电磁炉的设计修改毕业设计.docx

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电磁炉的设计修改毕业设计

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目录

第一章  电磁炉简述

1.1电磁炉的组成

1.2电磁炉的分类

1.3电磁炉的特点

第二章工作原理及特性

2.1电磁炉的工作原理

2.2电磁炉的特性

第三章  方案的设计

3.1压力传感器

3.2湿度传感器

3.3信号采集通道

第四章   信号采集

4.1.1 压力信号采集电路

4.1.2 湿度信号采集电路

4.1.3 多路开关

第五章  电磁炉的使用

5.1适用器皿

5.2使用优点

5.3使用缺点

第六章结束语

参考文献

前言

电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。

电磁炉是一种高效节能橱具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。

电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。

由高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。

使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生一交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体，在锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热。

在加热过程中没有明火，因此安全、卫生。

家用电磁炉已有百年，最早源于欧洲，仅供皇家贵族使用，号称炊具中的“皇冠”。

由于其煎、炒、炸、煮、炖无一不能，且其体积小、携带方便，能最大限度地节约厨房空间；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，已改变和产生了烹饮的新模式-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势所趋。

以高新技术为依托，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，磁力线于锅内产生大量涡流，锅内粒子剧烈运动产生热量，瞬间即能获得极高温度，电能变热能转化率高达95%，无明火，不消耗氧气，无燃料废气产生，工作环境清新，智能控制，操作方便，是不受工作场所限制的安全、节能、环保、高效产品，是当今引领潮流的最时尚最提倡的烹饪新模式-无火烹饪，必不可少的产品，此模式现正被广泛釆用。

第一章  电磁炉简述

1.1电磁炉的组成

加热部分：

电磁炉的锅体下面有搁板，下面有励磁线圈。

通过电磁感应产生涡电流对锅体进行加热。

控制部分：

主要有电源开关，温度调节钮，功率选择钮等。

由内部的控制电路来掌控。

冷却部分：

采用风冷的方式。

炉身的侧面分布有进风口和出风口，内部设有风扇。

电气部分：

由整流电路、逆变电路、控制回路、继电器、电风扇等组成。

1.2电磁炉的分类

电磁炉的分类根电磁炉的功率大小可分为家用电磁炉和商用电磁炉两种：

家用电磁炉根据炉头分类，可分为单头炉，双头炉，一电一气，及多头炉：

单头炉工作电压120V-280V，最常见的是1900W-2200w的；双头炉工作电压也是120V-280V，一般单头功率2100W，双头同时工作不超过3500W；一电一气是结合电磁炉和煤气灶的产物，一个炉头可使用传统煤气，另一个炉头使用电磁炉，一般功率2100W；多头炉，一般为两个电磁炉炉头外加一个远红外炉头。

1.3电磁炉的特点

　　功能齐全：

具有以油或可燃气体为燃料德第二代炉具的煎、炒、煮、蒸、炖、焖、扒、煲等各类烹调功能，特别符合燃料供应不便及安全条件受制场合

　　节省开支：

与第二代炉具相比，可节省能源开支约60%。

　　提高效率：

与第二代炉具相比，烹饪时间节省30%以上。

　　绿色环保：

无燃烧废气排放，不消耗氧气，无噪音，工作环境清新。

　　操作简便：

一键式操作与数码显示，智能化电脑控制技术具备自动检测锅体，过热及空烧保护，过载保护功能。

　　安全可靠：

无明火燃烧，无废气排放，无燃料泄漏，可避免人员及环境安会隐患，特别适合地下室，高层建军筑等厨房。

　　改善环境：

无明火燃烧，减少热量散发。

提高能源使用效率，降低厨房环境温度。

无鼓风机装置，降低厨房噪音。

　　精确温控，大范围功率无级调节，与先进电脑控制技术的运用，可以精确控制烹饪温度。

既节能又保证食品的美味，更重要的是利于中菜菜肴制作标准化的推广

第二章工作原理及特性

2.1电磁炉的工作原理

采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：

电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。

具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。

因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。

工作过程

由于电磁炉是由锅底直接感应磁场产生涡流来产生热量的，因此应该选择对磁敏感的铁来作为炊具，由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。

