CN108430281B - 用于流量计的动态校准补偿 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种饮料冲泡装置，包括：储存器，被配置成容纳用于制备冲泡饮料的香料的冲泡篮，以及流体地联接至储存器和冲泡篮的加热机构。流量计被配置成测量从储存器供应到冲泡篮的流体的体积。流量计被配置成响应于饮料冲泡装置的至少一个操作参数而动态地校准。

Description

用于流量计的动态校准补偿

背景技术

本申请涉及流量计，并且更具体地涉及饮料冲泡装置的流量计的动态校准。

当冲泡一杯咖啡时，多种因素影响风味，包括咖啡的品质、水的品质、水温以及咖啡和水之间的接触时间。在被配置成冲泡诸如咖啡等饮料的许多系统中，使用流量计来监测输送至咖啡的水的体积。流量计通常包括转子，该转子具有嵌入其中的相反极性磁体。转子被配置成随着水流过其中而绕中心轴线转动。在流量计旋转时，这些磁体经过用作开关的霍尔效应传感器，其由磁体的磁场启用和关闭。对于转子的每次旋转，由霍尔效应传感器观察到高和低信号。

在恒定条件下，高品质流量计可精确到0.5％以内，意指流量计信号中的每次切换可直接与一定体积的水相关。例如，如果系统意图提供1000mL水并且流量计被校准成每个脉冲提供0.5mL，则控制器将简单地跟踪脉冲的总数，直到观察到2000个脉冲为止。这些系统的精度取决于流量计在系统工作范围内的线性度。为了控制饮料冲泡系统的操作条件，泵通常被用来控制流量(flow rate，流动速率)。但是，在操作条件不受控制的系统中，通过流量计的流体的流量可根据壁电压、煮器功率、煮器效率、水温或其他影响因素的变化而改变。由于这些因素使流量偏离标称目标速率，流量计的性能也相似地偏离，从而损害系统的精度。

发明内容

根据一个实施例，提供饮料冲泡装置，其包括：储存器，被配置成容纳用于制备冲泡饮料的香料的冲泡篮，和流体地联接至储存器和冲泡篮的加热机构。流量计被配置成测量从储存器供应到冲泡篮的流体的体积。流量计被配置成响应于饮料冲泡装置的至少一个操作参数而动态校准。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施例中，至少一个操作参数包括饮料系统的电压。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施方式中，至少一个操作参数包括流体的温度。

根据另一个实施例，提供了一种动态校准流量计的方法，该方法包括识别流量计的校准方差和脉冲速率之间的关系以形成高级逻辑校准和将该高级逻辑校准应用于流量计。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施方式中，高级逻辑校准被应用于由流量计观察到的每个脉冲。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施例中，校准方差和脉冲速率之间的关系总体上是线性的。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施例中，使用在饮料冲泡装置的操作期间收集的数据来确定流量计的校准方差与脉冲速率之间的关系。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施例中，高级校准逻辑基于从多个饮料冲泡装置收集的数据。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施例中，该方法包括识别校准方差与通过流量计的流体的流量之间的关系，以形成高级逻辑校准。然后确定流量与脉冲速率之间的关系。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施例中，针对多个饮料冲泡装置计算每单位时间间隔的平均脉冲速率(pulse rate，脉冲率)。然后将高级逻辑校准应用于平均脉冲速率。

除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，在其他实施例中，多个饮料冲泡装置中的至少一个的操作条件是不同的。

附图说明

并入说明书并且形成说明书一部分的附图体现本公开的几个方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是饮料冲泡装置的示例的示意图；

图2是比较针对单个饮料冲泡装置测量的流量和体积变化的图；

图3是示出用于单个饮料冲泡装置的在设定时间段内流量计的脉冲的图；

图4是比较针对单个饮料冲泡装置测量的流量和校准方差的图；

图5是比较针对单个饮料冲泡装置测量的脉冲速率和校准方差的图；

图6是基于单个饮料冲泡装置的测量数据比较流量和脉冲速率的图；

图7是表示与目标体积相比，由具有固定逻辑的流量计和具有高级校准逻辑的流量计输送的流体的体积的图；和

图8是比较具有不同操作参数的多个饮料冲泡装置的脉冲速率与体积方差的图。

具体描述通过参考附图的示例解释本公开的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

现在参考图1，更详细地说明基本自动的饮料冲泡装置20，作为示例诸如是咖啡机，的示意图。该装置包括壳体22、储存器24、加热机构26、喷头28和冲泡篮30。储存器24、加热机构26、喷头28和冲泡篮30依次流体连通地布置。在启用装置20时，将储存在储存器30内的水或另一种流体提供给加热机构26。在加热到所需温度后，将水提供至喷头28。喷头与冲泡篮对齐并且设置在冲泡篮竖直上方。水被配置成流过形成在喷头中的一个或多个孔，以到达容纳在冲泡篮内的咖啡末或另一种食用香料上。含有香料的一部分的流体经由冲泡篮底部附近形成的出口提供至容器31。

