專利名稱：液體加熱沸騰的模糊控制方法及控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體加熱沸騰的模糊控制方法及控制器，特別是一種用于具有固定沸點(diǎn)的液體加熱至沸騰的模糊控制方法及按照這種方法設(shè)計(jì)的控制器。
背景技術(shù)：
液體加熱的溫度控制方法各種各樣，有些是要求加熱至某一特定溫度，有些是要求加熱至沸騰，被加熱的液體通常狀況下都具有固定的沸點(diǎn)，例如，水的沸騰溫度和汽化溫度理論值都是100℃。
常見(jiàn)的電熱類家用電器中，用于液體加熱的電器主要有電開(kāi)水器、電茶壺、電熱開(kāi)水瓶、咖啡壺、快速電熱水壺和電熱水器等等；其中主要的溫度控制器有熱電偶溫控器、雙金屬機(jī)械溫控器、金屬變形碟片式溫控器和電子式或微電腦控溫器等等。這些溫度控制器在電熱類家用電器上得到了大量的應(yīng)用，大多數(shù)液體加熱電熱類電器都要求將液體加熱至沸騰、并進(jìn)行控溫。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，同樣也有需要將液體加熱至沸騰，并保持一段時(shí)間來(lái)消毒及殺菌。
然而，溫控器的控制精度因其材質(zhì)本身、電子元器件制造誤差、溫控器安裝位置及感溫靈敏度等有關(guān)；在實(shí)際應(yīng)用中，用現(xiàn)有的溫度控制器來(lái)控制液體加熱的沸騰溫度，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)被加熱的液體還未達(dá)到沸騰溫度，溫控器就動(dòng)作，進(jìn)行控溫而不再繼續(xù)加熱，被加熱液體的溫度只是非常接近沸騰溫度，而不能使被加熱液體加熱至沸騰；或者當(dāng)被加熱液體已經(jīng)沸騰，還不能控溫而繼續(xù)加熱，使被加熱液體大量汽化，并浪費(fèi)大量能源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種液體加熱沸騰的模糊控制方法，及按照這種控制方法設(shè)計(jì)的控制器，它的原理是根據(jù)液體加熱至沸騰時(shí)，被加熱液體的溫度升高速度逐漸變慢，直至當(dāng)達(dá)到或接近液體沸騰溫度時(shí)，溫度幾乎不再變化的原理，通過(guò)傳感器測(cè)溫及采樣，按照模糊邏輯的規(guī)則，判斷被加熱液體是否沸騰，當(dāng)滿足被加熱液體沸騰的條件時(shí)，控制加熱器停止加熱，從而達(dá)到控制將液體加熱至沸騰的目的。
按此目的設(shè)計(jì)的一種液體加熱沸騰的模糊控制方法，該方法利用溫度傳感器測(cè)量被加熱液體的初始溫度，然后在恒定功率下進(jìn)行加熱，使該液體溫度上升到一個(gè)預(yù)加熱溫度Ty，溫度傳感器于最開(kāi)始獲得液體的初始溫度值t0，然后將t0與液體沸騰溫度Tf或預(yù)加熱溫度Ty進(jìn)行比較后，再繼續(xù)進(jìn)行加熱；按照程序預(yù)設(shè)的采樣周期測(cè)量被加熱液體的溫度，計(jì)算加熱過(guò)程的加熱升溫速度，通過(guò)加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，并根據(jù)加熱升溫速度確定達(dá)到預(yù)加熱溫度Ty或液體溫度達(dá)到Tf需要的加熱時(shí)間，并繼續(xù)此加熱過(guò)程的周期采樣，然后比較加熱過(guò)程的升溫速度，最后計(jì)算出液體沸騰的隸屬度函數(shù)值，通過(guò)模糊規(guī)則判定液體是否沸騰；其中的Ty＝1/k Tf，一般k＞1.5。
首先，被加熱液體與溫度傳感器取得熱平衡，加熱器先不加熱，傳感器能真實(shí)感應(yīng)被加熱液體的初始溫度，并取得一個(gè)初始溫度值t0，以作為后面模糊推理的依據(jù)。
