SE452838B - Forfarande for uppvermning av livsmedel i ugn samt mikrovagsugn for utforande enligt forfarandet - Google Patents

Description

452 838 JO _ 2 kokning). I ett nyare utförande av automatik har man även kombinerat fukt- och viktavkänning. l dessa kända system tjänar vågen emellertid endast som hjälp för att minska kravet på bedömning från användarens sida.

Sammanfattningsvis kan sägas att klara begränsningar fortfarande vidlåder system med känd teknik. Dessa är främst smutskänslighet hos fukt- och infrarödgivare, samt att de tidigt "slår i botten". Ändamålet med uppfinningen är att vid ett automatiskt värmnings- förfarande i ugn, vilket styrs genom att till energikällan återföra en signal, som representerar livsmedlets momentana tillstånd under värmningsproceduren, möjliggöra en bättre och mera optimal styrning av den automatiska processen än den som kan erhållas med användning av tidigare kända sensorer, i synnerhet fuktsensorer.

Enligt uppfinningen uppnås detta därigenom att livsmedlets vikt- minskningshastighet, dvs viktminskning per tidsenhet, under värmnings- förloppet fastställes och användes som styrparameter i den automatiska värmningsprocessen.

Uppfinningen bygger på idén att viktminskningen och förloppet hos densamma ger en bättre indikation på evaporationen och dess förlopp, som i sin tur är en bra indikation på det momentana tillståndet i livs- medlet, än den som kan erhållas med användning av fuktsensor. Viktminsk- ningshastigheten blir exempelvis konstant först då livsmedlet värmts ned till avsevärt djup under ytan, så att dess avkylning på grund av värme- ledning inåt blivit liten. Yttemperaturen behöver då inte vara lO0° C, eftersom effektbalansen på grund av konvektiv och evaporativ ytkylning kan inträffa tidigare. Viktminskningen och dess förlopp kan användas för avkänning av tillståndet hos livsmedlet långt efter det att exempelvis en fuktgivare enligt känd teknik slutat ge insignaländring. Vidare kan utan svårighet inmatad effekt kännas av med den elektronik som förutsätts ingå i systemet: härvid fås en ytterligare möjlighet till jämförelse med vikt- minskningshastigheten, för styrning av slutet av värmnings- eller koknings~ förloppet.

Viktminskningshastigheten som sådan ger emellertid inte alltid bästa indikation på hur långt värmningen framskridit. Känner man emellertid ini- tialvikten samt ändringshastigheten hos vikten kan en avsevärt förbättrad automatisk styrning realiseras. 452 838 Enligt ett annat kännetecken för uppfinningen uppmätes därför livs- medlets initialvikt och användes i kombination med viktminskningshastigheten för att styra den automatiska processen.

En användbar styrparameter representerande viktminskningen är den tid det tar tills en viss absolut eller relativ viktminskning skett.

En annan användbar styrparameter är den tid det tar tills en viss viktminskningshastighet uppnåtts.

Lämpligen kan absolut eller relativ viktminskning användas i kom- bination med den momentana viktminskningshastigheten för att styta den automatiska värmningsprocessen.

Vid ett föredraget förfarande enligt uppfinningen kan avsedd pro- cesstyp (tining, återuppvärmning, kokning) väljas av användaren, vil- ket val användes i kombination med fastställd viktminskningshastighet i en förprogrammerad slutbehandlingsalgoritm med initialvikten som variabel.

Förfarandet enligt uppfinningen kan lämpligen användas vi automa- tisk styrning av värmningsförloppet i en mikrovågsugn. En mikrovågsugn, där förfarandet tillämpas, innefattande en ugnskavitet för upptagning av livsmedlet som skall värmas, en mikrovâgskälla för inmatning av mikro- vågsenergi i kaviteten, en våg som fortlöpande (kontinuerligt eller inter- mittent) väger det i ugnskaviteten införda livsmedlets vikt och avger en signal som representerar denna vikt, en analog-digitalomvandlare för om- vandling av den viktangivande signalen till en digital storhet samt en styranordning för mikrovâgskällan, vilken matas med signalen från analog- dígitalomvandlaren kännetecknas enligt uppfinningen därav, att styran- ordningen är utförd att påverka värmningsförloppet med avseende på effekt- nivå och/eller återstående processtid i beroende av parametrar som är av- ledda från nämnda viktangivande signal och som representerar viktminsk- ningshastighet och initialvikt.

