CN104421999A - 一种蓄热加热系统温度控制方法及装置 - Google Patents

一种蓄热加热系统温度控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蓄热加热系统温度控制方法及装置,其中蓄热加热系统温度控制方法包括步骤:持续获取蓄热体温度值;将蓄热体温度值与表征等效关系的数据模型进行计算处理;根据计算处理的结果,得出火力调整的控制量;根据控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度。采用本发明的方法及装置可使得蓄热加热系统的蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变,以提高系统的加热精度。

Description

一种蓄热加热系统温度控制方法及装置
技术领域
本发明涉及加热系统控制技术领域,更具体地说,涉及一种蓄热加热系统温度控制方法及装置。
背景技术
为提高加热效率及防护性,烹饪机器人加热系统采用了如保温筒(蓄热体)结构、炉膛等结构,该结构本身具有热容大的特点,随着设备运转,蓄热体本身被不断加热而温度升高,同时具有较高温度的蓄热体本身又会作为一个热源,通过辐射或传导方式给加热容器加热,导致在不同时段,在相同的火力控制输出情况下,产生了不一致的加热效果,严重的影响了加热精度,例如,在烹饪初期,蓄热体呈相对冷态,加热容器因温升相对较快,而对蓄热体进行热辐射,该影响表现为加热容器的实际温度低于烹饪设定温度要求(该时段,通常较为短暂);烹饪中期,蓄热体温升与加热容器同步,无相互影响(该时段,通常也较为短暂);烹饪后期,由于蓄热体持续蓄热,因其温升高于加热容器,反过来对加热容器进行热辐射,该影响表现为加热容器的实际温度高于烹饪设定温度要求(该时段,将持续到烹饪终了)。因此,在对加热精度要求较高的情况下,必须采用检测蓄热并自动调整加热控制方法,使之满足烹饪设定温度要求,从而进一步保证菜肴出品的一致性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种火力大小稳定、加热精度高的蓄热加热系统温度控制方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
构造一种蓄热加热系统温度控制方法,其中,包括步骤:
获取蓄热体温度值;
将所述蓄热体温度值与表征等效关系的数据模型进行计算处理;
根据所述计算处理的结果,得出火力调整和/或加热时间调整的控制量;
根据所述控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度。
本发明所述的方法,其中,所述表征等效关系的数据模型的建立包括以下步骤:
在相同的蓄热体温度下,将受热体以不同的火力加热到同一状态,获取不同火力档位对应的热功率值;和/或
在不同的蓄热体温度下,将受热体以相同火力加热到同一状态,获取不同蓄热体温度值对应的热功率值;
建立不同火力档位与热功率值、及蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系;
根据不同火力档位下所述蓄热体温度值与等效火力或等效时间的关系,建立所述表征等效关系的数据模型。
本发明所述的方法,其中,在所述数据模型中,将测得蓄热体的最低温度与最高温度之间的温度范围划分为多个温度区域,并相应列出每个温度区域中等效时间和等效火力。
本发明所述的方法,其中,获取所述蓄热体温度值的步骤包括:
通过设置在加热系统或蓄热体上的接触式温度传感器获取,或者通过非接触式测温传感器获取。
本发明所述的方法,其中,所述根据所述计算处理的结果,得出火力调整的控制量的步骤包括:
将实测数据与数据模型进行查表比对,找出当前实测数据所在的数据模型位置的相关数据;
根据上一步取得的数据采用插值法,得到当前实测数据对应的控制量。
本发明所述的方法,其中,所述根据所述控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度的步骤包括:
将所述系统燃烧器的原火力输出值减去蓄热体的等效火力后再输出,使两者叠加在受热装置上的热效果保持不变;或者,
维持当前加热器火力不变,叠加蓄热体的加热,通过调整加热时间,达到受热体吸收热量的稳定。
本发明还提供了一种蓄热加热系统温度控制装置,其中,包括:
采样模块,用于获取蓄热体温度值;
数据处理模块,用于将所述蓄热体温度值与表征等效关系的数据模型进行计算处理;
计算模块,用于根据所述计算处理的结果,得出火力调整的控制量;
调节模块,用于根据所述控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度。
