本發(fā)明涉及烹調(diào)器具領(lǐng)域；更具體地講，本發(fā)明涉及一種燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的自動火力標定方法。

背景技術(shù)：

烹調(diào)是對經(jīng)過各種加工整理的烹飪原料進行加熱和調(diào)味，將其制成色、香、味、形、營養(yǎng)俱佳的菜肴的過程。菜肴的種類復(fù)雜，其烹調(diào)技法也是千差萬別，特別是對于中式菜肴來說，其烹調(diào)技法尤其繁多，例如煎、炒、烹、炸、熘、爆、煸、蒸、燒、煮，等等。對于每一種菜肴及其烹調(diào)技法來說，火候的掌握都是關(guān)鍵因素之一。例如，炒、爆、烹、炸等技法多用旺火速成，燒、燉、煮、燜等技法多用小火長時間烹調(diào)。所謂掌握火候，就是按照烹調(diào)方法、菜品特點及食用的不同具體要求，調(diào)節(jié)控制加熱的火力強度和時間，將食品原料烹制至符合食用要求并達到規(guī)定的質(zhì)量標準。

熱源的火力、傳熱介質(zhì)的溫度和加熱時間是構(gòu)成火候的三個主要要素，其中，火力可以通過所使用炊具的熱負荷來衡量。對于燃氣炊具來說，其熱負荷是指燃氣在炊具中燃燒時單位時間內(nèi)所釋放的熱量。烹調(diào)，尤其是采用半自動或自動烹調(diào)系統(tǒng)以標準化的方式進行烹調(diào)時，如果熱負荷或火力的設(shè)定或調(diào)節(jié)有誤差，當(dāng)該誤差值達到足以影響菜肴品質(zhì)的程度時，與火候相關(guān)的工藝參數(shù)就必須進行相應(yīng)的修正或調(diào)節(jié)，否則會因為火候不正確而影響菜肴的品質(zhì)及其 一致性。本發(fā)明人的研究表明，當(dāng)實際火力與設(shè)定的標準火力之間的偏差超過2％時，就會對菜肴尤其是火力敏感菜肴的品質(zhì)造成比較大的不利影響。

對于自動或半自動的烹調(diào)系統(tǒng)來說，理論上可以測量傳熱介質(zhì)的溫度、被烹調(diào)物的溫度等各種反應(yīng)火候狀態(tài)的參數(shù)，進而對烹調(diào)系統(tǒng)的火力強度及火候進行控制。例如，中國專利CN03154580.1公開了一種帶傳感器的可調(diào)節(jié)火力炊具及其烹調(diào)系統(tǒng)，該可調(diào)節(jié)火力炊具包括至少一個用于測量火候狀態(tài)的傳感器，其用于檢測包括烹調(diào)容器在內(nèi)的傳熱介質(zhì)和/或被烹調(diào)物的物理量和/或化學(xué)量和/或其變化量，并將所測得的數(shù)據(jù)傳送給控制處理器，使得控制處理器及時動態(tài)地判斷和控制烹調(diào)火候。

烹調(diào)過程中，由于被烹調(diào)物在烹調(diào)容器內(nèi)作無規(guī)律的運動等各種原因，傳熱介質(zhì)與被烹調(diào)物之間的傳熱過程復(fù)雜且不規(guī)律，位于不同區(qū)域的傳熱介質(zhì)和被烹調(diào)物的溫度通常并不相同。但是，以上的現(xiàn)有烹調(diào)系統(tǒng)僅對傳熱介質(zhì)和被烹調(diào)物的局部進行測量，由于這種局部測量所得到的數(shù)據(jù)很難具有代表性，因而這些測量數(shù)據(jù)并不能準確地反映出火力強度和烹調(diào)火候的真實狀況，根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)進行的火候控制當(dāng)然也就是不夠精確的。