Mikrovågsugnen kan vidare ha en knappsats för inställning av önskad processtyp (tining, återuppvärmning, kokning) varvid knappsatsens inställ- ning fâr påverka styranordningen till önskad slutvärmning i kombination med fastställd viktminskningshastighet och initialvikt. 10 15 20 25 30 35 452 838 .UI 4 uppfinningen illustreras med hjälp av nägra figurer, där fig 1 visar effektbalansen vid pågående värmning i mikrovågsugn, fig 2 vi- sar motsvarande effektbalans vid kokning, dvs då temperaturen ej längre stiger, fig 3 visar nâgra kurvor över viktminskningen hos olika livsmedel som funktion av tiden vid värmning i mikrovågsugn fig 4 visar ett grovt blockschema för en mikrovågsugn enligt uppfin- ningen och fig 5 visar ett flödesdiagram för förloppet vid automati- serad styrning av en mikrovågsugn i enlighet med uppfinningens prin- ciper.

I fig 1, som visar effektbalansen under pågående värmning, vid en temperatur av ca 40'C betecknar P0 tillförd effekt, P1 är de eva- porativa förlusterna, P2 är de konvektiva förlusterna, P3 är förlus- ter till följd av värmning av kärl, medan P4 är nyttiggjord effekt, dvs den effekt som förbrukas i livsmedlet och som förorsakar tempe- raturstegring däri. Man ser att huvuddelen av den tillförda effekten nyttiggöres i livsmedlet, medan den evaporativa förlusteffekten lik- som övriga förlusteffekter är relativt små jämfört med den nyttig- gjorda effekten.

I fig 2, som visar effektbalansen vid kokning (ca 100'C), betec- knar Po äter tillförd effekt, medan P1' är de evaporativa förluster- na och P2' de konvektiva förlusterna. Den i livsmedlet nyttiggjorda effekten är 0 liksom förluster p g a värmning av kärl. I detta fall mäste all tillförd effekt också bortföras, vilket som regel sker genom evaporation. Detta ger en konstant viktminskningshastighet.

Exempelvis motsvarar en evaporativ förlusteffekt av 300 W en vikt- minskningshastighet av ca 8g/min vid + 80'C yttemperatur. vid övergång från värmningsfallet enligt fig 1 till koknings- fallet enligt fig 2 ändrar sig de evaporativa förlusterna med tiden, vilket ger en med tiden varierande viktminskningshastighet. Genom att mäta viktminskníngen eller viktminskningshastigheten kan man sä- ledes erhålla en god indikation på hur långt värmningen har fram- skridit.

Fig 3 visar kurvor över viktminskningen S som funktion av tiden t i nägra olika värmningsfall: kurvan 1a avser ca 400 g vatten eller soppa i en öppen skål, kurvan 1b samma mängd i en täckt skål, kurvan Z avser samma mängd kompakt livsmedel, exempelvis pudding, i en täckt skål och kurvan 3 avser en större mängd (1000 g) kompakt livs- medel. Begynnelsetemperaturen i samtliga fall är normal rumstempera- (JH 10 15 20 25 30 35 452 838 n- 5 tur och ugnen en mikrovågsugn med ca 600 W uteffekt.

