家用燃氣灶防燙提醒功能的應用研究

劉 均 馬朝陽 廖玲麗

（杭州德意電器股份有限公司 杭州 311215）

前言

隨著人們生活質量的不斷提高，越來越多用戶重視燃氣灶在使用時的安全問題，從熄火保護安全裝置[1]到燃氣泄露報警[2]、再到帶有防干燒[3]功能的出現，越來越多新技術應用到家用燃氣灶具[4]上，極大地增加了使用的安全性。然而在用戶調研過程中發現，意外燙傷一直是困擾用戶的幾大難題之一，誤觸鍋支架、火蓋則是燙傷的主要原因。用戶在清洗過程中，并不能很明確的知道火蓋、鍋支架等部件是否已經降到可觸碰溫度范圍，從而導致燙傷事件的發生。針對用戶在使用過程中或者使用完畢后燃氣灶的防燙提醒這一問題點，目前是一個空白區域，未見相應的技術研究及實驗測試。

1 防燙提醒功能控制原理

防燙提醒功能主要由溫度傳感器、防燙指示燈、脈沖控制器組成，控制原理見圖1。防燙提醒功能主要是通過溫度傳感器來感應灶具表面溫度的變化，同時反饋給主控制系統，并由主控制系統根據反饋的溫度，進而判斷是否為高溫狀態，并通過防燙指示燈來提醒用戶。

圖1 控制原理方框圖

溫度反饋過程參數如下：

1）溫度傳感器放置于灶具玻璃面板正下方，通過檢測溫度傳感器傳回的電阻值，檢測灶具玻璃面板溫度。

2）任意情況下關火后若溫度高于40 ℃則指示燈閃爍（最高優先級），若溫度高于90 ℃則指示燈常亮。

3）點火后開始計時，并記錄溫度傳感器溫度值，若2 min內關火，檢測關火時溫度傳感器溫度值，若溫升大于2 K，則指示燈主動閃爍10 min。

4）點火2 min后關火，關火后指示燈均主動閃爍20 min，20 min后若溫度傳感器溫度高于40 ℃則繼續閃爍至溫度降低至40 ℃以下。

5）指示燈閃爍時間最長為40 min。

6）指示燈暫滅時間:暫亮時間=1.5:1。

7）熱敏電阻參數：R（25 ℃）=（10±1 %）kΩ，B（25/85）=（3 435±1 %）K，各對應阻值可查詢供應商提供的規格書。

2 防燙提醒功能的應用實驗測試

2.1 實驗方案介紹

將溫度探頭固定在玻璃面板正下方位置來檢測溫度，并通過實驗來測定灶具臺面各部件溫度的變化，通過它們不同位置溫度差值曲線，來分析各部件到達安全溫度所需要的時間，進而來確定反饋給主控制系統溫度設定情況，該方案可以通過單個位置的測定來反應多個灶具臺面各個部件溫度的變化。

2.2 實驗過程與分析

實驗測試開始前，將燃氣灶置于試驗檢測臺，然后用溫度采集器（34970A）的9組測溫熱電偶布置在燃氣灶各組件的外表面，即左右鍋支架、左右燃燒器火蓋、左右爐頭、玻璃面板中間上中下三點表面。各取5 kg水倒入兩只320 mm實驗用鍋，分別放置到灶具兩個灶眼上，并點火開至最大火力進行加熱。

根據燃氣灶燃燒時前40 min升溫狀態和關閉后40 min降溫狀態，用紅外熱成像儀（T68-F125）記錄灶具臺面各部件的溫度過程變化，具體結果詳見表1。在燃氣灶點火升溫40 min時高溫區域主要集中在燃燒器、鍋支架及周圍玻璃面板區域，其中紅色區域最高溫度可達300 ℃，鍋支架周圍玻璃面板遠端藍色區域溫度最低也達70 ℃。關火降溫40 min后，燃氣灶臺面大部分區域均已變藍，此時溫度最高處在鍋支架處，最高溫度達42 ℃，該溫度已為人體可觸碰正常溫度。燃氣灶各部件溫度變化曲線圖詳見圖2。

表1 燃氣灶升溫40 min時和降溫40 min時紅外熱成像圖

圖2 燃氣灶各部件溫度變化曲線圖

2.3 溫度傳感器位置確定

根據燃氣灶的整體結構考慮，溫度傳感器與防燙指示燈固定在玻璃面板反面，一方面可以保證溫度傳感器與玻璃面板的緊密配合，精確地測定該位置溫度，而防燙指示燈也可通過玻璃面板背面透光顯示；另一方面也有利于對溫度傳感器、防燙指示燈的位置固定，方便售后維修。由于燃氣灶左右灶眼熱負荷一致，溫度傳感器應放置在整個燃氣灶面板正中央位置，便于用戶觀看識別指示燈，本次實驗將防燙指示燈設置在玻璃面板正中下方位置，詳見圖3。

