家用燃气灶防烫提醒功能的应用研究

刘 均 马朝阳 廖玲丽

（杭州德意电器股份有限公司 杭州 311215）

前言

随着人们生活质量的不断提高，越来越多用户重视燃气灶在使用时的安全问题，从熄火保护安全装置[1]到燃气泄露报警[2]、再到带有防干烧[3]功能的出现，越来越多新技术应用到家用燃气灶具[4]上，极大地增加了使用的安全性。然而在用户调研过程中发现，意外烫伤一直是困扰用户的几大难题之一，误触锅支架、火盖则是烫伤的主要原因。用户在清洗过程中，并不能很明确的知道火盖、锅支架等部件是否已经降到可触碰温度范围，从而导致烫伤事件的发生。针对用户在使用过程中或者使用完毕后燃气灶的防烫提醒这一问题点，目前是一个空白区域，未见相应的技术研究及实验测试。

1 防烫提醒功能控制原理

防烫提醒功能主要由温度传感器、防烫指示灯、脉冲控制器组成，控制原理见图1。防烫提醒功能主要是通过温度传感器来感应灶具表面温度的变化，同时反馈给主控制系统，并由主控制系统根据反馈的温度，进而判断是否为高温状态，并通过防烫指示灯来提醒用户。

图1 控制原理方框图

温度反馈过程参数如下：

1）温度传感器放置于灶具玻璃面板正下方，通过检测温度传感器传回的电阻值，检测灶具玻璃面板温度。

2）任意情况下关火后若温度高于40 ℃则指示灯闪烁（最高优先级），若温度高于90 ℃则指示灯常亮。

3）点火后开始计时，并记录温度传感器温度值，若2 min内关火，检测关火时温度传感器温度值，若温升大于2 K，则指示灯主动闪烁10 min。

4）点火2 min后关火，关火后指示灯均主动闪烁20 min，20 min后若温度传感器温度高于40 ℃则继续闪烁至温度降低至40 ℃以下。

5）指示灯闪烁时间最长为40 min。

6）指示灯暂灭时间:暂亮时间=1.5:1。

7）热敏电阻参数：R（25 ℃）=（10±1 %）kΩ，B（25/85）=（3 435±1 %）K，各对应阻值可查询供应商提供的规格书。

2 防烫提醒功能的应用实验测试

2.1 实验方案介绍

将温度探头固定在玻璃面板正下方位置来检测温度，并通过实验来测定灶具台面各部件温度的变化，通过它们不同位置温度差值曲线，来分析各部件到达安全温度所需要的时间，进而来确定反馈给主控制系统温度设定情况，该方案可以通过单个位置的测定来反应多个灶具台面各个部件温度的变化。

2.2 实验过程与分析

实验测试开始前，将燃气灶置于试验检测台，然后用温度采集器（34970A）的9组测温热电偶布置在燃气灶各组件的外表面，即左右锅支架、左右燃烧器火盖、左右炉头、玻璃面板中间上中下三点表面。各取5 kg水倒入两只320 mm实验用锅，分别放置到灶具两个灶眼上，并点火开至最大火力进行加热。

根据燃气灶燃烧时前40 min升温状态和关闭后40 min降温状态，用红外热成像仪（T68-F125）记录灶具台面各部件的温度过程变化，具体结果详见表1。在燃气灶点火升温40 min时高温区域主要集中在燃烧器、锅支架及周围玻璃面板区域，其中红色区域最高温度可达300 ℃，锅支架周围玻璃面板远端蓝色区域温度最低也达70 ℃。关火降温40 min后，燃气灶台面大部分区域均已变蓝，此时温度最高处在锅支架处，最高温度达42 ℃，该温度已为人体可触碰正常温度。燃气灶各部件温度变化曲线图详见图2。

