CN1104595C - 用于控制微波炉烧煮的方法、这样的微波炉及其使用 - Google Patents

Abstract

用来控制食物烧煮的方法和微波炉。通过供给最大功率的微波，快速地把食物i加热到可靠煮沸的状态，随后，在一预定的烧煮时间(T_b)内，以期望的烧煮程度进行加热，与此同时，根据来自传感器的反馈信息(HUM)控制所供给的微波功率水平。该烧煮程序可以完全自动地进行，它可以提高用户的安全性，降低能源消耗，并且改善烧煮的质量。

Description

用于控制微波炉烧煮的方法、这样的微波炉及其使用

本发明涉及一种控制微波炉内烧煮程序的方法，所述微波炉包括一炉腔、一微波源、一向炉腔供给微波的供给系统、一用于控制功率大小和控制向炉腔供给微波时间的控制单元，以及一连接于所述控制单元并用来设定或计算一固体或液体食物之烧煮时间的装置。本发明还涉及一种微波炉、一种微波加热装置、以及利用它们自动执行烧煮程序的情况。

美国专利4,791,263代表了通常的已有技术，它揭示了这样一种方法：加热开始时的功率是最大值的70％，一直进行到一气体传感器探测到最初值已有65％的变化为止。根据达到该数值所需的时间，可以计算出连续加热的时间，所述加热是藉约为最大值的50％的功率来进行的。可以假设，在这个计算出来的时间结束点上，煮沸已经完成，随后，在一个预定的功率水平上，并且在两个可选的、固定的时间内继续。然后，在一个较低的、固定的功率水平下进行保温。由此可以清楚地看出，在实际的烧煮过程中，功率大小是借助固定的时间和固定的功率水平以所谓“开环”方式控制的。

上面揭示的方法存在着这样的缺陷，即，在程序开始时没有能利用最大功率，因而增加了时间消耗。所述缺陷与通常所知方法中的缺陷相同，也就是说，把功率设定为最大值的3/4，并持续加热一段预定的时间。另一个缺陷是，实际上烧煮是发生在一个预定的、固定的功率水平上，没有探测烧煮过程的进展情况。这意味着：食物可能在过强微波的直接作用下，发生烧煮过头的危险，这还意味着不必要的能量消耗。

本发明的一个目的在于，提供一种不会产生上述缺陷、较适于个别食品之烧煮过程的、控制在一微波炉或一加热装置内烧煮的方法。

本发明的另一个目的在于，提供一种能实现上述方法的微波炉或微波加热装置。

本发明还有一个目的在于，提供一种能改善烧煮安全性并且能改善微波炉之使用方便性的方法和微波炉。

上述的第一目的是由这样一种方法来实现的，所述方法包括如下步骤：

—在一用来把所述食物快速加热至煮沸的第一加热步骤中，供给几乎最大功率的微波；

—借助第一传感器来探测表示食物状况的湿度；

—当探测到的湿度到达一表示进入可靠煮沸状态的第一湿度预定值H1时，终止供给几乎最大功率的微波；

—随后，在一受第二传感器控制的第二加热步骤中，供给小于所述最大功率的微波，在取决于反馈信息的烧煮时间内，维持期望的文火烧煮或烧煮程度，所述第二加热步骤包括：

—测量烧煮时间，

—通过周期性地探测湿度并将其与一经验湿度值H_cb作比较来控制第二加热步骤的功率水平，其中所述经验湿度值对应于一期望的文火烧煮或烧煮程度，

—当烧煮时间等于所述设定的烧煮时间T_B时，中断微波供给，结束第二加热步骤。

由于在实际烧煮过程中所供给的微波功率是基于来自所述传感器之信息以“闭环”方式发生的，所以能获得与维持煮沸的每个时刻所需要的微波功率水平持续相适应的微波功率供给。因此，可改善煮熟食物的质量，并且消除烧煮过头的危险。同时，由于和所需功率水平持续地相适应，所以能降低能源消耗。又因为在煮沸前利用了尽可能高的功率水平，所以能缩短煮沸时间。

