CN106527541A - 用于烹调及/或加热食品的电气装置 - Google Patents

用于烹调及/或加热食品的电气装置 Download PDF

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Abstract

一种用于烹调及/或加热食品的电气装置，包括至少：一腔室，能够收容待烹调及/或加热一食品；电加热组件，与所述腔室相连接；至少一个温度传感器，用以测量在所述腔室中的一温度；一温度控制装置，提供有一控制和电力供应单元，配置成通过所述温度传感器来接收所述温度，以及比较其与在所述腔室的中央区域的一要求温度。所述温度控制装置还包括至少一个估计过滤器用于在入口接收：被测量的所述温度、通过所述控制单元提供至所述电加热组件的一实际功率及与先前的温度估计相关的数据，以及能够在出口提供一估计温度；其中，所述控制单元被配置为使用由所述估计过滤器传送的所述估计温度，以建立由所述电加热组件提供的正确平均功率。

Description

用于烹调及/或加热食品的电气装置
【技术领域】
本发明涉及一种电气装置，用于烹调及/或加热的食物，和用于相应所述电气装置的温度控制方法及装置。
以下的说明将以举例的方式特别对用于烹饪及/或加热的食物的电烤炉，在其它实施例中，也可用于其它电气烹饪机器，例如油炸锅或其它装置。
【背景技术】
在家用领域，使用电炉的制备和烹饪食物是已知的。这样电烤炉通常包括盒状体具有一可以开启和关闭的门，一个内部底部用于支撑待准备的食物，以及加热组件，举例而言，可以是通过继电器或三端双向交流开关(TRIAC)式控制的电阻。这种电加热组件可以既在烤炉的高位部分也可以在下部，或横向定位。
烘炉设置有控制单元，用以管理该烹饪时间和温度，根据用户通过一个适当的界面选择的烹调的类型。
为了控制电烤炉的温度，通常使用一传感器去检测温度，设置于所述烤炉的内壁。举例而言，美国专利2007/084849公开设有控制系统的电烤炉包括一个设置在烹调空间内的温度传感器。
已知的电烤炉的第一限制恰恰是温度传感器的位置，因为想要测量以及预估的是在烤炉的中央区的温度，也就是该食品实际上煮熟或制备的位置，然而，所述检测传感器位于侧壁。因此总之，通过使用者根据烹调类型设定的要求温度是需要被保持稳定地控制，然其与实际量测到的温度不同的。
已知电烤炉的另一限制在于它们控制和调节内部温度的方式。事实上，已知的电烤炉通常具有相关用于提供给所述电加热组件功率的开关(ON-OFF)驱动器，及所述温度是由机械或电子滞后系统调节。
在机械滞后调节，设定两个温度阀值，一最大值和一最小值，位于炉的侧壁的温度传感器测量依特定温度用于与两阀值相比。所述烤炉提供最大功率，直到达到一温度值，通常大于一如同最大值的设定，然后关闭。然后，在检测出所需的温度低于所述要求温度时，所述烤炉再次切换本身以增加温度至所述要求值。因此，所述功率的大小是为快速加热和不是用于保持一恒定的温度。
在电子磁滞调节，最大温度阀值和最低温度阀值也设定在所述烤炉中，在此情况下，电子调节组件能够减少两个阀值之间的最小差异。
在这两个调节系统，机械或电子滞后，在任何情况下均有关于测量的延迟及系统的干扰对于调节温度的问题，在计算温度时会有大量误差而经常提供过高的功率。
在这两种功能类型，无论是电子的或机械的滞后，在烘炉的中心所需的温度有随时间的温度的发展中而有不需要的振荡。例如，在机械滞后的情况下，在位于烹调室的壁温度传感器的约10℃的温度差异导致在所述烤炉的中心约有40℃的差异。正如我们所说，在电子滞后的情况下，这差异减小，但它仍然是相当可观的。
已知电烤炉的另一个问题是，它难以保持在烹调腔室基本上恒定并在一预定的温度值；这使得它以相对低的温度下煮食品，例如低于100℃下煮食品又不有降低食物品質或煮不熟的风险，为非常复杂。事实上，应该记住的是，在已知的烤炉，工作温度越低，在平均温度的振荡越大。
