專利名稱：利用電飯煲釀酒的方法與其控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及ー種電加熱裝置的溫度控制電路，與負(fù)載一起串聯(lián)在交流電路中作為電子開關(guān)用，屬于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域。對(duì)于釀酒過(guò)程的溫度值把握，也與生物技術(shù)相關(guān)。
ニ.
背景技術(shù)：
家庭里的電加熱器具已經(jīng)十分普及，如電飯煲、電熱水器、電開水壺、電磁爐、電熱毯等，人們的生活也從中受著便利。雖然電熱器具眾多，但是仍存在ー些需要恒溫的操作的事務(wù)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的電熱器具，如家庭釀制米酒、面粉發(fā)酵等。通常，這些工作是完全依靠經(jīng)驗(yàn)，利用發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行自然保溫，來(lái)達(dá)到制作目的。但這種自然保溫很難進(jìn)行有效控制，尤其在發(fā)酵初期以及較為極端的環(huán)境下，制作質(zhì)量難以保證，缺乏制作經(jīng)驗(yàn)的人更加不好把握品質(zhì)，甚至于出現(xiàn)微生物污染導(dǎo)致不能食用。發(fā)酵的質(zhì)量與發(fā)酵菌種有關(guān)系外， 還與發(fā)酵過(guò)程的溫度密切相關(guān)。如家庭釀制甜酒釀時(shí)，當(dāng)實(shí)際發(fā)酵溫度明顯超出其最適發(fā)酵溫度吋，發(fā)酵菌種的酶體系活性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致米中的淀粉難以分解為小分子糖以及進(jìn)ー步水解為こ醇。相反會(huì)造成乳酸和こ酸等次級(jí)產(chǎn)物的大量生成，從而影響酒釀的風(fēng)味。如果溫度控制得當(dāng)，不但能夠保證酒釀風(fēng)味，還可以有效抑制雜菌的生長(zhǎng)。實(shí)際上釀制過(guò)程的溫度掌握是釀制質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，如果利用電熱器具針對(duì)性地控制釀制溫度，則不管有、無(wú)釀制經(jīng)驗(yàn)的人員，都能很容易制作出各自理想的食品。當(dāng)然，家庭也不需要每天釀酒，只是偶爾改善一下口味。正因?yàn)槿绱?，市?chǎng)上也沒(méi)有專用電熱器具出售，造成了家庭食品制作設(shè)備的ー個(gè)空缺。目前，許多家庭的家用電器不斷更新，如有很多電飯煲因?yàn)槠涔δ苈浜?、?nèi)膽涂層損傷、污垢嚴(yán)重等多種非質(zhì)量原因被淘汰下來(lái)，而其加熱功能、安全性能等都沒(méi)有缺陷，丟棄顯得有些可惜，擱置又嫌麻煩。其實(shí)電飯煲的結(jié)構(gòu)上決定了它具有很好的保溫性能和安全性能，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改裝，完全可以成為一個(gè)恒溫釀酒罐。本人改裝了幾個(gè)，使用效果良好，很受歡迎。使閑置家里的舊物得以利用，關(guān)鍵是操作簡(jiǎn)單，性能可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。現(xiàn)在食品安全也是ー個(gè)客觀存在的問(wèn)題，由于多種經(jīng)歷使得自己對(duì)市場(chǎng)上的許多酒精制品實(shí)在不敢恭維，而食用自己釀制的米酒從來(lái)沒(méi)有過(guò)不適的感覺(jué)。可見(jiàn)若家庭自己釀制米酒，其衛(wèi)生質(zhì)量更加容易得到保證。本專利所涉及的基礎(chǔ)就是利用電飯煲改裝成釀酒罐的恒溫控制電路模塊和方法，適用于家庭制酒、制醋、食品發(fā)酵等，也適用于實(shí)驗(yàn)室酵母培養(yǎng)、食用菌種類培養(yǎng)等場(chǎng)合。家庭釀制米酒在民間有著悠久的歷史，所釀制的米酒是ー種民眾喜愛(ài)的食品。除了米酒之外，還有許多其他發(fā)醇食品。家庭里配備ー個(gè)恒溫發(fā)醇罐，可以在一定程度上提高生活品質(zhì)。因此，本專利所涉及的裝置與方法必定會(huì)有很好的推廣前景。
