TWI614454B - 具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統及燃氣式烹調系統的自動火力標定方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統,其包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置。其中,該燃氣式烹調系統還包括:燃氣壓力檢測單元,用於測量燃氣壓力並輸出燃氣壓力檢測信號;環境參數檢測單元,用於測量環境溫度和大氣壓力並輸出環境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號;控制處理器,用於接收燃氣壓力檢測信號、環境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號,並對所測量到的環境溫度和大氣壓力進行處理以得到目標燃氣壓力,以及基於所測量到的燃氣壓力和目標燃氣壓力向燃氣調節裝置輸出燃氣壓力控制信號。本發明還提供了燃氣式烹調系統的自動火力標定方法。本發明能夠在各種工作環境下得到相同或者大致相同的火力,實現火力穩定輸出,並烹製出品質穩定的菜餚及其它烹調食品。
Description
本發明關於烹調器具領域;更具體地講,本發明關於一種具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統。
烹調是對經過各種加工整理的烹飪原料進行加熱和調味,將其製成色、香、味、形、營養俱佳的菜餚的過程。菜餚的種類複雜,其烹調技法也是千差萬別,特別是對於中式菜餚來說,其烹調技法尤其繁多,例如煎、炒、烹、炸、溜、爆、煸、蒸、燒、煮,等等。對於每一種菜餚及其烹調技法來說,火候的掌握都是關鍵因素之一。例如,炒、爆、烹、炸等技法多用旺火速成,燒、燉、煮、燜等技法多用小火長時間烹調。所謂掌握火候,就是按照烹調方法、菜品特點及食用的不同具體要求,調節、控制加熱的火力強度和時間,將食品原料烹製至符合食用要求並達到規定的品質標準。
熱源的火力、傳熱介質的溫度和加熱時間是構成火候的三個主要要素,其中,火力可以通過所使用炊具的熱負荷來衡量。對於燃氣炊具來說,其熱負荷是指燃氣在炊具中燃燒時單位時間內所釋放的熱量。烹調,尤其是採用半自動或自動烹調系統以標準化的方式進行烹調時,如果熱負荷或火力的設定或調節有誤差,當該誤差值達到足以影響菜餚品質的程度時,與火候相關的工藝參
數就必須進行相應的修正或調節,否則會因為火候不正確而影響菜餚的品質及其一致性。本發明人的研究表明,當實際火力與設定的標準火力之間的偏差超過2%時,就會對部分菜餚尤其是火力敏感菜餚的品質造成比較大的不利影響。
對於自動或半自動的烹調系統來說,理論上可以測量傳熱介質的溫度、被烹調物的溫度等各種反應火候狀態的參數,進而對烹調系統的火力強度及火候進行控制。例如,中國專利CN03154580.1公開了一種帶感測器的可調節火力炊具及其烹調系統,該可調節火力炊具包括至少一個用於測量火候狀態的感測器,其用於檢測包括烹調容器在內的傳熱介質和/或被烹調物的物理量和/或化學量和/或其變化量,並將所測得的資料傳送給控制處理器,使得控制處理器及時動態地判斷和控制烹調火候。
烹調過程中,由於被烹調物在烹調容器內作無規律的運動等各種原因,傳熱介質與被烹調物之間的傳熱過程複雜且不規律,位於不同區域的傳熱介質和被烹調物的溫度通常並不相同。但是,以上的現有烹調系統僅對傳熱介質和被烹調物的局部進行測量,由於這種局部測量所得到的資料很難具有代表性,因而這些測量資料並不能準確地反映出火力強度和烹調火候的真實狀況,根據這些測量資料進行的火候控制當然也就是不夠精確的。
另外,中國專利CN200910107623.8公開了一種基於機器視覺的烹調系統的火候控制系統,配合烹調設備的主處理器及火力調節裝置使用,該火候控制系統包括運動模組、圖像成像模組、熱紅外傳感模組、視覺處理模組及通訊模組,圖像成像模組接收主處理器的命令或資訊,對正在烹調的菜餚進行圖像採樣後,通過通訊模組將圖像資訊發送到視覺處理模組,視覺處理模組對圖像資
訊進行即時處理,得到典型加熱物件的位置資訊,根據該位置資訊,運動模組帶動熱紅外傳感模組對典型加熱物件進行溫度採樣,並通過通訊模組將該溫度資訊發送到烹調設備的主處理器或火力調節裝置。
上述的這種火候控制系統理論上可以獲得具有代表性的溫度測量資料並實現對烹調火候的準確控制,但其不僅結構複雜,而且對於某些烹調工藝,尤其是對於煎、炸、炒、爆、溜等烹調工藝來說,由於此時被烹調物通常處於一種“煙燻火燎”的狀態,因而油煙會對圖像成像模組所獲取的菜餚圖像形成干擾,導致實際上難以準確地獲取到正確的典型加熱物件,根據這些不正確的測量資料所進行的火候控制當然也就是不夠精確的。
針對現有技術的不足,本發明的目的在於提供一種燃氣式烹調系統以及該燃氣式烹調系統的自動火力標定方法,該燃氣式烹調系統能夠根據工作環境的變化對其火力進行自動標定,從而實現在不同工作環境下的穩定火力輸出,以對烹調火候進行精確控制,並烹製出品質穩定的菜餚及其它烹調食品。
