CN111551273B - 一种电磁感应测温装置的测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁感应测温装置的测温方法，包括以下步骤，微处理器每间隔△t的时间输出不同频率的脉冲至驱动模块，驱动模块驱动谐振电路振荡；检测分析模块经过分压、整流滤波，将输出信号连接至微处理器，并记录不同频率脉冲所测得的大小不同的信号值；在t1段时间中，微处理器将大小不同的信号值进行比较，选取其中的最大信号值记为ADm，所述ADm所对应的脉冲频率为f+m△f；根据ADm计算实时温度值Tm。此控制方法的通过实时调整驱动频率，精准把握测温装置中谐振电路达到谐振点，减少器件间的误差，解决加热后谐振频率变化、谐振电路谐振频率偏移，产生误差，达到精准测温的目的。

Description

一种电磁感应测温装置的测温方法

技术领域

本发明涉及测温技术领域，更具体地，涉及一种电磁感应测温装置，同时还涉及一种电磁感应测温的方法。

背景技术

现有的电磁加热装置上设置了温度传感器，最常见的是直接在靠近面板的位置安装测温探头，通过测温探头可以检测面板温度，然后通过电路控制，将面板温度控制在一定范围内，这种方法虽然能够实现对温度的检测，但仍然存在很多不足，比如，温度传感器对温度的检测具有一定的滞后性，这种测温方式响应时间慢，同时直接接触高温的电子控件，会使其寿命大大缩短。接触式测温容易延迟。

现有的测温方法中，加热后谐振频率变化，造成谐振电路谐振频率偏移，如果采用固定频率方式驱动振荡，则振荡电路无法实现标准谐振，则测试数据易产生误差。容易产生误差。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种能够精准控制温度的测温电路，以及提供一种能够精确控制温度的温度控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电磁感应测温装置，包括依次连接的微处理器、驱动模块、谐振电路和检测分析模块，所述电磁感应测温装置还包括感温层；

所述微处理器，用于输出脉冲驱动信号和分析处理检测分析模块的信号；

所述驱动模块，用于将微处理器输出的脉冲信号放大，驱动脉冲信号；

所述谐振电路，用于将电信号转换为磁场，包括电感和电容，所述电感和电容均至少为一个，所述谐振电路与感温层产生耦合阻抗；

所述检测分析模块，用于检测谐振电路中的电信号，计算出锅具的温度。

优选的，所述感温层能够感应电磁信号，所述感温层与谐振电路形成耦合阻抗，感温层存在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值，且感温层在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值所限定的温度区间内；更进一步的，在所述电磁信号的作用下与耦合阻抗存在如下关系：K=|（R2-R1）/[ R1×(T2-T1)]|

其中，R1 表示感温层温度为 T1 时，感温层与谐振电路所产生的耦合阻抗值；

R2 表示感温层温度为 T2 时，感温层与谐振电路所产生的耦合阻抗值；

T2-T1=1；

K 为（R2-R1）/[ R1×(T2-T1)]的绝对值，且不小于 0.05；

所述 R1 、R2 是假定在特定条件下通过电桥测得的谐振电路两端的耦合阻抗值，本专利定义所述特定条件是指谐振电路中的电感是由直径为 10mm，长度为10mm 的 TDKPC40 磁棒，以直径为 0.2mm 的铜线绕制 300 圈制得，且谐振电路与感温层距离定为5mm，功率为 25kHz。

优选的，所述感温层由精密合金材料中的热敏电阻材料制成，更进一步的，所述精密合金材料为精密合金 4J36、精密合金 4J32、铁锰合金 4J59、恒弹性合金 3J53、恒弹性合金 3J53Y、恒弹性合金 3J58、弹性合金 3J54、弹性合金 3J58、弹性合金 3J59、弹性合金3J53、弹性合金 3J61、弹性合金 3J62、弹性合金Ni44MoTiAl、精密合金 4J36、精密合金4J32 或非晶态软磁合金(FeNiCo)78(SiB)22。