本发明所述的装置,其中,所述数据处理模块包括数据模型建立单元,用于在相同的蓄热体温度下,将受热体以不同的火力加热到同一状态,获取不同火力档位对应的热功率值;和/或
在不同的蓄热体温度下,将受热体以相同火力加热到同一状态,获取不同蓄热体温度值对应的热功率值;
建立不同火力档位与热功率值、及蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系;
根据不同火力档位下所述蓄热体温度值与等效火力或等效时间的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系,建立所述表征等效关系的数据模型。
本发明所述的装置,其中,所述采样模块包括:
数据采集单元,用于采集所述蓄热体温度值,所述数据采集单元为设置在加热系统中或蓄热体上的接触式温度传感器或非接触式测温传感器。
本发明所述的装置,其中,所述计算模块包括:
查表单元,用于将实测数据与数据模型进行查表比对,找出当前实测数据所在的数据模型位置的相关数据;
插值计算单元,用于根据上一步取得的数据采用插值法,得到当前实测数据对应的控制量。
本发明所述的装置,其中,所述调节模块包括:
火力调节单元,用于将所述系统燃烧器的原火力输出值减去蓄热体的等效火力后再输出,使所述蓄热体与所述燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变;或者,维持当前加热器火力不变,叠加蓄热体的加热,通过调整加热时间,达到受热体吸收热量的稳定。
本发明的有益效果在于:通过动态持续获取蓄热体温度值,并根据该温度值通过计算分析得到控制火力输出大小的控制量,再根据该控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,使得蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变,以提高系统的加热精度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明较佳实施例的蓄热加热系统温度控制方法流程图;
图2是本发明较佳实施例的蓄热加热系统温度控制装置原理框图;
图3是本发明较佳实施例的蓄热加热系统温度控制方法中蓄热体温度值随时间的上升曲线;
图4是本发明较佳实施例的蓄热加热系统温度控制方法中分段抛物线示意图。
具体实施方式
本发明较佳实施例的蓄热加热系统温度控制方法流程如图1所示,包括步骤:S10、获取蓄热体温度值;S20、将蓄热体温度值与表征等效关系的数据模型进行计算处理,包括比对或查表;S30、根据计算处理的结果,得出火力调整或时间调整的控制量;S40、根据控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度。这样通过动态获取蓄热体温度值,并根据该温度值通过计算分析得到控制火力或控制时间输出大小的控制量,再根据该控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,可使得蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变,以提高系统的加热精度。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制方法中的获取蓄热体温度值的步骤包括:通过设置在蓄热体上的接触式温度传感器获取,或者通过非接触式测温传感器获取。其中,接触式温度传感器可以是热电偶或热电阻等,由于可以直接安装在蓄热体上,因此能更准确的反馈蓄热体温度;非接触式测温传感器可以是红外测温传感器等方式,由于与蓄热体不直接接触,测量精度会有一定损失,但其安装方便,且测温响应速度快。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制方法中的建立表征火力关系的数据模型的步骤包括:在相同的蓄热体温度下,将受热体以不同的火力加热到同一状态(实际可用获取受热体所吸收的热总量,热总量=热功率X加热时间),获取不同火力档位对应的热功率值(即获得等效火力);和/或在不同的蓄热体温度下,将受热体以相同火力加热到同一状态(实际可用获取受热体所吸收的热总量,热总量=热功率X加热时间),获取不同蓄热体温度值对应的热功率值(即获得等效时间);建立不同火力档位与热功率值、及蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系;根据蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系,建立表征等效关系的数据模型。例如,当测得蓄热体的最低温度与最高温度范围不超过500摄氏度时,可将蓄热体温度值范围划分为0-500摄氏度之间的5个温度区域(可以是等间隔或不等间隔),并相应计算出每个温度区域中的等效时间和等效火力,可参考如下表1中所示的对应关系。
