[其他]全自动节能压力锅

说明书

本发明属生活日用品和医用设备。它的应用可使压力锅的操作实现自动化。

家用压力锅以它的温度高、时间省和饭菜有特殊风味等特点，吸引着越来越多的家庭。目前使用的压力锅，通过排放蒸汽来控制温度，以及依靠人工操作的状况急待改进。我们尚未见到国内外有关本发明的生产报导和其它信息。

本发明提出的膜杆传感驱动技术，具有简单、可靠、安全、节能、温度可调、用途广等特点，是家用压力锅实现自动化的经济、实用、适于普及的可行方案。它的出现，将增加压力锅的产品种类并扩展它的使用范围。这些新型炊具的诞生，必然会出现新的烹飪方法，造福于人民。

在膜杆传感驱动技术中，选择适当的材料将上下面加工成曲面形状的膜片。将它置于压力容器内壁，膜片的周边与压力容器内壁密封连接，如图1所示。膜片1的下表面感受压力容器内的压力Pm，上表面通过气孔3感受大气压力Po。固定在膜1中心并与膜垂直的杆2，可将由锅盖4、密封圈5和锅体6组成的压力容器的内部的压力Pm（或温度）变化传至锅外，并转为与膜垂直的机械位移W，在一定条件下这一压力Pm——位移W的转化过程是可重复的。只要膜的尺寸和材料等选择得当，便可以得到足够的位移W和由杆2传出的驱动力f₁。因此，这样的膜与杆的组合体既是传感器又是驱动器，它可以直接推动自控系统中的热源开关（电源开关、燃气或燃液阀门）、启停定时器等。在图1中，为了使图面清楚，省去了一些无关紧要的线，以下各图也将做同样处理。

显然，Pm越大，膜片的面积Sm越大，驱动力f₁也越大；膜片厚度δ越大，驱动力f₁越小。在实际应用中如图2a所示，在膜片1下面加一带有透气孔的底托7做为支撑物，膜片1上面加予施力弹簧8来保证膜片有较高的灵敏度。图2a中的10为膜片上限位器，4为压力锅盖。图2b是图2a的另一种形式，两种形式意义相同。图2b中的7为膜片下限位器，其余编号意义同于图2a。图2a所示的膜杆传感器其受力情况可参考图3，图3给出了上下表面为平面、周边固定的园形膜片的受力状况。下面给出这种受力状况的数学描述。在图3中，f₂代表弹簧（图2a.8）作用于膜片上的力，f₁′代表热源开关的压力（即膜杆驱动力f₁的反作用力），它们都作用在膜片的上表面，假设它们在半径为b的圆内是均匀分布的。锅内压力Pm作用在膜片的下表面，锅外压力Po作用在膜片的上表面，假设它们分布也是均匀的。f_TO表示底托的支撑力，作用在膜片下表面，它仅在膜片贴紧底托时才存在。如果我们取如图3所示的柱座标：Z垂直向上，xy平面与膜片中面相重合，原点O取在膜片的中心，那么，在小挠度弯曲的假设下，膜片应遵守下述微分方程：

(12（1－μ²）)/(Eδ³) （ (d²)/(dr²) ＋ (d)/(rdr) ）（ (d²)/(dr²) ＋ (dw)/(rdr) ）＝q （1）

其中W为膜片在Z方向的位移，r为距膜片中心的距离，δ为膜片的厚度，E和μ分别为膜片材料的弹性模量和泊松系数，q为膜片承受的分布载荷：

其中Pc＝Pm－Po，因为Pm≥Po，所以Pc≥0，并且Pc相当于只作用在膜片的下表面；f＝f₁′＋f₂；a为膜片的半径。

方程（1）和（2）的边界条件为：

（W）_r＝a＝0，（ (dw)/(dr) ）_r＝a＝0 （3）

经计算，可求出方程（1）——（3）的解为：

W＝ (3(1-μ²)a⁴Pc)/(16Eδ³) 〔1－ (3F)/(πa²Pc) （1－ (b²)/(a²)

＋ (b⁴)/(3a⁴) ）〕（1－ (r²)/(a²) ） （4）

其中F＝πb²f。

不难看出，W随r的变化为一抛物线。在r＝a（即在周边）处，W＝0；在r＝0（即在中心）处，W达极大值Wmax，