三.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)于電飯煲的加熱功率、保溫溫度進(jìn)行控制，由自己所設(shè)計(jì)的具有緊湊結(jié)構(gòu)、安裝方便的專用模塊連接于原電路中。從技術(shù)層面上看，具有以下內(nèi)容特點(diǎn)
在原有電飯煲電路的基礎(chǔ)上，插入ー個(gè)電子控制模塊，與電飯煲原有的電加熱器、保溫開關(guān)串聯(lián)在一起，如附圖I所示，以降低加熱功率，控制加熱電路的通或斷，恒定電飯煲內(nèi)腔的溫度。電子控制模塊由限流取電電路、穩(wěn)壓電路、溫度傳感電路，電壓比較電路，無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)開關(guān)電路等組成。由熱敏電阻獲取溫度信息并轉(zhuǎn)換成電壓，再通過(guò)定值電壓比較器比較后輸出，控制由晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)開關(guān)的通或斷。晶閘管的導(dǎo)通角被設(shè)定在90°左右，最好控制在70° 110°之間，使得能夠兼顧模塊自身取電和電飯煲加熱兩個(gè)需要，具有從串聯(lián)負(fù)載的回路中自取電功能。電子控制模塊自身的工作電壓依靠電容限流，再經(jīng)過(guò)濾波穩(wěn)壓后獲得。溫度傳感、控制電路等組成一體結(jié)構(gòu)，集成在一塊電路板上，控制模塊外連部分只有兩個(gè)接線端、一個(gè)導(dǎo)熱兼位置固定螺絲孔。具有以上特征性的電子控制模塊電原理圖如附圖2所示。其中的晶閘管T2可以是單向晶閘管也可以是雙向晶閘管。整個(gè)電子控制模塊安裝于電飯煲的加熱盤低部導(dǎo)熱柱上，與原有的保溫開關(guān)固定在一起。電子控制模塊的頂部視圖和底部視圖如圖3所示，其安裝位置如附圖4所示。電子控制模塊有降低電熱器具加熱功率的作用，由控制晶閘管導(dǎo)通角的方法實(shí) 現(xiàn)，一般降至原加熱功率的四分之一左右。這樣做有ニ個(gè)目的一是用來(lái)減緩?fù)娖陂g升溫的速度，使溫度更趨于平穩(wěn)；ニ是在交流電的每ー個(gè)周期，使晶閘管都留出截止的時(shí)間段，這段時(shí)用來(lái)為模塊自身供電，如附圖5中的b至t2時(shí)間段。這ー時(shí)間段由R8X4和T1組成的延時(shí)觸發(fā)完成(參考附圖2)， \是雙向觸發(fā)ニ極管。這是ー個(gè)雙向晶閘通用的觸發(fā)電路，隨著輸入的交流電壓增大時(shí)，通過(guò)R8向定時(shí)電容C4充電，C4上電壓上升。當(dāng)C4上的電壓升至約33V時(shí)，雙向觸發(fā)ニ極管T1被擊穿，定時(shí)電容C4中所儲(chǔ)存的電荷通過(guò)T1、晶閘管T2觸發(fā)端放電，晶閘管T2被開通，如附圖5中的t2至t3時(shí)間段。交流電壓過(guò)零吋，晶閘管再次被關(guān)閉。本發(fā)明有別于一般電路工作方式的特征是將晶閘管的導(dǎo)通角控制在90°左右，設(shè)計(jì)中R8、C4.數(shù)分別確定為240kQ、0. lyF。若將R8取為200k Ω也可以很正常地工作，實(shí)際使用中只要在這ー參考值附近就可以。這樣，延時(shí)觸發(fā)的時(shí)間約為交流電的四分之一周期，即5毫秒左右。由于采用了這種控制晶閘管導(dǎo)通角的方法，使得電子控制模塊能夠串聯(lián)在加熱回路中，既可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)的作用，又可以獲取自身電路工作所需的電壓。