一方面,為了實現上述發明目的,本發明提供了一種具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統,其包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置,該燃氣調節裝置至少用於調節燃氣加熱裝置中的燃氣壓力。其中,該燃氣式烹調系統還包括:燃氣壓力檢測單元,用於測量在燃氣流動方向上位於燃氣調節裝置下游的燃氣管道中的燃氣壓力,並基於所測量到的燃氣壓力生成燃氣壓力檢測信號;環境參數檢測單元,用於測量環境溫度和大氣壓力,並基於所測量到的環境溫度和大
氣壓力分別生成環境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號;控制處理器,用於接收燃氣壓力檢測信號、環境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號,並對所測量到的環境溫度和大氣壓力進行處理以得到目標燃氣壓力,以及基於所測量到的燃氣壓力和目標燃氣壓力向燃氣調節裝置輸出燃氣壓力控制信號。
式中:Φ实-實測熱負荷,kW;Q1-0℃、101.3kPa狀態下試驗燃氣的低熱值,MJ/m3;V-實測燃氣流量,m3/h;tg-燃氣流量計內的燃氣溫度,℃;Pamb-試驗時的大氣壓力,kPa;Pm-實測燃氣流量計內的燃氣相對靜壓力,kPa;S-溫度為tg時的飽和水蒸氣壓力,kPa(當使用乾式氣體流量計測量時,S值應乘以試驗燃氣的相對濕度進行修正)。
式中:Φ-實測折算熱負荷,單位為千瓦(kW);
Q1-0℃、101.3kPa狀態下設計氣的低熱值,單位為兆焦耳每立方米(MJ/m3);v-實測燃氣流量,單位為立方每小時(m3/h);da-標準狀態下乾試驗氣的相對密度;dmg-標準狀態下乾設計氣的相對密度;pamb-試驗時的大氣壓力,單位為千帕(kPa);ps-設計時使用的額定燃氣供氣壓力,單位為千帕(kPa);Pm-實測燃氣流量計內的燃氣相對靜壓力,單位為千帕(kPa);tg-實測燃氣流量計內的燃氣溫度,單位為攝氏度(℃);S-溫度為tg時的飽和水蒸氣壓力,單位為千帕(kPa)(當使用乾式氣體流量計測量時,S值應乘以試驗燃氣的相對濕度進行修正);0.622-水蒸氣理想氣體的相對密度。
式中:v1和v2-分別是狀態1和狀態2時的燃氣流量,m3/h;T1和T2-分別是狀態1和狀態2時的燃氣溫度,K;Pamb1和Pamb2-分別是狀態1和狀態2時的大氣壓力,kPa;
s1和s2-分別是狀態1和狀態2時相應燃氣溫度對應的飽和水蒸氣壓力,kPa。
式中:Φ1和Φ2-分別是狀態1和狀態2時的熱負荷;T1和T2-分別是狀態1和狀態2時的燃氣溫度,K;pamb1和pamb2-分別是狀態1和狀態2時的大氣壓力,kPa;s1和s2-分別是狀態1和狀態2時相應燃氣溫度對應的飽和水蒸氣壓力,kPa。
式中:P為氣體壓力;ρ為氣體密度;V為氣體流速;C為伯努利常數。
式中:
P1和P2-分別是狀態1和狀態2時的燃氣輸出時壓力,kPa;T1和T2-分別是狀態1和狀態2時的燃氣溫度(K),由於燃氣通常是由管道或瓶裝方式供應,因此燃氣溫度僅近似為環境溫度;pam1和pamb2-分別是狀態1和狀態2時的大氣壓力,kPa;s1和s2-分別是狀態1和狀態2時相應燃氣溫度對應的飽和水蒸氣壓力,kPa;C1和C2-分別是狀態1和狀態2時相應燃氣的伯努利常數。
由以上公式(4)可知,當燃氣溫度T(近似為環境溫度)、大氣壓力Pamb和飽和水蒸氣壓力中的任何一個發生變化時,燃氣加熱裝置的熱負荷將發生變化。例如,當烹調系統所處的地理位置不同時,其輸出的火力可能會由於大氣壓力和環境溫度的不同而出現差異;並且,即使對於具有確定位置的烹調系統來說,其工作環境也可能因氣候變化和/或其他原因而發生變化,例如,當烹調系統運行一定時間以後,其環境溫度可能會比開始運行時的環境溫度要高,這是由於烹調系統在運行過程中會向周圍環境釋放熱量的緣故。
因此,為保證熱負荷輸出不變,燃氣壓力P就應作相應變化。設環境溫度T2、大氣壓力Pamb2、以及燃氣壓力P2為某一狀態下已知值,並可測量另一狀態下環境溫度度T1、大氣壓力Pamb1,同時引入反應例如燃氣華白數等其他因素影響的修正係數K,由公式(6)可推出:
式中,p1'應為調節後的燃氣壓力值。
本發明的燃氣式烹調系統,尤其是半自動或自動燃氣式烹調系統,採用標準化的烹調程式進行烹調,其中在烹調程式中設定標準化的火力強度(火力檔位)和加熱時間,以得到品質合格且穩定的菜餚及其它烹調食品。因此,對本發明的燃氣式烹調系統,尤其是半自動或者自動燃氣式烹調系統,在初始標定環境下進行初始火力標定,以使得各火力檔位具有標準化的火力強度,並得到該初始標定環境下與各火力檔位相應的燃氣壓力。即,對本發明的燃氣式烹調系統,尤其是半自動或自動燃氣式烹調系統來說,其初始標定環境下的環境溫度T2、大氣壓力Pamb2、與各熱負荷相應的燃氣壓力P2、以及飽和水蒸氣壓力s2是確定的。
因此,本發明的燃氣式烹調系統根據當前工作環境下所測量到的環境溫度T1和大氣壓力Pamb1、以及當前工作環境下的飽和水蒸氣壓力s1,基於上述公式(8)所表示的關係就可以自動確定在當前工作環境下要得到與初始標定的熱負荷相等或基本相等的熱負荷所需要的目標燃氣壓力,並且可根據目標燃氣壓力與所測量到的燃氣壓力之間的比對結果,對燃氣壓力進行自動控制或調節,從而實現在不同工作環境下的穩定火力輸出。
或者,在本發明中,可以在實驗室創設各種工作環境,並將在各環境溫度和大氣壓力下烹調系統的實測熱負荷與初始標定的熱負荷相等或基本相等時所測量到的燃氣壓力作為目標燃氣壓力,從而得到環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表。