如图1所示，流量计32可布置于在水储存器24和加热机构26之间延伸的导管内。如图所示，水储存器24可与流量计32竖直对齐，这样使得水通过重力被供给到系统20，并且更具体地供给到流量计32。流量计32被配置成监测通过其中的水量，其通常指示提供给喷头28的水量。各种类型的流量计均在本公开的范围内。例如，流量计32可为可旋转桨轮，其中每次旋转生成指示已知量的水已经通过流量计92的信号。关于此类型饮料冲泡装置20的进一步细节2014年12月12日提交的美国专利申请序列第14/568,471号和2015年7月29日提交的美国专利申请序列第14/812,731中公开，两者的内容以引用方式并入本文。然而，应理解，本文描述的饮料冲泡装置20仅旨在作为示例，并且包括流量计的任何其他装置均在本发明的范围内。

现在参考图2至图8，更详细地描述用于基于饮料冲泡系统20的操作参数来动态校准流量计32的软件算法(在本文中也被称为“高级校准逻辑”)。冲泡装置20被配置成当以第一模式操作时提供已知体积的流体。为了生成作为高级校准逻辑的应用于流量计32的操作的方程，必须识别流量计32的脉冲速率和校准方差之间的关系。

通过测量提供的流体的实际体积并且通过对系统20的一个或多个操作参数进行监测，可确定流量计32的操作与系统20的一个或多个参数之间的关系。例如，如以下说明的表1所示，测量提供至流量计32的电压和提供期望体积流体所需的时间。

表1-来自测试单元1的记录测量结果

在说明的非限制性实施例中，待提供流体的计划体积为1281mL。如上表所示，对于各种测试运行中的每一个，计划体积和测量体积之间的差异在-1.7％和5.5％之间。通过此实验，已经确定在应用到系统20的电压变化时流量计32的精度随流量波动。将表1的数据的流量(mL/s)和体积变化进行比较的图在图2中示出。

在操作期间，系统20仅被配置成观察由流量计32生成的脉冲并且不知道流量。图3指示以移动平均值为基础的所记录脉冲速率，或者更具体地，在设定时间段内记录的脉冲数量。尽管在所说明的非限制性实施例中使用2秒的时间段，但是在最小延迟下足以提供数据精确表示的任何时长均为可接受的。使用此脉冲信息，平均流量可被跟踪并且转换为校准比例因子。在下表2示出针对图3的图的50个脉冲部分记录的数据的示例。

表2：记录脉冲的时间阵列

通过相对于电压和温度范围来分析此数据，生成图4和图5中示出的两个图，以识别流量和校准方差之间(图4)以及脉冲速率和校准方差(图5)之间的关系。脉冲速率与校准方差的图被配置成基于流量计32旋转多快来指示校准系数的变化。

在图5中呈现的关系直接将从流量计32发送并由冲泡系统20的控制器接收的信号与校准变化关联。结果，校准系数可用于确定在每个脉冲的情况下由流量计32输送的总体积。在此实施例中，对于每2秒平均窗口的较少记录的每个脉冲，校准将增加2.64％，如通过数据集的线性回归所指出的。在此实施例中，标称校准系数(对应于通过流量计的水的体积)被规定为在标称条件下每单位脉冲0.656毫升流体。如果存在脉冲，由此在2秒窗口中记录的平均脉冲数量为10.0，则将因此比例因子被计算为：

比例因子＝-0.0264*(10.0)+1.3751＝1.11L

因此，此脉冲将具有0.656毫升*1.111＝0.7288毫升的输送体积，然后将其添加到输送的总体积中。此比例因子被应用于由流量计32观察到的每个脉冲，直到输送的总体积达到规定的目标体积(在此实施例中为1281mL)为止。

此比例因子可应用于记录的数据集以更精确地预测由流量计32输送的流体的体积。例如，图7的图相对于目标体积将由流量计32使用固定校准逻辑输送的流体的体积和由流量计32使用高级校准逻辑的比例因子输送的流体的体积进行比较。如清楚地说明的，使用高级校准逻辑的流量计32相对于目标体积基本上更精确。

因为图4和图5中的图都比较校准方差，所以可建立流量与平均脉冲速率之间的关系。说明在平均流量与平均脉冲速率之间的关系的图在图6中示出。此关系使得针对仅记录体积和时间的测试运行，平均脉冲速率能够被估算。