另外，中國專利CN200910107623.8公開了一種基于機器視覺的烹調(diào)系統(tǒng)的火候控制系統(tǒng)，配合烹調(diào)設(shè)備的主處理器及火力調(diào)節(jié)裝置使用，該火候控制系統(tǒng)包括運動模塊、圖像成像模塊、熱紅外傳感模塊、視覺處理模塊及通訊模塊，圖像成像模塊接收主處理器的命令或信息，對正在烹調(diào)的菜肴進行圖像采樣后，通過通訊模塊將圖像信息發(fā)送到視覺處理模塊，視覺處理模塊對圖像信息進行實時處理，得到典型加熱對象的位置信息，根據(jù)該位置信息，運動模塊帶動熱紅外傳感模塊對典型加熱對象進行溫度采樣，并通過通訊模塊將該溫度信息發(fā)送到烹調(diào)設(shè)備的主處理器或火力調(diào)節(jié)裝置。

上述的這種火候控制系統(tǒng)理論上可以獲得具有代表性的溫度測量數(shù)據(jù)并實現(xiàn)對烹調(diào)火候的準確控制，但其不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且對于某些烹調(diào)工藝，尤其 是對于煎、炸、炒、爆、熘等烹調(diào)工藝來說，由于此時被烹調(diào)物通常處于一種“煙熏火燎”的狀態(tài)，因而油煙會對圖像成像模塊所獲取的菜肴圖像形成干擾，導(dǎo)致實際上難以準確地獲取到正確的典型加熱對象，根據(jù)這些不正確的測量數(shù)據(jù)所進行的火候控制當(dāng)然也就是不夠精確的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的自動火力標定方法，該方法能夠根據(jù)工作環(huán)境的變化對燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的火力進行自動標定，從而實現(xiàn)燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)在不同工作環(huán)境下的穩(wěn)定火力輸出，以對烹調(diào)火候進行精確控制，并得到品質(zhì)穩(wěn)定的菜肴及其它烹調(diào)食品。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的自動火力標定方法，該燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)包括燃氣調(diào)節(jié)裝置和燃氣加熱裝置，該燃氣調(diào)節(jié)裝置至少用于調(diào)節(jié)燃氣加熱裝置中的燃氣壓力。其中，該自動火力標定方法包括如下步驟：⑴在初始標定環(huán)境下對燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的各火力強度進行初始標定；⑵確定在各預(yù)定環(huán)境溫度和大氣壓力下要達到初始標定的每一火力強度所需要的目標燃氣壓力，以得到環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表；⑶測量當(dāng)前工作環(huán)境下在燃氣流動方向上位于燃氣調(diào)節(jié)裝置下游的燃氣管道中的燃氣壓力；⑷測量燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)在當(dāng)前工作環(huán)境下的環(huán)境溫度和大氣壓力；⑸查詢環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表，以得到在當(dāng)前工作環(huán)境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣壓力；⑹根據(jù)所測量到的燃氣壓力與目標燃氣壓力比對的結(jié)果，對燃氣壓力進行控制或調(diào)節(jié)。

在本發(fā)明的自動火力標定方法中，熱負荷與環(huán)境溫度、大氣壓力、燃氣壓力的變化關(guān)系可以按如下關(guān)系式考量：(參照中國《家用燃氣灶具》國家標準)：

式中：

Φ_實—實測熱負荷，kW；

Q₁—0℃、101.3kPa狀態(tài)下試驗燃氣的低熱值，MJ/m³；

V—實測燃氣流量，m³/h；

t_g—燃氣流量計內(nèi)的燃氣溫度，℃；

P_amb—試驗時的大氣壓力，kPa；

P_m—實測燃氣流量計內(nèi)的燃氣相對靜壓力，kPa；

S—溫度為t_g時的飽和水蒸氣壓力，kPa(當(dāng)使用干式流量計測量時，S值應(yīng)乘以試驗燃氣的相對濕度進行修正)。

燃氣加熱裝置的實測折算熱負荷由以下公式(2)計算：

$\mathrm{\φ}=\frac{1}{3.6}\×\frac{273}{28}\×Q_1\×v\×\sqrt{\frac{d_a}{d_{\mathrm{mg}}}}\×\frac{101.3+p_s}{101.3}\×\frac{p_{\mathrm{amb}}+p_m}{p_{\mathrm{amb}}+p_g}\×\sqrt{\frac{288}{273+t_g}\×\frac{p_{\mathrm{amb}}+p_m-(1-0.622/d_a)\×S}{101.3+p_s}}......\left(2\right)$