本發明的燃氣式烹調系統既可以在出廠前於初始標定環境下進行初始火力標定,也可以在使用地於初始標定環境下進行初始火力標定。當初始標定時所採用的燃氣與工作時所採用的燃氣具有相同的華白數時,修正係數K的取值可以為1。例如,由於各地區所使用燃氣的華白數通常是相同的,因此,當在使用地進行初始火力標定時,修正係數K的取值可以為1。
根據本發明的一具體實施方式,控制處理器包括處理單元和儲存單元,儲存單元中儲存有表示環境溫度、大氣壓力與目標燃氣壓力之間對應關係的環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表,處理單元基於所測量到的環境溫度和大氣壓力來查詢該關係表以得到目標燃氣壓力。
在該具體實施方式中,可以在實驗室創設各種工作環境,並將在各環境溫度和大氣壓力下烹調系統的實測熱負荷與初始標定的熱負荷相等或基本相等時所測量到的燃氣壓力作為目標燃氣壓力,從而得到環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表;或者可以按照上述公式(8)確定在各預定環境溫度和大氣壓力下要得到與初始標定的熱負荷相等或基本相等的熱負荷所需要的目標燃氣壓力,從而得到環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表。其中,環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表可以由燃氣式烹調系統運行相應程式而得到,也可以由外部輸入。
根據本發明的另一具體實施方式,控制處理器具有根據所測量到的環境溫度和大氣壓力確定目標燃氣壓力的運算法則,並根據該運算法則得到目標燃氣壓力。
根據本發明的另一具體實施方式,控制處理器還用於對所測量到的環境溫度進行處理以得到飽和水蒸氣壓力,並對飽和水蒸氣壓力以及所測量到的環境溫度和大氣壓力進行處理以得到目標燃氣壓力。
本發明中,控制處理器可以通過查詢環境溫度與飽和水蒸氣壓力的關係表得到飽和水蒸氣壓力,也可以按照飽和水蒸氣壓力與環境溫度關係的經驗公式對所測量到的環境溫度進行運算處理以得到飽和水蒸氣壓力。
根據本發明的另一具體實施方式,燃氣式烹調系統進一步包括燃氣流速檢測單元,其用於測量燃氣管道中的燃氣流速,並基於所測量到的燃氣流速向控制處理器傳輸燃氣流速檢測信號;控制處理器還用於對所測量到的燃氣流速和燃氣壓力進行處理以得到燃氣的伯努利常數,並對燃氣的伯努利常數以及所測量到的環境溫度和大氣壓力進行處理以得到校正後的目標燃氣壓力,以及基於所測量到的燃氣壓力和校正後的目標燃氣壓力向燃氣調節裝置輸出燃氣壓力控制信號。
本發明中,通過對燃氣流速和燃氣壓力進行兩次或兩次以上的測評,並根據上述公式(5),就可以得到相應狀態下燃氣的伯努利常數C。
式中:p1”為校正後的目標燃氣壓力;K為修正係數;
P2為初始標定環境下的燃氣壓力;T1和T2分別是所測量到的環境溫度和初始標定環境下的環境溫度;Pamb1和Pamb2分別是所測量到的大氣壓力和初始標定環境下的大氣壓力;s1和s2分別是當前工作環境和初始標定環境下的飽和水蒸氣壓力;C1和C2分別是當前工作環境和初始標定環境下燃氣管道中燃氣的伯努利常數。
由以上技術方案可見,通過對目標燃氣壓力進行校正,本發明的燃氣式烹調系統可以對其火力強度進行更為準確的控制和調節。並且,考慮到烹調系統工作時燃氣的伯努利常數C會產生動態變化,對目標燃氣壓力的校正也可以是動態地進行的。
根據本發明的另一具體實施方式,燃氣式烹調系統進一步包括燃氣流量檢測單元,其用於測量燃氣管道中的燃氣流量,並基於所測量到的燃氣流量向控制處理器傳輸燃氣流量檢測信號;控制處理器還用於根據轉換公式或表格得到目標燃氣流量,並基於所測量到的燃氣流量和該目標燃氣流量向燃氣調節裝置輸出燃氣流量控制信號。其中,燃氣流量可以直接測量得到,也可以通過測量燃氣流速,並將燃氣流速轉換為燃氣流量而間接測量得到。
式中:Φ-初始標定熱負荷,kW;Q1-0℃、101.3kPa狀態下燃氣的低熱值,MJ/m3;V-目標燃氣流量,m3/h;tg-當前工作環境下所測量到的環境溫度,℃;Pamb-當前工作環境下所測量到的大氣壓力,kPa;Pm-實測燃氣流量計內的燃氣相對靜壓力,kPa;S-溫度為tg時的飽和水蒸氣壓力,kPa(當使用乾式氣體流量計測量時,S值應乘以燃氣的相對濕度進行修正)。
或者,可以根據上述公式(10)而預先得到表示各火力強度下燃氣相對靜壓力、環境溫度和大氣壓力與目標燃氣流量之間對應關係的轉換表格,控制處理器通過查詢該轉換表格來得到目標燃氣流量。
通過調節燃氣壓力而對火力強度進行控制具有速度快的優點,這尤其適合於燃氣式烹調系統對火力強度進行快速調節的要求。而通過調節燃氣流量而對火力強度進行控制具有控制精度更高的優勢,但其要求更長的調節時間。在上述技術方案中,同時採用調節燃氣壓力和燃氣流量來對火力強度進行控制,具有調節速度快、精度高的顯著優勢。
根據本發明的另一具體實施方式,環境參數檢測單元包括環境溫度檢測單元和大氣壓力檢測單元,環境溫度檢測單元用於測量環境溫度並基於所測量到的環境溫度生成環境溫度檢測信號,大氣壓力檢測單元用於測量大氣壓力並基於所測量到的大氣壓力生成大氣壓力檢測信號。