該方法利用溫度傳感器測(cè)量被加熱液體在恒定功率下進(jìn)行加熱的溫度，將初始溫度值t0與液體沸騰溫度Tf或預(yù)加熱溫度Ty進(jìn)行比較，區(qū)分是液體的冷態(tài)加熱還是已沸騰液體的再加熱。
當(dāng)被加熱液體的初始溫度t0低于預(yù)加熱溫度點(diǎn)Ty時(shí)，則開(kāi)始連續(xù)加熱，按照程序預(yù)設(shè)固定的采樣周期測(cè)量被加熱液體的溫度，加熱到預(yù)加熱溫度點(diǎn)Ty，并計(jì)算加熱過(guò)程的升溫速度，通過(guò)加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，并根據(jù)加熱升溫的速度確定達(dá)到預(yù)加熱溫度點(diǎn)以后，繼續(xù)以后的加熱過(guò)程及其采樣周期；在Ty以上加溫過(guò)程記錄升溫速度；當(dāng)傳感器測(cè)得的被加熱液體溫度在預(yù)加熱溫度點(diǎn)Ty，Ty＝1/k Tf和可判斷為已沸騰液體再加熱的溫度Tf-ε之間時(shí)，可在初始溫度數(shù)值上，加熱到溫度低于或等于Tf-ε的溫度增量，并計(jì)算加熱過(guò)程的升溫速度，通過(guò)此加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，并根據(jù)加熱升溫的速度確定后面加熱過(guò)程的采樣周期，其中的Ty≤1/k Tf，k＞1.5，ε為一較小的溫度值，ε≤5℃。
當(dāng)溫度傳感器測(cè)得被加熱液體的初始溫度接近于沸騰溫度Tf-ε時(shí)，則可判定是已沸騰液體的再加熱，加熱升高一個(gè)溫度增量，記錄溫度增量的時(shí)間，再計(jì)算加熱至完全沸騰的時(shí)間，并再加熱，按照已沸騰液體再加熱的程序控制，加熱到接近沸騰溫度時(shí)，根據(jù)升溫速度，再確定一個(gè)加熱至沸騰的加熱時(shí)間；液體在恒定功率下進(jìn)行加熱時(shí)，可按以下模糊規(guī)則進(jìn)行判定啟動(dòng)加熱后，若溫度傳感器測(cè)得液體的初始溫度t0＜1/k Tf，則加熱至預(yù)加熱溫度，根據(jù)加熱的速度，確定后面繼續(xù)加熱的測(cè)溫采樣周期，在1/k Tf以上加熱過(guò)程記錄升溫速度；啟動(dòng)加熱后，若溫度傳感器測(cè)得液體的初始溫度1/k Tf≤t0＜Tf-ε，則加熱到溫度低于Tf-ε的一個(gè)溫度增量值，根據(jù)液體加熱溫度升高的速度，確定后面加熱的測(cè)溫采樣周期，再記錄升溫速度；啟動(dòng)加熱后，若溫度傳感器測(cè)得液體的初始溫度T0＞Tf-ε，則判定液體為已沸騰過(guò)的液體再加熱，加熱升高一個(gè)溫度增量，記錄溫度增量的時(shí)間，再計(jì)算加熱至完全沸騰的時(shí)間，并再加熱；液體在恒定功率下被加熱時(shí)，開(kāi)始記錄升溫速度，若溫度傳感器按照采樣周期測(cè)得升溫速度，累積計(jì)算的液體沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)＜K，則液體還未沸騰，繼續(xù)加熱；如果μ(ΔT，t)≥K，則判定液體已沸騰，控制加熱器停止加熱，結(jié)束加熱程序并復(fù)位，其中的K＜1。