Man ser klart, att viktminskningen som sådan inte alltid ger bästa indikation på hur långt vârmningen framskridit. Vidare framgår klart att en fuktgivare, som ger signal vid en viss - ganska làg - derivata (se fig 3), ger värden som måste korrigeras med hänsyn till inre konvektion, ev. täckning samt mängd för att vara fullt använd- bar. Känner man emellertid av begynnelsevikten samt ändringshastig- heten hos vikten kan ett avsevärt förbättrat system konstrueras.

Detta kan enligt uppfinningen göras på följande sätt, varvid hänvi- sas till fig 3; A. Startvikten M lagras i systemets elektroniska minne (tarering förutsatt). Starttemperaturen T1 (fryst, kylskäpskallt. rumstempera- tur) knappas in av användaren, liksom avsedd process (värmning, kok- ning).

B. Tiden t1 tills en viktminskning på exempelvis 2 g inträtt lag- ras. - I fig 3 är en viktminskning pá 2 g angiven genom den streck- ade horisontella linjen och två värden på t1 markerade med pil; när- mare bestämt t1 (1a) i fallet 1a och t1 (2) i fallet 2. - Programmet kan nu avgöra vilken typ av livsmedel det rör sig om: är t1/M (med korrektion för T1) litet är det utbrett eller svårvärmt och bör i fortsättningen värmas med låg effekt; år det stort kan vidarevärm- ningen ske med hög effekt; är M litet, t1/M stort och värmning (ej kokning) önskas kan processen avbrytas direkt.

C. Vikten känns av med regelbunda mellanrum och minskningshastighe- ten v beräknas. - Programmet jämför v med den (effektberoende) maxi~ mala vid temperaturjämvikt V. Då v/V nått ett visst värde initieras slutvärmningen; dess varaktighet beror på dittills uppnådd totaltid, eventuellt också t1. samt inställd processtyp. - Är M stort kan vid äteruppvärmning återstående tiden vara O; är M litet och det gäller kokning likaså.

I det markerade fallet t1 (Ta) är: ~ t1/H ganska stort - M ganska litet 10 15 20 25 30 35 452 838 JU 6 Om värmning avses kan :ppvärmningsförloppet avbrytas omedelbart (temperaturen är ca 65°C).

Eventuellt kan värmningstiden förlängas med ca 30% vilket ger en sluttemperatur av 75'C.

I fallet t; (2) är: - t1/M relativt litet.

Värmningen fortsätter med relativt låg effekt (detta har ej gjorts i kurvan). Efter en stund blir v/V > ett visst förprogram- merat värde (kanske efter 3 min). Dä fortsättes värmningen ytterli- gare 30% av den totala värmningstiden dittills, varefter matvaran är färdig.

Pig 4 visar schematiskt en mikrovågsugn med magnetron och ett grovt blockschema för en styrkrets, varmed uppfinningens principer kan realiseras. På ritningen betecknar A en ugnskavitet, B är en magnetron som via en ej visad vågledarförbindelse matar in mikro- vágsenergi i kaviteten och C är en start~ stoppkrets för magnetro- nen. I C ingår timer och en intermittent arbetande brytare, såsom en kamstyranordníng. varmed den av magnetronen levererade medeleffekten kan ställas in.

En väg D är enligt uppfinningen placerad i botten av kaviteten och mäter kontinuerligt den införda matvarans vikt. Vågen som kan vara av tràdtöjningstyp avger en elektrisk signal som representerar momentanvärdet av den uppmätta vikten. Denna signal matas till en analog-digitalomvandlare E, där den omvandlas till en digital signal och därefter tillföres en styranordning F. På en andra ingång mottar styranordningen F signaler från en knappsats G och avger sin ut- signal till start-stoppkretsen för magnetronen. Knappsatsen G kan också vara direkt ansluten till start-stoppkretsen för rent manuell inställning.

Enligt uppfinningen styrs värmníngs- eller kokningsförloppet, vid inställning för automatisk styrning, medelst signaler som är av- ledda frän den av vågen D avgivna viktangivande signalen. Styranord- ningen F innehåller för detta ändamål minnesorgan där initialvikten av den införda matvarans vikt med avdrag för kärlets vikt lagras.