根據本發明的另一具體實施方式,環境參數檢測單元包括環境溫度和大氣壓力檢測單元,其用於測量環境溫度和大氣壓力並基於所測量到的環境溫度和大氣壓力分別生成環境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號。這是考慮到大氣壓力檢測單元在測量大氣壓力時,需要測量環境溫度來自動校正其中感測器的靜態漂移;並且,與同時使用環境溫度檢測單元和大氣壓力檢測單元相比,使用環境溫度和大氣壓力檢測單元的成本更低。
根據本發明的另一具體實施方式,燃氣調節裝置包括以電機和/或電信號和/或其它驅動裝置直接和/或間接驅動以進行多級和/或無級連續調節的燃氣調節閥。
根據本發明的另一具體實施方式,環境參數檢測單元與控制處理器之間、燃氣壓力檢測單元與控制處理器之間、控制處理器與燃氣調節裝置之間可以通過有線或者無線的方式進行信號傳輸。
根據本發明的另一具體實施方式,燃氣壓力檢測單元包括壓力感測器,例如差壓式感測器,該壓力感測器設置在燃氣調節裝置和燃氣噴嘴之間的燃氣管道上。另外一種可實施的方式是,在該燃氣管道上設置燃氣檢測旁路,壓力感測器設置在該燃氣檢測旁路上。
根據本發明的另一具體實施方式,燃氣式烹調系統為自動或者半自動燃氣式烹調系統。
另一方面,為了實現本發明的目的,本發明提供了一種針對燃氣式烹調系統的如此的自動火力標定方法,該燃氣式烹調系統包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置,該燃氣調節裝置至少用於調節燃氣加熱裝置中的燃氣壓力。其中,該自動火力標定方法包括如下步驟:(1)在初始標定環境下對燃氣式烹調系統的各火力強度進行初始標定;(2)確定在各預定環境溫度和大氣壓力下要達到初始標定的每一火力強度所需要的目標燃氣壓力,以得到環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表;(3)測量當前工作環境下在燃氣流動方向上位於燃氣調節裝置下游的燃氣管道中的燃氣壓力;(4)測量燃氣式烹調系統在當前工作環境下的環境溫度和大氣壓力;(5)查詢環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表,以得到在當前工作環境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣壓力;(6)根據所測量到的燃氣壓力與目標燃氣壓力比對的結果,對燃氣壓力進行控制或調節。
在烹調之前或者烹調過程中,本發明的燃氣式烹調系統可以根據當前工作環境下所測量到的環境溫度T1和大氣壓力Pamb1,通過查詢環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表而獲得目標燃氣壓力,並根據目標燃氣壓力與所測量到的燃氣壓力之間的比對結果,對燃氣壓力進行自動控制或調節,從而實現在不同工作環境下的穩定火力輸出。
本發明中,可以通過查詢環境溫度與飽和水蒸氣壓力的關係表得到飽和水蒸氣壓力,也可以按照飽和水蒸氣壓力與環境溫度關係的經驗公式對所測量到的環境溫度進行運算處理以得到飽和水蒸氣壓力。
根據本發明的一具體實施方式,上述自動火力標定方法進一步包括在步驟(6)之後對目標燃氣壓力進行校正,並根據所測量到的燃氣壓力與校正後的目標燃氣壓力比對的結果,進一步對燃氣壓力進行控制或調節的步驟;其中,按照上面的公式(9)所表示的函數關係得到校正後的目標燃氣壓力。
根據本發明的另一具體實施方式,本發明的自動火力標定方法進一步包括如下步驟:通過轉換公式或表格,確定在當前工作環境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣流量;測量當前工作環境下的燃氣流量;根據所測量到的燃氣流量與目標燃氣流量比對的結果,對燃氣流量進行控制或調節。其中,燃氣流量可以直接測量得到,也可以通過測量燃氣流速,並將燃氣流速轉換為燃氣流量而間接測量得到。
在上述技術方案中,可以通過運算上述的轉換公式(10)而得到各工作環境下燃氣式烹調系統的熱負荷與初始標定的熱負荷相等或基本相等時所需要的目標燃氣流量。
或者,可以根據上述公式(10)而預先得到表示各火力強度下燃氣相對靜壓力、環境溫度和大氣壓力與目標燃氣流量之間對應關係的轉換表格,並通過查詢該轉換表格來得到目標燃氣流量。
通過調節燃氣壓力而對火力強度進行控制具有速度快的優點,這尤其適合於燃氣式烹調系統對火力強度進行快速調節的要求。而通過調節燃氣
流量而對火力強度進行控制具有控制精度更高的優勢,但其要求更長的調節時間。在上述技術方案中,同時採用調節燃氣壓力和燃氣流量來對火力強度進行控制,具有調節速度快、精度高的顯著優勢。
再一方面,為了實現本發明的目的,本發明還提供了針對燃氣式烹調系統的、如此的自動火力標定方法,該燃氣式烹調系統包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置,該燃氣調節裝置用於調整燃氣加熱裝置中的燃氣壓力。其中,該自動火力標定方法包括如下步驟:(1)在初始標定環境下對燃氣式烹調系統的各火力強度進行初始標定;(2)測量當前工作環境下在燃氣流動方向上位於燃氣調節裝置下游的燃氣管道中的燃氣壓力;(3)測量燃氣式烹調系統在當前工作環境下的環境溫度和大氣壓力;(4)對所測量到的環境溫度和大氣壓力進行運算處理以確定在當前工作環境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣壓力;(5)根據所測量到的燃氣壓力與目標燃氣壓力比對的結果,對燃氣壓力進行控制或調節。