式中：

Φ—實測折算熱負荷，單位為千瓦(kW)；

Q₁—0℃、101.3kPa狀態(tài)下設(shè)計氣的低熱值，單位為兆焦耳每立方米(MJ/m³)；

v—實測燃氣流量，單位為立方每小時(m³/h)；

d_a—標準狀態(tài)下干試驗氣的相對密度；

d_mg—標準狀態(tài)下干設(shè)計氣的相對密度；

p_amb—試驗時的大氣壓力，單位為千帕(kPa)；

p_s—設(shè)計時使用的額定燃氣供氣壓力，單位為千帕(kPa)；

P_m—實測燃氣流量計內(nèi)的燃氣相對靜壓力，單位為千帕(kPa)；

t_g—實測燃氣流量計內(nèi)的燃氣溫度，單位為攝氏度(℃)；

S—溫度為t_g時的飽和水蒸氣壓力，單位為千帕(kPa)(當(dāng)使用干式流量計測量時，S值應(yīng)乘以試驗燃氣的相對濕度進行修正)；

0.622—水蒸氣理想氣體的相對密度。

通過對上述公式推演，當(dāng)一個燃氣加熱裝置在燃氣成分、燃氣壓力和燃氣閥開度等不變的情況下，燃氣溫度和大氣壓力變化對燃氣流量和熱負荷的影響關(guān)系分別由以下公式(3)和(4)所表示：

$\frac{v_1}{v_2}\≈\sqrt{\frac{T_2}{T_1}}\×\sqrt{\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2}{p_{\mathrm{amb}1}+2}}\×\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}.........\left(3\right)$

式中：

v₁和v₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的燃氣流量，m³/h；

T₁和T₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的燃氣溫度，K；

P_amb1和P_amb2—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的大氣壓力，kPa；

s₁和s₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時相應(yīng)燃氣溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓力，kPa。

$\frac{{\mathrm{\Φ}}_1}{{\mathrm{\Φ}}_2}\≈\sqrt{\frac{T_2}{T_1}}\×\sqrt{\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2}{p_{\mathrm{amb}1}+2}}\×\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}.........\left(4\right)$

式中：

Φ₁和Φ₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的熱負荷；

T₁和T₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的燃氣溫度，K；

p_amb1和p_amb2—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的大氣壓力，kPa；

s₁和s₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時相應(yīng)燃氣溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓力，kPa。

另根據(jù)流體力學(xué)，伯努利方程，可得如下公式(5)：

$P+\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{V}^2=C......\left(5\right)$

式中：

P為氣體壓力；

ρ為氣體密度；

V為氣體流速；

C為伯努利常數(shù)。

結(jié)合以上公式(3)至(5)，可得出如下公式(6)：

$\frac{P_1-C_1}{P_2-C_2}={\left(\frac{{\mathrm{\Φ}}_1}{{\mathrm{\Φ}}_1}\right)}^2=\frac{T_2}{T_1}\×\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2}{p_{\mathrm{amb}1}+2}\×{\left(\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}\right)}^2=\mathrm{\η}......\left(6\right)$

式中：

P₁和P₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的燃氣輸出時壓力，kPa；

T₁和T₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的燃氣溫度(K)，由于燃氣通常是由管道或瓶裝方式供應(yīng)，因此燃氣溫度僅近似為環(huán)境溫度；

p_amb1和p_amb2—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時的大氣壓力，kPa；

s₁和s₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時相應(yīng)燃氣溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓力，kPa；