专利WO 2013/063691公开了一种控制发热组件以控制一个空间的温度的方法，其提供了使用用于检测的初始温度的一个传感器，一时间内在最大输出功率下供给电流，以在所述时间终点时检测的第二温度，确定初始温度和第二温度之间的第一温度差，根据所述第一温度差和最大误差之间预先确定的关系，以确定一感测到的温度和环境温度之间的最大误差。
然而，该文献中提出的解决方案没有解决上述问题，特别是关于那些在温度随时间的发展时的不必要振动。
因此，有必要完善烹调及/或加热食物的电气设备，以及相应的温度控制方法及装置用于所述电动装置，它能够克服现有技术状态的至少一个缺点。
特别是，本发明的一个目的是使提供一用于烹调及/或加热的食物的电气装置，和相应的温度控制方法及装置用于所述电气装置，该装置，虽然使用用于测量一温度的传感器，其是被设置在该设备的烹调室的壁中，其是能够估计和保持在烹调室的中心基本上為恒定的温度，烹调室的中心就是在用户真正地希望控制并保持在设定温度值的区域。
本发明的另一个目的还在于完善一用来温度烹调及/或加热的食物控制电气设备的方法，它允许优化电气装置的能量消耗，并且允许根据动态参数去优化功率供应的步骤，同时还可能控制电气装置的结构参数。
本发明的另一个目的是去完善一温度控制方法，其允许即使在低温下都有效地和完全地烹煮或制备食物，而不会造成所述食品损坏的风险，例如用于制备酸奶，发酵，在低温下烹调肉类，在不失去水分下的烹饪和其它烹饪方式。
本发明的另一目的是获得一种用在电烤炉中致动温度控制方法的装置。
本申请人已经设计，试验和实施了本发明以克服现有技术的状态的缺点并获得这些和其它目的和优点。
【发明内容】
本发明阐述和表征在独立权利要求，同时从属权利要求描述了本发明的其他特征或对于主要发明构思的变化。
此处描述的实施例涉及用于烹饪及/或加热食物的电气设备，其包括至少：
一腔室，能够收容待烹调及/或加热一食品；电加热组件，与所述腔室相连接；至少一个温度传感器，用以测量在所述腔室中的一温度；一温度控制装置，提供有一控制和电力供应单元，配置成通过所述温度传感器来接收所述温度，以及比较其与在所述腔室的中央区域的一要求温度。
根据一实施例，所述温度控制装置还包括至少一个估计过滤器用于在入口接收：被测量的所述温度、通过所述控制单元提供至所述电加热组件的实际功率及与先前的温度估计相关的数据，以及能够在出口提供估计温度。
进一步，所述控制单元被配置为使用由所述估计过滤器传送的所述估计温度，以建立由所述电加热组件提供的正确平均功率，为了加热所述烹调及/或加热腔室。
根据另一实施例，所述估计过滤器是所述控制信息与所述温度传感器的数值进行偏振的数字过滤器。
根据另一实施例，所述控制单元包括比例-积分-微分控制器(PID)式的一控制电路，也可能有脉冲宽度调制(PWM)驱动的一功率调节系统.选择地，所述控制单元包括有三端双向交流开关(Triac)式的功率调节器。
另一较佳实施例描述关于一种温度控制装置，用于烹调及/或加热食品的电气装置，包括一腔室，能够收容待烹调及/或加热一食品；电加热组件，与所述腔室相连接；至少一个温度传感器，用以测量在所述腔室中的一温度。
所述温度控制装置，提供有一控制和电力供应单元，配置成通过所述温度传感器来接收所述温度，以及比较其与在所述腔室的中央区域的一要求温度。
根据一实施例，所述温度控制装置还包括至少一个估计过滤器用于在入口接收：被测量的所述温度、通过所述控制单元提供至所述电加热组件的实际功率及与先前的温度估计相关的数据，以及能够在出口提供估计温度。
进一步，所述控制单元被配置为使用由所述估计过滤器传送的所述估计温度，以建立由所述电加热组件提供的正确平均功率，为了加热所述烹调及/或加热腔室。