由于液體在恒定功率下進(jìn)行加熱時(shí)，受環(huán)境溫度的影響，當(dāng)被加熱的液體溫度升高后，散熱的速度逐漸加快，因此，液體加熱過(guò)程中實(shí)際的升溫速度是逐漸變慢的；設(shè)液體加熱到預(yù)加熱溫度Ty，其中Ty＝1/k Tf，一般k＞1.5，最開(kāi)始記錄升溫速度的時(shí)間設(shè)定為t0，有效采樣的時(shí)間集合為{t1，t2，………tn-1，tn}，與此分別測(cè)得的溫升差的集合為{ΔT1，ΔT2，………ΔTn-1，ΔTn}，設(shè)液體加熱升溫速度的平均值為ΔT，按照模糊邏輯的方法，設(shè)液體沸騰的特征函數(shù)為χΔT(t)，液體沸騰的隸屬度函數(shù)為μ(ΔT，t)，則ΔT＝∑ΔTi/n (i＝1，2，……n)χΔT(t)＝ΔTi/ΔT液體沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)＝1-χ ΔT(t)＝1-ΔTi/ΔT在液體加熱過(guò)程中，升溫的速度越來(lái)越慢，特別是接近沸騰時(shí)，因此，ΔTi＜ΔT 其中0＜χΔT(t)≤1從而可以得出0＜μ(ΔT，t)≤1若液體沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)＝1，則ΔTi＝0，可以認(rèn)為液體完全沸騰，即繼續(xù)加熱時(shí)，液體的溫度不再升高，完全處于加熱汽化狀態(tài)。
本發(fā)明在不同的產(chǎn)品上的應(yīng)用，因不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，加熱方法及感溫方法的不同，判定被加熱液體的沸騰的隸屬度可以有不同的數(shù)值，按照本發(fā)明的方法可以設(shè)計(jì)各種不同的控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體加熱沸騰的控制，其主要特征如下按照本發(fā)明提供的控制方法設(shè)計(jì)的液體加熱沸騰的控制器，其結(jié)構(gòu)特征是控制電路中包含有一芯片MCU，MCU分別與溫度采樣電路、加熱器的輸出控制電路和時(shí)鐘電路分別連接。該控制電路的核心部件是單片機(jī)芯片MCU，按照芯片MCU指令系統(tǒng)和液體加熱沸騰控制的模糊規(guī)則，編制的相應(yīng)控制軟件存儲(chǔ)在MCU的ROM中。選用不同的MCU，因指令系統(tǒng)的不同，控制軟件的指定代碼不同，但其實(shí)現(xiàn)的控制功能是相同的。


圖1為恒定加熱功率下，液體加熱至沸騰的溫度變化曲線圖。
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的控制電路原理圖。
圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的控制電路原理圖。
圖4為適用于本發(fā)明的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明中采用NTC溫度傳感器按照預(yù)加熱時(shí)確定的采樣周期測(cè)得被加熱液體的溫升變化，按照模糊規(guī)則判定液體加熱是否已沸騰。從圖中的液體加熱至沸騰的溫度曲線圖中可以看出，當(dāng)液體加熱至接近沸騰時(shí)，單位采樣周期時(shí)間內(nèi)的溫升，比加熱初期的溫升速度慢；當(dāng)其完全沸騰時(shí)，溫升速度接近于零；如繼續(xù)加熱，液體處于汽化狀態(tài)，溫度不再升高。圖1中，Tf為液體沸騰的溫度，t0為被加熱液體的初始溫度，Ty＝1/kTf為預(yù)加熱溫度點(diǎn)，當(dāng)達(dá)到Ty溫度點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始記錄升溫的速度，t0為達(dá)到預(yù)加熱溫度開(kāi)始記錄升溫速度的時(shí)間，t1為第1次采樣周期的時(shí)間，……，ti為第i次采樣周期的時(shí)間；ΔT1為第1次采樣周期測(cè)得的溫升值，也就是在t1與t0這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的溫度的差值，……，ΔTi為第i次采樣周期測(cè)得的溫升值。