根据本发明的一个较佳实施例，当所述第一参数到达一表示可靠煮沸的预定值时，所述第一加热步骤中断，然后，通过周期性地探测所述第二参数，并且拿它和相应于一期望的文火烧煮/煮沸程度的经验值作比较，来控制功率水平。利用该两数值，有利于烧煮过程控制程序的设计，并且能确保高质量的烧煮。

本发明方法的另一个较佳实施例是借助一个或若干个湿度传感器来探测炉腔内的湿度为基础的，其特点是，所述功率控制是根据一湿度平均值来进行的，而该湿度平均值是根据最新探测到的设定数量的空气湿度值不断计算出来的。由于消除了湿度瞬时变化的影响，所以可提高功率控制的精确度。

根据本发明的一种微波炉包括一炉腔、一微波源、一向炉腔供给微波的供给系统、一用来控制功率水平和供给炉腔的微波之供给时间的程控微处理器控制单元、一连接于所述控制单元并用来探测来自炉腔之排出空气的湿度的湿度传感器、以及连接于所述控制单元并用来设定一固体或液体食物之烧煮时间的操控装置。

根据能改善操作安全性的本发明的方法和微波炉之较佳实施例的特点在于：第一种情况是，如果在从头开始的一段预定时间内没有达到所述预定值，也就是煮沸，则所述第一加热步骤将中断，因此可消除损坏微波炉、食物和烧煮容器的危险(例如，因忽视了所供水的体积、所用的盖子盖得太紧、或者是其它原因所造成的)，第二种情况是，如果所述第二参数持续地低于所述经验值，并且所述差值在一预定的时间间隔内大于一预定值的话，所述第二加热步骤将中断，因此可消除在消耗了所供给的一定体积的水之后，发生“干煮”的危险。

根据本发明的一种微波加热装置，它包括一用来加热固体或液体食物的加热腔室、一微波源、一向所述腔室供给微波的供给系统、用来控制功率水平和供给到炉腔的微波之供给时间的控制单元、用来计算所述食物之烧煮时间的装置，以及一用来探测表示所述食物之烧煮情况的传感器，其特点是，设置控制单元是为了在达到煮沸之后，借助来自于所述传感器的反馈信息控制所供微波功率，以维持一所期望的持续烧煮程度，所期望的烧煮程度是对应于所述参数的一经验目标值，而所述功率水平是根据探测到的所述参数值和所述目标值的差，以较小的步幅一步步地精确调整，当达到一计算出来的煮沸时间时，所述烧煮中断。所述较小的功率水平步幅最好是小到能基本上达到连续功率水平控制的幅度。在一个自动计算出来的烧煮时间内烧煮继续进行着，所述烧煮时间可以是例如，根据所述参数的增长率以及达到煮沸所需要的时间计算出来，可能的话还要利用来自于探测食物重量的重量传感器的补充信息。由于不必在形成一体的面板上选择烧煮时间，故这样的解决方案显得更为便利。有时，该加热装置也可包括用来选择烧煮时间的装置，以便能自由地选择。

本发明是在认识到通过从煮沸开始后开始测量烧煮时间以及控制该烧煮时间内的微波功率可以大大改善食物质量的基础上而作出的。进一步的认识是，借助于可在一带有微处理器的控制单元(它通常是微波炉整体的一个部件)上运行的、正确设计的控制程序，并且利用一个或若干个已知类型的传感器，就可以获得以上效果。