Vidare har styranordningen F beräkningsorgan som av den viktangi- f: 15 20 25 30 35 452 838 7 vande signalen avleder storheter som representerar viktminskning och/eller viktminskningshastighet. Medelst dessa storheter: initial- vikt, viktminskning och/eller viktminskningshastighet,styrs sedan värmnings- eller kokningsförloppet så att optimalt resultat erhålles i varje enskilt värmníngsfall.

Styranordníngen F kan lämpligen innefatta en mikroprocessor eller liknande, vilken är förprogrammerad till önskad funktion. Ett exempel pà flödesschema för ett program som exekveras av en i styr- anordningen ingående mikroprocessor är givet i fig 5.

Processen startas genom att trycka på en 'till'-knapp, represen- terat genom blocket 10 i fig 5, varvid ugnen görs klar för använd- ning. Därefter sker tarering genom att man ställer in det tomma mat- kärlet i ugnen och trycker på en knapp märkt 'tarering', represente- rat genom blocket 11 i fig S, varvid kärlet vägs och kärlets vikt H T lagras. Sedan fylls kärlet med livsmedel som skall värmas och väg- níng av livsmedlet plus matkärlet initieras genom att trycka på en motsvarande knapp på manöverpanelen. Denna operation är represente- rad genom blocket 12 í tig 5. Livsmedlets initialvikt M beräknas se- dan genom att matkärlets vikt MT subtraheras från den i blocket 12 fastställda total vikten och värdet pá M lagras för att tjäna som styrparameter under hela värmningsförloppet. Beräkningen och lag- ringen av initialvikten M representeras genom blocket 13 i fig 5. I blocket 14 undersöks om M är mindre än 50 g. Är svaret *ja' avbryts förloppet, blocket 15, och ugnen intar beredskapsläge för manuell värmning. Orsaken är att så små lastmängder inte värms automatiskt. Är svaret "nej" fortsätter processen genom att en parameter T1 som representerar livsmedlets begynnelsetemperatur ställs in, blocket 16. T1 som ställes in medelst knappar på manöverpanelen kan exempel- vis anta ett av tre värden representerande 'frystemperatur', 'kyl- skâpstemperatur' resp 'rumstemperatur'. Sedan väljs process, blocket 17, likaledes medelst knappar på manöverpanelen. För valet i blocket 17 finns exempelvis tvâ alternativ: "värmning' och 'kokning“. Själva värmningsförloppet startas genom att trycka in en startknapp, bloc- ket 18, varvid magnetronen ansluts till sin drivspänning. Samtidigt startas timern som anger den löpande tiden t från start av magne- tronen, blocket 19. I blocket 20 bestäms den absoluta 10 15 20 25 30 35 452 838 :I 6 viktminskningen M-MP och ställs frågan 'Är M-Mp större än 2 g?', varvid Mp är livsmedlets vikt under värmningen. Är svaret på frågan i blocket 20 “nej" sker ständigt ny beräkning av absoluta viktminsk- ningen M-MP och jämförelse med det absoluta värdet 2 g. Är svaret i blocket 20 "ja" avläses timern och den tid tï det tagit att uppnå viktninskningen 2 g lagras, blocket 21. Nu fortsätter programmet genom att bilda en parameter A, blocket 22, som är definierad genom formeln: A - f (t,/M + k T1) - där f är en empiriskt erhállen funktion, t1, M och T1 har tidigare angivna betydelser och k är en skalfaktor. Parameterns A storlek är en indikation på hur svárvärmt livmsmedlet är; ju mindre A är desto mera svårvärmt är objektet.

I blocket 23 ställs frågan 'Är M litet, A stort och värmning av- ses?“. Om svaret pá denna fråga är “ja' kan värmningsförloppet av- brytas, blocket 24, och ugnen återgår till klarläget för ny värm- ning. Är svaret i blocket 23 'nej' fortsätter processen vilket i första hand sker genom att välja effekt.