根據本發明的一具體實施方式,上述自動火力標定方法進一步包括在步驟(5)之後對目標燃氣壓力進行校正,並根據所測量到的燃氣壓力與校正後的目標燃氣壓力比對的結果,進一步對燃氣壓力進行控制或調節的步驟;其中,按照上面的公式(9)所表示的函數關係得到校正後的目標燃氣壓力。
本發明的燃氣式烹調系統能夠根據其工作環境的變化而動態並且自動地標定火力強度,以在各種工作環境下輸出與初始標定數值相同或者大致相同的熱負荷,從而實現火力的穩定輸出。因此,本發明的燃氣式烹調系統可以實現對烹調火候的精確控制,並烹製出品質穩定的菜餚及其它烹調食品。
本發明的自動火力標定方法能夠根據燃氣式烹調系統工作環境的變化而動態並且自動地標定其火力強度,以使得燃氣式烹調系統在各種工作環境下輸出與初始標定數值相同或者大致相同的熱負荷,從而實現火力的穩定輸出。因此,採用本發明的自動火力標定方法後,燃氣式烹調系統可以實現對烹調火候的精確控制,從而烹製出品質穩定的菜餚及其它烹調食品。
為了更清楚地闡述本發明的目的、技術方案及優點,下面結合圖式和具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。各個圖式中,相同的元件符號具有相同的含義。
1‧‧‧燃氣壓力檢測單元
2‧‧‧大氣壓力檢測單元
23‧‧‧環境溫度和大氣壓力檢測單元
3‧‧‧環境溫度檢測單元
4‧‧‧控制處理器
41‧‧‧儲存單元
42‧‧‧處理單元
5‧‧‧燃氣調節裝置
6‧‧‧燃氣加熱裝置
7‧‧‧燃氣管道
8‧‧‧燃氣流量計
9‧‧‧燃氣流速檢測單元
〔圖1〕係為本發明燃氣式烹調系統實施例1的結構方塊圖。
〔圖2〕係為本發明燃氣式烹調系統實施例1的自動火力標定流程圖。
〔圖3〕係為根據校正後的目標燃氣壓力對本發明燃氣式烹調系統實施例1的火
力強度進行校正的流程圖。〔圖4〕係為根據目標燃氣流量對本發明燃氣式烹調系統實施例1的火力強度進
行校正的流程圖。〔圖5〕係為本發明燃氣式烹調系統實施例2的結構方塊圖。
〔圖6〕係為本發明燃氣式烹調系統實施例2的自動火力標定流程圖。
實施例1
圖1是本發明具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統實施例1的結構方塊圖。其中,1表示燃氣壓力檢測單元,2表示大氣壓力檢測單元,3表示環境溫度檢測單元,4表示控制處理器,41表示儲存單元,42表示處理單元,5表示燃氣調節裝置,6表示燃氣加熱裝置,7表示燃氣管道,8表示燃氣流量計,9表示燃氣流速檢測單元。
燃氣壓力檢測單元1包括燃氣壓力感測器和燃氣壓力檢測及轉換電路,大氣壓力檢測單元2包括大氣壓力感測器和大氣壓力檢測及轉換電路,環境溫度檢測單元3包括環境溫度感測器和環境溫度檢測及轉換電路,燃氣調節裝置5包括比例閥和閥驅動機構,燃氣流速檢測單元9包括燃氣流速感測器和燃氣流速檢測及轉換電路。其中,環境溫度感測器和大氣壓力感測器安裝在烹調系統的外殼體上,易於與環境相接觸並儘量避免熱源的干擾;燃氣壓力感測器安裝在比例閥和燃氣加熱裝置的燃氣噴嘴之間的燃氣管道上;燃氣流速感測器安裝在燃氣流量計8與比例閥之間的燃氣管道上;燃氣壓力檢測及轉換電路、大氣壓力檢測及轉換電路、環境溫度檢測及轉換電路、燃氣流速檢測及轉換電路集成在控制處理器4的控制電路板上。
如圖1所示,燃氣壓力檢測單元1用於測量比例閥和燃氣噴嘴之間的燃氣管道中的燃氣壓力,並基於所測量到的燃氣壓力生成燃氣壓力檢測信號;大氣壓力檢測單元2用於測量大氣壓力,並基於所測量到的大氣壓力生成大氣壓力檢測信號;環境溫度檢測單元3用於測量環境溫度,並基於所測量到的環境溫度生成環境溫度檢測信號;燃氣流速檢測單元9用於測量比例閥和燃氣流量計8之間的燃氣管道中的燃氣流速,並基於所測量到的燃氣流速生成燃氣流速檢測
信號。燃氣壓力檢測信號、大氣壓力檢測信號、環境溫度檢測信號和燃氣流速檢測信號輸入並儲存在儲存單元41內;同時,儲存單元41中還儲存有表示各熱負荷下環境溫度和大氣壓力與目標燃氣壓力之間對應關係的環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表,環境溫度與飽和水蒸氣壓力關係表,以及烹調程式等資料。
處理單元42讀取儲存單元41中的相應資料並根據需要輸出燃氣壓力及燃氣流量控制信號至燃氣調節裝置5。
式中:p1 '為目標燃氣壓力,kPa;K為修正係數,用於修正例如燃氣華白數等其他因素對目標燃氣壓力的影響;P2為初始標定環境下的燃氣壓力,kPa;T1和T2-分別是預定工作環境和初始標定環境下的環境溫度,K;Pamb1和Pamb2-分別是預定工作環境和初始標定環境下的大氣壓力,kPa;
s1和s2-分別是與預定工作環境溫度和初始標定環境溫度對應
的飽和水蒸氣壓力,kPa。飽和水蒸氣壓力通過查詢環境溫度與飽和水蒸氣壓力關係表而獲得。
對於本發明的燃氣式烹調系統來說,其初始標定環境和與各初始標定熱負荷對應的燃氣壓力是唯一確定的,根據以上公式(8)就可以計算出在預定工作環境下要得到與初始標定的熱負荷相等或基本相等的熱負荷所需要的目標燃氣壓力,進而得到表示環境溫度和大氣壓力與目標燃氣壓力之間對應關係的環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表。
