CN109792804A - 用于沸腾检测的方法以及包括沸腾检测机构的感应灶具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在感应灶具(1)的加热区进行沸腾检测的方法，该方法包括以下步骤：‑通过将被提供到该感应灶具的感应线圈的AC电流的频率设定为固定值使该感应灶具的功率控制机构禁用(S110)；‑测量(S120)该感应灶具(1)内提供的电参数的值；‑通过收集该电参数在时间窗内的多个值来内插(S130)这些测得的电参数值并且计算所述收集的多个值的平均值，由此获得内插电参数值。‑计算(S140)梯度大小，该梯度大小指示了这些内插电参数值随时间的微分变化；‑基于所计算出的梯度大小确定(S150)沸腾点。

Description

用于沸腾检测的方法以及包括沸腾检测机构的感应灶具

本发明总体上涉及沸腾检测领域。更具体地，本发明涉及通过监测感应灶具的电参数来进行沸腾检测。

背景技术

用于准备食物的感应灶具在现有技术中是众所周知的。感应灶具通常包括至少一个感应加热器，该至少一个感应加热器与至少一个感应线圈相关联。为了加热放置在感应灶具上的炊具，感应线圈与用于驱动AC电流通过该感应线圈的电子驱动装置耦合。所述AC电流产生时变磁场。由于在感应线圈与置于感应灶具上的炊具之间的感应耦合，感应线圈产生的磁场引起在炊具中循环的涡电流。由于所述炊具的电阻，所述涡电流的存在在炊具内产生热量。

文件DE 102 53 198 B4提出了一种用于监测并且控制感应灶具上的炊具的烹饪过程的方法。监测实际频率与起始频率之间的频率比以便确定沸腾点。

已知方案的缺点是沸腾点检测的准确度不令人满意，因为某些不利影响导致错误的沸腾点检测结果。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种使用感应灶具内可获得的电参数来检测感应灶具中的沸腾点的可靠且稳健的方法。该目的是通过独立权利要求的特征来解决的。从属权利要求中给出了优选实施例。若无另外明确指明，本发明的多个实施例可以彼此自由组合。

根据一方面，本发明涉及一种用于在感应灶具的加热区进行沸腾检测的方法。该方法包括以下步骤：

-通过将被提供到该感应灶具的感应线圈的AC电流的频率设定为固定值使该感应灶具的功率控制机构禁用；

-测量该感应灶具内提供的电参数的值；

-通过收集该电参数在时间窗内的多个值来内插这些测得的电参数值并且计算所述收集的多个值的平均值，由此获得内插电参数值。

-计算梯度大小，该梯度大小指示了这些内插电参数值随时间的微分变化；

-基于该计算出的梯度大小确定沸腾点。

所述方法是有利的，因为通过内插测得的电参数值并且提供所述内插电参数值的梯度大小，使得能有稳健且可靠的沸腾检测。

根据优选实施例，通过检测该计算出的梯度大小是否为零和/或是否改变其符号来确定沸腾点。更详细地，确定内插电参数值的第一导数以便获得梯度大小。在沸腾点，电参数值可以达到最小值，该最小值可以被检测出以便准确地确定沸腾点。用于确定沸腾点的甚至更准确的方式是，检测梯度大小的零点交叉(+/-交叉或-/+交叉)、相应地内插电参数值的第一导数。

根据优选实施例，电参数是线圈峰电流(AC电流的峰值处的电流值)、感应线圈与该加热区相关联的电输出功率、或被提供到该感应线圈的电流与电压之间的相位延迟。所述电参数与炊具的温度相关并且可以用于沸腾检测。在优选实施例中，线圈峰电流用于确定沸腾点。

根据优选实施例，该功率控制机构在开始该烹饪过程后的某一时间段期满之后被禁用。在烹饪过程开始时，由于炊具的温度显著变化，因此输出功率可能显著变化。通过延迟禁用功率控制机构，电输出功率可以在烹饪过程开始时保持恒定，由此避免电输出功率在开始烹饪过程之后过度下降。