表1 燃气灶升温40 min时和降温40 min时红外热成像图

图2 燃气灶各部件温度变化曲线图

2.3 温度传感器位置确定

根据燃气灶的整体结构考虑，温度传感器与防烫指示灯固定在玻璃面板反面，一方面可以保证温度传感器与玻璃面板的紧密配合，精确地测定该位置温度，而防烫指示灯也可通过玻璃面板背面透光显示；另一方面也有利于对温度传感器、防烫指示灯的位置固定，方便售后维修。由于燃气灶左右灶眼热负荷一致，温度传感器应放置在整个燃气灶面板正中央位置，便于用户观看识别指示灯，本次实验将防烫指示灯设置在玻璃面板正中下方位置，详见图3。

图3 燃气灶温度传感器和指示灯位置图

2.4 温度差值曲线分析

实验过程中记录的温度传感器感测温度与玻璃面板正中测试点温度见表2，根据数据进行曲线分析，见图4。

表2 传感器检测温度与燃气灶各部件温差测试数据表

图4 灶具面板上部各部件与传感器温度差值曲线图

燃气灶锅支架及火盖在加热过程中，与传感器温度差值曲线几乎一致，但各自达到平衡点温度与传感器温度的差值略有差异，锅支架平衡点温度差值最大为160 K左右、火盖平衡点温度差值最大为210 K左右；在降温过程中，锅支架、火盖的温度下降曲线几乎一致，在关火40 min后，锅支架、火盖及传感器温度基本一致，此时的传感器温度为41 ℃。

2.5 防烫指示灯随温度变化曲线

根据燃气灶台面各部件温度变化数据，防烫指示灯显示随传感器温度变化曲线，见图5。

图5 指示灯显示随温度变化曲线图

当传感器温度高于90 ℃时，防烫指示灯保持红灯常亮状态，此时燃气灶台面各部件温度最高；当温度传感器温度高于40 ℃低于90 ℃时，防烫指示灯保持红灯闪烁状态，此时燃气灶台面可能处于升温状态和降温状态，这时燃气灶台面各部件温度仍然较高；当传感器温度低于40 ℃时，防烫指示灯熄灭，此时燃气灶台面温度均已降至安全温度，用户可根据需求进行锅支架、火盖等拿取和清洗工作。

2.6 不同烹饪方式使用场景分析

通过对煎、炸、蒸、炒、煮、炖等不同烹饪习惯分析，发现在进行蒸、炒时，此时燃气灶处于最大火力状态，燃气灶台面各部件锅支架、火盖、玻璃面板温度快速上升，传感器温度与各部件温度差值最小，防烫指示灯保持常亮状态时间最长；在进行煎、炸时，此时燃气灶处于中等火力状态，燃气灶台面各部件温度上升较慢，传感器温度与各部件温度差值曲线较平衡，防烫指示灯保持闪烁状态时间较长；在进行煮、炖时，此时灶具处于小火力状态，灶具台面各部件温度上升最慢，传感器温度与各部件温度差值最大，防烫指示灯保持闪烁状态时间最长。

在进行单边灶眼试验时发现，传感器温度随灶具台面各部件温度变化差异与双边灶眼时的曲线几乎一致，故可认为单、双灶眼试验只改变传感器的温度数值，对传感器温度与灶具台面各部件温度差值曲线无影响。

3 结论

本文通过对防烫指醒功能进行理论分析和大量温升实验，结合红外热成像仪对燃气灶台面各部件的温度变化进行分析，试验过程得出的温度数值相对误差维持在5 %以内，故得出以下结论：

1）燃气灶在使用时，温度上升最快的为火盖，其次为锅支架，最后为玻璃面板，火盖、锅支架的温度在开火30 min左右即到达最高温度，玻璃面板在开火后40 min左右到达最高温度；燃气灶在关闭后，前15 min火盖、锅支架温度下降的最快，15 min后火盖、锅支架、玻璃面板温度下降曲线几乎一致。

2）燃气灶在升温与降温过程中，台面各部件与传感器温度差值曲线几乎一致，故灶具台面各部件温度可根据传感器温度变化来进行反应，进而反馈给主控制系统，从而实现防烫指示灯的显示。

3）当传感器温度高于90 ℃时，指示灯保持常亮状态；当传感器温度高于40 ℃小于90 ℃时，指示灯保持闪烁状态；当传感器温度低于40 ℃时，指示灯熄灭。