表1某档火力下温度区域及相应的等效时间和等效火力
温度区间 0 100 200 300 400 500
等效时间 0% 5% 11% 18% 26% 35%
等效火力 0% 4% 9% 15% 22% 30%
上述表1中,100、200、300、400和500分别代表0-100摄氏度温度区域、100-200摄氏度温度区域、200-300摄氏度温度区域、300-400摄氏度温度区域、400-500摄氏度温度区域。需要说明的是,上述表1中每个温度区域中对应的等效时间和等效火力仅仅只是用于示例说明本发明,并不用于限定本发明方法,在实际应用中,不同的蓄热加热系统会有所差异,可根据每个蓄热加热系统的具体参数计算出对应的等效时间和等效火力。
其中,上述等效时间是指,在当前蓄热体温度值下,蓄热体对总体工作时间的贡献量。例如,当测得蓄热体为300度时,火力控制不变的情况下,总体工作时间可缩短18%而达到同样的加热效果。等效火力是指,在当前蓄热体温度下,蓄热体对火力控制的贡献量。例如,当测得蓄热体为200度时,总体工作时间不变情况下,可降低火力9%而达到同样的加热效果。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制方法中,根据数据模型进行分析计算,得到控制火力输出大小的控制量的步骤包括:一、将实测数据与上述实施例的数据模型进行查表比对,找出当前实测数据所在的数据模型位置的相关数据,然后进入下一步骤;二、根据上一步取得的数据采用插值法(如:线性插值法、抛物线插值法、牛顿插值法、拉格朗日插值法等),得到当前实测数据对应的控制量。由于上述实施例的数据模型中只给出了温度区域与等效时间和等效火力端点的对应关系,而实际测得的蓄热体温度值是一个连续值,采用插值法可以获取所需的值,例如采用分段抛物线插值法可将实测的蓄热温度值所在温度区域的周边3个数据点做抛物线,得到抛物线方程后,再将实测数据取抛物线上的值,即将数据模型中的每个实测数据转换为控制量。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制方法中,根据控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度的步骤包括:将系统燃烧器的原火力输出值减去蓄热体的等效火力后再输出,加热时间不变,受热装置上获取热量不变;或者,保持系统燃烧器的原火力输出值不变,叠加蓄热体的加热效果,通过改变加热时间,最终受热装置上获取热量不变;或者,改变系统燃烧器的火力输出值,叠加蓄热体的加热效果,同时改变加热时间,最终受热装置上获取热量不变;即,可采用,调整火力或者调整加热时间,或两者同时调整达到加热效果的不变。
在调整火力的控制方案中,由于具有一定温度的蓄热体实质上等效于一个热源,假设其加热效果为m,原火力输出效果为n,如果不做调整,则蓄热体与燃烧器加热的等效火力为m+n,较燃烧器原来的火力偏大,调整火力是指从燃烧器原火力输出中减去蓄热体的等效火力,使两者叠加在受热装置上的热效果保持不变,调整后的火力输出效果为(n-m)。在实际测试中,通过采用动态检测蓄热体的温度状况,并根据蓄热体的温度状况以一个较小的时间为周期动态调整燃烧器的火力输出大小,经测试所得蓄热加热系统火力稳定性很好。
在调整加热时间的控制方案中,由于在大部分情况下,加热对象吸热总量除了跟火力大小相关外,还跟加热时间相关,如果火力增大,则可以通过缩短时间来获取同样的加热效果,而且还能缩短加热时间,提高总体工作效率。在实际测试中,通过采用动态检测蓄热体的温度状况,并根据蓄热体的温度状况以一个较小的时间为周期动态调整燃烧器的加热时间,经测试所得蓄热加热系统火力稳定性很好。
可以理解的是,在同一蓄热加热系统中,可以单独采用上述调整火力的控制方案,或单独采用上述调整加热时间的控制方案,或者同时采用上述调整火力的控制方案和调整加热时间的控制方案。