根据优选实施例，如果该感应线圈的电输出功率下降到某一功率阈值以下，那么停止确定沸腾点并且激活该功率控制机构，并且该沸腾点确定过程在重新调整该电输出功率之后重新启动。当使用的炊具显示出炊具的感应特性对改变温度有强依赖性时，功率控制机构的此类激活可能是必要的。此类强依赖性可能导致输出功率显著下降，这导致烹饪时间不希望地延长。通过激活功率控制机构有限的时间段，AC电流的频率可以变化以便达到希望的输出功率并且沸腾点检测在再次停用功率控制机构之后重新启动。

根据优选实施例，所述内插测得的电参数值通过将频率在1kHz与50kHz之间的电参数取样出来并且求取样值在1秒到10秒的时间窗内的平均值来进行。优选地，取样频率在5kHz到20kHz的范围内、最优选地是10kHz。时间窗可以优选地在2秒与5秒之间、最优选地是4秒。

根据优选实施例，用于确定沸腾点的标准基于经过的煮沸时间和/或基于测得的电参数值的相对变化来修改。在刚刚开始烹饪过程时，达到沸腾点的概率低于某一时间段期满之后的概率。因此，用于确定沸腾点的标准可以被适配以便避免例如由于电源电压波动等造成的错误的沸腾点检测。

根据优选实施例，用于确定沸腾点的标准是检测反弹跳时间和/或检测阈值。所述标准可以根据经过的煮沸时间和/或基于测得的电参数值的相对变化来适配以便避免错误的沸腾检测结果。

根据优选实施例，示出在沸腾检测中使用的炊具的能力的沸腾检测能力指标基于这些内插电参数值随时间的变化计算出。不同炊具可以显示出感应特性对温度变化的不同程度的依赖性。更进一步地，一些炊具不显示出或基本上不显示出对温度变化的依赖性。如此，提出的沸腾检测不适用于此类炊具。通过特别地在开始烹饪过程时监测内插电参数值随时间的变化，可以推导出指示了将在所述沸腾检测方法中使用的炊具的能力的指数。

根据优选实施例，如果所述沸腾检测能力指标低于某一阈值，那么沸腾检测停用。由此避免在提出的沸腾检测机构中使用必定会导致错误和不希望的检测结果的不恰当炊具。

根据优选实施例，沸腾检测期间在增强功率水平下对该感应线圈进行供电，所述增强功率水平具有的功率水平超过最高标称功率水平，其中，该感应线圈被适配成在所述增强功率水平下被驱动仅有限的增强时间段。由此，达到沸腾点的时间段缩短。

根据优选实施例，该沸腾检测能力指标在经历所述增强时间段之前被建立，并且如果所述指标示出该炊具不能在所述沸腾检测机构中使用，那么该沸腾检测机构停止并且该感应线圈在标准增强模式下被驱动。由此，避免了由于不能确定沸腾点而造成的不希望地延长在最大功率下对感应线圈进行供电。

根据优选实施例，监测该电源电压以便检测电源电压波动并且基于补偿公式使用所述被监测电源电压来修改这些测得的电参数。由此，可以避免电源电压波动的不利影响。

根据优选实施例，监测这些测得的电参数值或内插电参数值的变化率，并且如果该变化率超过某一阈值，那么该沸腾检测重新启动。炊具移动还可能导致测得的电参数发生变化。但是，炊具移动造成的变化率通常比温度变化引起的变化率大得多。如此，通过监测变化率并且将变化率与阈值进行比较，可以检测并且过滤出炊具移动引起的参数值变化以便避免错误的沸腾检测结果。

