電壓力鍋控壓技術(shù)解析

■ 龔盛鵬

三個時期 三種結(jié)構(gòu)

自從1990年雙喜電器發(fā)明并生產(chǎn)出第一口電壓力鍋以來，我國的電壓力鍋市場發(fā)展經(jīng)歷了三個時期，三種結(jié)構(gòu)的演變，現(xiàn)市場上多以“匚”式彈性結(jié)構(gòu)為主。

第一個時期。

80年代未90年代初期，這一階段其技術(shù)主要是采用電飯煲與鋁高壓鍋的組合技術(shù)，因此功能上較簡易，外型笨重、粗糙。雖然價格低廉，但市場接受程度較低，電壓力鍋基本上還是一片空白。

第二個時期。

上世紀90年代初至2000年初期，這一時段是電壓力鍋高速發(fā)展的時代，電壓力鍋技術(shù)上經(jīng)過了革命性的變化，從簡單的鋁高壓鍋與電飯煲原理的組合，直接跨越到了安全可靠的彈性結(jié)構(gòu)。自從1991年1月9日，王永光向國家知識產(chǎn)權(quán)局正式申請了電壓力鍋“匚”式結(jié)構(gòu)的發(fā)明專利以來，電壓力的技術(shù)得到快速落地與革新，繼容聲等企業(yè)開始生產(chǎn)電壓力鍋以后，先后多家企業(yè)開始電壓力鍋的生產(chǎn)與研發(fā)，產(chǎn)生了一定的影響。但由于各方面原因，電壓力鍋的安全技術(shù)還沒徹底解決，行業(yè)標準也不夠完善，企業(yè)的制造成本也較高，在家電市場還未完全打開局面。

第三個時期。

2000年初后，隨著眾多企業(yè)加入研發(fā)與生產(chǎn)電壓力鍋，行業(yè)獲到空前的預(yù)期效果，每年均以兩位數(shù)的增長速度發(fā)展。隨著美的、蘇泊爾、九陽這些大型小家電企業(yè)的進入，電壓力鍋各方面也也走向了成熟，行業(yè)產(chǎn)值已超幾十億規(guī)模。產(chǎn)品的安全性能進一步得到提升與改善，生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化，產(chǎn)品也開始走向智能化時代。洛貝率先實現(xiàn)了產(chǎn)品的差異化，成為繼美、蘇、九之后的第四大電壓力鍋研發(fā)生產(chǎn)廠家。

隨著電壓力鍋的三個時段的發(fā)展，其在結(jié)構(gòu)上也在逐步發(fā)展演變，現(xiàn)市場電壓力的結(jié)構(gòu)主要有如下三種：

第一種，電高壓鍋結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)也就是前面講的主要是由鋁高壓鍋與電加熱裝置的組合。在結(jié)構(gòu)上屬于剛性結(jié)構(gòu)，其控壓技術(shù)主要依賴于高壓鍋上的限壓閥，即達到額定壓力后，鍋蓋上的限壓閥被鍋內(nèi)蒸汽壓力頂起，從而達到排氣限壓的作用。

第二種，日韓剛性結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)主要是日本、韓國所采用的結(jié)構(gòu)，在90年代國內(nèi)生產(chǎn)電壓力鍋后開始引入，其結(jié)構(gòu)是以壓鑄工藝為主生產(chǎn)的具有扣牙結(jié)構(gòu)的鍋蓋，通過旋合將同樣具有扣牙的內(nèi)鍋扣合在一起，鍋蓋與內(nèi)鍋之間設(shè)有密封圈，這樣鍋蓋與內(nèi)鍋就形成一個密封體。在工作時，主要通過鍋蓋頂部的測溫元件及控制系統(tǒng)，通過控制鍋內(nèi)溫度來控制鍋內(nèi)壓力。