C₁和C₂—分別是狀態(tài)1和狀態(tài)2時相應(yīng)燃氣的伯努利常數(shù)。

由以上公式(4)可知，當(dāng)燃氣溫度T(近似為環(huán)境溫度)、大氣壓力P_amb和飽和水蒸氣壓力中的任何一個發(fā)生變化時，燃氣加熱裝置的熱負荷將發(fā)生變化。例如，當(dāng)烹調(diào)系統(tǒng)所處的地理位置不同時，其輸出的火力可能會由于大氣壓力和環(huán)境溫度的不同而出現(xiàn)差異；并且，即使對于具有確定位置的烹調(diào)系統(tǒng)來說，其工作環(huán)境也可能因氣候變化和/或其他原因而發(fā)生變化，例如，當(dāng)烹調(diào)系統(tǒng)運行一定時間以后，其環(huán)境溫度可能會比開始運行時的環(huán)境溫度要高，這是由于烹調(diào)系統(tǒng)在運行過程中會向周圍環(huán)境釋放熱量的緣故。

因此，為保證熱負荷輸出不變，燃氣壓力P就應(yīng)作相應(yīng)變化。設(shè)環(huán)境溫度T₂、大氣壓力P_amb2、以及燃氣壓力P₂為某一狀態(tài)下已知值，并可測量另一狀態(tài)下環(huán)境溫度度T₁、大氣壓力P_amb1，同時引入反應(yīng)例如燃氣華白數(shù)等其他因素 影響的修正系數(shù)K，由公式(6)可推出：

${p_1}^{\′}-C_1=K\×\frac{1}{\mathrm{\η}}(P_2-C_2)=K\×\frac{T_1}{T_2}\×\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2}{p_{\mathrm{amb}2}+2}\×{\left(\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}\right)}^2\×(P_2-C_2)......\left(7\right)$

式中，p₁′應(yīng)為調(diào)節(jié)后的燃氣壓力值。

當(dāng)公式(7)中的C₁和C₂取值為0時，可得到如下的公式(8)：

${p_1}^{\′}=K\×\frac{1}{\mathrm{\η}}{P}_2=K\×\frac{T_1}{T_2}\×\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2}{p_{\mathrm{amb}2}+2}\×{\left(\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}\right)}^2\×P_2......\left(8\right)$

本發(fā)明的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)，尤其是半自動或自動燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)，采用標準化的烹調(diào)程序進行烹調(diào)，其中在烹調(diào)程序中設(shè)定標準化的火力強度(火力檔位)和加熱時間，以得到品質(zhì)合格且穩(wěn)定的菜肴及其它烹調(diào)食品。因此，對本發(fā)明的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)，尤其是半自動或者自動燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)，在初始標定環(huán)境下進行初始火力標定，以使得各火力檔位具有標準化的火力強度，并得到該初始標定環(huán)境下與各火力檔位相應(yīng)的燃氣壓力。即，對本發(fā)明的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)，尤其是半自動或自動燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)來說，其初始標定環(huán)境下的環(huán)境溫度T₂、大氣壓力P_amb2、與各熱負荷相應(yīng)的燃氣壓力P₂、以及飽和水蒸氣壓力s₂是確定的。因此，按照上述公式(8)所表示的關(guān)系就可以確定在預(yù)定環(huán)境溫度和大氣壓力下要得到與初始標定的熱負荷相等或基本相等的熱負荷所需要的目標燃氣壓力，從而得到環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表。其中，環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表可以由燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)運行相應(yīng)程序而得到，也可以由外部輸入。

或者，在本發(fā)明中，可以在實驗室創(chuàng)設(shè)各種工作環(huán)境，并將在各環(huán)境溫度和大氣壓力下烹調(diào)系統(tǒng)的實測熱負荷與初始標定的熱負荷相等或基本相等時所測量到的燃氣壓力作為目標燃氣壓力，從而得到環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表。