Effektvalet görs i beroende av parametern A och i blocket 25 ställs frågan 'Är A större än x?" där x är en inprogrammerad kon- stant. Är svaret 'ja' ställs ugnen in på hög effekt, P = Ph, blocket 26. Är svaret i blocket 25 'nej' fortsätter programmet till blocket 27. Här ställs frågan 'Är A större än y?', varvid y är en likaledes inprogrammerad konstant (y < x). Är svaret i blocket 27 'ja' ställs ugnen in pà en medeleffekt P = Pm, blocket 28. Är svaret i blocket 27 'nej' fortsätter programmet till blocket 29. Här ställs frågan 'Är A större än z?', varvid z (2 < y) är en inprogrammerad konstant. År svaret i blocket 29 "ja' ställs ugnen in på en låg ef- fekt, P = P1, blocket 30.

Konstanterna x, y och 2 är empiriskt fastställda på sådant sätt att effekten P anpassas till lasten i varje enskilt driftsfall.

Omedelbart efter valet av effektnivå för den fortsatta värm- ningen bestäms en parameter V, vilken är definierad som den maximala viktmínskningen per tidsenhet, dvs viktminskníngshastigheten vid temperaturjämvikt och för den valda effekten. Detta sker i blocket 10 15 20 25 30 35 452 838 9 l 31 i fig 5. Under den fortsatta värmningen med den valda effekten F utföres nu ett mätförlopp som skall leda fram till slutvärmning och avstängning av ugnen. Detta sker framför allt med hjälp.av livsmed- lets viktminskningshastighet, vilken fastställs intermittent med ett i tidsintervall av tv, t ex 20 sekunder, blocken 32 och 33. I blocket 32 mäts den löpande tiden t' från föregående viktmätning och ställs frågan “Är t' lika med t ?'. Är svaret ”nej” fortsätter tidmät- ningen. Är svaret 'ja' mäts livsmedlets vikt H i momentant, blocket 33. I blocket 34 beräknas viktminskningshastigheten vi enligt formeln: vi = A Hi/tv där A Hi = 1) är viktminskningen och i är viktmät- "pi ' “p u- ningens löpande ordningsnummer.

I blocket 35 ställs frågan 'Är vi mindre än ví_1?'. Är svaret 'ja' kan detta tyda på begynnande torrkokning eller liknande onor- malt förlopp och värmningen avbryts omedelbart, blocket 36. Är sva- ret i blocket 35 "nej" går programmet vidare till blocket 37, där förhållandet mellan aktuell uppmätt viktminskningshastighet vi och den tidigare definierade viktminskningshastigheten V beräknas.

Detta förhållande vi/V är i de flesta fall en bra indikation på hur långt värmningen framskridit och används för att initiera slut- vârmning. Innan detta sker görs emellertid en kontroll av den totala värmningstiden t, blocket 38. Här ställs frågan 'Är t större än f' (t,P,M)?', där f' är en funktion av tiden t, effekten P och initial- vikten M. Är svaret i blocket 38 'ja' ställs den återstående värm- ningstiden i detta fall in på f' (t,P,M), blocket 39, varefter värm- ningen avbryts, blocket 40. Funktionen f' (t.P,M) är härvid sådan att mycket stora kvantiteter livsmedel, som skulle kunna resultera i att ett värde på v /V, som normalt får initiera slutvärmning, aldrig nås, istället slutvärms enligt den regel som är angiven genom bloc- ket 39. Är svaret i blocket 38 'nej" ställs i blocket 41 frågan 'Är vi/V större än u ?', där u är en inprogrammerad konstant. Är svaret ”nej” återgår programmet till början av blocket 32 och förnyad bestämning av viktminskningshastigheten vi och därmed ví~V. När viktminsknings- 452 838 JO 10 hastigheten blivit så stor att svaret i blocket 41 är "ja" gär pro- grammet till blocket 42. Här ställs frågan 'Är M mindre än m ?' Där m representerar en relativt liten kvantitet livsmedel. År svaret i blocket 42 “ja* avbryts värmningen omedelbart, blocket 43, och ugnen 5 återgår till beredskapsläget. Är svaret i blocket 42 'nej", vilket gäller för medelstora kvantiteter av livsmedel, fortsätter program- met till blocket 44 där sluttiden ts fastställes enligt formeln: ts = f" (s . t + r . t1) 10 - där f" är en empiriskt fastställd funktion av t och t, och s och r är skalfaktorer.