根据第二方面，本发明涉及一种感应灶具，该感应灶具包括与加热区相关联的一个或多个感应线圈。该感应灶具包括控制实体，该控制实体被适配用于：

-通过将被提供到该感应线圈的AC电流的频率设定为固定值使功率控制机构禁用；

-测量该感应灶具内提供的电参数的值；

-通过收集该电参数在时间窗内的多个值来内插这些测得的电参数值并且计算所述收集的多个值的平均值，由此获得内插电参数值。

-计算梯度大小，该梯度大小指示了这些内插电参数值随时间的微分变化；并且

-基于所计算出的梯度大小确定沸腾点。

在本发明中使用的术语“基本上”或“大致”是指与准确值偏差+/-10％、优选地+/-5％，和/或呈对功能而言无关紧要的变化形式的偏差。

附图说明

从以下详细说明和附图中将容易理解本发明的这些不同方面，包括其具体特征和优点，在附图中：

图1示出了根据本发明的感应灶具的示意图；

图2示出了用于沸腾检测的方法的流程图；并且

图3示出了多线图，指示了用于检测沸腾点的测得的或计算出的值的变化。

具体实施方式

现在将参照这些附图对本发明进行更全面的描述，在附图中示出了多个示例性实施例。然而，本发明不应该被解释为局限于在此阐述的这些实施例。贯穿以下说明，当适用时，使用类似的附图标记来表示类似的元件、部件、物件或特征。

图1示出了感应灶具1的示意性图示。感应灶具1包括优选地设置在灶具板9处的至少一个感应加热器2、3。一个或多个感应线圈4、5设置在灶具板9下方，其中，每个感应加热器2、3与一个或多个感应线圈4、5相关联。每个感应线圈4与电子驱动装置6、7耦合。所述电子驱动装置6、7与市电电源10耦合。此外，提供了用于控制电子驱动装置6、7的运行、特别是用于调节感应线圈4、5的输出功率的控制单元8。

感应灶具包括功率控制机构以便向放置在感应加热器2、3上的炊具提供恒定加热功率。通常，锅的磁阻随温度增加而增加，在缺乏功率控制机构的情况下导致较低输出功率、相应地线圈电流。为了独立于温度向炊具提供恒定功率，功率控制机构可以调整被提供到感应线圈4、5的AC电流的频率以便向炊具提供某一功率。更详细地，功率控制机构可以降低频率以使被提供到炊具的功率稳定。当以使用者在用户界面设定的固定功率水平操作感应灶具1时，功率控制机构可以在后台执行以便避免功率由于炊具的温度上升而降低。

如之前已经提及的，能够在感应灶具内被监测的电信号与放置在感应线圈上方的炊具的温度有很大关联性。因此，通过监测和分析感应灶具内的一个或多个电信号，可以推导出关于炊具的温度的信息。

图2示出了在感应灶具1的加热区进行沸腾检测的方法100的流程图。如上所述，功率控制机构被配置用于改变电参数、特别是改变被提供到感应线圈的AC电流的频率以便获得恒定输出功率。因此，功率控制机构自动改变电参数。结果是，电参数的变化可以由炊具的温度变化和/或所述自动沸腾控制机构引起。为了避免对电参数的变化有影响的因素叠加，功率控制机构停用(S110)。通过停用功率控制机构，频率在捕捉与炊具的温度相关联的至少一个电参数的值期间被设定为固定值。

停用功率控制机构之后，测量至少一个电参数的值(S120)。值得提及的是，使用的电参数是在感应灶具1内已经可获得的、特别是在感应灶具1的控制单元8内可获得的。因而，不需要外部传感器来执行所述测量。

不同的电参数可以用于确定炊具的沸腾点。例如，感应线圈的输出功率、被提供到感应线圈的电流与施加在感应线圈的电压之间的相位延迟、或线圈峰电流可以用作此类参数。优选地，使用线圈峰电流。术语“线圈峰电流”意味着电流曲线(是振荡AC信号)的顶点处的电流值被确定并且用于沸腾点检测。