本发明还提供了一种蓄热加热系统温度控制装置100,如图2所示,包括:采样模块110,用于获取蓄热体200温度值;数据处理模块120,用于将蓄热体温度值与表征等效关系的数据模型进行计算处理;计算模块130,用于根据计算处理的结果,得出火力调整的控制量;调节模块140,用于根据控制量调节系统燃烧器300的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度。这样通过动态持续获取蓄热体200温度值,并根据该温度值通过计算分析得到控制火力输出大小的控制量,再根据该控制量调节系统燃烧器300的火力输出大小或加热时间,可使得蓄热体200与燃烧器300同时施加在受热装置(未图示)上的热效果保持不变,以提高系统的加热精度。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制装置中,采样模块110包括:数据采集单元,用于采集蓄热体温度值,数据采集单元为设置在蓄热体上的接触式温度传感器或非接触式的传感器。其中,接触式温度传感器可以是热电偶或热电阻等,由于可以直接安装在蓄热体上,因此能更准确的反馈蓄热体温度,;非接触式的传感器可以是红外测温传感器等,由于与蓄热体不直接接触,测量精度会有一定损失,但其安装方便,且测温响应速度快。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制装置中,数据处理模块120包括数据模型建立单元,用于在相同的蓄热体温度下,将受热体以不同的火力加热到同一状态,获取不同火力档位对应的热功率值;和/或在不同的蓄热体温度下,将受热体以相同火力加热到同一状态,获取不同蓄热体温度值对应的热功率值;建立不同火力档位与热功率值、及蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系;根据蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系,建立表征等效关系的数据模型。
在上述数据模型中,将测得蓄热体的最低温度与最高温度之间的温度范围划分为多个温度区域,并相应列出每个温度区域中等效时间和等效火力。例如,当测得蓄热体的最低温度与最高温度范围不超过500摄氏度时,可将蓄热体温度值范围划分为0-500摄氏度之间的5个温度区域,并相应计算出每个温度区域中的等效时间和等效火力,可参考上述表1中所示的对应关系。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制装置中,计算模块130包括:查表单元,用于将实测数据与前述数据模型进行查表比对,找出当前实测数据所在的数据模型位置的相关数据;插值计算单元,用于根据上一步取得的数据采用插值法,得到当前实测数据对应的控制量。由于上述实施例的数据模型中只给出了温度区域与等效时间和等效火力端点的对应关系,而实际测得的蓄热体温度值是一个连续值,采用分段抛物线插值法可将实测的蓄热温度值所在温度区域的周边3个数据点做抛物线,得到抛物线方程后,再将实测数据取抛物线上的值,即将数据模型中的每个实测数据转换为控制量。
在进一步的实施例中,上述蓄热加热系统温度控制装置中,调节模块140包括:火力调节单元,用于将系统燃烧器的原火力输出值减去蓄热体的等效火力后再输出,使蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变;加热时间调节单元,用于根据控制量判断当前加热器输出的火力大小,并在火力增大时,缩短燃烧器的加热时间,使蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变;或者两者同时调整,具体控制方式可参照前述方法实施例中的相应描述,在此不再赘述。
上述各实施例中的蓄热加热系统可以是任意采用蓄热体加热的系统,优选地,上述蓄热加热系统为烹饪用具的蓄热加热系统,如烹饪机器人等。下面以烹饪机器人为例,对前述各实施例中的蓄热加热系统的温度控制方法进行详细说明:
在烹饪机器人的蓄热体上的恰当位置安装温度传感器,可以是电偶或热电阻,也可以是红外温度传感器;该温度传感器动态检测蓄热体上的温度值,根据检测到的温度值描绘出蓄热体温度值随时间的上升曲线,如图3所示;再通过实验获取蓄热体温度和等效火力的关系,以及和加热效果和火力大小、加热时间的关系;再根据以上关系,采用分段处理方法建立数据模型,根据数据模型,可以得到控制火力输出的具体量。经试验测得蓄热体最高温度不超过500摄氏度,因此将蓄热体从0-500之间分为5个区域,如上表1所示;再采用了插值法,将每个实测数据转换为控制量。例如实验使用的分段抛物线插值法是将实测点所在区间周边3个数据点做抛物线,得到抛物线方程后,再将实测数据取抛物线上的值,如图4所示。最后再采用调整火力的控制方案或调整加热时间的控制方案对燃烧器进行控制,使蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变,以提高系统的加热精度。
综上所述,本发明通过动态获取蓄热体温度值,并根据该温度值通过计算分析得到控制火力或控制时间输出大小的控制量,再根据该控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,可使得蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变,使蓄热体与燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变,提高了系统的加热精度。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种蓄热加热系统温度控制方法,其特征在于,包括步骤:
获取蓄热体温度值;
将所述蓄热体温度值与表征等效关系的数据模型进行计算处理;
根据所述计算处理的结果,得出火力调整和/或加热时间调整的控制量;
根据所述控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述表征等效关系的数据模型的建立包括以下步骤:
在相同的蓄热体温度下,将受热体以不同的火力加热到同一状态,获取不同火力档位对应的热功率值;和/或
在不同的蓄热体温度下,将受热体以相同火力加热到同一状态,获取不同蓄热体温度值对应的热功率值;
建立不同火力档位与热功率值、及蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系;
根据不同火力档位下所述蓄热体温度值与等效火力或等效时间的关系,建立所述表征等效关系的数据模型。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述数据模型中,将测得蓄热体的最低温度与最高温度之间的温度范围划分为多个温度区域,并相应列出每个温度区域中等效时间和等效火力。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取所述蓄热体温度值的步骤包括:
通过设置在加热系统或蓄热体上的接触式温度传感器获取,或者通过非接触式测温传感器获取。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述计算处理的结果,得出火力调整的控制量的步骤包括:
将实测数据与数据模型进行查表比对,找出当前实测数据所在的数据模型位置的相关数据;
根据上一步取得的数据采用插值法,得到当前实测数据对应的控制量。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度的步骤包括:
将所述系统燃烧器的原火力输出值减去蓄热体的等效火力后再输出,使两者叠加在受热装置上的热效果保持不变;或者,
维持当前加热器火力不变,叠加蓄热体的加热,通过调整加热时间,达到受热体吸收热量的稳定。
7.一种蓄热加热系统温度控制装置,其特征在于,包括:
采样模块,用于获取蓄热体温度值;
数据处理模块,用于将所述蓄热体温度值与表征等效关系的数据模型进行计算处理;
计算模块,用于根据所述计算处理的结果,得出火力调整的控制量;
调节模块,用于根据所述控制量调节系统燃烧器的火力输出大小或加热时间,以提高系统的加热精度。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述数据处理模块包括数据模型建立单元,用于在相同的蓄热体温度下,将受热体以不同的火力加热到同一状态,获取不同火力档位对应的热功率值;和/或
在不同的蓄热体温度下,将受热体以相同火力加热到同一状态,获取不同蓄热体温度值对应的热功率值;
建立不同火力档位与热功率值、及蓄热体温度值与等效火力的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系;
根据不同火力档位下所述蓄热体温度值与等效火力或等效时间的关系,以及加热效果与火力大小和加热时间的关系,建立所述表征等效关系的数据模型。
9.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述采样模块包括:
数据采集单元,用于采集所述蓄热体温度值,所述数据采集单元为设置在加热系统中或蓄热体上的接触式温度传感器或非接触式测温传感器。
10.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述计算模块包括:
查表单元,用于将实测数据与数据模型进行查表比对,找出当前实测数据所在的数据模型位置的相关数据;
插值计算单元,用于根据上一步取得的数据采用插值法,得到当前实测数据对应的控制量。
11.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述调节模块包括:
火力调节单元,用于将所述系统燃烧器的原火力输出值减去蓄热体的等效火力后再输出,使所述蓄热体与所述燃烧器同时施加在受热装置上的热效果保持不变;或者,维持当前加热器火力不变,叠加蓄热体的加热,通过调整加热时间,达到受热体吸收热量的稳定。
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