圖3 燃氣灶溫度傳感器和指示燈位置圖

2.4 溫度差值曲線分析

實驗過程中記錄的溫度傳感器感測溫度與玻璃面板正中測試點溫度見表2，根據數據進行曲線分析，見圖4。

表2 傳感器檢測溫度與燃氣灶各部件溫差測試數據表

圖4 灶具面板上部各部件與傳感器溫度差值曲線圖

燃氣灶鍋支架及火蓋在加熱過程中，與傳感器溫度差值曲線幾乎一致，但各自達到平衡點溫度與傳感器溫度的差值略有差異，鍋支架平衡點溫度差值最大為160 K左右、火蓋平衡點溫度差值最大為210 K左右；在降溫過程中，鍋支架、火蓋的溫度下降曲線幾乎一致，在關火40 min后，鍋支架、火蓋及傳感器溫度基本一致，此時的傳感器溫度為41 ℃。

2.5 防燙指示燈隨溫度變化曲線

根據燃氣灶臺面各部件溫度變化數據，防燙指示燈顯示隨傳感器溫度變化曲線，見圖5。

圖5 指示燈顯示隨溫度變化曲線圖

當傳感器溫度高于90 ℃時，防燙指示燈保持紅燈常亮狀態，此時燃氣灶臺面各部件溫度最高；當溫度傳感器溫度高于40 ℃低于90 ℃時，防燙指示燈保持紅燈閃爍狀態，此時燃氣灶臺面可能處于升溫狀態和降溫狀態，這時燃氣灶臺面各部件溫度仍然較高；當傳感器溫度低于40 ℃時，防燙指示燈熄滅，此時燃氣灶臺面溫度均已降至安全溫度，用戶可根據需求進行鍋支架、火蓋等拿取和清洗工作。

2.6 不同烹飪方式使用場景分析

通過對煎、炸、蒸、炒、煮、燉等不同烹飪習慣分析，發現在進行蒸、炒時，此時燃氣灶處于最大火力狀態，燃氣灶臺面各部件鍋支架、火蓋、玻璃面板溫度快速上升，傳感器溫度與各部件溫度差值最小，防燙指示燈保持常亮狀態時間最長；在進行煎、炸時，此時燃氣灶處于中等火力狀態，燃氣灶臺面各部件溫度上升較慢，傳感器溫度與各部件溫度差值曲線較平衡，防燙指示燈保持閃爍狀態時間較長；在進行煮、燉時，此時灶具處于小火力狀態，灶具臺面各部件溫度上升最慢，傳感器溫度與各部件溫度差值最大，防燙指示燈保持閃爍狀態時間最長。

在進行單邊灶眼試驗時發現，傳感器溫度隨灶具臺面各部件溫度變化差異與雙邊灶眼時的曲線幾乎一致，故可認為單、雙灶眼試驗只改變傳感器的溫度數值，對傳感器溫度與灶具臺面各部件溫度差值曲線無影響。

3 結論

本文通過對防燙指醒功能進行理論分析和大量溫升實驗，結合紅外熱成像儀對燃氣灶臺面各部件的溫度變化進行分析，試驗過程得出的溫度數值相對誤差維持在5 %以內，故得出以下結論：

1）燃氣灶在使用時，溫度上升最快的為火蓋，其次為鍋支架，最后為玻璃面板，火蓋、鍋支架的溫度在開火30 min左右即到達最高溫度，玻璃面板在開火后40 min左右到達最高溫度；燃氣灶在關閉后，前15 min火蓋、鍋支架溫度下降的最快，15 min后火蓋、鍋支架、玻璃面板溫度下降曲線幾乎一致。

2）燃氣灶在升溫與降溫過程中，臺面各部件與傳感器溫度差值曲線幾乎一致，故灶具臺面各部件溫度可根據傳感器溫度變化來進行反應，進而反饋給主控制系統，從而實現防燙指示燈的顯示。

3）當傳感器溫度高于90 ℃時，指示燈保持常亮狀態；當傳感器溫度高于40 ℃小于90 ℃時，指示燈保持閃爍狀態；當傳感器溫度低于40 ℃時，指示燈熄滅。