为了准确地确定沸腾点，需要高分辨率测量。存在的限制条件是例如用于将电参数从模拟领域转换到数字领域的AD转换器的分辨率、以及使电参数的变化叠加的被炊具的温度变化诱发出来的噪声。本披露使用的术语“噪声”意味着，例如由感应灶具1内的后台噪声(高斯噪声)、电源电压变化和/或炊具移动等引起的测得的电参数的任何波动。

为了提高沸腾点检测准确度，对测得的电参数执行内插(S130)。更详细地，求AD转换器提供的电参数的平均值并且对其进行内插长时间段，在该时间段中AC电流的频率保持在固定值。通过执行所述求平均值/内插，从测得的参数值推导出内插电参数值。所述内插和求平均值是有利的，因为常规嵌入式微控制器通常具有的转换准确度为10或12比特转换准确度。但是，与测得的电参数叠加的噪声通常高于微控制器的分辨率。借助于所述求平均值，可以减小噪声的影响并且可以显著增加检测准确度。

在示例性实施方式中，测得的电参数值的子集用于求平均值和内插。所述子集可以在某一时间段内被捕捉到。例如，测得的电参数值的50％到90％、特别地60％、70％或80％在1秒到10秒(例如，2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒或9秒)的时间段内被捕捉到，特别地在4秒时间段内进行所述内插。根据优选实施例，测得的电参数值可以是高频率电流的峰值。所述峰值可以例如通过硬件电路或借助于软件处理来提供。所述峰值可以按照某一频率取样，例如按照5kHz到20kHz的范围内的、特别地10kHz的频率取样。

为了进一步增大检测准确度，计算出内插电参数值的梯度(S140)。更详细地，计算出内插电参数的时间曲线的第一导数并且基于所述第一导数执行沸腾检测。第一导数指示了电参数增大/减小并且因此还指示了炊具的温度增大/减小。如果达到沸腾点，那么内插电参数的时间曲线的梯度接近零。因此，基于内插电参数值的梯度确定沸腾点(S150)。此外，在大多数情况下，时间曲线的梯度在经过零值以后可以变成负的，即时间曲线的梯度在达到沸腾点之前是正的并且当刚刚达到沸腾点时转变为略微负的。因此，沸腾点检测机构可以被适配用于检测内插电参数的梯度从正范围进入负范围的所述零点交叉以便准确地检测沸腾点。

特别是在刚开始烹饪过程时，功率控制机构可以对被提供到感应线圈的AC电流的频率执行显著适配，因为烹饪过程开始时的温度变化非常大。因此有利的是，在开始烹饪过程之后不直接停用功率控制机构而是将所述停用延迟某一时间段以便允许功率控制机构调整被提供到处于烹饪过程的早期状态下的炊具的功率。延迟可以是例如20秒至30秒的范围。

以上提及的禁用功率控制机构可能导致的情况是，感应线圈的输出功率显著减小，导致不希望地延迟达到沸腾点。为了避免输出功率不可接受地下降，如果输出功率下降到某一阈值以下，那么功率控制机构可以重新启动。所述阈值可以是绝对阈值或可以是相对阈值，参考在功率控制机构已经停用的时间点的输出功率值。例如，阈值可以被限定为某一百分比值(例如10％-15％)，所述百分比值指示了容忍输出功率降低的范围。在输出功率下降到所述阈值以下的情况下，只要功率控制机构被激活，沸腾点检测机构就可以停用。在终止功率控制机构之后，沸腾点检测机构再次重新启动。由此，可以避免输出功率不希望地下降。

为了进一步改进沸腾点检测，可以执行对检测沸腾点的标准进行动态适配。例如，检测沸腾点的标准可以根据烹饪过程的状态适配。更具体地，如果达到沸腾点的概率经过某一阈值，那么可以适配标准。例如，经过的烹饪时间和/或测得的电参数值的相对变化可以用于适配所述标准。适配的标准可以是用于检测所述沸腾点的检测阈值或检测反弹跳时间。所述检测反弹跳时间指示了在发出真实沸腾检测状态的信号前，检测沸腾的标准必须在某一时间段内达到。所述标准必须在给定时期内永久地或在给定时期期间以某一百分比时间达到。