為了具體說(shuō)明本控制方法，下面舉例說(shuō)明。
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，將一容器內(nèi)固定容量的水從室溫加熱至沸騰大約需要5分鐘，加熱為恒定功率，控制器在加熱過(guò)程的溫度控制及模糊推理過(guò)程可按以下方法實(shí)現(xiàn)首先，為了使傳感器能真實(shí)感應(yīng)水的初始溫度，并取得一個(gè)初始溫度值，以作為后面模糊推理的依據(jù)，容器中的水溫應(yīng)當(dāng)與溫度傳感器取得熱平衡，加熱器先不工作，靜置30-60秒，得到初始溫度t0。
當(dāng)水的初始溫度t0低于預(yù)加熱溫度點(diǎn)Ty＝50℃時(shí)，則開(kāi)始連續(xù)加熱，按照程序預(yù)設(shè)固定的采樣周期，例如10秒；測(cè)量被加熱水的溫度，加熱到預(yù)加熱溫度點(diǎn)50℃，并計(jì)算加熱過(guò)程的升溫速度，通過(guò)加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱水的容量，并根據(jù)加熱升溫的速度確定達(dá)到預(yù)加熱溫度后，繼續(xù)加熱過(guò)程的測(cè)溫采樣周期，可通過(guò)在不同產(chǎn)品上的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在MCU的軟件里用查表的方法得出，以下是其中的一種根據(jù)預(yù)加熱時(shí)的升溫速度與后續(xù)加熱的采樣周期參考表

以上表中直接給出了預(yù)加熱升溫速度與后續(xù)加熱采樣周期的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在同一個(gè)容器中，不同的水量在恒定功率下加熱的升溫速度相差很大，因此，在后續(xù)的加熱中，應(yīng)采用不同的采樣周期，以便準(zhǔn)確判定液體加熱是否沸騰，并使液體在沸騰后及時(shí)控溫，達(dá)到節(jié)能的目的。
當(dāng)溫度傳感器測(cè)得被加熱液體的初始溫度接近于沸騰溫度Tf，為大于Tf-ε＝95℃時(shí)，則可判定是已沸騰液體的再加熱，按照已沸騰液體再加熱的程序控制，加熱到接近沸騰溫度99℃時(shí)，根據(jù)升溫速度，例如1℃/5秒，再確定一個(gè)固定的加熱時(shí)間為＞5秒，例如再加熱10秒；當(dāng)傳感器測(cè)得的被加熱液體溫度在預(yù)加熱溫度點(diǎn)50℃和可判斷為已沸騰液體再加熱的溫度95℃之間時(shí)，可在初始溫度數(shù)值上，加熱一個(gè)到溫度≤95℃的溫度增量，可選加熱到95℃，并計(jì)算加熱過(guò)程的升溫速度，通過(guò)此加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，并根據(jù)加熱升溫的速度確定后面加熱過(guò)程的采樣周期，查表方法與以上相同。
在后續(xù)加熱至沸騰階段，按照水加熱沸騰的隸屬度函數(shù)來(lái)判定是否加熱至沸騰，在本實(shí)例中，從達(dá)到預(yù)加熱溫度50℃開(kāi)始，記錄升溫速度，設(shè)在預(yù)加熱時(shí)的升溫速度為3.5℃/10秒，則從中查得后續(xù)加熱的采樣周期是8秒；從達(dá)到50℃時(shí)的時(shí)間t0開(kāi)始按照8秒的采樣周期記錄升溫速度，其有效采樣的時(shí)間集合為ti{8秒，16秒，24秒………8n秒}，與此對(duì)應(yīng)測(cè)得的溫升差ΔTi的集合為{2.8℃/8秒，2.8℃/8秒，2.8℃/8秒…2.6℃/8秒，2.6℃/8秒