此外，铁是对人体健康有益的物质，也是人体长期需要摄取的必要元素。

当一个回路线圈通予电流时，其效果相当于磁铁棒。

因此线圈面有磁场N－S极的产生，亦即有磁通量穿越。

若所使用的电源为交流电，线圈的磁极和穿越回路面的磁通量都会产生变化。

当有一导磁性金属面放置于回路线圈上方时，此时金属面就会感应电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能感应的电磁炉

电流越大则所产生的热量就越高，煮熟食物所需的时间就越短。

要使感应电流越大，则穿越金属面的磁通变化量也就要越大，当然磁场强度也就要越强。

这样一来，原先通予交流电的线圈就需要越多匝数缠绕在一起。

因为使用高强度的磁场感应，所以炉面没有电流产生，因此在烹煮食物时炉面不会产生高温，现在非山寨版的电磁炉炉面都是使用了能耐高温的黑晶板，是一种相对安全的烹煮器具。

在使用过程中，因为黑晶板会与锅具接触，会局部产生高温，所以在加热后的一段时间里，不要触摸炉面，以防烫伤。

主要构成电磁炉主要有两大部分构成：

电子线路部分及结构性包装部分。

①电子线路部分包括：

功率板、主机板、灯板（操控显示板）、线圈盘及热敏支电磁炉线圈盘

架、风扇马达等。

②结构性包装部分包括：

瓷板（新型电磁炉有用玻璃面板）、塑胶上下盖、风扇叶、风扇支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、合格证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡通箱。

2.2电磁炉的特性

1、电磁炉系利用线圈盘在控制电路的作用下产生低频（20~25KHZ）之交变磁场，经过导磁性（铁质）锅具产生大量密集涡流,兼有感应电流转化为热量来加热食物，能源效率特高。

2、务必使用铁质、特殊不锈钢或铁烤珐琅之平底锅具，且其锅底直径以12~26厘米为宜。

3、电磁炉附有温度控制器，可防过热，省电又安全。

第三章  方案的设计

3.1压力传感器

选择什么压力传感器

几种压力传感器的比较

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，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。

在了解压阻式力传感器时，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换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，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，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电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构

电阻应变片由基体材料、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。

电阻应变片的工作原理

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体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：

ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）

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，电阻值则会减小。

只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），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，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，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V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0～70℃，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-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。

电气绝缘程度>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（1000OC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）。

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。

3.2湿度传感器

选择什么湿度传感器

几种湿度传感器的比较

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.热敏电阻式湿敏元件

热敏电阻湿度传感器的电路构成原理

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、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。

3.3信号采集通道

系统模块图

电磁炉功能方框图

电磁炉电路方框图

第四章   信号采集

4.1.1压力信号采集电路

压力传感器信号采集电路

图2给卅压力传感器信号采集电路。

它选用了测量范围广，

精度较高，性能价格比好的电阻应变式压力传感器；信号

放大部分采用功耗低，输入失调电压小，线性度好的OP07运

算放大器：

A／D转换模块采用C8051F020内部设置的高速率

12位A／D转换器。

图2中OP07的输出失调电压为2mV，通

过滑动变阻器R8可调节输出失调电压的大小。

主回路原理分析

时间t1~t2时当开关脉冲加至IGBTQ1的G极时,IGBTQ1饱和导通,电流i1从电源流过L1,由于线圈感抗不允许电流突变.所以在t1~t2时间i1随线性上升,在t2时脉冲结束,IGBTQ1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即突变0,于是向C3充电,产生充电电流i2,在t3时间,C3电荷充满,电流变0,这时L1的磁场能量全部转为C3的电场能量,在电容两端出现左负右正,幅度达到峰值电压,在IGBTQ1的CE极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3~t4时间,C3通过L1放电完毕,i3达到最大值,电容两端电压消失,这时电容中的电能又全部转化为L1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即突变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于IGBT内部阻尼管的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、IGBT阻尼管回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时IGBTQ1的UE为正,UC为负,处于反偏状态,所以IGBTQ1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到t5时IGBTQ1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1~i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f（20KHz~30KHz）相同的交流电流。

t4~t5的i4是IGBT内部阻尼管的导通

电流,在高频电流一个电流周期里,t2~t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3~t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4~t5的i4是L1两端电动势反向时,因的存在令C3不能继续反向充电,而经过C2、IGBT阻尼管回流所形成的阻尼电流,IGBTQ1的导通电流实际上是i1。

