CN113940545B - 一种具有湿度检测功能的烹饪设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烹饪设备，包括内膛、扰动内膛空气流动的风轮、存储器、在与内膛空气连通的位置A处具有压力采集点，所述存储器中保存有不同的风轮转速下，所述位置A处的压力和空气密度的对应关系参数K_w，C_w，所述位置A处的空气密度ρ由以下公式确定：ρ＝K_wP+C_w，所述P为位置A处的压力值，K_w和C_w为在不同的风轮转速下确定的实验值，所述K_w和C_w与风轮转速相关。

Description

一种具有湿度检测功能的烹饪设备

技术领域

本发明涉及一种烹饪设备，尤其是具有湿度检测功能的烹饪设备。

背景技术

随着烹饪技术的发展，蒸烤箱因其可完成蒸箱、烤箱、空气炸锅等功能逐渐在市场兴起。对于不同的食材、菜肴和烹饪方法，蒸烤箱需要对内膛的温度、湿度等物理量进行精准控制。其中内膛的湿度检测一直是一个难点。

对于容阻法湿度检测来说，检测装置较为脆弱。湿度较大可能会造成探头短路导致设备暂时或永久失效。在重油污、高温的环境不适合使用此种探头。并且随着使用会发生检测漂移，需要定期校正。同时这种方法的探头价格很高，动辄上万。蒸烤箱内膛是一个长时间保持重油污、高温、高湿的环境，此种探头无法在这种环境下长期工作，且更换的成本过高。对于干湿球法来说，它虽然制作成本相对较低，但是其需要吹过干湿球的风速一定，并且需要等到温度和湿度平衡时才能进行有效的探测。然而蒸烤箱需要对湿度进行实时探测和控制，无法忍受这种时延。

现有技术(CN112603164A)公开了一种蒸烤箱内的湿度检测方法，其采用两点的压力差来确定湿度。由于蒸烤箱内的气流受到风轮转动的影响较大，这也不可避免的带来了一个问题，那就是需要布置多个压力传感器，来抵消气流的扰动。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种烹饪设备，仅仅利用某一点的压力的值，结合温度测量值和实验拟合常数获得烹饪内膛的空气湿度。此外，为了提高测量精度，本发明也提供了两点测压确定湿度的方法，其中第一压力采集点位于与风轮中心相通的风道内，该风道内的流速相对稳定，从而实现精确测量湿度的目的，同时，考虑到风道的设计可能会导致冷凝水流入内膛内部，因此对于第二压力采集点的位置进行了相应的优化设计。

具体而言，本发明提供了一种烹饪设备，包括内膛、扰动内膛空气流动的风轮、存储器、在与内膛空气连通的位置A处具有压力采集点，所述存储器中保存有不同的风轮转速下，所述位置A处的压力和空气密度的对应关系参数K_w，C_w，所述位置A处的空气密度由以下公式确定：ρ＝K_wP+C_w，所述P为位置A处的压力值，K_w和C_w为在不同的风轮转速下确定的实验值，所述K_w和C_w与风轮转速相关。

进一步地，所述烹饪设备还包括控制模块、温度传感器，所述温度传感器检测内膛内空气的温度T，所述控制模块根据内膛温度T，位置A处的压力值P确定所述内膛内的空气湿度H。

进一步地，所述内膛的空气湿度H根据下式确定：

H＝(a-ρT)/abP_b(T)

其中，a，b为常数，由烹饪设备的物理环境根据实验确定，所述存储器中保存a、b值，ρ为位置A处的空气密度，T为内膛温度，P_b(T)为温度T下的饱和蒸汽压。

进一步地，所述位置P为风轮的中心位置或者是风轮的边缘。

本发明还提供了一种烹饪设备，包括内膛、扰动内膛空气流动的风轮，所述风轮布置在内膛的一侧，所述风轮由电机驱动，所述电机位于内膛外部，在内膛的侧壁上具有电机轴孔，所述电机轴穿过所述电机轴孔与所述风轮连接，在所述侧壁的外部还设有风道，所述风道一端与风轮的中部连通，所述风道的另一端可选择地与外部空气连通。

进一步地，在所述风道内具有第一压力采集点，用于获得风道内的压力P，所述内膛内还布置由温度传感器，用于测量内膛的温度T，所述烹饪设备还包括控制模块，所述控制模块根据所述压力P，温度T以及风轮的转速，确定内膛的空气的湿度H。