在表1和表2以及图2至图7所示出的数据表示单个饮料冲泡装置20。虽然大规模生产的饮料冲泡装置20的每个单元基本上相同地形成，但是由于制造、组装或使用条件的变化可发生性能上的差异。为了产生适用于大规模生产的饮料冲泡装置20的所有单元的通用校准系数，使用饮料冲泡装置20的多个单元来执行类似实验，以基于该装置的平均流量产生平均脉冲速率的近似值，如图6所示。

通过对从多个单元(例如14个单元)收集的数据应用类似的变换，确定虽然存在性能散布，但是大多数单元遵循图8中所示出的可预测趋势。图8(其将平均脉冲速率与体积的方差进行比较)清楚地示出，在高级校准逻辑不存在的情况下，在向系统提供的功率变化时，经由流量计32输送的水的体积可显著增加。还观察到，标称校准系数以约13.4个平均脉冲为中心，这对应于使用120V功率冲泡的室温水。然而，由于美国各地提供的电压范围从107V延伸到128V，并且因为大多数冲泡装置20指令操作者使用冷水，所以期望在平均条件下设定操作的中性点(假设电源为117V和约3-5℃的冷水温度)。在这些条件下，平均脉冲计数为大约每2秒10.2个脉冲。通过调整图8的线性回归线的方程式来考虑平均条件下的此偏离，所得动态流量计校准比例值为：

比例值＝-0.012305*n_pulses+1.25508

将此比例因子应用于流量计校准系数允许由流量计32测量的流体的体积在装置20的操作期间动态地调整，这样使得始终为冲泡饮料提供更准确量的水。

本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)以引用方式并入本文，程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示为以引用方式并入在本文中并且全文被阐述。

除非在本文另外指示或与上下文明显矛盾，否则在描述本公开(特别是在以下权利要求书的上下文中)中使用术语“一”和“一个”和“所述”和类似指示物将被解释为涵盖单数和复数。除非另有指示，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应理解为开放式术语(即，意指“包括但不限于”)。除非在本文另外指示，否则本文中数值范围的叙述仅仅意在用作单独指代落入该范围内的每个单独数值的简写方法，并且每个单独数值被结合到说明书中，如同该值在本文中被单独叙述一样。除非在本文另外指示，或者与上下文明显矛盾，在本文中描述的所有方法可按任何合适顺序执行。除非另外要求，否则在本文中提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅意在更好地阐明本公开并且不对本公开的范围进行限制。说明书中的任何语言都不应被解释为表示任何未要求保护的元件对于实践本公开是必不可少的。

在本文描述本公开的示例性实施例，包括发明人已知用于进行本公开的最佳模式。在阅读前述描述后，那些实施例的变型对于本领域的普通技术人员来说可变得显而易见。本发明人期望熟练技术人员适当地采用这类变型，并且发明人意图以不同于在本文中具体描述的方式来实践本公开。因此，如适用法律所允许的，本公开包括在所附权利要求中叙述的主题的所有修改和等同物。此外，除非在本文另外指示或者明显与上下文矛盾，否则本公开内容涵盖其所有可能变型中的上述元件的任何组合。

Claims (11)

1.一种饮料冲泡装置，包含：

储存器；

冲泡篮，被配置成容纳用于制备冲泡饮料的香料；

加热机构，流体地联接至所述储存器和所述冲泡篮；以及

流量计，被配置成测量从所述储存器供应到所述冲泡篮的流体的体积，其中所述流量计被配置成在所述饮料冲泡装置的操作期间响应于所述饮料冲泡装置的至少一个操作参数而动态校准，所述动态校准包括确定由所述流量计的每个脉冲输送的水的总体积。

2.根据权利要求1所述的饮料冲泡装置，其中所述至少一个操作参数包括所述饮料冲泡装置的电压。

3.根据权利要求1所述的饮料冲泡装置，其中所述至少一个操作参数包括所述流体的温度。

4.一种动态地校准流量计的方法，包含：

识别所述流量计的校准方差和脉冲速率之间的关系以形成高级逻辑校准；以及

将所述高级逻辑校准应用于所述流量计。

5.根据权利要求4所述的方法，其中将所述高级逻辑校准应用于由所述流量计观察的每个脉冲。

6.根据权利要求4所述的方法，其中在校准方差与脉冲速率之间的所述关系总体上是线性的。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述流量计的校准方差与脉冲速率之间的所述关系是基于在饮料冲泡装置的操作期间收集的数据来确定。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述高级逻辑校准基于从多个饮料冲泡装置收集的数据。

9.根据权利要求8所述的方法，还包含：

识别校准方差与通过所述流量计的流体的流量之间的关系，以形成高级逻辑校准；以及

确定流量和脉冲速率之间的关系。

10.根据权利要求9所述的方法，还包含：

计算用于所述多个饮料冲泡装置的每单位时间间隔的平均脉冲速率；以及

将所述高级逻辑校准应用于所述平均脉冲速率。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个饮料冲泡装置中的至少一个的操作条件不同。

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