液体加热沸腾的模糊控制方法技术

一种液体加热沸腾的模糊控制方法，该方法利用温度传感器测量被加热液体的温度，并在恒定功率下进行加热，使该液体温度上升到一个预加热温度或液体沸腾温度，温度传感器于最开始获得液体的初始温度值，然后将初始温度值与液体沸腾温度或预加热温度进行比较后，进行加热，按照程序预设的采样周期测量被加热液体的温度，计算加热过程的加热升温速度，通过加热升温速度来间接确定被加热液体的量，并根据加热升温速度在接近或达到沸腾温度时变慢的原理，按照模糊逻辑的规则，判定和控制液体加热的沸腾。按照本发明专利技术提供的控制方法设计的液体加热沸腾的控制器，包括加热器、传感器和控制电路，控制电路中包含有一芯片。

Fuzzy control method for liquid heating boiling

A fuzzy control method of heating liquid boiling, using the temperature sensor measures the temperature of the heated liquid, and heating at a constant power, the liquid temperature rise to a pre heating temperature and the boiling temperature of the liquid in the beginning, the temperature sensor to obtain the initial value of the liquid temperature, and then the initial value of the temperature compared with the boiling temperature of the liquid or pre heating temperature, heating, measured in accordance with the sampling period of pre programmed heating liquid temperature, heating calculation of heating process by heating the heating rate, heating rate to determine indirectly the amount of liquid is heated, and according to the principle of slow heating speed at close to or reach the boiling temperature when, in accordance with the rules of fuzzy logic control and decision for heating liquid boiling. The controller for liquid heating boiling according to the control method provided by the invention comprises a heater, a sensor and a control circuit, wherein the control circuit comprises a chip.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液体加热沸腾的模糊控制方法及控制器，特别是一种用于具有固定沸点的液体加热至沸腾的模糊控制方法及按照这种方法设计的控制器。
技术介绍
液体加热的温度控制方法各种各样，有些是要求加热至某一特定温度，有些是要求加热至沸腾，被加热的液体通常状况下都具有固定的沸点，例如，水的沸腾温度和汽化温度理论值都是100℃。常见的电热类家用电器中，用于液体加热的电器主要有电开水器、电茶壶、电热开水瓶、咖啡壶、快速电热水壶和电热水器等等；其中主要的温度控制器有热电偶温控器、双金属机械温控器、金属变形碟片式温控器和电子式或微电脑控温器等等。这些温度控制器在电热类家用电器上得到了大量的应用，大多数液体加热电热类电器都要求将液体加热至沸腾、并进行控温。在工业生产过程中，同样也有需要将液体加热至沸腾，并保持一段时间来消毒及杀菌。然而，温控器的控制精度因其材质本身、电子元器件制造误差、温控器安装位置及感温灵敏度等有关；在实际应用中，用现有的温度控制器来控制液体加热的沸腾温度，经常会出现被加热的液体还未达到沸腾温度，温控器就动作，进行控温而不再继续加热，被加热液体的温度只是非常接近沸腾温度，而不能使被加热液体加热至沸腾；或者当被加热液体已经沸腾，还不能控温而继续加热，使被加热液体大量汽化，并浪费大量能源。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种液体加热沸腾的模糊控制方法，及按照这种控制方法设计的控制器，它的原理是根据液体加热至沸腾时，被加热液体的温度升高速度逐渐变慢，直至当达到或接近液体沸腾温度时，温度几乎不再变化的原理，通过传感器测温及采样，按照模糊逻辑的规则，判断被加热液体是否沸腾，当满足被加热液体沸腾的条件时，控制加热器停止加热，从而达到控制将液体加热至沸腾的目的。按此目的设计的一种液体加热沸腾的模糊控制方法，该方法利用温度传感器测量被加热液体的初始温度，然后在恒定功率下进行加热，使该液体温度上升到一个预加热温度Ty，温度传感器于最开始获得液体的初始温度值t0，然后将t0与液体沸腾温度Tf或预加热温度Ty进行比较后，再继续进行加热；按照程序预设的采样周期测量被加热液体的温度，计算加热过程的加热升温速度，通过加热升温速度来间接确定被加热液体的量，并根据加热升温速度确定达到预加热温度Ty或液体温度达到Tf需要的加热时间，并继续此加热过程的周期采样，然后比较加热过程的升温速度，最后计算出液体沸腾的隶属度函数值，通过模糊规则判定液体是否沸腾；其中的Ty＝1/k Tf，一般k＞1.5。