本發(fā)明中，既可以在出廠前于初始標定環(huán)境下對燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)進行初始 火力標定，也可以在使用地于初始標定環(huán)境下對其進行初始火力標定。當(dāng)初始標定時所采用的燃氣與工作時所采用的燃氣具有相同的華白數(shù)時，修正系數(shù)K的取值可以為1。例如，由于各地區(qū)所使用燃氣的華白數(shù)通常是相同的，因此，當(dāng)在使用地進行初始火力標定時，修正系數(shù)K的取值可以為1。

在烹調(diào)之前或者烹調(diào)過程中，本發(fā)明的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前工作環(huán)境下所測量到的環(huán)境溫度T₁和大氣壓力P_amb1，通過查詢環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表而獲得目標燃氣壓力，并根據(jù)目標燃氣壓力與所測量到的燃氣壓力之間的比對結(jié)果，對燃氣壓力進行自動控制或調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)在不同工作環(huán)境下的穩(wěn)定火力輸出。

本發(fā)明中，可以通過查詢環(huán)境溫度與飽和水蒸氣壓力的關(guān)系表得到飽和水蒸氣壓力，也可以按照飽和水蒸氣壓力與環(huán)境溫度關(guān)系的經(jīng)驗公式對所測量到的環(huán)境溫度進行運算處理以得到飽和水蒸氣壓力。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實施方式，上述自動火力標定方法進一步包括在步驟⑹之后對目標燃氣壓力進行校正，并根據(jù)所測量到的燃氣壓力與校正后的目標燃氣壓力比對的結(jié)果，進一步對燃氣壓力進行控制或調(diào)節(jié)的步驟；其中，按照如下公式(9)所表示的函數(shù)關(guān)系得到校正后的目標燃氣壓力：

${p_1}^{\′\′}-C_1=K\×\frac{{T_1}^{\′}}{T_2}\×\frac{{p_{\mathrm{amb}1}}^{\′}+2}{p_{\mathrm{amb}2}+2}\×{\left(\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}{{p_{\mathrm{amb}1}}^{\′}+2-{s_1}^{\′}}\right)}^2\×(P_2-C_2)......\left(9\right)$

其中，

p₁”為校正后的目標燃氣壓力；

K為修正系數(shù)；

P₂為初始標定環(huán)境下的燃氣壓力；

T₁’和T₂分別是所測量到的環(huán)境溫度和初始標定環(huán)境下的環(huán)境溫度；

P_amb1’和P_amb2分別是所測量到的大氣壓力和初始標定環(huán)境下的大氣壓力；

s₁’和s₂分別是當(dāng)前工作環(huán)境和初始標定環(huán)境下的飽和水蒸氣壓力；

C₁和C₂分別是當(dāng)前工作環(huán)境和初始標定環(huán)境下燃氣管道中燃氣的伯努利常數(shù)。

本發(fā)明中，通過對燃氣流速和燃氣壓力進行兩次或兩次以上的測評，并根據(jù)上述公式(5)，就可以得到相應(yīng)狀態(tài)下燃氣的伯努利常數(shù)C。

由以上技術(shù)方案可見，通過對目標燃氣壓力進行校正，本發(fā)明可以對燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的火力強度進行更為準確的控制和調(diào)節(jié)。并且，考慮到烹調(diào)系統(tǒng)工作時燃氣的伯努利常數(shù)C會產(chǎn)生動態(tài)變化，對目標燃氣壓力的校正也可以是動態(tài)地進行的。

根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，燃氣調(diào)節(jié)裝置還用于調(diào)節(jié)燃氣加熱裝置中的燃氣流量，且本發(fā)明的自動火力標定方法進一步包括如下步驟：通過轉(zhuǎn)換公式或表格，確定在當(dāng)前工作環(huán)境下要達到初始標定的火力強度所需要的目標燃氣流量；測量當(dāng)前工作環(huán)境下的燃氣流量；根據(jù)所測量到的燃氣流量與目標燃氣流量比對的結(jié)果，對燃氣流量進行控制或調(diào)節(jié)。其中，燃氣流量可以直接測量得到，也可以通過測量燃氣流速，并將燃氣流速轉(zhuǎn)換為燃氣流量而間接測量得到。