此外，其他实施例描述关于一种用于控制烹调及/或加热食品的电气装置的温度的方法，所述电气装置被提供有电加热组件，其包括以下步骤：设定在所述电气装置内部的一要求烹调温度；测量在所述电气装置内部的一实际温度；侦测由所述电加热单元提供的一实际功率；通过估计过滤器得到一估计温度，从与所述实际测量温度相关的数据、所提供的所述实际功率以及所述估计温度先前的预估值；基于所述估计温度与所述要求温度的差异，决定控制单元对所述电加热组件提供的一平均功率。
有益地，通过所述温度控制方法，在所述在横向区域中进行的基础上，在一个确定的时刻供给到电加热组件的平均功率的基础上，和在所述先前量测周期的所述温度的基础上，简言之，对系统的动态可以提供在所述电气装置的中央的一准确且可信赖的所述预估温度。以这种方式，由于近似的措施，因为在电气装置的中心的近似量测以及温度的错误能被避免或在任何情况下能被大幅地限制，功率消耗优化和温度的时间函数的大振荡也可避免，从而补偿测量上的延迟。
根据本发明的另一方向，提供至所述电加热组件(17)的平均功率在一个适当的时间基础下的百分比数值变化介于0至100。
较佳地，用于供应所述电加热组件的功率是建立在所述要求的温度的每一个估计周期。
所述估计温度(TtC)的计算需要考虑所述电气装置(10)的结构参数，诸如内部几何形状，电加热组件(17)的数量以及位置及其它参数，如绝缘材料的存在可能。
在本说明书中描述的各个方面和特征可以单独地被应用。这些独立方面，例如方面和在所附的从属权利要求中描述的特点，可以是分案申请的主体。
在专利申请过程中，任何方面或特性已知的被视为已知，不得主张以及是应放弃的主体。
【附图说明】
本发明的这些和其它特征在一些实施例的后续描述中会变得显而易见，作为非限制性示例，参照附图，其中：
图1是用于烹调及/或加热的食物的电气装置的示意图；
图2的示意图示出根据施加到图1的电气装置的本发明的温度控制方法；
图3是比较两个电子滞后调节系统和根据本发明的装置之间维持在烤炉的中心的温度发展的曲线图；
图4是预检测的曲线图，显示以时间的函数量测的所述温度信息的发展和施加的功率；以及
图5显示估计器的出口根据在入口被施加功率控制信息和测得的所述温度的入口的曲线图。
为了便于理解，相同的参考数字已被使用，在可能的情况，以确定在附图相同的共同组件。应该理解的是一个实施方式的组件和特征可方便地结合到其它实施例中而无需进一步的澄清。
【具体实施方式】
我们现在将详细参阅本发明的各种实施例，其中附图中表示的一个或多个实施例。通过本发明的举例说明的每一个实施例，不应被理解为限制。例如，显示的所述特征，因为它们是一个实施例中的一部分，可通过与其它实施例产生关联，以产生另一个实施例。可以理解的是，本发明应包括所有这些修改和变化。
描述这些实施例之前，我们还必须澄清，目前的描述并不限制在使用附图的后续说明中将其应用到组件的细节和配置。本描述可以提供其它实施例，可以得到或以各种其它方式执行。我们还必须澄清的是，这里使用的措辞和术语仅仅是为了描述的目的，并不能认为是限制性的。
此处使用附图描述的实施例，关于一种用于烹调及/或加热食品的电气装置10，包括：
一烹调及/或加热腔室12，能够收容待烹调及/或加热一食品；多个电加热组件17，与所述腔室12相连接；至少一个温度传感器18，用以测量在所述腔室12中的一温度Tm；一温度控制装置25，提供有一控制和电力供应单元19，配置成通过所述温度传感器18来接收所述温度Tm，以及比较其与在所述腔室12的中央区域Z的一要求温度Tz。
根据目前的描述，所述温度控制装置25还包括至少一个估计过滤器21用于在入口通过所述控制单元19接收以下相关数据：被测量的所述温度Tm、提供至所述电加热组件17的实际功率及与在入口接收先前的温度估计相关的数据，以及能够在出口提供估计温度TtC。
根据目前的描述，进一步，所述控制单元19被配置为使用由所述估计过滤器21传送的所述估计温度TtC，以建立起供应至所述电加热组件17在充份时间基础上的正确平均功率。
与这里描述的实施例相关的一电气装置10可以是一种电烤炉，用于烹调及/或加热食物，或电油炸锅，或可用于烹调及/或加热的食物的任何其它电气设装置。