對(duì)于電子控制模塊電路的自身供電采用電容限流方式獲取。因電容器在工作時(shí)不消耗電功率，使得模塊自身功耗較小，發(fā)熱量較小，工作可靠。限流電容上的電流超前交流電壓90°，再加上本發(fā)明中將晶閘管導(dǎo)通角控制在90°左右，這樣，在交流電的半個(gè)周期即180°內(nèi)都可以通過(guò)限流電容提供電流，供電電流的時(shí)間利用率達(dá)到最高，限流電容的容量可以降至最小。交流電壓與加熱狀態(tài)下限流電容上電流的相位關(guān)系如圖5的波形曲線所示。實(shí)際限流電容規(guī)格取為O. lyF/630V，這樣，在為模塊自身提供足夠工作電流的同時(shí)，還可以留出一定的裕量，保證在電網(wǎng)電壓有所降低時(shí)也能正常工作。電容量確定的依據(jù)如下限流電容器容抗為:ル在半個(gè)周期內(nèi)，電容上電流的有效值為zC =て夂=ニy = 6.8 —。平均到整個(gè)周期
的平均電流約為3. 4mA，足夠控制電路的用電需要。以上也就是采用電容限流方法的原因，如果采用電阻限流必定會(huì)造成自身功耗過(guò)大，直接影響測(cè)溫效果，甚至于損壞模塊。若采用其他電源電路，則成本増加，體積増大，都不是理想的選擇。電壓比較器LM393的輸出為集電極開路形式，可以直接連接含有延時(shí)觸發(fā)功能的晶閘管觸發(fā)電路R8X4和1\。ニ極管D4是用于交流電壓負(fù)半周期間，短接定時(shí)電容，使之無(wú)法再觸發(fā)晶閘管開通。即交流電 壓負(fù)半周期間，晶閘管處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，ニ極管D4的引入，使得電壓比較器輸出端不會(huì)被加上反向電壓，保護(hù)了電壓比較器免遭損壞。這ー處理方式也是本發(fā)明區(qū)別于其他控制電路的ー個(gè)特征。由此也可見(jiàn)，使用雙向晶閘管和使用單向晶閘管的效果是ー樣的。模塊的位置固定部件與熱傳遞部件合為一體，位于電路板的一個(gè)邊角上，使得他能夠用螺絲直接擰在電飯煲加熱盤為保溫開關(guān)而設(shè)置的導(dǎo)熱柱上，如附圖2所示。這種處理方式使得安裝簡(jiǎn)便，并且熱傳導(dǎo)性能可靠，溫度變化的感知速度快且可靠。由熱敏電阻感知導(dǎo)熱部件傳遞過(guò)來(lái)的溫度，轉(zhuǎn)換成電壓的變化，再由電壓比較器LM393輸出。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，比較器輸出口開路，晶閘管按照預(yù)定的導(dǎo)通角開通，電飯煲處于加熱狀態(tài)。被加熱的食品和測(cè)溫部件分置于電熱盤的兩側(cè)，熱量擴(kuò)散基本對(duì)稱，但感溫部件的熱容量小，其溫度會(huì)改變得快ー些。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，比較器輸出低電平，關(guān)閉晶閘管，電飯煲不再加熱。但由于傳遞的熱慣性，感溫部件的溫度還會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)上升，這就是電壓比較電路沒(méi)有設(shè)置滯回特性，而實(shí)際控制仍然有滯回效果的原因。由于被加熱食品的熱容量較大，他的溫度波動(dòng)較小，基本為恒定值。電飯煲原有的保溫開關(guān)仍然被用作ニ級(jí)保護(hù)，防止控制模塊工作失常等原因?qū)е挛ｋU(xiǎn)溫度的出現(xiàn)。因此，本發(fā)明從器材的利用到低溫溫度控制模塊的結(jié)構(gòu)、改裝方法都具有新穎性，并且，被加熱食品可以做到±0.5°C以內(nèi)的溫度波動(dòng)范圍。因?yàn)楸氐臏囟鹊?，?shí)際耗電量較少，一般不超過(guò)low電用器的耗電量。
四.