首先，被加热液体与温度传感器取得热平衡，加热器先不加热，传感器能真实感应被加热液体的初始温度，并取得一个初始温度值t0，以作为后面模糊推理的依据。该方法利用温度传感器测量被加热液体在恒定功率下进行加热的温度，将初始温度值t0与液体沸腾温度Tf或预加热温度Ty进行比较，区分是液体的冷态加热还是已沸腾液体的再加热。当被加热液体的初始温度t0低于预加热温度点Ty时，则开始连续加热，按照程序预设固定的采样周期测量被加热液体的温度，加热到预加热温度点Ty，并计算加热过程的升温速度，通过加热升温速度来间接确定被加热液体的量，并根据加热升温的速度确定达到预加热温度点以后，继续以后的加热过程及其采样周期；在Ty以上加温过程记录升温速度；当传感器测得的被加热液体温度在预加热温度点Ty，Ty＝1/k Tf和可判断为已沸腾液体再加热的温度Tf-ε之间时，可在初始温度数值上，加热到温度低于或等于Tf-ε的温度增量，并计算加热过程的升温速度，通过此加热升温速度来间接确定被加热液体的量，并根据加热升温的速度确定后面加热过程的采样周期，其中的Ty≤1/k Tf，k＞1.5，ε为一较小的温度值，ε≤5℃。当温度传感器测得被加热液体的初始温度接近于沸腾温度Tf-ε时，则可判定是已沸腾液体的再加热，加热升高一个温度增量，记录温度增量的时间，再计算加热至完全沸腾的时间，并再加热，按照已沸腾液体再加热的程序控制，加热到接近沸腾温度时，根据升温速度，再确定一个加热至沸腾的加热时间；液体在恒定功率下进行加热时，可按以下模糊规则进行判定启动加热后，若温度传感器测得液体的初始温度t0＜1/k Tf，则加热至预加热温度，根据加热的速度，确定后面继续加热的测温采样周期，在1/k Tf以上加热过程记录升温速度；启动加热后，若温度传感器测得液体的初始温度1/k Tf≤t0＜Tf-ε，则加热到温度低于Tf-ε的一个温度增量值，根据液体加热温度升高的速度，确定后面加热的测温采样周期，再记录升温速度；启动加热后，若温度传感器测得液体的初始温度T0＞Tf-ε，则判定液体为已沸腾过的液体再加热，加热升高一个温度增量，记录温度增量的时间，再计算加热至完全沸腾的时间，并再加热；液体在恒定功率下被加热时，开始记录升温速度，若温度传感器按照采样周期测得升温速度，累积计算的液体沸腾的隶属度函数μ(ΔT，t)＜K，则液体还未沸腾，继续加热；如果μ(ΔT，t)≥K，则判定液体已沸腾，控制加热器停止加热，结束加热程序并复位，其中的K＜1。由于液体在恒定功率下进行加热时，受环境温度的影响，当被加热的液体温度升高后，散热的速度逐渐加快，因此，液体加热过程中实际的升温速度是逐渐变慢的；设液体加热到预加热温度Ty，其中Ty＝1/k Tf，一般k＞1.5，最开始记录升温速度的时间设定为t0，有效采样的时间集合为{t1，t2，………tn-1，tn}，与此分别测得的温升差的集合为{ΔT1，ΔT2，………ΔTn-1，ΔTn}，设液体加热升温速度的平均值为ΔT，按照模糊逻辑的方法，设液体沸腾的特征函数为χΔT(t)，液体沸腾的隶属度函数为μ(ΔT，t)，则ΔT＝∑ΔTi/n (i＝1，2，……n)χΔT(t)＝ΔTi/ΔT液体沸腾的隶属度函数μ(ΔT，t)＝1-χ ΔT(t)＝1-ΔTi/ΔT在液体加热过程中，升温的速度越来越慢，特别是接近沸腾时，因此，ΔTi＜ΔT 其中0＜χΔT(t)≤1从而可以得出0＜μ(ΔT，t)≤1若液体沸腾的隶属度函数μ(ΔT，t)＝1，则ΔTi＝0，可以认为液体完全沸腾，即继续加热时，液体的温度不再升高，完全处于加热汽化状态。本专利技术在不同的产品上的应用，因不同产品结构形式，加热方法及感温方法的不同，判定被加热液体的沸腾的隶属度可以有不同的数值，按照本专利技术的方法可以设计各种不同的控制电路来实现对液体加热沸腾的控制，其主要特征如下按照本专利技术提供的控制方法设计的液体加热沸腾的控制器，其结构特征是控制电路中包含有一芯片MCU，MCU分别与温度采样电路、加热器的输出控制电路和时钟电路分别连接。该控制电路的核心部件是单片机芯片MCU，按照芯片MCU指令系统和液体加热沸腾控制的模糊规则，编制的相应控制软件存储在MCU的ROM中。选用不同的MCU，因指令系统的不同，控制软件的指定代码不同，但其实现的控制功能是相同的。附图说明图1为恒定加热功率下，液体加热至沸腾的温度变化曲线图。图2为本专利技术一实施例的控制电路原理图。图3为本专利技术另一实施例的控制电路原理图。图4为适用于本专利技术的温度传感器的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，本专利技术中采用NTC温度传感器按照预加热时确定的采样周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体加热沸腾的模糊控制方法，其特征是所述的液体加热至沸腾时，被加热液体的温度升高速度逐渐变慢，当达到液体的沸腾温度时，液体汽化，温度几乎不再升高，从而按照模糊逻辑的规则，控制液体加热至沸腾；该方法利用温度传感器测量被加热液体在恒 定功率下进行加热的温度，其中的温度传感器于最开始获得液体的初始温度值ｔ↓［０］，然后将初始温度值ｔ↓［０］与液体沸腾温度Ｔ↓［ｆ］或预加热温度Ｔ↓［ｙ］进行比较，区分是液体的冷态加热还是已沸腾液体的再加热；按照程序预设的采样周期测量 被加热液体的温度，计算加热过程的加热升温速度，通过加热升温速度来间接确定被加热液体的量，从而确定后续加热时的测温采样周期，然后比较加热过程的升温速度，最后计算出液体沸腾的隶属度函数值，通过模糊规则判定液体是否沸腾。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟神耀，
申请(专利权)人：钟神耀，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]