徐文武

（杭州电子科技大学理学院，杭州 310018）

1 引言

20纪50年代世界上发明了第一台电饭煲[1,2]，是利用电能转变为热能的炊具，而今已经成为家喻户晓的家用电器，电饭煲的使用缩减了人们花费在煮饭上的时间和精力。电饭煲控制温度的核心器件就是其内装有居里温度为103℃的磁钢和一只双金属片组成的温度控制开关。煮饭时，当温度上升到103℃时，便会自动停止加热，而处于保温状态。现有电饭煲普遍存在只能烧干饭，不能烧稀饭或其他需要焖烧的食物的问题；市场上虽然有些标识可以烧稀饭的电饭煲，依然存在汤水外溢的问题；就是烧干饭时，在加热至100℃~103℃这段时间内，也存在电饭煲内的食物汤水外溢的问题，这过程大约有5min，既浪费电能，又很不卫生。虽然市场上有些高档电饭煲可以避免这些问题[3]，但功能设置程序麻烦、操作复杂、使用成本高。

针对上述缺点，本文设计电饭煲的节电清洁外置附加器，为普通电饭煲增加了可以烧稀饭或其他需要焖烧的食物如猪脚或汤类等的功能，同时还增加了烧干饭全功率加热至100℃时关闭5min后自动通电把饭烧好，电饭煲内的米汤不会外溢出来；具有既节电又清洁卫生及操作方便等优点。一只750W电饭煲5min节省的电能可以点亮10W节能灯6个多小时。

具体做法是：在电饭煲出气口放置温度传感器采集温度，遵照烹调食物先大火后小火的原则，烧稀饭或煲汤类时全功率加热至100℃时，自动转低电压继续加热；烧干饭时全功率加热至100℃时自动关闭5min，然后自动上电全功率加热至103℃，电饭煲会自动停止加热而处于保温状态，杜绝电饭煲内的食物汤水外溢的问题，给清洗者解除了不少的麻烦。该项技术已经获得了国家实用新型专利权。

2 外置附加器电路构成设计

电饭煲的外置附加器设计方框图如图1所示。在图1方框图中，主要部分是温度处理电路、5min的延时电路和控制可控硅导通角大小的电路，从而起到电压调节（电饭煲的火力大小）的功能。温度取样采用负温度系数的热敏电阻，比较运算及延时电路采用DIP-8的LM358运算放大器[3]，内含两个性能完全相同的精密运算放大器、成本低、性能可靠；执行开关或电压调节采用双向可控硅。

2.1 温度取样及温度处理

LM358引脚图及引脚功能图[3,4]如图2所示，温度取样和处理电路入图3所示。

图3电路里，温度传感器Rt0做在一段直径为Φ4mm、长约50mm的铜管内[5]，插于电饭煲的出气孔采集温度，通过测温电路转换成随温度变化的直流电平。R1和R2串联接于+5V电源两端，分压出一个门限电压接运算放大器Y1的负输入端，分压电压取+5V的对半电压，即R1=R2；测温电路内通过温度设置电阻W1设置运算放大器Y1的正输入端的温度电平高低，温度传感器Rt0为负温度系数的热敏电阻，即温度高了，它的电阻值减少，当电饭煲出气孔温度到达设置时，运算放大器Y1的正输入端为高电平，测温电路输出高电平。

2.2 烧稀饭时的电路设计

电饭煲的外置附加器电路原理图如图4所示。

图4中K1-1和K1-2的触点都合上时为烧稀饭状态，这时给电饭煲通电，由于温度还低，运算放大器Y1的正输入端（3）的电平为低于负输入端（2）的电平，运算放大器Y1的输出端（1）为0电平，也低于运算放大器Y2的负输入端（6）的电平，故运算放大器Y2的输出端（7）是低电平，三极管BG处于截至状态，继电器J不动作，为常闭状态，此时的电阻R9接入由电容C4、双向触发二极管DB和双向可控硅T组成的电压调节器电路。由于R9的阻值很小，R9和C4的时间常数很小，双向触发二极管DB基本处于导通状态，即和双向可控硅T也处于导通状态，即电饭煲得到的全电源电压在加热，电饭煲在升温，当电饭煲的出气孔采集温度达到100℃时，运算放大器Y1的正输入端（3）的电平为高于负输入端（2）的电平，Y1输出端（1）为高电平，通过电容C1使Y2的输出端（7）也为高电平，这里接入了直流反馈电阻R6，反馈的直流电压使Y2的正输入出端（5）为更可靠的高电平，从而使Y2的输出端（7）的高电平更可靠，此高电平通过电阻R7加到三极管BG的基极使之导通，继电器J吸合，常开触点使W2接入了由电容C4、双向触发二极管DB和双向可控硅T组成的电压调节器电路，由于W2的阻值可调，和C4组成的时间常数也可调，双向触发二极管DB的导通时间可以改变，也就是改变了双向可控硅T的导通间隔，从而使电饭煲的得电电压可调，即火力的大小，使锅内保持适合焖烧的温度。