IGBTQ1的VCE电压变化:

在静态时,UC为输入电源经过整流后的直流电源,t1~t2,IGBTQ1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,IGBT阻尼管导通,UC为负压（电压为阻尼二极管的顺向压降）,t2~t4,也就是LC自由振荡的半个周期,UC上出现峰值电压,在t3时UC达到最大值。

以上分析证实两个问题:

一是在高频电流的一个周期里,只有i1是电源供给L的能量,所以i1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1~t2的时间就越长,i1就越大,反之亦然,所以要调节加热功率,只需要调节脉冲的宽度;二是LC自由振荡的半周期时间是出现峰值电压的时间,亦是IGBTQ1的截止时间,也是开关脉冲没有到达的时间,这个时间关系是不能错位的,如峰值脉冲还没有消失,而开关脉冲己提前到来,就会出现很大的导通电流使IGBTQ1烧坏,因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。

振荡电路

（1）当PWM点有Vi输入时、V7OFF时（V7=0V）,V5等于D6的顺向压降,而当V5

（2）当V5>V6时,V7转态为OFF,V6亦降至D6的顺向压降,而V5则由C16、D6放电。

（3）V5放电至小于V6时,又重复

（1）形成振荡。

“G点输入的电压越高,V7处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小”。

IGBT激励电路

振荡电路输出幅度约4.1V的脉冲信号,此电压不能直接控制IGBT的饱和导通及截止,所以必须通过激励电路将信号放大才行,该电路工作过程如下:

（1）V8OFF时（V8=0V）,V8

（2）V8ON时（V8=4.1V）,V8>V9,V10为低,Q81截止、Q4导通,+18V通过R23、Q4和Q1的E极加至IGBT的G极,IGBT导通。

PWM脉宽调控电路

CPU输出PWM脉冲到由R30、C27、R31组成的积分电路,PWM脉冲宽度越宽,C28的电压越高,C29的电压也跟着升高,送到振荡电路（G点）的控制电压随着C29的升高而升高,而G点输入的电压越高,V7处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小。

“CPU通过控制PWM脉冲的宽与窄,控制送至振荡电路G的加热功率控制电压，控制了IGBT导通时间的长短,结果控制了加热功率的大小”。

同步电路

 市电经整流器整流、滤波后的310V直流电，由R15+R14、R16分压产生V3,R1+R17、R28分压产生V4,在高频电流的一个周期里,在t2~t4时间（图1）,由于C14两端电压为上负下正,所以V3V5,V7OFF（V7=0V）,振荡没有输出,也就没有开关脉冲加至Q1的G极,保证了Q1在t2~t4时间不会导通,在t4~t6时间,C3电容两端电压消失,V3>V4,V5上升,振荡有输出,有开关脉冲加至Q1的G极。

以上动作过程,保证了加到Q1G极上的开关脉冲前沿与Q1上产生的VCE脉冲后沿相同步。

 加热开关控制

（1）当不加热时,CPU17脚输出低电平（同时CPU10脚也停止PWM输出）,D7导通,将LM3399电压拉低,振荡停止,使IGBT激励电路停止输出,IGBT截止,则加热停止。

开始加热时,CPU17脚输出高电平,D7截止,同时CPU10脚开始间隔输出PWM试探信号,同时CPU通过分析电流检测电路和VAC检测电路反馈的电压信息、VCE检测电路反馈的电压波形变化情况,判断是否己放入适合的锅具,如果判断己放入适合的锅具,CPU10脚转为输出正常的PWM信号,电磁炉进入正常加热状态,如果电流检测电路、VAC及VCE电路反馈的信息,不符合条件,CPU会判定为所放入的锅具不符

（2）或无锅,