通过下文中结合各附图对本发明的非限制性实施例所作的描述，可以更清楚的理解本发明。

图1示出了本发明微波炉的各部件；

图2是根据本发明的、用来控制烧煮的一控制程序的流程图；

图3是用来控制功率水平的一控制程序的流程图，它包含在图2所示的控制程序中；以及

图4是用来计算空气湿度平均值的一控制程序的流程图，它是图3所示之控制程序的一部分。

图1示出了本发明微波炉的各部件，包括：一炉腔1；一微波源2；一用来从所述微波源向所述炉腔供给微波的供给系统3；一带微处理器的控制单元4，所述控制单元根据来自微波炉操作面板(未示)的信息，来控制可选的、储存的烧煮程序；一设置在炉腔通风道内、用来探测排放空气湿度的湿度传感器5。根据通风道设计上的不同，也可以将湿度传感器5设置在其它位置上。为简便起见，在图中用虚线表示湿度传感器5、微波源2和控制单元4之间的连接关系。在图1中，微波炉盖板(包括操作面板和用来封闭炉腔的炉门)已被去除。该微波炉还可以包括一声频信号源(未图示)，它可在烧煮时间递减为零而过程结束时，或者是在因其它原因造成中断时被起动。微波炉在机械和电子设计上的细节问题对本发明而言并不重要，因此在本文中未作详细描述。其详情可参见由本申请人生产并销售的AVM215型惠而浦微波炉。该微波炉上设有一烧烤元件，并且具有下列技术参数：供给电压240V/50Hz；功耗2850W；微波功率1000W；烧烤元件功率1200W；电子计时器；外部尺寸330×553×477mm；炉腔尺寸227×375×395mm；微波功率水平可通过一控制程序选择。

在所示的本发明之微波炉的实施例中，供给的微波功率是受到微波源2(通常是一磁控管)的所谓“脉冲”控制，这意味着功率供给被细分成若干个功率周期，磁控管是在总周期时间T_c的一个可选的部分t_on内，于最大功率水平下起动，可获得的功率水平是该周期内的功率平均值。这种类型的功率控制已经被应用于上述的微波炉。可以理解的是，也可以把本发明的方法用于各种不同类型，例如开关型的微波炉功率控制，但必须假设功率供给可以被细分成具有适当长度的功率周期。

图2所示的流程图说明了执行本发明之烧煮控制程序的各个步骤。用户无需输入两个以上的数值，也就是只要：通过微波炉操作面板输入一相关的烧煮时间；起动微波炉；即可。随后，烧煮程序可完全自动地进行，直至结束。在程序的执行过程中，从微处理器读取多个经验值常数。这些常数是：