2.3 烧干饭时的电路设计

图4中K1-1和K1-2的触点都断开时为烧干饭状态，这时给电饭煲通电，在电饭煲的出气孔采集温度达到100℃时的状态同烧稀饭。不同的是，烧干饭状态下，虽然继电器J吸合，常开触点也使W2接入了电路，但是K1-1的触点是开路的，双向触发二极管DB是不导通的，双向可控硅T也不导通，电饭煲失电，即此时的电饭煲是停止加热的，但是还有热惯性和余热的。锅内食物处于由液态转为气态的阶段，这个过程大约5min的时间，这时电容C1上的电荷通过R3放电，组成最简单的5min的RC放电延时电路，当C1上的电荷放光时，运算放大器Y2的正输入端（5）的电平为低电平，三极管BG处于截至状态，继电器J释放，重新为常闭状态，此时返回到开始烧的状态，即电饭煲得到的全电源电压在加热，电饭煲内继续升温，当电饭煲锅底的温度达到103℃的居里温度时，便会自动停止煮饭，使之处于保温状态。

2.4 电路的调试

电路的调试分三步：首先调温度传感器的采集温度，把L和N端接入220交流电源电压，在RL的插座内插入电饭煲，置温度传感器于100℃的开水中，调微调电阻W1的阻值，使继电器刚刚动作即可；然后调整烧稀饭时的煲电压，把K1-1和K1-2设置为烧稀饭状态，在继电器闭合状态下，调W2使电饭煲两端的电压为55V就可以了；最后是烧干饭的5min延时时间的调试，主要是通过换用电容C1的容量或电阻R3的大小。至此外置附加器调试完毕。

3 实际应用

经过上述调试的附加器就可以使用了，把电饭煲插入附加器的输出插孔，同时把附加器插入220V的电源电压的插座上，再把附加器的温度传感器插入电饭煲的出气孔，选择好烧煮饭型，烧干饭时选择开关拨至“干饭”档，此时全功率加热，至出气孔冒气时，外置附加器会自动关闭电源，由于热惯性这时锅内还在沸腾，慢慢的锅内的米饭成型，这个过程约5min，延时5min后，外置附加器会自动重新接通电源，电饭煲继续全功率加热，直至烧好饭至保温状态，烧出的米饭口感很好。这时看溢水杯中几乎没有汤水，也绝对看不到那烦人的食物残渣在电饭煲盖子上和其他各处的堆积；烧稀饭或其他需要焖烧的食物如猪脚或汤类时选择开关拨至“稀饭”档，此时全功率加热，至出气孔冒气时，外置附加器会自动输出55V左右的电源电压，直至把食物烹调完成。这样长时间慢火候煲出来的汤汁浓味美。

4 结论

本文从节能卫生的角度设计的电饭煲的节电清洁外置附加器为普通电饭煲增加了可以烧稀饭或其他需要焖烧的食物如猪脚或汤类的功能，完全遵照烹调食物先大火后小火的原则，增加了烧干饭全功率加热至100℃时，关闭5min后自动通电把饭烧好，电饭煲内的米汤不会外溢出来，具有既节电又清洁卫生及操作方便等优点。同时750W电饭煲5min节省的电能可以点亮功率10W节能灯6个多小时。现有电饭煲的数量之巨大，可见是多么可观的经济效益。

［1］杭州电子科技大学. 电饭煲节电装置[P]. 中国专利：200720107223.3，2007.

［2］刘修文.实用电子电路图集[M].北京：中国电力出版社，2006：159-162.

［3］佚名.LM358引线脚图及线脚功能图[EB/OL］.http://www.51hei.com/chip/lm358.heml,2007-09-04.

［4］余永权.单片机与家用电器智能技术[M].北京：电子工业出版社，1995：23-25.

［5］张福学.传感器应用及其电路精选（下册）[M].北京：电子工业出版社，1995：12-13.