感应灶具内待测量的电参数与炊具的温度的关联性强烈依赖于炊具的特性、特别是依赖于炊具的材料。一些可获得的炊具显示出的特性是，当炊具的温度改变时不导致或基本上不导致感应灶具内的电参数变化。如此，当使用此类炊具时不应该执行提出的沸腾检测机构。为了检测将用于提出的沸腾检测的炊具的能力，感应灶具中包括算法，所述算法针对将沸腾检测方法用于当前炊具进行衡量。所述算法可以评估测得的电参数值在刚开始烹饪过程后的某一时间段内的相对变化。所述时间段可以在开始烹饪过程后直接开始或可以延迟某一时间段。如果测得的电参数值的相对变化低于某一阈值，那么应注意到锅不适于沸腾检测。如此，取消沸腾检测机构。此外，可以提供指示(可视和/或可听)以便告知感应灶具的使用者：沸腾检测已经失败。此外，即使炊具被分类为可用于所述锅检测机构，锅检测机构中正在使用的炊具的品质可以在用户界面上提供。

感应灶具可以提供的增强功率水平高于最高标称功率水平。激活增强功率水平之后，灶具在预定时间段(所谓的标准增强时间)后将回复到较低功率水平。沸腾检测机构可以使用所述增强功率水平来对感应线圈进行供电，只要已经检测了沸腾点。

以上提及的、指示炊具在所述沸腾检测机构中的可用性的指数可以在经历标准增强时间之前建立。在指数显示出炊具不能用于沸腾检测机构的情况下，感应灶具可以回复到标准增强模式，该标准增强模式可以在经过标准增强时间之后终止。否则，可以在增强功率水平下对感应线圈进行供电直到达到沸腾点。

如上所述，准确确定沸腾点的一个干涉因素是电源电压的变化。与炊具的温度相关联的测得的电参数也受到电源电压变化/波动的影响。因此，电源电压的波动可能导致电参数变化(可以理解为温度变化)且因而可能导致错误的沸腾点检测。

但是，电源电压可以在感应灶具内独立测得。电源电压的测量值可以用于补偿方案用来补偿电源电压波动对点检测过程的影响。更详细地，可以提供补偿公式(例如基于实际测量)，该补偿公式考虑到电源电压波动并且提供待用于沸腾检测的电源电压补偿输出信号。

此外，影响沸腾点检测的进一步不利因素是移动灶具板处的炊具。所述移动也可能导致电参数变化(可以理解为温度变化)并且因而可能导致错误的沸腾点检测。但是，在大多数情况下，由移动炊具造成的电参数的变化(每一时间单元变化的数量)比温度变化引起的电参数变化快得多。因此，为了能够识别炊具移动，检测测得的电参数的变化速度以便决定电参数的变化是由温度变化还是由炊具移动引起的。在检测到锅移动并且由所述锅移动引起的电参数的变化不利于沸腾检测的情况下，沸腾检测机构可以停止并且重新启动。例如，沸腾检测可以利用测得的电参数的新偏移来继续进行。

图3示出了从电参数随时间推导出的电参数或参数的多线图。特别地，示出了被提供到感应线圈的选出的电输出功率、被提供到感应线圈的测得的电输出功率、线圈峰电流的相对变化(线圈峰电流的电流值减去线圈峰电流的起始值)(相对变化是负的)以及线圈峰电流的相对变化的第一导数。随着炊具温度上升，电输出功率下降(由于停用功率控制机构)。结果是，线圈峰电流也随时间下降。看一下线圈峰电流的相对变化的曲线以及线圈峰电流的相对变化的第一导数，相对变化达到最大值(如用箭头指示)。线圈峰电流的相对变化的第一导数从正范围转变为负范围(也用箭头指示)。零点交叉、相应地最大值指示沸腾点并且可以被沸腾点检测机构检测到以便准确地确定沸腾点。