…2.5℃/8秒…2.0℃/8秒，1.2℃/8秒，0.5℃/8秒，0.2℃/8秒}；設(shè)ΔT＝∑ΔTi/n(i＝1，2，……n)＝2.5℃/8秒則判定水是否沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)＝1-ΔTi/ΔT＝1-0.2/2.5＝0.92在本例的MCU軟件中設(shè)定若μ(ΔT，t)＜0.9，則液體還未沸騰，繼續(xù)加熱；如果μ(ΔT，t)≥0.9，則判定水已沸騰，控制加熱器停止加熱，結(jié)束加熱程序，蜂鳴器報(bào)警提示水加熱至沸騰已完成。
因此，水在恒定功率下進(jìn)行加熱時(shí)，可將模糊判定規(guī)則規(guī)納如下
按照水加熱沸騰的隸屬度函數(shù)來(lái)判定是否加熱至沸騰，若μ(ΔT，t)＜0.9，則液體還未沸騰，繼續(xù)加熱；如果μ(ΔT，t)≥0.9，則判定水已沸騰，控制加熱器停止加熱，結(jié)束加熱程序，此時(shí)，蜂鳴器報(bào)警提示水加熱至沸騰已完成。
因此，容器內(nèi)的水在恒定功率下進(jìn)行加熱時(shí)，可將以上的模糊邏輯規(guī)則規(guī)納如下1.啟動(dòng)加熱后，若溫度傳感器測(cè)得液體的初始溫度t0＜50℃，則加熱至預(yù)加熱溫度50℃，根據(jù)加熱的升溫速度，確定后面繼續(xù)加熱的測(cè)溫采樣周期，在50℃以上的加熱過(guò)程記錄升溫速度；2.啟動(dòng)加熱后，若溫度傳感器測(cè)得水的初始溫度50℃＜t0＜95℃，則加熱到溫度95℃，根據(jù)液體加熱溫度升高的速度，確定后面加熱的測(cè)溫采樣周期，再記錄升溫速度；3.啟動(dòng)加熱后，若溫度傳感器測(cè)得液體的初始溫度t0≥95℃，則判定液體為已沸騰過(guò)的液體再加熱，加熱升高到99℃，記錄溫度增量的時(shí)間，再計(jì)算加熱至完全沸騰的時(shí)間，并再加熱；4.水在加熱過(guò)程中，從開(kāi)始記錄升溫速度，若溫度傳感器按照采樣周期測(cè)得升溫速度，累積計(jì)算的水沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)＜0.9，則液體還未沸騰，繼續(xù)加熱；如果μ(ΔT，t)≥0.9，則判定水已沸騰，控制加熱器停止加熱，結(jié)束加熱程序。
根據(jù)上述本發(fā)明的控制方法，本發(fā)明的控制器采用單片機(jī)控制，圖2和圖3為二種可行的設(shè)計(jì)方案。
參見(jiàn)圖2，為可控硅控制液體加熱沸騰的控制電路，該控制電路的核心部件是單片機(jī)芯片MCU。按照芯片MCU指令系統(tǒng)和液體加熱沸騰控制的模糊規(guī)則，編制的相應(yīng)控制軟件存儲(chǔ)在MCU的存儲(chǔ)ROM中。選用不同的MCU，控制軟件的指定代碼不同，但其實(shí)現(xiàn)的控制功能是相同的。啟動(dòng)電源后，按照?qǐng)D1中液體加熱的溫度變化曲線的規(guī)律，傳感器NTC測(cè)得被加熱液體的初始溫度T0，將初始溫度T0進(jìn)行比較后，確定該液體所處于的加熱階段。在預(yù)加熱階段，通過(guò)預(yù)加熱的升溫速度，確定后續(xù)加熱的采樣周期，最后，按照上述的模糊判定規(guī)則確定液體是否沸騰。