第三種，“匚”式結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)以其安全性高、可靠度高等特點得到國際上的認可，也是現(xiàn)市場上電壓力鍋普遍所采用的結(jié)構(gòu)?！柏巍笔浇Y(jié)構(gòu)是以鍋蓋與具有彈性結(jié)構(gòu)的外鍋扣合，烹飪食物的內(nèi)鍋內(nèi)的壓力通過發(fā)熱盤作用于外鍋，在外鍋產(chǎn)生彈性形變范圍內(nèi)觸碰到壓力開關(guān)（行程開關(guān)）來控制通斷電以達到控制鍋內(nèi)壓力的結(jié)構(gòu)。

幾種常見的控壓技術(shù)

從早期的單一壓力控制技術(shù)，到后來的分段壓力控制技術(shù)，再到無限極控壓技術(shù)及復(fù)合控壓技術(shù)。隨著這些技術(shù)的發(fā)展，電壓力鍋除了在結(jié)構(gòu)上保證安全外，壓力控制上的安性也在日益完善，另一方面，控壓技術(shù)的發(fā)展，也使人們對電壓力鍋在食物烹飪的方式方法上有了新的期待。

單一壓力控制技術(shù)。

這種控壓技術(shù)就是把電壓力鍋的壓力控制在一個安全的固定值范圍內(nèi)，電壓力鍋的所有烹飪菜單功能都在這個安全的固定壓力值范圍內(nèi)工作。其又有以下兩種控制方式：

第一，壓力開關(guān)控制。

這是現(xiàn)電壓力普遍采用的控壓方式。通過在外鍋底部安裝一個壓力開關(guān)，當內(nèi)鍋的壓力達到控制值時，通過發(fā)熱盤作用于外鍋，外鍋產(chǎn)生彈性形變，外鍋向下伸長或發(fā)熱盤向下產(chǎn)生位移觸碰到壓力開關(guān)，壓力開關(guān)斷開產(chǎn)生的斷電信號經(jīng)CPU獲悉后，控制對發(fā)熱盤加熱。這個壓力值被稱為起控值，這時發(fā)熱盤雖已斷電不會再產(chǎn)生熱量，但發(fā)熱盤的余熱足以使鍋內(nèi)壓力再上升約10kPa左右。此時，鍋內(nèi)壓力會逐漸回落，外鍋在彈性形變力作用下也開始收縮，當壓力低過一定值時，壓力開關(guān)再次接通，CPU接收到信號后再次接通電源，使發(fā)熱盤加熱，在程序設(shè)定的烹飪時間范圍內(nèi)如此循環(huán)，始終讓壓力在一個安全的范圍內(nèi)波動，以達到控壓的目的。

第二，壓力錘控制。

這種控制主要是電高壓力結(jié)構(gòu)的電壓力鍋，因其特殊的結(jié)構(gòu)形式，很難采用其他控壓技術(shù)，所以其鍋內(nèi)的壓力主要是高壓鍋的限壓閥，其控壓值是由限壓閥的重量與排氣管的直徑共同決定的。

第三，其他形式。

例如將限壓閥設(shè)置成可變重量形式。磁力限壓閥，通過改變限壓閥與鍋蓋的距離引起磁力大小的改變等。

分段壓力控制技術(shù)。

單一壓力控制技術(shù)不能滿足使用者對不同食物的烹飪需求，出現(xiàn)了電壓力鍋有幾個不同的烹飪壓力值。其技術(shù)是采用兩個或兩個以上的壓力開關(guān)，每個壓力開關(guān)通過電連接與CPU相連，且每個壓力開關(guān)所設(shè)置的起控值不一樣，有多少個壓力開關(guān)就有多少個控壓段。

例如，假設(shè)有三個裝于外鍋底部的壓力開關(guān)分別為A、B、C，并在生產(chǎn)時分別將三個壓力開關(guān)A、B、C的值調(diào)置為20kPa、40kPa、60kPa。在電壓力鍋的操作面板上，對應(yīng)有分段的壓力控制按鈕或菜單，也就是根據(jù)食物不同，程序內(nèi)部設(shè)定采用哪個壓力值。