应注意的是，说明书和附图仅展示了提出的感应灶具的原理、相应的沸腾点检测方法。本领域技术人员将能够实施体现本发明的原理的尽管没有在此明确地描述或示出的各种安排。

附图标记清单

1 感应灶具

2 第一感应加热器

3 第二感应加热器

4 第一感应线圈

5 第二感应线圈

6 电子驱动装置

7 电子驱动装置

8 控制单元

9 灶具板

10 市电电源

100 沸腾检测方法

Claims (15)

1.一种用于在感应灶具(1)的加热区进行沸腾检测的方法，该方法包括以下步骤：

-通过将被提供到该感应灶具的感应线圈的AC电流的频率设定为固定值使该感应灶具的功率控制机构禁用(S110)；

-测量(S120)该感应灶具(1)内提供的电参数的值；

-通过收集该电参数在时间窗内的多个值来内插(S130)这些测得的电参数值并且计算所述收集的多个值的平均值，由此获得内插电参数值。

-计算(S140)梯度大小，该梯度大小指示了这些内插电参数值随时间的微分变化；

-基于所计算出的梯度大小确定(S150)沸腾点。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过检测所计算出的梯度大小是否为零和/或是否改变其符号来确定沸腾点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该电参数是线圈峰电流、感应线圈与该加热区相关联的电输出功率、或被提供到该感应线圈(4，5)的电流与电压之间的相位延迟。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该功率控制机构在开始该烹饪过程后的某一时间段期满之后被禁用。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，如果该感应线圈(4，5)的电输出功率下降到低于某一功率阈值，那么停止确定沸腾点并且激活该功率控制机构，并且该沸腾点确定过程在重新调整该电输出功率之后重新启动。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，内插这些测得的电参数值通过将频率在1kHz与50kHz之间的电参数取样出来并且求这些取样值在1秒到10秒的时间窗内的平均值来进行。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，用于确定沸腾点的标准基于经过的煮沸时间和/或基于这些测得的电参数值的相对变化来修改。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，用于确定沸腾点的标准是检测反弹跳时间和/或检测阈值。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，示出在沸腾检测中使用的炊具的能力的沸腾检测能力指标基于这些内插电参数值随时间的变化计算出。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，如果所述沸腾检测能力指标低于某一阈值，那么沸腾检测停用。

11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，沸腾检测期间在增强功率水平下对该感应线圈(4，5)进行供电，所述增强功率水平具有的功率水平超过最高标称功率水平，其中，该感应线圈(4，5)被适配成在所述增强功率水平下被驱动仅有限的增强时间段。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，该沸腾检测能力指标在所述增强时间段过去之前被建立，并且如果所述指标示出该炊具不能在所述沸腾检测机构中使用，那么该沸腾检测机构停止并且该感应线圈(4，5)在标准增强模式下被驱动。

13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，监测电源电压以便检测电源电压波动，并且基于补偿公式使用所述监测的电源电压来修改这些测得的电参数。

14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，监测这些测得的电参数值或内插电参数值的变化率，并且如果该变化率超过某一阈值，那么该沸腾检测重新启动。

15.一种感应灶具，包括与加热区相关联的一个或多个感应线圈(4，5)，该感应灶具(1)包括控制实体，该控制实体被适配用于：

-通过将被提供到该感应线圈(4，5)的AC电流的频率设定为固定值使功率控制机构禁用；

-测量该感应灶具(1)内提供的电参数的值；

-通过收集该电参数在时间窗内的多个值来内插这些测得的电参数值并且计算所述收集的多个值的平均值，由此获得内插电参数值。

-计算梯度大小，该梯度大小指示了这些内插电参数值随时间的微分变化；并且

-基于所计算出的梯度大小确定沸腾点。