CN101637062B - 用于生成、处理和分析温度相关信号的方法和相应的装置 - Google Patents

Abstract

随时间变化对电子检测的温度信号(T)求一次微分，然后进行反演，从而获得一种改进的分析方法，以便利用温度传感器(S)对作为烹调炉具的炉灶(11)上的温度进行监测。取2/3作为反演结果的幂，得出输出值(A)。基于该输出值继续进行处理，其中在继续处理过程中将输出值与针对规定事件的输出值所存储的值进行比较。在烹调过程开始之后最多300秒时间内，有利地在大约60～120秒时间内检测输出值(A)，然后结束检测和分析。

Description

用于生成、处理和分析温度相关信号的方法和相应的装置

应用领域和背景技术

本发明涉及一种在烹调炉具工作状态下用于生成、处理和分析温度或者与烹调炉具或炉灶上的温度相关的信号的方法，以及一种相应的装置。

已知有各种各样的方法可用来检测炉灶上的温度，更确切地说，既有防止炉盘过热的方法，也有执行所谓的自动烹调程序的方法，例如可参阅US-PS6,118,105、EP 858 722 A、DE 103 29 840 A、DE 199 061 15 C或者DE 103 56432 A。

任务与解决方案

本发明的任务在于，提供开头所述类型的替代方法以及一种相应的装置，尤其能够将其用来提供一个通过温度传感器装置检测的值作为能够对其进行尽可能好地继续处理或者使用的输出值。

该任务可通过具有权利要求1和3所述特征的一种方法以及具有权利要求7所述特征的一种相应的装置加以解决。其余权利要求的阐述对象均为本发明的有益的以及优选的设计，以下将对其进行详细解释。有一些特征既适合于所述方法，也适合于所述的装置，对其一部分仅作一次解释，但这些特征也可能相互独立地既适用于所述方法，也适合于所述装置。对权利要求的阐述明确地引用说明书的内容。

规定，随时间变化利用一个温度传感器装置，对烹调炉具或炉灶、立于其上或正在加热的炊具和/或其中的烹调物如某食物的温度进行检测。随时间变化对温度传感器装置所检测的温度信号求一次微分，然后进行反演，且反演结果的取幂范围在0.5～1之间，有利地在0.6～0.8之间。这样就可获得一个值作为继续进行处理和分析的输出值。按照本发明的一种基本设计，根据该输出值推算或确定炊具所含物的量。如果已知所输入的加热能量，则可以据此预先确定沸点。可以采用各种各样的方式和方法，优选通过控制装置中的测量装置来确定沸点。

按照本发明的另一种基本设计，在达到沸点之前的一段时间内检测并且分析温度信号，优选隔远一点，但是肯定应在快要达到沸点之前，例如当常用功率范围在大约1200W～4000W的范围内时，应在烹调过程开始或者加热开始之后最多约300秒的时间内进行检测。由于这种方式能有助于确定水量，因此可以避免出现例如前面所述的温度过高现象，或者能够更好地控制某些烹调程序或自动过程。有利地在到达沸点前的烹调过程中获得这种信息，这在烹调过程早期特别有助于下一步的分析。随后可以进行进一步的分析，例如准确测定沸点。当然随后也可结束上述水量测定功能。在申请人的DE 10 2005 045875.0中描述了相关的计算方法以及其它方法，在此以援引方式使其成为本专利申请的内容。

上述求算输出值A(t)的方法以公式表示如下

$A\left(t^{\′}\right)={\left(\frac{\mathrm{\Δt}\left(t^{\′}\right)}{\mathrm{\ΔT}\left(t^{\′}\right)}\right)}^{c=\mathrm{const}.}$

其中c表示选自区间0.5～1的或者小于1的正常数，有利地选自区间0.6～0.8。时间区间Δx(t′)＝x(t1)-x(t2)应选得足够大，以便不会与测量值噪声发生冲突。否则在某些不利的情况下将使得输出值的噪声很大，从而出现十分严重的控制干扰。T(t′)表示温度传感器的信号，t(t′)表示测量过程中的时间。

有利地在烹调过程开始之后50～200秒时间范围内对温度信号进行分析。如果感应加热装置的发热功率大于1500W，则特别有利地在大约60～120秒时间范围内进行分析。这样就能以比较快的速度，也就是在比较短的时间内，或者在烹调过程开始之后即刻进行分析。因此其它方法步骤就能以较快的速度来获取和使用该分析结果。