H1＝表示可靠煮沸的湿度值；

T1＝可获得H1的一个安全时间限制。如果在T1时间内没有获得H1，过程即中断；

T2＝介于最初开始煮沸和接下来的实际烧煮之间的暂停间隔；

T_b＝选定的烧煮时间；

H_cb＝相应于期望的连续烧煮程度而根据经验设定的湿度值；

HUM_av＝计算出的湿度平均值；

HUM_err＝HUM_av-H_cb；

H2＝在一定限制的时间范围内，HUM_err的最大允许负值；

T3＝允许HUM_err低于-H2的最长时间周期。如果超出T3，过程中断；

C1，C2，C3，C4，C5＝HUM_err-H_cb的各个限制值，其中

C1＝最大允许的正限值，

C2＝第一负差限值，

C3＝第二负差限值，C3＞C2，

C4＝第一正差限值，

C5＝第二正差限值，C4＜C5＜C1

下文中，t表示运行时间，HUM表示探测到的湿度值。

图2所示的程序开始于步骤S，经步骤a1-a19后，于步骤E结束，其中：

S：烧煮程序开始

a1：获取H1，进行至a2；

a2：获取T1，进行至a3；

a3：设定大小为最大微波功率水平100％的功率水平，进行至a4；

a4：t≥T1？

如果是“是”(Y)，进行至a5

如果是“否”(N)，进行至a6；

a5：中断微波供给，进行至E，结束程序；

a6：HUM≥H1？

如果是“是”(Y)，进行至a7

如果是“否”(N)，返回至a4；

a7：中断微波供给，进行至a8；

a8：开始长度为T2的暂停间隔，进行至a9；

a9：达到选定的烧煮时间T_b，进行至a10；

a10：获取H_cb，进行至a11；

a11：获取T3，进行至a12；

a12：获取H2，进行至a13；

a13：设定大小为最大微波功率30％的微波功率水平，进行至a14；

a14：开始对T_b进行递减计数，进行至a15；

a15：开始对功率水平进行控制，以维持所需的烧煮程度，进行至a16；

a16：T_b＝0？

如果是“是”(Y)，进行至a17

如果是“否”(N)，进行至a18；

a17：中断微波供给，进行至a19；

a18：HUM_err＜-H2以及t＞T3？

如果是“是”(Y)，进行至a17

如果是“否”(N)，返回至a16；

a19：中断微波供给，进行至E；

E：结束程序。

步骤a15意味着根据图3所示的流程图执行控制功率水平的控制程序，以维持期望的烧煮程度，该烧煮程度由根据经验建立起来的经验湿度值H_cb来表示。图3所示的程序包括步骤S_ec和b1-b16，并且是在每个单独的功率周期内(在该实施例中，这个时间周期的长度约为20s)执行的。从原理来看，每个新的周期是从所述微波源不工作的那一时刻开始的。在一运行周期内借助功率控制而产生的一个新的值t_on用作下一个周期t_on的起始值。在程序开始时，可对上文定义过的常数C1-C5加以采集，这在图3流程图中没有示出。程序是通过下述步骤执行，它们是：

S_ec：开始功率水平控制，进行至b1；

b1：新的功率周期是否已经开始？

如果是“是”(Y)，进行至b2

如果是“否”(N)，返回至b1；

b2：根据子程序(图4)计算HUM_av，进行至b3；

b3：计算HUM_err＝HUM_av-H_cb，进行至b4；

b4：HUM_err≥C1？

如果是“是”(Y)，进行至b5

如果是“否”(N)，进行至b6；

b5：避免微波源起动，进行至b7；

b6：起动微波源，进行至b7；

b7：HUM_err≤-C2？

如果是“是”(Y)，进行至b8

如果是“否”(N)，进行至b11；

b8：HUM_err≤-C3？

如果是“是”(Y)，进行至b9

如果是“否”(N)，进行至b10；

b9：在t_on的基础上加0.6秒，进行至b15；

b10：在t_on的基础上加0.2秒，进行至b15；

b11：HUM_err≥C4？

如果是“是”(Y)，进行至b12

如果是“否”(N)，进行至b15；

b12：HUM_err≥C5？

如果是“是”(Y)，进行至b13

如果是“否”(N)，进行至b14；

b13：在t_on的基础上减0.6秒，进行至b15；

b14：在t_on的基础上减0.2秒，进行至b15；

b15：t＝t_on？

如果是“是”(Y)，进行至b16

如果是“否”(N)，进行至b15；

b16：在功率周期的剩余部分内，不起动微波源，返回S_ec。

图4的流程图示出了一个用来计算空气湿度平均值HUM_av的子程序。在本实施例中，该计算程序每秒钟进行一次，也就是说，在长度为20秒的周期内要计算20次。控制单元将在每一秒钟内收到一个来自湿度传感器5的新的湿度采样值。所述平均值是在n个采样值的基础上计算得来的，现在情况下的n＝20。在图4的程序中，HUM_arr(i)被用来表示第i个探测到的采样值。该程序包括步骤S_hav和c1-c5，并且是根据下列顺序执行：

S_av：开始计算空气湿度平均值的程序，进行至c1：

c1：是否已过了1秒？

如果是“是”(Y)，进行至c2

如果是“否”(N)，返回c1；

c2：空气湿度＝HUM_arr(i)，设定i＝+1，进行至c3；

c3：i＞n？

如果是“是”(Y)，进行至c4

如果是“否”(N)，进行至c5；

c4：设定i＝1，进行至c5；

c5：计算 $\mathrm{HUM}=\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{HUM}}_{\mathrm{arr}}\left(i\right)/n,$ 返回c1。