优选的，所述电磁感应测温装置应用于加热装置。加热装置为燃气灶、电磁炉、电陶炉、红外炉或热水壶。

一种电磁感应测温装置的测温方法，包括以下步骤：

步骤一 微处理器每间隔△t 的时间输出不同频率的脉冲至驱动模块，脉冲的最低频率为 f，占空比为固定值，最高频率为 f+n△f，驱动模块驱动谐振电路振荡；

步骤二 检测分析模块将谐振电路的信号经过分压、整流滤波，将输出信号连接至微处理器 AD 端口，微处理器 AD 端口检测信号，并记录不同频率脉冲所测得的大小不同的信号值；

步骤三 在 t1 段时间中，微处理器将大小不同的信号值进行比较，选取其中的最大信号值记为 ADm，所述 ADm 所对应的脉冲频率为 f+m△f；

步骤四 根据 ADm 计算实时温度值 Tm。步骤四中，通过查表的方式计算实时温度Tm。本发明可有效将被测物上的感温层与谐振电路的耦合电阻随温度变换的特性通过 AD检测进行实时监控。通过实时调整驱动频率，精准把握测温装置中谐振电路达到谐振点，减少器件间的误差，解决加热后谐振频率变化等问题，造成谐振电路谐振频率偏移，产生误差，达到精准测温的目的。通过比较找出在不断变化的频率范围内最大信号值，并将最大信号值转换为实时温度，即为感温层的温度。感温层设在被测物上，因此感温层的温度即为被测物的温度。

优选的，0.001 秒≤△t ≤1 秒。

优选的，微处理器第一次输出的脉冲频率为初始频率，获取到 ADm 值时，微处理器将输出脉冲频率调整至初始频率。

优选的，所述脉冲频率小于或等于 100 kHz。更进一步的，7.5≤脉冲频率≤100kHz。

优选的，所述信号值为阻抗值。

优选的，所述测温方法应用于加热装置。加热装置为燃气灶、电磁炉、电陶炉、红外炉或热水壶。

优选的，脉冲的初始频率为 f，信号值为 AD0,微处理器输出脉冲的频率逐步增加，每次逐渐增加△f，脉冲的频率为 f+n△f 时，信号值为 ADn。

优选的，脉冲的初始频率为 f+n△f，信号值为 ADn,微处理器输出脉冲的频率逐步较少，每次逐渐减少△f，脉冲的频率为 f 时，信号值为 AD0。

优选的，脉冲的初始频率为 f+1/2△f，不断增加或减少脉冲频率。

优选的，所述 0.01KHz≤△f≤0.5kHz。

优选的，每间隔 S 秒，重复步骤一至步骤四，0.01 秒≤S≤3000 秒。

限定频率范围内，固定的间隔时间内增加固定的频率，测量 AD，对所检测的 AD值进行比较，找出 AD 的最大值或特定值，而 AD 的最大值或特定值与感温层的温度相对应，可以通过查表的方式进行，从而其转化成温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果:（1）可有效将被测物上的感温层与谐振电路的耦合电阻随温度变换的特性通过阻抗检测进行实时监控。（2）改变接触测温的方式，采用变频驱动方式，实现标准谐振驱动，此控制方法通过实时调整驱动频率，精准把握电磁测温装置中谐振电路达到谐振点，减少器件间的误差，此测试温度方式具有延时滞后时间短，测温准确，且信号受外界温度影响小，误差小的特点，解决加热后谐振频率变化等问题，造成谐振电路的谐振频率偏移，

产生误差，达到精准测温的目的。

附图说明

图 1 本发明实施例 1 中电磁感应测温装置的示意图。

图 2 本发明实施例 2 的测温方法流程图。

图 3 为本发明中的脉冲频率与信号值之间的一种关系示意图。

附图标记说明

锅具 1；感温层 12；微处理器 2；驱动模块 3；谐振电路 4；检测分析模块 5。

具体实施例

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例 1

如图 1 所示，一种电磁感应测温装置，提供一种锅具 1，所述锅具 1 上设有感温层 12，电磁感应测温装置包括依次连接的微处理器 2、驱动模块 3、谐振电路 4 和检测分析模块 5；