圖2是本實施例燃氣式烹調系統的自動火力標定流程圖。如圖2所示,首先,在初始標定環境下對烹調系統進行初始火力標定,並根據以上公式(8)確定在各預定環境溫度和大氣壓力下要達到初始標定的每一火力強度所需要的目標燃氣壓力,以得到環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表並將其儲存至儲存單元41。在烹調之前或者烹調過程中,對烹調系統進行自動火力標定以實現穩定的火力輸出,為此,大氣壓力檢測單元2測量當前大氣壓力,環境溫度檢測單元3測量當前環境溫度,燃氣壓力檢測單元1測量的當前燃氣壓力;控制處理器4通過查詢環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表確定與所測量到的大氣壓力和環境溫度相同或者最接近的大氣壓力和環境溫度,從而獲取與其對應的目標燃氣壓力,並將該目標燃氣壓力與燃氣壓力檢測單元1實測的燃氣壓力進行比對,如果比對結果沒有偏差,或者雖然有偏差,但該偏差在允許的範圍之內,對菜餚品質沒有明顯或不可接受的影響,則不必進行調節,如果比對結果存在不
允許的偏差,則輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調節裝置5;燃氣調節裝置5根據該控制信號自動調整比例閥的開度,從而使燃氣壓力達到或者接近目標燃氣壓力。
進一步地,如圖3所示,控制處理器4在自動火力標定完成之後還對目標燃氣壓力進行校正以得到校正後的目標燃氣壓力,並根據校正後的目標燃氣壓力與燃氣壓力檢測單元1實測的燃氣壓力的比對結果,輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調節裝置5;燃氣調節裝置5根據該控制信號自動調整比例閥的開度,從而使燃氣壓力達到或者接近校正後的目標燃氣壓力。
式中:p1”為校正後的目標燃氣壓力;K為修正係數,用於修正例如燃氣華白數等其他因素對目標燃氣壓力的影響;P2為初始標定環境下的燃氣壓力;T1和T2分別是所測量到的環境溫度和初始標定環境下的環境溫度;Pamb1和Pamb2分別是所測量到的大氣壓力和初始標定環境下的大氣壓力;
s1和s2分別是當前工作環境和初始標定環境下的飽和水蒸氣壓力;C1和C2分別是當前工作環境和初始標定環境下燃氣管道中燃氣的伯努利常數,其由控制處理器通過對所測量到的燃氣流速和燃氣壓力進行處理而得到。
同時,本實施例的燃氣式烹調系統還通過調節燃氣流量而對其火力強度進行控制,以實現火力的穩定輸出。並且,燃氣流量的調節通常是在燃氣壓力的調節之後進行的。為了實現燃氣流量的調節,如圖4所示,首先,控制處理器4獲得目標燃氣流量,並對燃氣流速檢測單元9(此時也作為燃氣流量檢測單元)所測量到的燃氣流速進行處理以得到實際燃氣流量;然後,控制處理器4根據目標燃氣流量與實際燃氣流量的比對結果,輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調節裝置5,燃氣調節裝置5根據該控制信號自動調整比例閥的開度,從而使燃氣流量達到或者接近目標燃氣流量。
式中:Φ-初始標定熱負荷,kW;Q1-0℃、101.3kPa狀態下燃氣的低熱值,MJ/m3;V-目標燃氣流量,m3/h;tg-當前工作環境下所測量到的環境溫度,℃;
Pamb-當前工作環境下所測量到的大氣壓力,kPa;Pm-實測燃氣流量計內的燃氣相對靜壓力,kPa;S-溫度為tg時的飽和水蒸氣壓力,kPa(當使用乾式氣體流量計測量時,S值應乘以燃氣的相對濕度進行修正)。
在與初始標定環境不同的多種工作環境下對本實施例的燃氣式烹調系統的熱負荷進行了測定,結果表明,在這些工作環境下各火力檔位元的實測熱負荷與初始標定的熱負荷之間的偏差小於0.02kW。
實施例2
圖5是本發明具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統實施例2的結構方塊圖。其中,1表示燃氣壓力檢測單元,23表示環境溫度和大氣壓力檢測單元,4表示控制處理器,5表示燃氣調節裝置,6表示燃氣加熱裝置,7表示燃氣管道,8表示燃氣流量計,9表示燃氣流速檢測單元。
燃氣壓力檢測單元1包括集成為一體的燃氣壓力感測器和燃氣壓力檢測及轉換電路,環境溫度和大氣壓力檢測單元23包括集成為一體的環境溫度和大氣壓力感測器以及相應的檢測及轉換電路,環境溫度檢測單元3包括集成為一體的環境溫度感測器和環境溫度檢測及轉換電路,燃氣調節裝置5包括比例閥和閥驅動機構,燃氣流速檢測單元9包括集成為一體的燃氣流速感測器和燃氣流速檢測及轉換電路。其中,環境溫度和大氣壓力檢測單元23安裝在烹調系統的外殼體上;燃氣壓力檢測單元1安裝在比例閥和燃氣加熱裝置的燃氣噴嘴之間的燃氣管道7上;燃氣流速感測器安裝在燃氣流量計8與比例閥之間的燃氣管道上;
燃氣壓力檢測單元1、環境溫度和大氣壓力檢測單元23、燃氣調節裝置5和燃氣流速檢測單元9分別與控制處理器4通過無線的方式進行信號傳輸。