拿已有技术的微波炉与在烧煮过程中进行了功率水平控制的本发明的微波炉作烧煮比较测试，结果证明，采用本发明的微波炉能大大降低能量消耗，并能改善所烧煮食物的质量。用已有技术的微波炉烧煮500克切片的胡萝卜，总的需要123kJ的能量，并且导致胡萝卜片部分地萎缩和干化，与之形成鲜明对比的是，利用本发明的微波炉，只需消耗74kJ的能量，并且能获得极佳的烧煮质量。

Claims (18)

1.一种控制微波炉内烧煮过程的方法，所述微波炉包括一炉腔(1)、一微波源(2)、一向炉腔供给微波的供给系统(3)、一用来控制功率水平和控制供给到炉腔的微波之供给时间的控制单元(4)、以及连接于所述控制单元并用来设定一固体或液体食物之烧煮时间T_B的操控装置，所述方法包括如下步骤：

在一用来把所述食物快速加热至煮沸的第一加热步骤中，供给几乎最大功率的微波；

借助第一传感器来探测表示食物状况的湿度；

当探测到的湿度到达一表示进入可靠煮沸状态的第一湿度预定值H1时，终止供给几乎最大功率的微波；以及

随后，在一受第二传感器控制的第二加热步骤中，供给小于所述最大功率的微波，在取决于反馈信息的烧煮时间内，维持期望的文火烧煮或烧煮程度，所述第二加热步骤包括：

测量烧煮时间，

通过周期性地探测湿度并将其与一经验湿度值H_cb作比较来控制第二加热步骤的功率水平，其中所述经验湿度值对应于一期望的文火烧煮或烧煮程度，

当烧煮时间等于所述设定的烧煮时间T_B时，中断微波供给，结束第二加热步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一湿度预定值H1大于所述经验湿度值H_cb。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

如果在开始向炉腔供给微波后的一段预定时间T1内，没有获得所述第一湿度预定值H1，所述第一加热步骤中断，程序结束。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

在介于所述第一和第二加热步骤之间的一段很短的预定时间内中断微波供给，以便开始烧煮时间的测量，并且在所述第二加热步骤的起始处设定一个较低的功率水平值。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果探测到的湿度值连续地低于所述经验值H_cb，并且在一预定的时间间隔T3内其差值超过一预定值H2，中断所述第二加热步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二传感器是湿度传感器，它们可周期性地探测来自炉腔(1)之排出空气的湿度，

所述探测到的湿度值是在一变动的湿度平均值HUM_av的基础上获得的，所述湿度平均值是根据最新探测到的预定数量的空气湿度值来计算的。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

可以用同一个湿度传感器(5)作为所述第一和第二湿度传感器。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微波是周期性地供给，借助由开/关所述微波源(2)而产生的各周期T_c的功率平均值，可以控制微波功率水平，以及

通过在周期内使微波源开通的时间t_on为零、使之保持不变、增大或减小而维持、增大或减小功率水平，所述增大或减小的步幅是根据已计算出来的周期的湿度平均值HUM_av和所述经验值H_cb之差HUM_err与固定的差限值C1-C5的比较结果而产生的。

9.一种微波炉，包括一炉腔(1)、一微波源(2)、一向炉腔供给微波的供给系统(3)、一用来控制功率水平和控制供给到炉腔的微波之供给时间的微处理器控制单元(4)、以及连接于所述控制单元并用来设定一固体或液体食物之烧煮时间T_B的操控装置，该微波炉包括：