在上述技術(shù)方案中，可以通過運算如下的轉(zhuǎn)換公式(10)而得到各工作環(huán)境下燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的熱負荷與初始標定的熱負荷相等或基本相等時所需要的目標燃氣流量：

$\mathrm{\Φ}=\frac{1}{3.6}\×V\×Q_1\×\frac{273}{273+t_g}\×\frac{p_{\mathrm{amb}}+p_m-S}{101.3}.........\left(10\right)$

式中：

Φ—初始標定熱負荷，kW；

Q₁—0℃、101.3kPa狀態(tài)下燃氣的低熱值，MJ/m³；

V—目標燃氣流量，m³/h；

t_g—當(dāng)前工作環(huán)境下所測量到的環(huán)境溫度，℃；

P_amb—當(dāng)前工作環(huán)境下所測量到的大氣壓力，kPa；

P_m—實測燃氣流量計內(nèi)的燃氣相對靜壓力，kPa；

S—溫度為t_g時的飽和水蒸氣壓力，kPa。

或者，可以根據(jù)上述公式(10)而預(yù)先得到表示各火力強度下燃氣相對靜壓力、環(huán)境溫度和大氣壓力與目標燃氣流量之間對應(yīng)關(guān)系的轉(zhuǎn)換表格，并通過查詢該轉(zhuǎn)換表格來得到目標燃氣流量。

通過調(diào)節(jié)燃氣壓力而對火力強度進行控制具有速度快的優(yōu)點，這尤其適合于燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)對火力強度進行快速調(diào)節(jié)的要求。而通過調(diào)節(jié)燃氣流量而對火力強度進行控制具有控制精度更高的優(yōu)勢，但其要求更長的調(diào)節(jié)時間。在上述技術(shù)方案中，同時采用調(diào)節(jié)燃氣壓力和燃氣流量來對火力強度進行控制，具有調(diào)節(jié)速度快、精度高的顯著優(yōu)勢。

根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，利用環(huán)境溫度檢測單元測量環(huán)境溫度，利用大氣壓力檢測單元測量大氣壓力。

根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，利用環(huán)境溫度和大氣壓力檢測單元測量環(huán)境溫度和大氣壓力。這是考慮到大氣壓力檢測單元在測量大氣壓力時，需要測量環(huán)境溫度來自動校正其中傳感器的靜態(tài)漂移；并且，與同時使用環(huán)境溫度檢測單元和大氣壓力檢測單元相比，使用環(huán)境溫度和大氣壓力檢測單元的成本更低。

根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，燃氣調(diào)節(jié)裝置包括以電機和/或電信號和/或其它驅(qū)動裝置直接和/或間接驅(qū)動以進行多級和/或無級連續(xù)調(diào)節(jié)的燃氣調(diào)節(jié)閥。

根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，用于測量燃氣壓力的壓力傳感器，例如差壓式傳感器，設(shè)置在燃氣調(diào)節(jié)裝置和燃氣噴嘴之間的燃氣管道上。另外一種可實施的方式是，在該燃氣管道上設(shè)置燃氣檢測旁路，壓力傳感器設(shè)置在該燃 氣檢測旁路上。

根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)為自動或者半自動燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)。

本發(fā)明的自動火力標定方法能夠根據(jù)燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)工作環(huán)境的變化而動態(tài)并且自動地標定其火力強度，以使得燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)在各種工作環(huán)境下輸出與初始標定數(shù)值相同或者大致相同的熱負荷，從而實現(xiàn)火力的穩(wěn)定輸出。因此，采用本發(fā)明的自動火力標定方法后，燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對烹調(diào)火候的精確控制，從而烹制出品質(zhì)穩(wěn)定的菜肴及其它烹調(diào)食品。

為了更清楚地闡述本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步的詳細說明。各個附圖中，相同的附圖標記具有相同的含義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例1的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例1的自動火力標定流程圖；