微处理器 2，用于输出脉冲驱动信号和分析处理检测分析模块 5 的信号，微处理器 2 具有 AD 端口；

驱动模块 3，用于将微处理器 2 输出的脉冲信号放大，驱动脉冲信号；

谐振电路 4，用于将电信号转换为磁场，包括电感和电容，电感和电容均至少为一个，谐振电路 4 与感温层 12 产生耦合阻抗；

检测分析模块 5，用于检测谐振电路 4 中的电信号，计算出锅具 1 的温度。

感温层 12 与谐振电路 4 形成耦合阻抗，感温层 12 存在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值，且感温层 12 在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值所限定的温度区间内，在电磁信号的作用下与耦合阻抗存在如下关系：

K=|（R2-R1）/[ R1×(T2-T1)]|

其中，R1 表示感温层 12 温度为 T1 时，感温层 12 与谐振电路 4 所产生的耦合阻抗值；

R2 表示感温层 12 温度为 T2 时，感温层 12 与谐振电路 4 所产生的耦合阻抗值； T2-T1=1；

K 为（R2-R1）/[ R1×(T2-T1)]的绝对值，且不小于 0.05；

R1 、R2 是假定在特定条件下通过电桥测得的谐振电路 4 两端的耦合阻抗值，本专利定义特定条件是指谐振电路 4 中的电感是由直径为 10mm，长度为 10mm 的TDK PC40磁棒，以直径为 0.2mm 的铜线绕制 300 圈制得，且谐振电路 4 与感温层 12 距离定为5mm，功率为 25kHz。

如图 2 所示，一种电磁感应测温装置的测温方法，包括以下步骤：

步骤一 微处理器 2 每间隔△t 的时间输出不同频率的脉冲至驱动模块 3，脉冲的最低频率为 f，频率为 f 时对应的信号值为 AD0，占空比为固定值，占空比为 50%，最高频率为 f+n△f，频率为 f+n△f 时信号值为 ADn，驱动模块 3 驱动谐振电路 4 振荡；

步骤二 检测分析模块 5 将谐振电路的信号进行分压、整流滤波，并将输出信号连接至微处理器 2 的 AD 端口，微处理器 2 的 AD 端口检测信号，并记录不同频率脉冲所测得的大小不同的信号值；

步骤三 在 t1 段时间中，微处理器 2 将大小不同的信号值进行比较，选取其中的最大信号值记为 ADm，ADm 所对应的脉冲频率为 f+m△f；

步骤四 根据 ADm 计算实时温度值 Tm。步骤四中，通过查表的方式计算实时温度Tm。本发明可有效将被测物上的感温层 12 与谐振电路 4 的耦合电阻随温度变换的特性通过 AD 检测进行实时监控。通过实时调整驱动频率，精准把握测温装置中谐振电路 4 达到谐振点，减少器件间的误差，解决加热后谐振频率变化等问题，造成谐振电路 4 谐振频率偏移，产生误差，达到精准测温的目的。通过比较找出在不断变化的频率范围内最大信号值 ADm，并将最大信号值 ADm 转换为实时温度，即为感温层 12 的温度。感温层 12 设在被测物上，因此感温层 12 的温度即为被测物的温度。

0.001 秒≤△t ≤1 秒，△t 可以为 0.3 秒，0.5 秒、0.7 秒中的一种或多种。

微处理器 2 第一次输出的脉冲频率为初始频率，获取到 ADm 值时，微处理器2将输出脉冲频率调整至初始频率。脉冲的初始频率为 f，微处理器 2 输出脉冲的频率逐步增加，每次逐渐增加△f，脉冲的频率为 f+n△f 时，信号值为 ADn。 脉冲频率小于或等于100 kHz。7.5≤脉冲频率≤100 kHz。 信号值为阻抗值。