如圖5所示,燃氣壓力檢測單元1用於測量比例閥和燃氣噴嘴之間的燃氣管道中的燃氣壓力,並基於所測量到的燃氣壓力生成燃氣壓力檢測信號;環境溫度和大氣壓力檢測單元23用於測量環境溫度和大氣壓力,並基於所測量到的環境溫度和大氣壓力分別生成環境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號;燃氣流速檢測單元9用於測量比例閥和燃氣流量計8之間的燃氣管道中的燃氣流速,並基於所測量到的燃氣流速生成燃氣流速檢測信號。控制處理器4對所測量到的大氣壓力和環境溫度進行運算處理以得到目標燃氣壓力,並根據需要輸出燃氣壓力調整信號至燃氣調節裝置5。
式中;p1 '為目標燃氣壓力,kPa;K為修正係數,用於修正例如燃氣華白數等其他因素對目標燃氣壓力的影響;P2為初始標定環境下的燃氣壓力,kPa;T1和T2-分別是所測量到的環境溫度和初始標定環境下的環境溫度,K;
Pamb1和Pamb2-分別是所測量到的大氣壓力和初始標定環境下的大氣壓力,kPa;s1和s2-分別是與所測量到的環境溫度和初始標定環境溫度對應的飽和水蒸氣壓力,kPa。飽和水蒸氣壓力通過查詢環境溫度與飽和水蒸氣壓力關係表而獲得。
對於本發明的燃氣式烹調系統來說,其初始標定環境和與各初始標定熱負荷對應的燃氣壓力是唯一確定的,根據以上公式(8)就可以計算出在當前工作環境下要得到與初始標定的熱負荷相等或者基本相等的熱負荷所需要的目標燃氣壓力。
圖6是本實施例燃氣式烹調系統的自動火力標定流程圖。如圖6所示,首先,在初始標定環境下對烹調系統進行初始火力標定。在烹調之前或者烹調過程中,對烹調系統進行自動火力標定以實現穩定的火力輸出,為此,燃氣壓力檢測單元1測量當前燃氣壓力,環境溫度和大氣壓力檢測單元23測量當前環境溫度和大氣壓力;控制處理器4通過查詢環境溫度與飽和水蒸氣壓力關係表而獲得當前飽和水蒸氣壓力,並根據上述公式(8)所表示的運算法則對所測得的環境溫度和大氣壓力進行運算處理,獲得與當前工作環境對應的目標燃氣壓力,並將該目標燃氣壓力與燃氣壓力檢測單元1實測的燃氣壓力進行比對,如果比對結果沒有偏差,或者雖然有偏差,但該偏差在允許的範圍之內,則不必進行調節,如果比對結果存在不允許的偏差,則輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調節裝置5;燃氣調節裝置5根據該控制信號自動調整比例閥的開度,從而使燃氣壓力達到或者接近目標燃氣壓力。
在本實施例中,與實施例1相同的是,在自動火力標定完成之後還對目標燃氣壓力進行校正以得到校正後的目標燃氣壓力,並根據校正後的目標燃氣壓力與實測的燃氣壓力的比對結果,對燃氣壓力進行控制或調節。並且,同樣與實施例1相同的是,本實施例的燃氣式烹調系統還通過調節燃氣流量而對其火力強度進行控制,以實現火力的穩定輸出。
在與初始標定環境不同的多種工作環境下對本實施例的燃氣式烹調系統的熱負荷進行了測定,結果表明,在這些工作環境下各火力檔位元的實測熱負荷與初始標定的熱負荷之間的偏差小於0.02kW。
對比例
作為對比例的是一種不具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統,以下表1和表2分別示出了該燃氣式烹調系統在與初始標定環境不同的兩種工作環境下,各火力檔位元的實測熱負荷及其與初始標定熱負荷之間的偏差。
通過以上表1和表2的實測資料可知,即使在與初始標定環境相差不大的工作環境下,對比例的燃氣式烹調系統的實測熱負荷與初始標定熱負荷之間的偏差在絕大多數情況下也會大於0.02kW,且實測熱負荷與初始標定熱負荷之間的偏差隨著工作環境與初始標定環境之間差距的增大而增大,這會嚴重影響到菜餚及其它烹調食品的品質及其一致性。與此相對的,本發明具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統在以上兩種工作環境下各火力檔位元的實測熱負荷與初始標定的熱負荷之間的偏差均小於0.02kW。
需要注意的是,以上所描繪的實施例的各個方面可以進行相互的組合和/或替換,除非這種組合和/或替換之間存在相互排斥的情形。
雖然以上通過實施例描繪了本發明,但應當理解的是,本領域普通技術人員在不脫離本發明的發明範圍內,依照本發明所作的同等改進,應為本發明的發明範圍所涵蓋。
1‧‧‧燃氣壓力檢測單元
2‧‧‧大氣壓力檢測單元
3‧‧‧環境溫度檢測單元
4‧‧‧控制處理器
41‧‧‧儲存單元
42‧‧‧處理單元
5‧‧‧燃氣調節裝置
6‧‧‧燃氣加熱裝置
7‧‧‧燃氣管道
8‧‧‧燃氣流量計
9‧‧‧燃氣流速檢測單元
Claims (14)
- 一種具有自動火力標定功能的燃氣式烹調系統,其包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置,該燃氣調節裝置至少用於調節該燃氣加熱裝置中的燃氣壓力,其中,該燃氣式烹調系統還包括:燃氣壓力檢測單元,用於測量在燃氣流動方向上位於該燃氣調節裝置下游的燃氣管道中的燃氣壓力,並基於所測量到的燃氣壓力生成燃氣壓力檢測信號;環境參數檢測單元,用於測量環境溫度和大氣壓力,並基於所測量到的環境溫度和大氣壓力分別生成環境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號;以及控制處理器,用於接收該燃氣壓力檢測信號、該環境溫度檢測信號和該大氣壓力檢測信號,並對所測量到的環境溫度和大氣壓力進行處理以得到目標燃氣壓力,以及基於所測量到的燃氣壓力和該目標燃氣壓力向該燃氣調節裝置輸出燃氣壓力控制信號;該控制處理器對所測量到的環境溫度和大氣壓力按照如下函數關係進行運算處理,以確定該目標燃氣壓力:
