CN115684628B - 一种基于热冲击的间接式测温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于热冲击的间接式测温方法。本发明所述的一种基于热冲击的间接式测温方法由供热端对受热端进行热能供应，包括：S1、所述供热端热能断供，获取所述供热端降温过程中的至少一组温度取样值Ta，每组所述温度取样值Ta有三个且时间间隔相等，依次为Ta1、Ta2、Ta3；S2、结合式子计算，得到温度平衡值Tb，所述温度平衡值即为所述受热端的温度。本发明所述的一种基于热冲击的间接式测温方法具有准确度高、灵活性好的优点。

Description

一种基于热冲击的间接式测温方法
技术领域
本发明涉及新一代信息技术技术领域，特别是涉及一种基于热冲击的间接式测温方法。
背景技术
餐炉作为一种盛装食品的容器，主要用于饭店、餐厅及酒店。在使用的过程中，食物放置在餐盆上，底部设置有加热装置，可以实现对餐盆中食物的一边食用，一边加热，从而维持就餐时食物的温度。在常规的餐炉设备中，由于难以在餐盆内部安装温度传感器，当温度传感器装配到其它位置时，由于这些位置存在多变而且占比不小的热传递，通常无法对餐盆中食物的温度进行准确测量，只能在特定结构的前提下由输入热功率、各环节热量散失、各环节比热容、质量、换热系数等参数入手，通过建立固定的对应关系，对间接测量得到的温度值进行补偿，才可得到食物的实时温度。
这种测温方法虽然易于实现，但在实际生产和使用过程中，这些参数需要定期进行测量标定和维护。同时，由于使用过程中餐盆会进行更换，餐盆内盛放的食物也会发生变化，这导致餐盆底部与加热面的间隙容易发生不可预知的变化，使得这种测温方法得出的温度值与食物实际温度相比有较大的误差。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种基于热冲击的间接式测温方法，其具有灵活易用的优点。
一种基于热冲击的间接式测温方法，由供热端对受热端进行热能供应，包括：
S1、所述供热端热能断供，获取所述供热端降温过程中的至少一组温度取样值Ta，每组所述温度取样值Ta有三个且时间间隔相等，依次为Ta1、Ta2、Ta3；
S2、结合式子计算，得到温度平衡值Tb，所述温度平衡值即为所述受热端的温度。
本发明所述的一种基于热冲击的间接式测温方法，利用热功率的变动冲击，通过加热端的温度变化推算出受热端的实时温度值，不受传导条件变化的影响，准确度高，具有很高的灵活性，极大降低了成本和操作难度。
进一步地，热能断供前，所述供热端的温度高于所述受热端的温度。
进一步地，所述供热端与受热端接触或留有间隙。
进一步地，等效综合值为比热容与质量的乘积，所述供热端和受热端的等效综合值分别为Ca和Cb，Ca/Cb为接近零的非零数值。
进一步地，所述温度取样值Ta有三组，结合所述式子计算，得到三个所述温度平衡值Tb，舍弃所述温度平衡值Tb的最大值和最小值后，即为所述受热端的温度。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述测温方法的装置简化图；
图2为供热端与受热端在热能断供后的温度变化曲线图；
附图标记说明：1、供热端；2、受热端。
具体实施方式
请参阅图1-2，图1为本发明所述测温方法的装置简化图；图2为供热端与受热端的温度变化曲线图，其中实线为所述供热端的温度变化曲线，虚线为所述受热端的温度变化曲线。
本发明公开了一种基于热冲击的间接式测温方法，其基础原理为供热端1断电后，供热端1的温度下降并趋向于与所述受热端2的温度相同，即达到平衡温度。由于断电过程持续时间较短，而在短时间内受热端2的温度不会有变化，因此该平衡温度与受热端2的温度相等。所以，可在降温过程中，通过测量供热端1在几个时间点的温度值，并根据这些温度值与热传递基本公式相结合，从而在达到平衡温度前便推导出平衡温度，实现对受热端2温度的测量。
所述测温方法具体包括如下步骤。
S1、供热端对受热端进行加热，所述供热端的温度高于所述受热端。定义所述供热端和受热端的等效综合值分别为Ca和Cb，所述等效综合值为比热容与质量的乘积。应当使Ca/Cb的值足够小，从而使所述受热端的温度变化可以忽略。在断电之前，供热端的温度高于受热端的温度，且Ca足够小，使Ca/Cb为接近零的非零数值，从而保证后续断电后供热端可实现快速降温，从而易于检测温度变化，同时减少热量释放，减少所引起的受热端温度波动。
作为优选地，当供热端和受热端存在较大温差时，可降低对温度取样的精度要求，便于产品的实现。
S2、所述供热端热能断供，以预设的时间间隔获取所述供热端降温过程中的n个温度取样值，n≥3。由于断电通常为几秒到几十秒完成，可将供热端和受热端的质量、比热容、结构视为不变，供热端由于温度较高仍会继续向受热端传导热量，这使得其自身的温度快速下降。
热能断供的方式可有多种(如断电等)，起始时间可通过多种方法进行设置，例如可预设取样延后时间，即在到达取样延后时间时才进行断电；也可通过按钮、感应开关等多种电子元器件的信号进行控制，当信号发生改变时进行断电。
所述时间间隔为定值。为提高数据的准确性，作为从优选地，所述温度取样值有五个，依次分别为A1～A5，并将其分为三组数值A1A2A3、A2A3A4、A3A4A5。
S3、将所述温度取样值代入式子中，可再经补偿得到温度平衡值，所述温度预估平衡值即为所述受热端的实时温度值，其中Tb为所述温度平衡值，Ta1、Ta2、Ta3分别为依次获得的温度取样值。
当所述温度取样值有三个时，将温度取样值分别代入所述公式中得到一个温度平衡值，经过补偿处理后得到所述受热端的实时温度值。
当所述温度取样值有五个时，将三组数值分别代入所述公式中得到三个温度平衡值，经过去掉最高值和最低值、或取平均值等数据处理后得到所述受热端的实时温度值。
所述式子由两个物理基本定律结合推导出来的：第一条基本定律为，既定时间段t内传递的热量Q，正比于路径两端温差*导热率*t*路径截面÷长度；第二条基本定律为，物体温度的变化△T＝热量的变动△Q÷比热容系数÷质量。
S4、恢复所述供热端的供电。即在所述受热端和供热端尚未达到热平衡时即恢复供电，该步骤可在S3之前完成，供电持续时间视加热需求而定。
在本实施例中以餐炉为例对所述测温方法进行阐述。
在实际使用时，通常需要对餐炉中盛放的食物进行温度检测，从而对食物的温度进行加热调节。由于餐盆有一定深度，其底部与供热端接触的区域容易实现对环境的隔热，因此对供热端进行温度测量时受环境温度影响极小。
所述餐炉包括所述供热端和受热端。所述供热端包括紧密配合的电热元件和导热铝板，使电热元件和导热铝板之间可快速达到热平衡，即在测温过程中可认为电热元件和导热铝板的温度相等。所述电热元件可采用薄款陶瓷发热片等向导热铝板传导热量。为减少空气导热对供热端温度变化曲线造成影响，需对电热元件与导热铝板进行与空气之间的保温隔离措施。
所述受热端包括餐盆和盛装于餐盆中的食物。所述餐盆底部与所述导热铝板接触，其接触状况会因为餐盆的类型、变形程度、摆放角度或与食物的总质量等条件而不同，餐盆底部与所述导热铝板甚至会有一定的间隔间隙，难以进行补偿，因此传统的测温方法不可使用。与此同时，由于所述餐盆与导热铝板达到热平衡的耗时较长，不适于等到热平衡时才进行温度测量。
所述电热元件从断电至恢复供电为一个测温周期，在测温前需保证电热元件的温度远高于餐盆。在一个测温周期内，电热元件在断电后快速降温，导热铝板也随之快速降温。在快速降温过程中，通过温度传感器以相等的预设时间间隔，依次取得电热元件的五个温度取样值A1～A5。在测得所有温度取样值后，电热元件恢复供电并使其温度快速回升，保证餐盆的温度不会发生较大变化。其中A1的取样时间可相对断电时间进行适当的延后，以提高精准度。
将温度取样值分为三组数值，分别为A1A2A3、A2A3A4、A3A4A5。将该三组数据分别代入公式中，得到/>和计算得到Tb1、Tb2、Tb3三个温度预估值，去掉其中的最高值和最低值后，再对得到的温度预估值进行温度补偿，即为所述受热端的实时温度值，并将该实时温度值输出显示。
除此之外，在实际使用过程中，会出现获取温度取样值时恰好进行餐盆更换，会影响当次测温的准确性。因此还需要设置升降温速度上限，当超过所述升降温速度上限则判断为进行了餐盆更换等非常规状态，并忽略当次测温数值。
为保证Ca/Cb为接近零的非零数值，所述餐盆可为一直径20厘米左右、底厚3毫米的陶瓷容器，导热铝板为一直径12厘米、厚1.5毫米的铝板。当所述餐盆内装50～100毫升水，结果误差在±0.75度以内。
本发明除用于餐炉等加热的装置中，也可用于在制冷领域的装置中，即将供热端置换为温度较低的制冷端、将受热端置换为受冷端，通过断电后制冷端的快速升温并趋于与受冷端的温度相等的原理，在快速升温的过程中，对制冷端测量几个时间点的温度值，代入公式中得到受冷端的实时温度，其计算过程与加热类似，在此不再赘述。
本发明所述的一种基于热冲击的间接式测温方法，利用热功率的变动冲击，通过加热端的温度变化推算出受热端的实时温度值，不受传导条件变化的影响，准确度高，具有很高的灵活性，极大降低了成本和操作难度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (5)