如果使用辐射式加热器作为加热装置，并且使其以周期性方式工作，则输出值的基础斜率Δt/ΔT将变为负值。这种情况下可使用括号内的值。此外还可以单独考虑括号内数值的符号。即可以将输出值的符号理解成当c＝1时所得出的符号。

应注意：由于温度变化量在输出值的分母中，使得输出值的很小变化变得非常明显。这特别适用于温度变化还很小的情况。

按照本发明所述，已表明尤其也可在达到沸点之前，以本发明所述的方式和方法对短时间内检测到的温度信号进行处理，获得非常有利于进行分析的变化曲线。该变化曲线具有独特的特性，很适合于进行进一步分析。按照本发明所述，有利地根据输出值推算或确定炊具所含之物的量，当已知电热炉具所输入的加热能量时，可以预先大致确定达到沸点的时刻。例如这可以用来核对进一步的沸点识别结果。这样就能够以特别有利的方式大致预先确定到达沸点的时刻，并且如有需要，可在达到沸点之前减小所输入的加热能量，以避免煮沸炊具所含之物。这可以是所选烹调程序的组成部分。

特别有利的所取的幂约为2/3，特别有利地正好为2/3。按照本发明所述，已表明取这个幂可得到几乎为直线的变化曲线，从而得到特别易于进行处理和分析的输出值。通常观察温度信号的动态变化曲线，即可得出值为2/3。例如发热导体附近的传感器并不直接反映烹调物的温度变化，因此要注意这个效应。

本领域技术人员已知的各种不同的温度传感器以及相应的检测装置均适合用来电子检测随时间变化的温度信号。

按照本发明的一种设计，还可以监测整个工作过程中所需发热功率随时间变化的曲线。因此还可以识别温度的上升或下降是否与随时间变化的发热功率一致，或者在某些情况下识别温度检测装置中是否存在故障。例如在并未产生发热功率的某一时刻发现温度升高时，就可以判断为温度检测装置中存在故障。此点可以向操作者显示出来。此外还可以切断炉灶的这个炉盘。

按照另一种设计，可以在温度传感器冷却过程中输入较小的功率进行分析。这样可实现更好的分析性能。获得这种信号的方式例如有：在感应加热装置的工作过程中故意减小功率，尤其可在功率大于2500W的“瞬间工作”模式下切换到低档；让辐射式加热器以循环方式工作，或者减小燃气加热装置的燃气流量。

可以规定，一方面可以在加热装置的循环工作过程中进行冷却，另一方面也可按照单独的计算程序，将功率降低到值“零”进行冷却。可以通过分辨方式来调整计算结果。但较为有益的方式是连续输入功率。

也可考虑对温度传感器的绝对值进行分析。这尤其适合于与设定的标准值进行比较。

本申请中所述的方法原则上不受加热方式和以上所提及的感应或辐射式加热装置的限制，也可将其应用于任意的加热方式，例如薄膜或厚膜加热元件或者管式加热器。此外还可将本方法应用于燃气燃烧器，可以通过输入的燃气量来求得输入能量。本方法也可应用于电热设备，例如烤炉或蒸锅。

这些以及其它特征还源自于权利要求书以及说明书和附图，且各项特征均可分别单独实现，或者在本发明的实施方式中以次组合的形式并且在其它领域同时实现多项特征，且各项所述特征均能表达此处要求保护的设计方式。本申请的分段标题和各个段落并不限制所述内容的普遍有效性。

附图简要说明

本发明的实施例均在附图中示意性地示出，以下将对其进行详细解释。图中示出：

图1为配有感应式加热装置和温度传感器的炉灶剖视图；

图2为不同充填量情况下第一个锅中大约300秒时间内的热容Cp的变化曲线图；和

图3为根据图2绘制的第二个锅的曲线图。

实施例详细说明

图1中示出作为电热炉具的炉灶11，它具有一个炉盘12，炉盘下方安装有作为感应式加热装置14的常见的感应加热装置。将炊具13或者锅放在感应式加热装置14上方的炉盘12上，以便烹调或加热其中的所含之物。在感应式加热装置14上方区域内，在炉盘12的底面上设置有一个温度传感器S。该温度传感器S可以是一种标准型Pt1000厚膜铂电阻温度传感器。按照一种替代的设计，也可以使用钨传感器或者光学测量传感器，尤其是在适当波长范围内具有灵敏性的所谓的热电堆传感器。温度传感器S将温度T或者相应的温度信号提供给控制器16。