I.電子控制模塊與原電飯煲電路的電氣連接圖說(shuō)明附圖I所示電氣原理圖表明電子控制模塊在原來(lái)電路中的接入方式，與保溫開關(guān)、加熱器相串聯(lián)。電飯煲原來(lái)的兩個(gè)指示燈分別接在電子控制模塊的前、后，用作電源指示燈和加熱指示燈，或者按其他需要的方式連接指示燈。2.電子控制模塊的電原理圖說(shuō)明附圖2是電子控制模塊的電原理圖，屬于比較通用的一類電路，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)単，可以說(shuō)是最簡(jiǎn)潔、可靠的。電路包括限流取電電路、穩(wěn)壓電路、溫度傳感電路，電壓比較電路，無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)開關(guān)電路等部分。R9是電飯煲的加熱盤，作為控制電路的負(fù)載，不包括在控制模塊中。C3和Di、D2、R7組成電容限流型半波整流電路，向控制電路提供直流電壓；C2、R6、Q、D3構(gòu)成濾波穩(wěn)壓電路、和ICia組成橋式電壓比較電路，其中Rt是熱敏電阻，由他來(lái)獲取溫度信息，電阻間的比值決定了恒定的溫度值；R8、C4和T1是導(dǎo)通角控制電路；T2是晶閘管，負(fù)責(zé)加熱器的通電與斷電，也就是ー個(gè)無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)；ニ極管D4用于關(guān)閉交流電壓負(fù)半周期時(shí)間內(nèi)晶閘管，同時(shí)保護(hù)電壓比較器輸出端免遭負(fù)加入電壓而損壞。技術(shù)要點(diǎn)在于器件參數(shù)的設(shè)置方面。3.圖3是電子控制模塊的頂面視圖和底面視圖?？刂颇K的導(dǎo)熱片用大小合適的接線鼻焊接在線路板的底部，熱敏電阻再夾在接線鼻的夾片中。為了確保用電安全，熱敏電阻與接線鼻夾片間墊有一片導(dǎo)熱絕緣材料?？刂茰囟任⒄{(diào)電位器位于線路板的頂部。4.電子控制模塊在電飯煲底部的安裝位置圖說(shuō)明各類電飯煲的底部都有一個(gè)導(dǎo)熱柱，原來(lái)是用以固定保溫開關(guān)的，他的表面能夠很好地反映加熱盤的溫度。因此，用螺絲將電子控制模塊的導(dǎo)熱部件直接壓在這一導(dǎo)熱柱上，即可獲取溫度信息，又可以固定電子控制模塊。附圖4是電飯煲內(nèi)部的底部視圖，表明電子控制模塊的安裝位置，上面分布有多個(gè)元件的是電子控制模塊，他擱在保溫開關(guān)的固定片上方，與保溫開關(guān)一起固定于加熱盤的導(dǎo)熱柱上。5.附圖5是晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的電壓波形曲線和加熱狀態(tài)下限流電容上的電流波形曲線。電壓曲線上b 、和、 t2時(shí)間段電壓值不為零，說(shuō)明晶閘管沒(méi)有導(dǎo)通；t2 t3時(shí)間段電壓值為零，晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通時(shí)間大約為四分之一周期。電壓、電流曲線相互對(duì)比，可以反映出兩者之間的相位關(guān)系，在晶閘管導(dǎo)通前，限流電容上 有基本完整的半周期電流波形，說(shuō)明當(dāng)時(shí)處于最大的供電能力上。6.圖6是控制模塊線路板布線參考圖，圖中采用單面板布線。
五.
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明所確定的電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合加熱器的原額定功率，所選用的晶閘管額定電流參數(shù)應(yīng)該大于原電飯煲的額定電流。比如對(duì)于700W的電飯煲，其額定電流為3. 2A，則應(yīng)該選擇5A以上的晶閘管。晶閘管耐壓從理論上看400V耐壓已附合要求，但為了提高抵抗浪涌電壓能力，以600V耐壓為好。半導(dǎo)體熱敏電阻采用IOk小型圓珠狀或圓柱狀的，便于固定在控制模塊的導(dǎo)熱部件上。熱敏電阻體周圍最好填充導(dǎo)熱硅脂，增強(qiáng)熱傳遞效果。電阻R7和R8的標(biāo)稱功率不小于O. 5W。根據(jù)本發(fā)明所對(duì)應(yīng)的改裝方案，應(yīng)該確保用電安全。首先，電飯煲本身必須有良好的用電安全性。安裝控制模塊時(shí)，除導(dǎo)熱片外，線路板的其他部分必須與電飯煲殼體間有良好的絕緣隔離措施。所連接的導(dǎo)線應(yīng)該加絕緣保護(hù)套?？刂颇K線路板采用具有良好的絕緣能力的板基材料，如環(huán)氧樹脂板基等。在控制ホ吳塊線路板線路布局中，導(dǎo)熱片與線路的間距必須大于2mm?？刂齐娐愤B通了交流電網(wǎng)電路，檢修時(shí)不要帶熱電操作。改接加熱電路過(guò)程中，可以斷開保溫開關(guān)的一個(gè)接線端，串聯(lián)方式接入控制模塊。同吋，最好拆除電飯煲燒煮開關(guān)的連接線，防止因?yàn)橐馔舛箿囟冗^(guò)高。電飯煲線路改裝好之后，通電試驗(yàn)，加熱指示燈會(huì)間隙點(diǎn)亮。