- 如請求項1所述的燃氣式烹調系統,其中,該控制處理器包括處理單元和儲存單元,該儲存單元中儲存有環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表,該處理單元基於所測量到的環境溫度和大氣壓力來查詢該關係表以得到該目標燃氣壓力。
- 如請求項1所述的燃氣式烹調系統,其中,該控制處理器還用於對所測量到的環境溫度進行處理以得到飽和水蒸氣壓力,並對該飽和水蒸氣壓力以及所測量到的環境溫度和大氣壓力進行處理以得到該目標燃氣壓力。
- 如請求項1所述的燃氣式烹調系統,其進一步包括燃氣流速檢測單元,該燃氣流速檢測單元用於測量燃氣管道中的燃氣流速,並基於所測量到的燃氣流速向該控制處理器傳輸燃氣流速檢測信號;該控制處理器還用於對所測量到的燃氣流速和燃氣壓力進行處理以得到燃氣的伯努利常數,並對該伯努利常數以及所測量到的環境溫度和大氣壓力進行處理以得到校正後的目標燃氣壓力,以及基於所測量到的燃氣壓力和校正後的目標燃氣壓力向該燃氣調節裝置輸出燃氣壓力控制信號。
- 如請求項1所述的燃氣式烹調系統,其進一步包括燃氣流量檢測單元,該燃氣流量檢測單元用於測量燃氣管道中的燃氣流量,並基於所測量到的燃氣流量向該控制處理器傳輸燃氣流量檢測信號;該控制處理器還用於根據轉換公式或表格得到目標燃氣流量,並基於所測量到的燃氣流量和該目標燃氣流量向該燃氣調節裝置輸出燃氣流量控制信號。
- 如請求項1所述的燃氣式烹調系統,其中,該環境參數檢測單元包括環境溫度檢測單元和大氣壓力檢測單元,該環境溫度檢測單元用於測量環境溫度並基於所測量到的環境溫度生成環境溫度檢測信號,該大氣壓力檢測單元用於測量大氣壓力並基於所測量到的大氣壓力生成大氣壓力檢測信號。
- 一種燃氣式烹調系統的自動火力標定方法,該燃氣式烹調系統包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置,該燃氣調節裝置至少用於調節該燃氣加熱裝置中的燃氣壓力,其中,該自動火力標定方法包括如下步驟:(1)在初始標定環境下對該燃氣式烹調系統的各火力強度進行初始標定;(2)確定在各預定環境溫度和大氣壓力下要達到初始標定的每一火力強度所需要的目標燃氣壓力,以得到環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表,該目標燃氣壓力與該預定環境溫度和大氣壓力之間具有如下的函數關係:
- 如請求項7所述的自動火力標定方法,其中,步驟(2)中通過查詢環境溫度與飽和水蒸氣壓力的關係表而獲得該飽和水蒸氣壓力。
- 如請求項7所述的自動火力標定方法,其中,步驟(4)中利用環境溫度檢測單元測量該環境溫度,利用大氣壓力檢測單元測量該大氣壓力。
- 一種燃氣式烹調系統的自動火力標定方法,該燃氣式烹調系統包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置,該燃氣調節裝置至少用於調節該燃氣加熱裝置中的燃氣壓力,其中,該自動火力標定方法包括如下步驟:(1)在初始標定環境下對該燃氣式烹調系統的各火力強度進行初始標定;(2)確定在各預定環境溫度和大氣壓力下要達到初始標定的每一火力強度所需要的目標燃氣壓力,以得到環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表;(3)測量當前工作環境下在燃氣流動方向上位於該燃氣調節裝置下游的燃氣管道中的燃氣壓力;(4)測量該燃氣式烹調系統在當前工作環境下的環境溫度和大氣壓力;(5)查詢該環境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關係表,以得到在當前工作環境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣壓力;以及(6)根據所測量到的燃氣壓力與該目標燃氣壓力比對的結果,對該燃氣壓力進行控制或調節;其中,該燃氣調節裝置還用於調節該燃氣加熱裝置中的燃氣流量,該自動火力標定方法進一步包括如下步驟:通過轉換公式或表格,確定在當前工作環境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣流量; 測量當前工作環境下的燃氣流量;以及根據所測量到的燃氣流量與該目標燃氣流量比對的結果,對該燃氣流量進行控制或調節。
- 一種燃氣式烹調系統的自動火力標定方法,該燃氣式烹調系統包括燃氣調節裝置和燃氣加熱裝置,該燃氣調節裝置至少用於調節該燃氣加熱裝置中的燃氣壓力,其中,該自動火力標定方法包括如下步驟:(1)在初始標定環境下對該燃氣式烹調系統的各火力強度進行初始標定;(2)測量當前工作環境下在燃氣流動方向上位於該燃氣調節裝置下游的燃氣管道中的燃氣壓力;(3)測量該燃氣式烹調系統在當前工作環境下的環境溫度和大氣壓力;(4)對所測量到的環境溫度和大氣壓力按照如下函數關係進行運算處理以確定在當前工作環境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣壓力:
- 如請求項12所述的自動火力標定方法,其中,步驟(4)中通過查詢環境溫度與飽和水蒸氣壓力的關係表而獲得該飽和水蒸氣壓力。
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