圖3是根據(jù)校正后的目標燃氣壓力對本發(fā)明燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例1的火力強度進行校正的流程圖；

圖4是根據(jù)目標燃氣流量對本發(fā)明燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例1的火力強度進行校正的流程圖；

圖5是本發(fā)明燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例2的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6是本發(fā)明燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例2的自動火力標定流程圖。

具體實施方式

實施例1

圖1是本發(fā)明具有自動火力標定功能的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例1的結(jié)構(gòu)框圖。其中，1表示燃氣壓力檢測單元，2表示大氣壓力檢測單元，3表示環(huán)境溫度檢測單元，4表示控制處理器，41表示存儲單元，42表示處理單元，5表示燃氣調(diào)節(jié)裝置，6表示燃氣加熱裝置,7表示燃氣管道，8表示燃氣流量計，9表示燃氣流速檢測單元。

燃氣壓力檢測單元1包括燃氣壓力傳感器和燃氣壓力檢測及轉(zhuǎn)換電路，大氣壓力檢測單元2包括大氣壓力傳感器和大氣壓力檢測及轉(zhuǎn)換電路，環(huán)境溫度檢測單元3包括環(huán)境溫度傳感器和環(huán)境溫度檢測及轉(zhuǎn)換電路，燃氣調(diào)節(jié)裝置5包括比例閥和閥驅(qū)動機構(gòu)，燃氣流速檢測單元9包括燃氣流速傳感器和燃氣流速檢測及轉(zhuǎn)換電路。其中，環(huán)境溫度傳感器和大氣壓力傳感器安裝在烹調(diào)系統(tǒng)的外殼體上，易于與環(huán)境相接觸并盡量避免熱源的干擾；燃氣壓力傳感器安裝在比例閥和燃氣加熱裝置的燃氣噴嘴之間的燃氣管道上；燃氣流速傳感器安裝在燃氣流量計8與比例閥之間的燃氣管道上；燃氣壓力檢測及轉(zhuǎn)換電路、大氣壓力檢測及轉(zhuǎn)換電路、環(huán)境溫度檢測及轉(zhuǎn)換電路、燃氣流速檢測及轉(zhuǎn)換電路集成在控制處理器4的控制電路板上。

如圖1所示，燃氣壓力檢測單元1用于測量比例閥和燃氣噴嘴之間的燃氣管道中的燃氣壓力，并基于所測量到的燃氣壓力生成燃氣壓力檢測信號；大氣壓力檢測單元2用于測量大氣壓力，并基于所測量到的大氣壓力生成大氣壓力檢測信號；環(huán)境溫度檢測單元3用于測量環(huán)境溫度，并基于所測量到的環(huán)境溫度生成環(huán)境溫度檢測信號；燃氣流速檢測單元9用于測量比例閥和燃氣流量計8之間的燃氣管道中的燃氣流速，并基于所測量到的燃氣流速生成燃氣流速檢測信號。燃氣壓力檢測信號、大氣壓力檢測信號、環(huán)境溫度檢測信號和燃氣流速檢測信號輸入并存儲在存儲單元41內(nèi)；同時，存儲單元41中還存儲有表示各熱負荷下環(huán)境溫度和大氣壓力與目標燃氣壓力之間對應(yīng)關(guān)系的環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表，環(huán)境溫度與飽和水蒸氣壓力關(guān)系表，以及烹調(diào)程序 等數(shù)據(jù)。處理單元42讀取存儲單元41中的相應(yīng)數(shù)據(jù)并根據(jù)需要輸出燃氣壓力及燃氣流量控制信號至燃氣調(diào)節(jié)裝置5。

本實施例中，目標燃氣壓力與環(huán)境溫度和大氣壓力之間具有如下公式(8)所示的函數(shù)關(guān)系：

${p_1}^{\′}=K\×\frac{T_1}{T_2}\×\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2}{p_{\mathrm{amb}2}+2}\×{\left(\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}\right)}^2\×P_2......\left(8\right)$