图1用于描述是一个用于制备、烹调及/或加热的食物的电烤炉的所述电气装置10，其包括一个盒状的本体11，其中形成有所述腔室12，一烹调及/或加热的加热区Z以虚线表示，基本上位于装置10的中央区域。所述腔室12由一个基座13，一个天花板14，开启和关闭门15，及侧壁所界定，图1示出了底侧壁16。在本例中，所述电加热组件17，例如为电阻是設置在相关所述天花板14和所述基座13中。在侧壁的其中一面，例如，底侧壁16，设置所述至少一个温度传感器18，藉此以检测所述装置10附近的侧壁16的内部温度。
所述电气装置10如图1所描述设置有所述温度控制装置25，所述相关的控制单元19被委派来提供功率至所述电加热组件17。在可能的实施例中，所述电气装置10也可以设置有一个用户界面单元20。通过使用所述界面单元20，用户可以设定电烤炉或电气装置中通常需要设定的所有参数，因此，例如，烹调的类型、在所述腔室12的所述要求温度Tz、烹调或加热时间和其它参数。
图2是用来描述其中提供有所述估计过滤器21的所述温度控制装置25的实施例，其能够在一统计基础上计算所述中心区的温度，其目的是基本上基于一系列的入口参数以提供估计温度TtC。在可能的实施方式中，所述入口参数是在该电气装置10的作用的实际的平均功率Pi，或由控制单元19建立的控制信息中，由所述温度传感器18测得的所述温度Tm，以及关于所述电气装置10的动态的一系列参数，即，关于先前的温度估计或检测，同时亦关于它的设计。所述设计参数可以涉及例如所述电气装置10的几何形状，并且因此也关于由制造者提供的数据。基于这些入口数据的所述温度Tm，所述实际功率Pi和与先前的温度的评估或估计的动态，所述估计过滤器21产生关于所述估计温度TtC来被控制的一信息，这是一个在所述电气装置10的中心区的温度。所述估计过滤器是所述控制信息与所述温度传感器的数值进行偏振的数字过滤器。
所述数字滤波器具有一个已知类型的通式如下所示：
y(t)+α1y(t-1)+...+αny(t-n)＝β0u1(t)+β1u1(t-1)+...+βku1(t-k)+γ0u2(t)+γ1u2(t-1)+...+γju2(t-j)
其系数的大小作为时间的函数被建立以便仿真所述量测温度Tm的信息作为时间t以及所述施加的功率Pi的函数来发展的行为(参照图4)。所述图显示了被控制在所述烤炉的中心的所述温度Tz和所述测得的温度Tm之间的差异，并且还突出了系统的动态行为。
在一些实施例中，所述估计器过滤器21的下游有一个比较器22，这标志着一个事实，即所述控制单元19读取所述估计温度TtC以及比较所述估计温度TtC与所述要求及/或设定温度Tz。该温度比较使用所述控制电路23，以确定在充足的时间基础下提供给所述电烤炉10的所述电加热组件17的平均功率的值。
在一些实施例中，比例-积分-微分控制器(PID)类型的控制电路23提供在控制单元19中，或可以是预期或延迟网络，最佳的或非线性的控制。每一种已知的控制模型可以应用到所述控制电路23。
所述控制电路23的输出基本上是一连续信号P，其关于平均功率的百分比，可以从0到100变化，其是用来在一系统之入口以调节脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)的驱动。通过所述系统24，根据由所述控制电路23中发现的基准，获得了在适当的时间基准下调制介于最小和最大之间的所述平均功率的一个有益的工作周期。工作周期为0意味着通过所述电加热组件17供给的电力等于零，对于一个工作周期为100则意味着供给的功率为最大。
在实质上，在所述实施例描述的所述温度控制装置25，不是依照所述传统的开启/关闭系统，而是基于通过使用界面20的用户选择的烹调模式，因此，简言之，基于所述所需要温度Tz，去建立何时开启或关闭所述电加热组件17的切换，所述控制单元19在一预定的时间中建立必须供给多少平均功率到所述电加热组件17。