Samtidigt fastställs sluteffekten P5, blocket 45, enligt for- neln: 15 Ps =f'-' (s . m där f"' är en empiriskt fastställd funktion av M och s är skalfaktor. 20 ,_ Efter inställning av sluteffekt PS ställs i blocket #6 frågan "Är t lika med t 7" Så länge svaret í blocket ü6 är "nej" Fortsätter slut- S värmningen med den fastställda effekten. När svaret i blocket ÄB är "ja" avbryts värmnïngen, blocket #7, och ugnen återgår till beredskaps- läget.

Claims (8)

1. 452 838 Patentkrav l. Förfarande för uppvärmning av lismedel i ugn, vid vilket energi matas in i ett ugnsutrymme, där livsmedlet är placerat, och minst en signal som representerar minst en parameter vid värmningsförloppet åter- föres till en styranordning för energikällan för att påverka värmnings- förloppet, t ex med avseende på effektnivå och återstående processtid, i en automatisk värmningsprocess, k ä n n e t e c k n a t av att livs- medlets viktminskningshastighet, dvs viktminskning per tidsenhet, under värmningsförloppet fastställes och användes som styrparameter i den automatiska värmningsprocessen.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att livsmedlets initialvikt uppmätes och användes i kombination med viktminsk- ningshastigheten för att styra den automatiska processen.

3. Förfarande enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att tiden tills en viss absolut eller relativ viktminskning skett fast- ställes och användes som styrparameter. Ä.

4. Förfarande enligt något av patentkraven I-3, k ä n n e t e c k n a t av att tiden tills en viss momenten viktminskningshastighet uppnåtts fast- ställes och användes som styrparameter.

5. Förfarande enligt något av patentkraven i-N, k ä n n e t e c k n a t av att absolut eller relativ viktminskning användes i kombination med vikt- minskningshastigheten för att styra den automatiska värmningsprocessen.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att avsedd processtyp (tining,återuppvärmning, kokning) kan väljas av användaren och att detta val användes i kombination med fastställd viktminsk- ningshastighet i en förprogrammerad slutbehandlingsalgoritm med initialvik- ten som variabel.

7. Mikrovågsugn för utförande av förfarande enligt något av patentkra- ven 1-6 innefattande en ugnskavitet för upptagning av livsmedlet som skall värmas, en mikrovâgskälla för inmatning av mikrovågsenergi i kaviteten, en våg som fortlöpande (kontinuerligt eller intermittent) möter det i ugns- kaviteten införda livsmedlets vikt och avger en signal som representerar denna vikt, en analog-digitalomvandlare för omvandling av den viktangi- vande signalen till en digital storhet samt en styranordning för mikro- vâgskällan, vilken matas med signalen från analog/digitalomvandlaren, k ä n n e t e c k n a d av att styranordningen är utförd att påverka värm- ningsförloppet med avseende på effektnivå och/eller återstående processtid i beroende av parametrar som är avledda från nämnda viktangivande signal och som representerar viktminskningshastighet och ínitialvikt.

8. Mikrovågsugn enligtpatentkravet 7, vilken vidare har en knappsats för inställning av önskad processtyp (tining, àteruppvärmning, kokning), _k ä n n e t e c k n a d av att knappsatsens inställning får påverka styran- ordningen till önskad slutvärmning i kombination med fastställd viktminsk~ ningshastighet och initialvikt.