1.一种基于热冲击的间接式测温方法，由供热端对受热端进行热能供应，其特征在于，所述供热端设置在所述受热端的一侧，所述供热端包括紧密配合的电热元件和导热板，所述受热端与所述导热板接触，等效综合值为比热容与质量的乘积，所述供热端和受热端的等效综合值分别为Ca和Cb，Ca/Cb为接近零的非零数值，包括以下步骤：
S1、所述供热端热能断供，获取所述供热端降温过程中的至少一组温度取样值Ta，每组所述温度取样值Ta有三个且时间间隔相等，依次为Ta1、Ta2、Ta3；
S2、结合式子计算，得到温度平衡值Tb，所述温度平衡值即为所述受热端的温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于热冲击的间接式测温方法，其特征在于：热能断供前，所述供热端的温度高于所述受热端的温度。
3.根据权利要求1所述的一种基于热冲击的间接式测温方法，其特征在于：所述供热端与受热端接触或留有间隙。
4.根据权利要求1所述的一种基于热冲击的间接式测温方法，其特征在于：所述受热端包括餐盆和盛装于所述餐盆中的食物，所述餐盆底部与所述导热板接触。
5.根据权利要求1所述的一种基于热冲击的间接式测温方法，其特征在于：所述温度取样值Ta有三组，结合所述式子计算，得到三个所述温度平衡值Tb，舍弃所述温度平衡值Tb的最大值和最小值后，即为所述受热端的温度。
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