护功能。如图1所示，其中RV2，LM324的1、2、3脚和外围组件组成欠压保护电路79。其中RV3，LM324的5、6、7脚和外围组件组成过压保护电路。电阻R5 R8为比较器提供基准电压， R4、R5、R6、R12、R14、R16为分压电阻，VDl、VD2为耦合二极管。电源电压正常时，RV2输出电压使LM324的2脚电位大于3脚电位，其1脚输出低电平，单片机判断电源电压正常。当电源电压低于160V时，RPl输出电压使LM324的2脚电位小于3脚电位，其1脚输出高电平，经VD1、R12、R16分压送入单片机进行欠压判断控制。电源电压正常时，RV3输出电压使LM324的5脚电位大于6脚电位，其7脚输出低电平，单片机判断电源电压正常。当电源电压高于245V时，RV3输出电压使LM324的5脚电位小于6脚电位，其7脚输出高电平，经VD2、R12、R16分压送入单片机进行过压判断控制。过热检测和保护可参照温度控制模块，当系统温度高于预定值时，系统自动报警并作相应的处理。 图1 保护电路图