进一步地，所述空气湿度由下式确定：

H＝(a-ρT)/abP_b(T)

其中，a，b为常数，由烹饪设备的物理环境根据实验确定，ρ为风轮中心附近的空气密度，ρ＝K_wP+C_w，K_w和C_w为在不同的风轮转速下确定的实验值；T为内膛温度，P_b(T)为温度T下的饱和蒸汽压力。

进一步地，在所述风道内具有第一压力采集点，用于测量风道内的压力P1，在所述风轮的边缘还具有第二压力采集点，用于测量风轮边缘处的压力P2，所述内膛内还布置由温度传感器，用于测量内膛的温度T，所述烹饪设备还包括控制模块，所述控制模块根据所述压力P1，压力P2，温度T以及风轮的转速，确定所述内膛的空气湿度H。

进一步地，所述第二压力采集点不在所述电机轴孔沿着所述侧壁竖直向下的延长线上，使得风道内的冷凝水不会经过所述侧面往下滴落到所述第二压力采集点周围。

进一步地，所述风道的另一端设置电磁阀。

附图说明

图1是烹饪设备的示意图；

图2是烹饪设备压力采集点布置的第二实施方式示意图；

图3是烹饪设备压力采集点布置的第三实施方式示意图；

图4是烹饪设备压力采集点布置的第四实施方式示意图；

图5是图4中第二压力采集点与风轮的相对位置关系示意图。

具体实施方式

参见图1，烹饪设备包括内膛1，扰动内膛空气流动的风轮2、围绕风轮2的加热管3，带动风轮转动的电机4，测量内温度的温度传感器5，以及压力采集点6。

下面对内膛内空气湿度的计算原理进行说明：

根据伯努利定理可知，在一个流体系统中，流速越快，流体产生的静压就越小；反之，流动速度越慢，流体产生的静压就越大。如以下公式1所示：

其中，P为流体中某点的静压强，v为流体该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量。

在风轮转速恒定的情况下，某个位置的流速恒定，从而压力变化只与空气密度相关。所以在已知风轮转速的情况下，测量某个位置处的压力就可以推测出此位置的空气密度的大小。如下公式2所示：

并且，空气密度和水蒸气的浓度，也就是湿度相关。水蒸气的分子式为H₂O，摩尔质量为18g/mol。空气主要由氮气(体积分数78％)，氧气(体积分数21％)组成，干燥空气的摩尔质量约为28.9634g/mol，高于水蒸气的摩尔质量。根据道尔顿分压定律，在任何容器内的气体混合物中，每一种气体都均匀地分布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同。所以在标准大气压下，空气水分的增加，会使得空气蒸汽的摩尔质量降低。由此，即可根据空气密度，推算出空气中水蒸气的占比。

对于一台烹饪设备而言，g，h，C为常数，当风轮的转速保持一定的情况下，气流的流动是稳定的，此时，空气的密度可用公式3表示：

ρ＝K_wP+C_w (3)

其中，K_w和C_w于一台设备来说，只与转速相关，在设备出厂前，可以根据一系列的实验进行数据拟合，从而得到具体的数值。这样，结合已经确定好的参数，就可以通过测量的压力计算空气密度。

而对于空气湿度H，根据下式确定：

H＝(a-ρT)/abP_b(T)

其中，a，b为常数，同样是在设备出厂前，根据实验数据拟合获得，其中P_b(T)为温度T下的饱和蒸汽压。

因此，在本发明的烹饪设备中，还包括存储器，所述存储器保存有不同的风轮转速下，所述压力采集点的压力和空气密度的对应关系参数K_w，C_w，以及上述a、b常数值。从而在具体的使用过程中，所述烹饪设备的控制模块可以直接根据风轮转速、内膛温度、压力采集点的压力值得到内膛的湿度H。

对于具体的压力测量可以在压力测量点布置压力传感器，或者通过引流管与压力测量点连通，在引流管内布置压力传感器等。

参见图1，是内膛内压力采集点布置位置的第一实施方式，所述压力采集点6布置在风轮的边缘。

参见图2，是内膛内压力采集点布置位置的第二实施方式，所述压力采集点布置在风轮的中心位置。

参见图3，是内膛内压力采集点布置位置的第三实施方式，在该实施方式中，内膛的侧壁上具有电机轴孔，所述电机轴穿过所述电机轴孔与所述风轮2连接，在所述侧壁的外部还设有风道7，所述风道一端与风轮2的中部连通，所述风道的另一端可选择地与外部空气连通，压力采集点6布置在上述风道中。风道的另一端设置有电磁阀8，在烹饪设备的使用过程中，内膛具有常开的出气口(通常设置在内膛的底部，未示出)，风道电磁阀8处于常闭状态，因此，风道内的气流基本是稳定的，压力采集点6处的压力也是比较稳定的。只有内膛内的湿度较大或温度较高时，才会根据具体的烹饪控制策略开启电磁阀，让外部空气进入到内膛内。