當選擇的菜單或壓力控制按鈕為20kPa時，程序開始加熱至鍋內(nèi)產(chǎn)生壓力，隨著壓力不斷地上升，達到20kPa時，壓力開關(guān)A斷開，CPU獲得壓力開關(guān)A斷開的信號，停止加熱。當選擇的菜單或壓力控制按鈕為40kPa時，程序加熱，鍋內(nèi)起壓至20kPa時，壓力開關(guān)A先斷開，因程序設(shè)定的是要獲得壓力開關(guān)B斷開的信號才停止加熱，所以這時壓力開關(guān)A的斷開信號不會被CPU執(zhí)行，發(fā)熱盤會繼續(xù)工作加熱至鍋內(nèi)壓力達40kPa時，CPU才會通知停止加熱。

同理，當用戶選擇的菜單或壓力控制按鈕為60kPa時，直到壓力開關(guān)C斷開程序才會執(zhí)行相應(yīng)指令。

無限極控壓技術(shù)。

所謂無限極控壓，理論上能控制電壓力鍋工作壓力值內(nèi)的任一壓力值，如一個電壓鍋的工作壓力最高為90kPa，那么，采用這種控壓技術(shù)的壓力鍋理論上就能控制0-90kPa內(nèi)的任一值。這種控壓技術(shù)有如下幾種方式：

第一，底部測溫轉(zhuǎn)化法。

這種技術(shù)依靠在鍋底設(shè)置溫度傳感器，通過溫度傳感器內(nèi)熱敏電阻電阻值的變化，再經(jīng)過CPU及程序的內(nèi)部對應(yīng)轉(zhuǎn)化，測出鍋底的實際溫度，鍋底的溫度與鍋內(nèi)壓力值成一定的對應(yīng)關(guān)系，通過控制鍋底的溫度來達到控制鍋內(nèi)壓力的目的。因這種技術(shù)是通過鍋底傳感器來測量鍋底溫度，再經(jīng)溫度與鍋內(nèi)壓力的對應(yīng)關(guān)系來控制壓力，所以控制精度相當?shù)?，因溫度傳感器受發(fā)熱盤的影響較大，溫度漂移嚴重，另外，因鍋底的溫度與鍋內(nèi)壓力的對應(yīng)關(guān)系不是線性變化的，所以在對應(yīng)值上較難做到準確。

第二，頂部測溫轉(zhuǎn)化法。

這種技術(shù)受結(jié)構(gòu)的影響因素較大，因需在鍋蓋內(nèi)設(shè)置溫度傳感器測量鍋內(nèi)溫度，所以一般是連蓋結(jié)構(gòu)的壓力鍋。其原現(xiàn)與上述1）所述一樣。所測量的溫度是鍋內(nèi)真實的實際溫度，且鍋內(nèi)的溫度與壓力是成線性變化的，外部影響較小，控制精度相對較高，其所控溫度基本可達1o左右。其壓力值也可精確到5kPa上下。這種技術(shù)現(xiàn)多用于較高端的電壓力鍋上，日韓電壓力鍋因結(jié)構(gòu)限制，大多也是采用這種方式。

第三，稱重傳感器。

主要是采用稱重傳感器，將鍋內(nèi)壓力轉(zhuǎn)化為作用在稱重傳感器上的重力，稱重傳感器獲得應(yīng)變信號后傳給CPU，經(jīng)CPU處理后再將重力還原為壓力，從而實現(xiàn)無極控壓。稱重傳感器可設(shè)置于外鍋底部，也可設(shè)置于鍋蓋上。設(shè)置于外鍋底會受到溫度，鍋內(nèi)食物多少重量的影響，其控制精度相對于設(shè)置于鍋蓋上直接測量鍋內(nèi)壓力的方式的精度要低得多。