芯片MCU的周邊電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的控制功能，芯片MCU與顯示電路、按鍵電路、蜂鳴器提示電路、溫度采樣電路、加熱器的輸出控制電路和時(shí)鐘電路分別電連接。顯示電路用來(lái)指示啟動(dòng)/停止或加熱溫度，時(shí)間的狀態(tài)；在不同的產(chǎn)品，根據(jù)成本控制的要求，也可簡(jiǎn)化為一個(gè)LED狀態(tài)指示燈；按鍵電路是帶開(kāi)/關(guān)基本功能的鍵處理電路；圖上右側(cè)的三極管Q3，電容C3，電阻R9和R10及蜂鳴器BUZ共同組成蜂鳴器提示電路，在啟動(dòng)加熱，停止或加熱沸騰時(shí)的做出提示；溫度采樣電路包括傳感器NTC及三極管Q2，電阻R5、R6、R7和R8，電阻R5一端接入三極管Q2基極，電阻R6和R8一端與三極管Q1集電極相接，電阻R7一端與三極管Q1發(fā)射極相接，其另一端與電阻R8另一端相接。溫度采樣電路用來(lái)測(cè)量被加熱液體的初始溫度，按照采樣周期測(cè)量被加熱液體的溫度；可控硅控制加熱器的輸出控制電路包括可控硅SCR及三極管Q1，電阻R1、R2和R3，電阻R1和R2一端與三極管Q1基極相接，電阻R3與三極管Q1集電極相接，電阻R1另一端與三極管Q1發(fā)射極相接；可控硅SCR接在加熱器所在電路中，其一端接入電阻R3和R4之間；根據(jù)芯片MCU的輸出以控制液體的加熱；加熱器HEATER是液體的恒功率加熱元件，將根據(jù)本發(fā)明依據(jù)的模糊規(guī)則判定液體是否處于沸騰狀態(tài)，若未達(dá)到沸騰溫度時(shí)，進(jìn)行連續(xù)加熱；時(shí)鐘電路包括晶體振蕩器CRY及電容C1和C2，電容C1和C2串接，晶體振蕩器與串接后電容C1和C2并聯(lián)；直流電源電路可用變壓器降壓、整流濾波電路，也可用電阻降壓、整流濾波電路，可視客戶要求而定。
參見(jiàn)圖3，為繼電器控制液體加熱沸騰的控制電路，其基本電路與圖2相同，按鍵電路簡(jiǎn)化為只有開(kāi)/關(guān)基本功能；顯示電路簡(jiǎn)化為L(zhǎng)ED指示燈；繼電器控制加熱器的輸出控制電路包括繼電器RELAY、二極管D11、電阻R11和R12，電阻R11和R12一端與三極管Q1基極相接，二極管D11負(fù)極與三極管Q1集電極相接，繼電器與二極管D11并聯(lián)，其觸點(diǎn)接入加熱器所在電路。為使MCU的顯示驅(qū)動(dòng)電路功能簡(jiǎn)化，成本降低，可選用功能較少的MCU。在實(shí)際應(yīng)用本發(fā)明的控制器電路時(shí)，還可根據(jù)需要，增加熱熔斷器，干燒保護(hù)限溫器，MCU的周邊電路也可作等效變換。
參見(jiàn)圖4，為本發(fā)明中的溫度傳感器NTC剖視結(jié)構(gòu)，傳感器1設(shè)置在一帽子結(jié)構(gòu)的殼體2內(nèi)部頂端處，傳感器1及其連接導(dǎo)線5外部設(shè)置有絕緣套管3，絕緣套管3與殼體2之間設(shè)置有填料層4。
根據(jù)本發(fā)明制作的產(chǎn)品，在電開(kāi)水器、電熱水瓶和咖啡壺等電熱類產(chǎn)品上可用固定式安裝，在快速電水壺和電茶壺等可移動(dòng)加熱容器的電熱類產(chǎn)品上用彈性接觸式安裝，圖4所示的結(jié)構(gòu)可做為可移動(dòng)加熱容器的控溫感應(yīng)裝置。
權(quán)利要求
1.一種液體加熱沸騰的模糊控制方法，其特征是所述的液體加熱至沸騰時(shí)，被加熱液體的溫度升高速度逐漸變慢，當(dāng)達(dá)到液體的沸騰溫度時(shí)，液體汽化，溫度幾乎不再升高，從而按照模糊邏輯的規(guī)則，控制液體加熱至沸騰；該方法利用溫度傳感器測(cè)量被加熱液體在恒定功率下進(jìn)行加熱的溫度，其中的溫度傳感器于最開(kāi)始獲得液體的初始溫度值t0，然后將初始溫度值t0與液體沸騰溫度Tf或預(yù)加熱溫度Ty進(jìn)行比較，區(qū)分是液體的冷態(tài)加熱還是已沸騰液體的再加熱；按照程序預(yù)設(shè)的采樣周期測(cè)量被加熱液體的溫度，計(jì)算加熱過(guò)程的加熱升溫速度，通過(guò)加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