温度传感器S可电子检测，更确切地说，可通过控制器16电子检测。这就意味着，温度信号T存在于控制器16之中，可以对其进行继续处理。可按照前述方式和方法进行继续处理，即随时间变化对温度信号T求微分。对结果进行反演，然后取2/3作为反演结果的幂。由此得出输出值A，可将其用于其它分析工作，和/或用于执行烹调程序等等。该输出值在一定程度上呈线性变化，因此特别有利于识别输出值的变化。

如果现在记录炉盘11的特性温度曲线，并且将已经求得的输出值的由此得到的变化曲线存储在控制器16或者未示出的相应存储器之中，就可以将工作过程中检测到的输出值A与其进行比较。在炉灶上进行烹调的一定的过程中，如果能够根据当前的输出值变化曲线识别出存储器中的某个已知模型，或者与某个已知模型相符，则控制器16就会分析结果。

关于使用控制器16执行烹调程序或者输出警告信号等以及其它信号的方法，本领域技术人员尽皆知晓，尤其可参阅以上所述的现有技术文献，在此不再予以赘述。

有利的是，控制器16还监测感应式加热装置14的输入功率。因此可以通过检测输入电能随时间变化的曲线，来检验所产生的温度曲线或者借助温度传感器S所检测的温度大小的可信度。例如当感应式加热装置14在某一时刻没有或者仅仅产生很小发热功率时，温度传感器S上的温度依然升高，则必定存在故障状态。如果温度传感器S上的高热温度只有通过正在工作的感应式加热装置14才能产生，且并非是由于将很烫的烹调炊具放在温度传感器S上方的炉盘12上而产生的，则尤其是这种情况。这时就会发出警告信号，某些情况下也会将感应式加热装置14或者整个炉灶11切断。这种情况下要么是感应式加热装置14、控制器16中存在故障，或者温度传感器S上存在故障。任何一种此类故障源均比较严重，这也是为何要切断的原因。

图1中所示的系统与被放上的烹调炊具13一起形成可以按照上述方式和方法计算其热容Cp的系统。然后可以将其与没有放置烹调炊具13的系统也就是空炉灶进行比较。

图2所示为按照图1放上第一个锅之后检测到的输出值或者热容随时间变化的曲线。锅中的水量不等，分别为0.25升、0.5升、1升、2升和2.5升。通过在玻璃陶瓷板12下方的温度传感器S检测对应于这些值的温度。输入功率高于1500W。

可看出，在开始记录Cp值之后不久，对应于0.25～2升的值明显不同。对应于2.5升的曲线在对应于1升和2升的曲线之间伸展。然而略微有限的差别对本方法的精度的影响微乎其微，因为这里差别并非特别大，即使以现有的水量，也很有利于在该范围内大致确定水量。

可看出，在50秒和大约130秒之间的时间范围内，可在一定程度上区分五条曲线。在大约130秒和300秒之间的一定时段范围内，这些曲线又变得略微混乱，直至从大约300秒开始重新变得可以类似地区分。但数值从这里开始陡然上升。此外到这一时刻为止已经过去了五分钟，按照本发明所述，如果能够提前提供这些值，则特别有益。因此上述在大约50秒和130秒之间的范围特别有利于进行分析。

图3所示的过程相同，不过使用了第二种锅13。这里可看出，大致如在之前所述的相同时间区间之内，可以如上所述那样很好地区分对应于锅内不同水量的五条曲线，这里也是根据水量呈梯级分布，因此在此水量测定功能非常有效。截止到大约250～300秒的某一时刻为止，这些曲线的变化又重新变得差异很大。在较长的持续时间内，这些曲线将类似于图2所示重新分道扬镳，又变得可以很好地分辨，当然也有与之前所述一样的限制或缺点，尤其是时间滞后。

从图2和3中的曲线图可以看出，即使在本发明所述的烹调过程或加热过程开始后的较短时段内，例如一至两分钟，也能区分根据检测温度所确定的热容Cp的变化曲线。

现在当然需要控制器16来识别这些曲线或者某一种基准曲线。为此可以考虑一次性地记录一些基准曲线，进而将其存储到控制器中。这一工作可以有利地在工厂制造过程中完成。替代地，也可以尝试根据热容Cp值随时间变化的曲线，尤其在大约120秒之前的时段内，尤其可根据曲线的下降斜率以及所达到的绝对值进行推算。另一种可行的方法是由操作者保存所使用的具体锅的基准曲线。