第四，可變電容與可變電感。

可變電容是將電容的一極固定，另一極可移動，其可移動的一極與電壓力鍋的外鍋彈性形變位移裝置或鍋內(nèi)壓力推動特殊器件產(chǎn)生的位移裝置相連，這兩種位移裝置推動電容的一極移動，因電容兩極的距離不同，其電容容量不同，CPU獲得不同的電容容量信號，來判斷壓力的大小，實現(xiàn)控壓?？勺冸姼蟹绞交九c可變電容一樣，是改變其鐵芯插入線圈的多少來改變電感量，從而使CPU獲得不同的電感量信號，來判斷壓力的大小，實現(xiàn)控壓。

復(fù)合控壓技術(shù)。

是上面三種控壓技術(shù)中的幾種方式的兩兩或兩兩以上的組合，其多采用溫度與壓力同步控制，機械與智能電控相結(jié)合的控制方式，這可能也是今后幾年電壓力鍋控壓技術(shù)的發(fā)展思路。

控壓技術(shù)未來發(fā)展的關(guān)鍵點

電壓力鍋在控壓技術(shù)是以新型高精度的傳感器為主導(dǎo)，采用測溫與測壓或兩者兼具的復(fù)合技術(shù)，來達到電壓力鍋的精確控壓。而現(xiàn)作為電壓力鍋控壓技術(shù)的關(guān)鍵元件——壓力開關(guān)，在其今后采用精確控壓技術(shù)的電壓力鍋上的作用僅僅是作為一種輔助的安全裝置來采用。因此，研究新型及高精度的測溫與測壓傳感器，也是對未來電壓力鍋控壓技術(shù)的研究。

溫度傳感器

現(xiàn)實電壓力鍋的測溫元件基本上都是采用NTC熱敏電阻測溫，其測溫受到電流本身的影響，在測溫精度上具有明顯的缺點。而近年來，光纖測溫技術(shù)的發(fā)展，使其在眾多領(lǐng)域中占具絕對優(yōu)勢，甚至家庭烹調(diào)領(lǐng)域。因為它既無導(dǎo)電部分引起的附加升溫，又不受電磁場的干擾。這必將促進電壓鍋在測溫控壓技術(shù)上的革新。

另一種高度精測溫傳感器--數(shù)字溫度傳感器。這對于電壓鍋來說，使得直接測量鍋內(nèi)溫度變得更加可能,因為它采用小型封裝，專為狹窄空間設(shè)計，應(yīng)用在電壓鍋上更有利于氣壓密封。并且可快速響應(yīng)工藝溫度的變化，經(jīng)過優(yōu)化的微電路設(shè)計可實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換以及它具有非常低的功耗，其測溫精度為 0.1°C，這在電壓力鍋上實現(xiàn)把壓力控制在0.5kPa左右成為可能，值得期待。

壓力傳感器

壓力傳感器是一種對氣體和液體的壓力進行測量并將測量結(jié)果轉(zhuǎn)化成電氣信號顯示出來的微型裝置，是專門用來采集壓力變化信號的傳感器，其多用于航空航天或其他儀器設(shè)備上。在高溫高壓的環(huán)境中，通過微電路設(shè)計對環(huán)境溫度影響進行補償修正，可達到較高的測壓精度，對壓力的測量范圍可控制在1kPa以內(nèi)。

缺點就是成本較高，最便宜的壓力傳感器也需要上百元左右，這對電壓力鍋行業(yè)來講，其成本基本上無法承擔。但隨著技術(shù)的發(fā)展，壓力傳感器的技術(shù)也在無斷地優(yōu)化，也出現(xiàn)了較多的種類，其成本較之前幾年也有了明顯的下降，相信今后幾年內(nèi)，會有更經(jīng)濟且測壓精度較高的壓力傳感器出現(xiàn)，那時，應(yīng)用于電壓力鍋也將成為可能。