用于在一第一加热步骤中将食物快速加热至煮沸的第一装置，该第一装置可激活所述微波供给系统，使炉腔被供给最大或几乎最大的功率；

一第一湿度传感器，用于探测从炉腔内排出之空气的湿度，并连接于所述控制单元；

用于在第一湿度传感器探测到一预定湿度值H1时中断微波供给的装置；

一第二湿度传感器，用于探测从炉腔内排出之空气的湿度，并连接于所述控制单元；

用于在煮沸建立之后的第二加热步骤中维持煮沸状态的第二装置，其中，根据来自第二湿度传感器的反馈湿度信号来控制供给微波的功率水平，以便维持一与在设定的所述食物烧煮时间T_b内的期望烧煮程度相对应的经验湿度值H_cb，所述第二装置是以如下方式来激活所述微波供给系统，即，把功率水平设定为一预定的起始值，并且开始对烧煮时间T_b作递减计数。

10.如权利要求9所述的微波炉，其特征在于，

可以用同一个湿度传感器(5)作为所述第一和第二湿度传感器。

11.如权利要求9所述的微波炉，其特征在于，

所述微处理器控制单元是程控的，如果在一个预定的最大时间周期T1内没有达到所述预定的湿度值H1，所述第一加热步骤中断，程序结束。

12.如权利要求9所述的微波炉，其特征在于，

所述微处理器控制单元是程控的，在第二加热步骤中，如果在一个预定的时间周期T3内探测到的空气湿度持续地低于所述经验湿度值H_cb并且所述差值超出一预定湿度值H2，所述第二加热步骤中断。

13.如权利要求9所述的微波炉，其特征在于，

所述微处理器控制单元(4)是程控的，以便

周期性地接收湿度值，

在最新接收到的预定个数的湿度值的基础上，为已收到的各个湿度值，计算一动态湿度平均值HUM_av，以及

根据以这种方式计算出来的湿度平均值来控制微波源(2)。

14.如权利要求13所述的微波炉，其特征在于，所述微波是借助功率周期T_c内微波源(2)的开/关切换来供给的，通过控制一相应周期内的微波源的开通时间t_on可产生一个期望的功率水平作为功率平均值，

所述微处理器控制单元(4)是程控的，它根据计算出来的湿度平均值HUM_av和所述经验湿度值H_cb的差值HUM_err是否超过或低于由一组固定的差限值C1-C5所定义的间隔范围，在一个功率周期t_e内使微波源的开通时间t_on减少或增加预定的步幅，或者维持现在的开通的时间。

15.如权利要求14所述的微波炉，其特征在于，

所述微处理器控制单元(4)可以设计成由五个差限值C-C5来控制，其中

如果所述差值超过所述第一差限值C1，微波源在周期中不起动，

如果所述差值是负的并且处在由第二C2和第三C3差限值所限定的间隔范围内，开通的时间t_on增加第一步幅，

如果所述差值是负的并且超过第三差限值C3，开通的时间t_on增加第二步幅，

如果所述差值HUM_err是正的并且处在由第四C4和第五C5差限值所限定的间隔范围内，开通的时间t_on减少第一步幅，

如果所述差值HUM_err是正的并且大于所述第一C1或第五差限值C5，开通的时间t_on增加第二步幅，

如果计算出来的空气湿度平均值HUM_av接近所述经验值H_cb并且处在由所述第二C2和第四差限值C4限定的间隔内，开通的时间t_on保持不变。

16.如权利要求15所述的微波炉，其特征在于，所述功率周期的长度约为20秒，

所述第一和第二步隔的长度分别是0.2秒和0.6秒，

现时的空气湿度是以1秒为周期来计算的，以及

对所述空气湿度平均值的计算是在最新收到的20个湿度值的基础上来计算的。

17.如权利要求9所述的微波炉，其特征在于，在所述第二加热步骤开始时的功率水平大约是最大功率的30％。

18.如权利要求9所述的微波炉，其特征在于，所述微波炉包括一声频信号源，它可在烧煮时间递减为零而过程结束时，或者是在因其它原因造成中断时被起动。