因此这里描述的实施例提供所述温度控制装置25使得在基于由所述温度传感器18测得的所述值Tm去估计在所述烤炉的中心的估计温度TtC，在那一刻施加的所述功率Pi，所述关于先前计算周期在所述电气装置10的中央的区域Z的所述估计温度TtC相关的动态参数和可能的所述电气设备10的结构参数，例如所述炉的几何形状。在实质上，通过所述估计温度TtC的计算，并考虑所述设定温度Tz，对应于所述信号P的值的功率的百分比是被决定，所述功率是被施加到所述电加热组件17以获得在电气装置10的中央区域Z的所述设定温度Tz。简言之，如图2所示，在估算和调节周期终点时，由用户通过与界面20设定的所述温度Tz，其符合从所述电气装置10的所述腔室12的出口得到以及象征性地表示的所述温度Tz。
由控制单元19建立的在时刻n来被供给到所述电加热组件17的功率，其因此再次地在时刻n，与通过所述探针侦测到的温度Tm一起送到所述估计过滤器21。所述估计滤波器21在所述炉的中心的一温度TtC的计算考虑到如同我们说的这些参数和基本上所述估计温度TtC和所述在时刻n-1,n-2等等量测到的温度TM。因此，在这种方式中，所术控制装置提供在所述炉的中心的温度的精确和可靠的估计，因为它使用先前的评估或估计的数据的知识，以提供实际温度估计。
根据本说明书中的所述温度控制装置25，通过所述计器滤波器21的装置获得，其确定在烤炉的中心的平均温度和在短期间的温度变化的误差有显着减少。此外，通过基于先前的评估或估计的温度，当前所述温度控制装置25基本上消除了由已知的滞后控制系统的温度变化而造成的介入延迟。
通过本发明的所述温度控制装置25，迭代和重复几个计算周期，通过估计所述温度TtC在所述炉的中心区域Z所获得的温度Tz，其具有时间函数上的一实际稳定发展(参照图3)。时间t[s]是示出在所述图的x轴，而在y轴上示出在所述电烤炉10的中心区域Z的温度Tz的[℃]。以举例的方式来说，所需烹调温度Tz为220℃，160℃和100℃。
以所述温度Tz为时间t的函数的发展A1和A2，其是有关于使用电子磁滞调节的电烤炉。电烤炉以发展A1的振荡，在平均值220℃的时可以达到约±20℃左右，在烤炉的中心较低的温度(发展A1在需求的温度100℃时)甚至到达±30℃。发展A2的电烤炉具有对于在烤炉中心的所有三个要求温度更均匀的情况，但它也具有约±20℃的平均振荡。
使用本发明的所述温度控制方法及装置25的发展A3得到的是：与此相反，对于所有三种要求温度Tz，即，220℃，160℃和100℃下几乎不变。
这使得在电烤炉的中心建立精确的温度值Tz的和来调节所需的最佳运转功率，因此，它也可以在低温下制备食品，例如可以在温度为36℃时制备酸奶，去烹调产品，例如从温度50℃至100℃，烹调例如肉，或者在温度低于100℃以最佳方式煮蛋白甜饼。
图5示出随着被控制的所述温度Tz的发展曲线图，所述估计温度TtC和所述测量温度Tm作为时间t的函数以及施加的功率(Pi)。特别是，应当注意的是，对于任何功率值Pi，所述估计过滤器21的出口处，相当于所述估计温度TtC，有利的是所述估计温度TtC类似在所述烤炉的中央的被控制的所述温度Tz。
代替脉冲宽度调制(PWM)驱动系统的，可用于该系统的电子组件，如三端双向交流开关(TRIAC)或诸如此类来调节功率。
很显然，在不脱离本发明的的领域和范围的前提，是可对如上所述用于烹调及/或加热的食物的电气装置10和相应的温度控制方法和装置25的组件进行修改及/或添加。
同样清楚的是，虽然本发明已参照一些具体的实施例，本领域的技术人员应一定能够实现用于烹调及/或加热的食物和对应温度控制方法和用于所述电气装置的设备的许多其它等效形式，若这些等效形式具有如权利要求中阐述之特征，其则是全部位在如权利要求限定的保护领域内。

Claims (10)

1.一种用于烹调及/或加热食品的电气装置，包括至少：
一腔室(12)，能够收容待烹调及/或加热一食品；
电加热组件(17)，与所述腔室(12)相连接；