，從而確定后續(xù)加熱時(shí)的測(cè)溫采樣周期，然后比較加熱過(guò)程的升溫速度，最后計(jì)算出液體沸騰的隸屬度函數(shù)值，通過(guò)模糊規(guī)則判定液體是否沸騰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體加熱沸騰的模糊控制方法，其特征是所述的液體在恒定功率下進(jìn)行加熱時(shí)當(dāng)被加熱液體的初始溫度t0低于預(yù)加熱溫度點(diǎn)Ty時(shí)，則開(kāi)始連續(xù)加熱，按照程序預(yù)設(shè)固定的采樣周期測(cè)量被加熱液體的溫度，加熱到預(yù)加熱溫度點(diǎn)Ty，并計(jì)算加熱過(guò)程的升溫速度，通過(guò)加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，并根據(jù)加熱升溫的速度確定達(dá)到預(yù)加熱溫度點(diǎn)以后，繼續(xù)以后的加熱過(guò)程及其采樣周期；在Ty以上加溫過(guò)程記錄升溫速度；當(dāng)傳感器測(cè)得的被加熱液體溫度在預(yù)加熱溫度點(diǎn)Ty和可判斷為已沸騰液體再加熱的溫度Tf-ε之間時(shí)，可在初始溫度數(shù)值上，加熱到溫度低于或等于Tf-ε的溫度增量，并計(jì)算加熱過(guò)程的升溫速度，通過(guò)此加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，并由加熱升溫的速度確定后面加熱過(guò)程及其采樣周期；當(dāng)溫度傳感器測(cè)得被加熱液體的初始溫度接近于沸騰溫度Tf-ε時(shí)，則判定是已沸騰液體的再加熱，加熱升高一個(gè)溫度增量，記錄溫度增量的時(shí)間，再計(jì)算加熱至完全沸騰的時(shí)間，并再加熱；按照已沸騰液體再加熱的程序進(jìn)行控制，加熱到接近沸騰溫度時(shí)，根據(jù)升溫速度，再確定一個(gè)加熱至沸騰的加熱時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體加熱沸騰的模糊控制方法，其特征是所述的液體在恒定功率下進(jìn)行加熱時(shí)被加熱液體在達(dá)到預(yù)加熱溫度后，開(kāi)始記錄升溫速度，若溫度傳感器按照采樣周期測(cè)得升溫速度，累積計(jì)算的液體沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)，若μ(ΔT，t)＜K，則液體還未沸騰，繼續(xù)加熱；如果μ(ΔT，t)≥K，則判定液體已沸騰，控制加熱器停止加熱，結(jié)束加熱程序并復(fù)位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體加熱沸騰的模糊控制方法，其特征是所述的液體在恒定功率下進(jìn)行加熱時(shí)，設(shè)液體加熱到預(yù)加熱溫度Ty，其中Ty＝1/k Tf，k＞1.5最開(kāi)始記錄液體升溫速度的時(shí)間設(shè)定為t0，有效采樣的時(shí)間集合為{t1，t2，………tn-1，tn}，與此分別測(cè)得溫升差的集合為{ΔT1，ΔT2，………ΔTn-1，ΔTn}，設(shè)液體加熱升溫速度的平均值為ΔT，按照模糊邏輯的方法，設(shè)液體沸騰的特征函數(shù)為χΔT(t)，液體沸騰的隸屬度函數(shù)為μ(ΔT，t)，則ΔT＝∑ΔTi/n (i＝1，2，......n)χΔT(t)＝ΔTi/ΔT液體沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)＝1-χΔT(t)＝1-ΔTi/ΔT在液體加熱過(guò)程中，升溫的速度越來(lái)越慢，特別是接近沸騰時(shí)，因此，ΔTi＜ΔT其中0＜χΔT(t)≤1從而可以得出0＜μ(ΔT，t)≤1若液體沸騰的隸屬度函數(shù)μ(ΔT，t)＝1，則ΔTi＝0，可以認(rèn)為液體完全沸騰，即繼續(xù)加熱時(shí)，液體的溫度不再升高，處于汽化狀態(tài)。