数学表达法

为了将上述构思解释清楚，本段落中将依据数学公式再次简要描述发明思路。为明了起见，不失一般性描述幂为1的情况。已知存在下列关系式：

E＝P*Δt                 (1)，

其中E＝能量，P＝功率，t＝时间，

$\mathrm{Cp}=\frac{\mathrm{\ΔE}}{\mathrm{\ΔT}}---\left(2\right),$

其中Cp表示热容，ΔT表示温度变化。Cp近似为Cp＝Cp_锅+Cp_水+Cp_炉盘。在这些量之中，水的比热容最大，可以近似取最大水量，即Cp约等于Cp_水。根据比热容的定义，则

Cp＝cp_比热容_H₂O*m      (3)，

其中m表示水量。由于cp_比热容_H₂O为已知量，根据下式测算Cp，即可确定水量

$m=\frac{\mathrm{Cp}}{\mathrm{cp}\_\mathrm{spezifisch}\_H_{2}O}---\left(3a\right).$

按照本发明的思路，在接通电源之后，马上测定某一时刻t1的功率P和温度T。Δt1表示从接通时刻直至t1的时间。ΔT表示从起始温度开始的温差。

于是计算式为

$\mathrm{Cp}\left(t1\right)=\frac{P\left(t1\right)*\mathrm{\Δt}1}{\mathrm{\ΔT}\left(t1\right)}---\left(4\right).$

但当需要将温度升高ΔT2时，例如从大约20℃的起始温度升高到80℃，则适用类似的关系式。上述关系式的变换用于算出温度升高到ΔT2时的时刻Δt2：

$\mathrm{\Δt}2=\frac{\mathrm{Cp}\left(t1\right)*\mathrm{\ΔT}2}{P\left(t1\right)}---\left(5\right).$

只要水尚未煮沸，则热容基本不变，可以将方程(4)代入方程(5)，得到

$\mathrm{\Δt}2=\frac{\mathrm{\Δt}1*\mathrm{\ΔT}2}{\mathrm{\ΔT}\left(t1\right)}---\left(6\right).$

该方程式的特点在于：“沸点”Δt2仅和时刻t1时的已知量有关。一旦已测定出相当稳定的Cp(t1)值，就可以利用方程式(6)提前算出“沸点”。

可以使用在时刻t1改变的功率P′简单地进行归纳。

则计算式为

$\mathrm{\Δt}2=\frac{P\left(t1\right)*\mathrm{\Δt}1*\mathrm{\ΔT}2}{\mathrm{\ΔT}\left(t1\right)*P^{\′}}---\left(7\right).$

当然可以在不同时刻t进行测量，以便检查结果的稳定性。

Claims (13)

1.一种在烹调炉具工作状态下用于生成、处理和分析与烹调炉具上的温度相关的信号的方法，其中利用温度传感器装置(S)，对烹调炉具、立于其上的烹调炊具(13)和/或炊具中所含之物的温度进行检测，其中随时间变化对由温度传感器装置随时间变化在烹调过程中所检测的温度信号(T)求一次微分，对结果进行反演，然后对反演结果进行取幂，取幂范围在0.5和1.0之间，以便获得一个输出值，以该输出值为基础继续进行处理和分析，其特征在于，根据输出值推算或者确定炊具所含之物的量，其中在已知烹调炉具输入的加热能量的情况下，据此预先确定达到沸点的时刻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先确定到达沸点的时刻，在到达沸点之前减小输入的加热能量，从而避免炊具所含之物煮沸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在烹调过程开始之后最多300秒时间内检测温度信号(T)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在烹调过程开始之后50～200秒时间范围内对温度信号(T)进行分析。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，取幂范围在0.6和0.8之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测加热能量，随时间变化持续地检测加热功率，其中在烹调炉具的开关或控制器(16)上存在用于检测加热功率的检测机构。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烹调炉具是炉灶(11)。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在烹调过程开始之后60～120秒时间范围内对温度信号(T)进行分析。

9.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，幂为2/3。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述达到沸点的时刻用来核对进一步的沸点识别结果。

11.在烹调炉具工作状态下用来处理和分析与烹调炉具上的温度相关的信号的、用来执行上述权利要求中任一项所述方法的一种装置，具有温度传感器装置(S)，其用于对烹调炉具或者其加热装置(14)、立于其上的烹调炊具(13)和/或炊具中所含之物的温度进行检测，其特征在于传感器信号处理装置或控制器(16)，其用来检测温度传感器装置(S)的温度信号(T)随时间变化的曲线，用来随时间变化对温度信号求一次微分，用来对结果进行反演，然后对反演结果取幂，取幂范围在0.5和1.0之间，用来针对输出值对该输出值进行继续处理和分析，其中在烹调过程开始之后最多300秒时间内检测温度信号(T)。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，取幂范围在0.6和0.8之间。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述烹调炉具是炉灶(11)。

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