至少一个温度传感器(18)，用以测量在所述腔室(12)中的一温度(Tm)；
一温度控制装置(25)，提供有一控制和电力供应单元(19)，配置成通过所述温度传感器(18)来接收所述温度(Tm)，以及比较其与在所述腔室(12)的中央区域(Z)的一要求温度(Tz)；
其特征在于，所述温度控制装置(25)还包括至少一个估计过滤器(21)用于在入口接收：被测量的所述温度(Tm)、通过所述控制单元(19)提供至所述电加热组件(17)的一实际功率及与先前的温度估计相关的数据，以及能够在出口提供一估计温度(TtC)；
其中，所述控制单元(19)被配置为使用由所述估计过滤器(21)传送的所述估计温度(TtC)，以建立由所述电加热组件(17)提供的正确平均功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述估计过滤器(21)是所述控制信息与所述温度传感器(18)的数值进行偏振的数字过滤器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制单元(19)包括比例-积分-微分控制器(PID)式的一控制电路(23)。
4.根据权利要求1,2或3所述的装置，其特征在于，所述控制单元(19)包括有脉冲宽度调制(PWM)驱动的一功率调节系统(24)。
5.根据权利要求1,2或3所述的装置，其特征在于，所述控制单元(19)包括有三端双向交流开关(Triac)式的功率调节器。
6.一种温度控制装置，用于烹调及/或加热食品的电气装置，包括：
一腔室(12)，能够收容待烹调及/或加热一食品；
电加热组件(17)，与所述腔室(12)相连接；
至少一个温度传感器(18)，用以测量在所述腔室(12)中的一温度(Tm)；
所述温度控制装置(25)，提供有一控制和电力供应单元(19)，配置成通过所述温度传感器(18)来接收所述温度(Tm)，以及比较其与在所述腔室(12)的中央区域(Z)的一要求温度(Tz)；
其特征在于，所述温度控制装置(25)还包括至少一个估计过滤器(21)用于在入口接收：被测量的所述温度(Tm)、通过所述控制单元(19)提供至所述电加热组件(17)的实际功率及与先前的温度估计相关的数据，以及能够在出口提供估计温度(TtC)；
其中，所述控制单元(19)被配置为使用由所述估计过滤器(21)传送的所述估计温度(TtC)，以建立由所述电加热组件(17)提供的正确平均功率。
7.一种用于控制烹调及/或加热食品的电气装置(10)的温度的方法，所述电气装置(10)被提供有电加热组件(17)，其特征在于，包括：
设定在所述电气装置(10)内部的一要求烹调温度(Tz)；
测量在所述电气装置(10)内部的一实际温度(Tm)；
侦测由所述电加热单元(17)提供的一实际功率(Pi)；
通过估计过滤器(21)得到一估计温度(TtC)，从与所述实际测量温度(Tm)相关的数据、所提供的所述实际功率(Pi)以及所述估计温度(TtC)先前的预估值；
基于所述估计温度(TtC)与所述要求温度(Tz)的差异，决定控制单元对所述电加热组件(17)提供的一平均功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，提供至所述电加热组件(17)的平均功率在一个适当的时间基础下的百分比数值变化介于0至100。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，用于供应所述电加热组件(17)的功率是建立在所述要求的温度(Tz)的每一个估计周期。
10.根据权利要求7,8或9所述的方法，其特征在于，所述估计温度(TtC)的计算需要考虑所述电气装置(10)的结构参数，诸如内部几何形状，电加热组件(17)的数量以及位置及其它参数。
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