5.一種液體加熱沸騰的控制器，包括加熱器、傳感器和控制電路，其特征是所述的控制電路中包含有一芯片MCU，MCU分別與溫度采樣電路、加熱器的輸出控制電路和時(shí)鐘電路分別電連接，。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體加熱沸騰的模糊控制器，其特征是所述的加熱器的輸出控制電路為可控硅控制加熱器的輸出控制電路或繼電器控制加熱器的輸出控制電路；可控硅控制加熱器的輸出控制電路包括可控硅SCR及三極管Q1，電阻R1、R2和R3，電阻R1和R2一端與三極管Q1基極相接，電阻R3與三極管Q1集電極相接，電阻R1另一端與三極管Q1發(fā)射極相接；可控硅SCR接在加熱器所在電路中，其一端接入電阻R3和R4之間；繼電器控制加熱器的輸出控制電路包括繼電器RELAY、二極管D11、電阻R11和R12，電阻R11和R12一端與三極管Q1基極相接，二極管D11負(fù)極與三極管Q1集電極相接，繼電器與二極管D11并聯(lián)，其觸點(diǎn)接入加熱器所在電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體加熱沸騰的模糊控制器，其特征是所述的溫度采樣電路包括傳感器NTC及三極管Q2，電阻R5、R6、R7和R8，電阻R5一端接入三極管Q2基極，電阻R6和R8一端與三極管Q1集電極相接，電阻R7一端與三極管Q1發(fā)射極相接，其另一端與電阻R8另一端相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體加熱沸騰的模糊控制器，其特征是所述的時(shí)鐘電路包括晶體振蕩器CRY及電容C1和C2，電容C1和C2串接，晶體振蕩器與串接后電容C1和C2并聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體加熱沸騰的模糊控制器，其特征是所述的控制電路中的芯片MCU還分別與顯示電路、按鍵電路和蜂鳴器提示電路電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體加熱沸騰的模糊控制器，其特征是所述的傳感器設(shè)置在一帽子結(jié)構(gòu)的殼體內(nèi)部頂端處，傳感器及其連接導(dǎo)線外部設(shè)置有絕緣套管，絕緣套管與殼體之間設(shè)置有填料層。
全文摘要
一種液體加熱沸騰的模糊控制方法，該方法利用溫度傳感器測(cè)量被加熱液體的溫度，并在恒定功率下進(jìn)行加熱，使該液體溫度上升到一個(gè)預(yù)加熱溫度或液體沸騰溫度，溫度傳感器于最開(kāi)始獲得液體的初始溫度值，然后將初始溫度值與液體沸騰溫度或預(yù)加熱溫度進(jìn)行比較后，進(jìn)行加熱，按照程序預(yù)設(shè)的采樣周期測(cè)量被加熱液體的溫度，計(jì)算加熱過(guò)程的加熱升溫速度，通過(guò)加熱升溫速度來(lái)間接確定被加熱液體的量，并根據(jù)加熱升溫速度在接近或達(dá)到沸騰溫度時(shí)變慢的原理，按照模糊邏輯的規(guī)則，判定和控制液體加熱的沸騰。按照本發(fā)明提供的控制方法設(shè)計(jì)的液體加熱沸騰的控制器，包括加熱器、傳感器和控制電路，控制電路中包含有一芯片。
文檔編號(hào)G05D23/00GK1728019SQ20051003622
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者鐘神耀 申請(qǐng)人:鐘神耀