测温方法应用于加热装置。加热装置为燃气灶、电磁炉、电陶炉、红外炉或热水壶。

实施例 2

与实施例 1 不同之处在于，脉冲的初始频率为 f+n△f，信号值为 ADn,微处理器2 输出脉冲的频率逐步较少，每次逐渐减少△f，脉冲的频率为 f 时，信号值为 AD0。图 3为脉冲频率与信号值之间的一种线性关系图，脉冲频率与信号值之间也可以为曲线关系。

实施例 3

与实施例 1 不同之处在于，0.01KHz≤△f≤0.5kHz。

实施例 4

与实施例 1 不同之处在于，每间隔 S 秒，重复实施例1中的步骤一至步骤四，0.01 秒≤S≤3000 秒。可以根据加热装置的不同特点或用户需求设置 S 的时间，如可以间隔 5 秒、8 秒、10 秒、15 秒、30 秒、1 分钟、3 分钟、5 分钟、10分钟重复步骤一至步骤四。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁感应测温装置的测温方法，提供一种电磁感应测温装置，包括依次连接的微处理器、驱动模块、谐振电路和检测分析模块，电磁感应测温装置还包括感温层，所述感温层与谐振电路形成耦合阻抗，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一 微处理器每间隔△t的时间输出不同频率的脉冲至驱动模块，脉冲的最低频率为f，最高频率为f+n△f，驱动模块驱动谐振电路振荡；

步骤二 检测分析模块将谐振电路的信号进行分压、整流滤波，将输出信号连接至微处理器AD端口，微处理器AD端口检测信号，并记录不同频率脉冲所测得的大小不同的信号值；

步骤三 在t1段时间中，微处理器将大小不同的信号值进行比较，选取其中的最大信号值记为ADm，所述ADm所对应的脉冲频率为f+m△f；

步骤四 根据ADm计算实时温度值Tm；

感温层存在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值，且感温层在温度变化初始临界值和温度变化结束临界值所限定的温度区间内；在电磁信号的作用下与耦合阻抗存在如下关系：K=|（R2-R1）/[ R1×(T2-T1)]|，

其中，R1表示感温层温度为T1时，感温层与谐振电路所产生的耦合阻抗值；

R2表示感温层温度为T2时，感温层与谐振电路所产生的耦合阻抗值；

T2-T1=1；

K为（R2-R1）/[ R1×(T2-T1)]的绝对值，且不小于0.05；

所述R1 、R2是假定在特定条件下通过电桥测得的谐振电路两端的耦合阻抗值，所述特定条件是指谐振电路中的电感是由直径为10mm，长度为10mm的TDK PC40磁棒，以直径为0.2mm的铜线绕制300圈制得，且谐振电路与感温层距离定为5mm，功率为25kHz。

2.根据权利要求1所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，微处理器第一次输出的脉冲频率为初始频率，获取到ADm值时，微处理器将输出脉冲频率调整至初始频率。

3.根据权利要求1所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，所述脉冲频率小于或等于100 kHz。

4.根据权利要求1所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，所述信号值为阻抗值。

5.根据权利要求1所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，所述测温方法应用于加热装置。

6.根据权利要求2所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：脉冲的初始频率为f，微处理器输出脉冲的频率逐步增加，每次逐渐增加△f，脉冲的频率为f+n△f时，信号值为ADn。

7.根据权利要求2所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：脉冲的初始频率为f+n△f，微处理器输出脉冲的频率逐步减少，每次逐渐减少△f，脉冲的频率为f时，信号值为AD0。

8.根据权利要求2所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：脉冲的初始频率为f+1/2△f，不断增加或减少脉冲频率。

9.根据权利要求2所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，0.01KHz≤△f≤0.5kHz。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的电磁感应测温装置的测温方法，其特征在于，每间隔S秒，重复权利要求1中的步骤一至步骤四，0.01秒≤S≤3000秒。