最后，通過(guò)改變模塊中的可變電阻R1阻值，可以微調(diào)恒定溫度值，將溫度調(diào)定在27 32°C內(nèi)的某ー數(shù)值上。如果需要更高的溫度，可以適當(dāng)減小R2的阻值。如果要在外部調(diào)節(jié)溫度，可以用將一個(gè)電阻串聯(lián)電位器后，并聯(lián)在R2上，對(duì)于一般家庭不建議采用此方案。如果要對(duì)溫度進(jìn)行程序操作，則需要在模塊中増加低功耗單片機(jī)幫助處理。經(jīng)過(guò)改裝后，就成為了ー個(gè)恒溫發(fā)酵罐。控制模塊中限流電容參數(shù)取為O. I μ F/630V是以220V/50Hz交流電網(wǎng)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的，因此該電子控制模塊適用于220V/50HZ交流電網(wǎng)供電的電熱器具。適合不需要全功率工作的電熱器具的改裝。米酒的釀制將煮熟的米飯經(jīng)冷卻后，放入大小合適的容器中，與適量的酵母菌攪拌均勻、壓實(shí)，連同容器一起放置于該釀酒電飯煲的內(nèi)膽中，再通電保溫。若在該電飯煲頂部蓋ー些保溫材料，可以進(jìn)一歩降低耗電量。以后不需要任何操作，經(jīng)過(guò)24小時(shí)后即可直接食用。釀制時(shí)間越長(zhǎng)，則酒精
除了釀制米酒，還可以發(fā)酵面粉等，操作方法與釀酒類似，只是面粉發(fā)酵吋，體積會(huì)膨脹，需要預(yù)先留出足夠大的空間。
權(quán)利要求
1.ー種利用電飯煲釀酒的方法及其控制裝置，其特征是交流電路中附加電子控制模塊與電飯煲原有的電加熱器、保溫開關(guān)串聯(lián)在一起，以降低加熱功率，控制加熱電路的通或斷，恒定電飯煲內(nèi)腔的溫度；電子控制模塊由限流取電電路、穩(wěn)壓電路、溫度傳感電路，電壓比較電路，無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)開關(guān)電路等組成；由半導(dǎo)體熱敏電阻獲取溫度信息并轉(zhuǎn)換成電壓，再通過(guò)定值電壓比較器比較后輸出，控制由晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)開關(guān)的通或斷；晶閘管的導(dǎo)通角被設(shè)定在70° 110°之間；電子控制模塊自身的工作電壓依靠電容限流，再經(jīng)過(guò)濾波穩(wěn)壓后獲得；溫度傳感、控制電路等組成一體結(jié)構(gòu)，集成在一塊電路板上，控制模塊外連部分只有兩個(gè)接線端，熱傳導(dǎo)片與定位孔合ニ為一；整個(gè)電子控制模塊安裝于電飯煲的加熱盤低部導(dǎo)熱柱上，與原有的保溫開關(guān)固定在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用電飯煲釀酒的方法及其控制裝置，利用電飯煲改裝或增加釀酒功能，在電飯煲原來(lái)的交流電路中添加ー個(gè)能夠與負(fù)載串聯(lián)工作的獨(dú)立電子控制模塊，控制模塊只的兩個(gè)外部接線端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用電飯煲釀酒的方法及其控制裝置，無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)采用單向晶閘管或雙向晶閘管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用電飯煲釀酒的方法及其控制裝置，晶閘管的導(dǎo)通角被控制在90°左右，且相對(duì)于控制電路的地線，在交流電壓正半周期間才有可能被觸發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用電飯煲釀酒的方法與其控制模塊，解決家庭釀酒過(guò)程中的保溫問(wèn)題。利用電飯煲的電加熱功能，再增加一個(gè)專門設(shè)計(jì)的電子恒溫控制模塊，串聯(lián)于電飯煲原來(lái)的交流電路中，降低電飯煲的加熱功率，控制加熱電路的通或斷，使得內(nèi)部溫度恒定在適合釀酒的指標(biāo)上。電子恒溫控制模塊包含穩(wěn)壓電路、溫度傳感電路，電壓比較電路，無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)開關(guān)電路等，由熱敏電阻獲取溫度信息并轉(zhuǎn)換成電壓，通過(guò)電壓比較器比較后輸出，控制由晶閘管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)開關(guān)的通或斷。控制模塊只有兩個(gè)接線端子與外部電路相連接。溫度傳感器與模塊的線路板集成在一起，結(jié)構(gòu)的整體性好，能夠很方便地將控制模塊安裝于電飯煲的底部。
文檔編號(hào)G05D23/30GK102692939SQ20111007416
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者陳益敏 申請(qǐng)人:陳益敏