图4是内膛内压力采集点布置位置的第四实施方式，其与上述第三实施方式不同的是，在风轮的边缘处还设置有第二压力采集点9。所述风道内具有第一压力采集点6，用于获得风道内的压力P1，第二压力采集点9，用于获得风轮边缘处的压力P2，控制模块根据所述压力P1，压力P2，温度T以及风轮的转速，确定所述内膛的空气湿度H。其原理是，根据公式2，压差与空气密度的关系如下：

在风轮转速一定的情况下，两个压力采集点的流速v₁和v₂恒定，因此

同样恒定，这样空气的密度就可以表示为：

ρ＝K_wΔP+C_w

其中，K_w和C_w对于一台设备来说，只与转速相关，在设备出厂前，可以根据一系列的实验进行数据拟合，从而得到具体的数值。这样就可以通过测量的压差计算空气密度，进一步地根据内膛的温度得到空气的湿度。

在图4的实施方式中，由于风道会选择性地与外部空气连通，当冷空气进入到风道内后，风道内的水蒸气可能会冷凝并沿着内膛侧壁的电机轴孔向下流动，如果将第二压力采集点9布置在电机轴孔的正下方，冷凝水会沿着内膛侧壁向下流动，从而对第二压力采集点9的测量产生影响。因此，所述第二采集点9不能布置在所述电机轴孔沿着所述侧壁竖直向下的延长线L上。参见图5，是图4实施方式的正视图，第二压力采集点9与电机轴孔中心的连线与上述延长线L具有一定的夹角α。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种烹饪设备，包括内膛、扰动内膛空气流动的风轮、存储器、在与内膛空气连通的位置A处具有压力采集点，其特征在于，所述存储器中保存有不同的风轮转速下，所述位置A处的压力和空气密度的对应关系参数K_w，C_w，所述位置A处的空气密度ρ由以下公式确定：ρ＝K_wP+C_w，所述P为位置A处的压力值，K_w和C_w为在不同的风轮转速下确定的实验值，所述K_w和C_w与风轮转速相关；所述烹饪设备还包括控制模块、温度传感器，所述温度传感器检测内膛内空气的温度T，所述控制模块根据内膛温度T，位置A处的压力值P确定所述内膛内的空气湿度H；所述内膛的空气湿度H根据下式确定：

H＝(a-ρT)/abP_b(T)

其中，a，b为常数，由烹饪设备的物理环境根据实验确定，所述存储器中保存a、b值，ρ为位置A处的空气密度，T为内膛温度，P_b(T)为温度T下的饱和蒸汽压力。

2.根据权利要求1所述的烹饪设备，其特征在于，所述位置P为风轮的中心位置或者是风轮的边缘。

3.一种烹饪设备，包括内膛、扰动内膛空气流动的风轮，所述风轮布置在内膛的一侧，所述风轮由电机驱动，其特征在于，所述电机位于内膛外部，在内膛的侧壁上具有电机轴孔，所述电机轴穿过所述电机轴孔与所述风轮连接，在所述侧壁的外部还设有风道，所述风道一端与风轮的中部连通，所述风道的另一端可选择地与外部空气连通；在所述风道内具有第一压力采集点，用于获得风道内的压力P，所述内膛内还布置有温度传感器，用于测量内膛的温度T，所述烹饪设备还包括控制模块，所述控制模块根据所述压力P，温度T以及风轮的转速，确定内膛的空气湿度H；所述空气湿度由以下公式确定：

H＝(a-ρT)/abP_b(T)

其中，a，b为常数，由烹饪设备的物理环境根据实验确定，ρ为风轮中心附近的空气密度，ρ＝K_wP+C_w，K_w和C_w为在不同的风轮转速下确定的实验值；T为内膛温度，P_b(T)为温度T下的饱和蒸汽压力。

4.根据权利要求3所述的烹饪设备，其特征在于，所述风道的另一端设置电磁阀。

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