式中：

p₁′為目標燃氣壓力，kPa；

K為修正系數(shù)，用于修正例如燃氣華白數(shù)等其他因素對目標燃氣壓力的影響；

P₂為初始標定環(huán)境下的燃氣壓力，kPa；

T₁和T₂—分別是預(yù)定工作環(huán)境和初始標定環(huán)境下的環(huán)境溫度，K；

P_amb1和P_amb2—分別是預(yù)定工作環(huán)境和初始標定環(huán)境下的大氣壓力，kPa；

s₁和s₂—分別是與預(yù)定工作環(huán)境溫度和初始標定環(huán)境溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓力，kPa。飽和水蒸氣壓力通過查詢環(huán)境溫度與飽和水蒸氣壓力關(guān)系表而獲得。

對于本發(fā)明的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)來說，其初始標定環(huán)境和與各初始標定熱負荷對應(yīng)的燃氣壓力是唯一確定的，根據(jù)以上公式(8)就可以計算出在預(yù)定工作環(huán)境下要得到與初始標定的熱負荷相等或基本相等的熱負荷所需要的目標燃氣壓力，進而得到表示環(huán)境溫度和大氣壓力與目標燃氣壓力之間對應(yīng)關(guān)系的環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表。

圖2是本實施例燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的自動火力標定流程圖。如圖2所示，首先，在初始標定環(huán)境下對烹調(diào)系統(tǒng)進行初始火力標定，并根據(jù)以上公式(8)確 定在各預(yù)定環(huán)境溫度和大氣壓力下要達到初始標定的每一火力強度所需要的目標燃氣壓力，以得到環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表并將其存儲至存儲單元41。在烹調(diào)之前或者烹調(diào)過程中，對烹調(diào)系統(tǒng)進行自動火力標定以實現(xiàn)穩(wěn)定的火力輸出，為此，大氣壓力檢測單元2測量當(dāng)前大氣壓力，環(huán)境溫度檢測單元3測量當(dāng)前環(huán)境溫度，燃氣壓力檢測單元1測量的當(dāng)前燃氣壓力；控制處理器4通過查詢環(huán)境溫度、大氣壓力-目標燃氣壓力關(guān)系表確定與所測量到的大氣壓力和環(huán)境溫度相同或者最接近的大氣壓力和環(huán)境溫度，從而獲取與其對應(yīng)的目標燃氣壓力，并將該目標燃氣壓力與燃氣壓力檢測單元1實測的燃氣壓力進行比對，如果比對結(jié)果沒有偏差，或者雖然有偏差，但該偏差在允許的范圍之內(nèi)，對菜肴品質(zhì)沒有明顯或不可接受的影響，則不必進行調(diào)節(jié)，如果比對結(jié)果存在不允許的偏差，則輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調(diào)節(jié)裝置5；燃氣調(diào)節(jié)裝置5根據(jù)該控制信號自動調(diào)整比例閥的開度，從而使燃氣壓力達到或者接近目標燃氣壓力。

進一步地，如圖3所示，控制處理器4在自動火力標定完成之后還對目標燃氣壓力進行校正以得到校正后的目標燃氣壓力，并根據(jù)校正后的目標燃氣壓力與燃氣壓力檢測單元1實測的燃氣壓力的比對結(jié)果，輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調(diào)節(jié)裝置5；燃氣調(diào)節(jié)裝置5根據(jù)該控制信號自動調(diào)整比例閥的開度，從而使燃氣壓力達到或者接近校正后的目標燃氣壓力。

其中，控制處理器4具有相應(yīng)的軟件程序或者邏輯運算電路，以按照如下公式(9)所表示的運算法則得到校正后的目標燃氣壓力：

${p_1}^{\′\′}-C_1=K\×\frac{T_1}{T_2}\×\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2}{p_{\mathrm{amb}2}+2}\×{\left(\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}\right)}^2\×(P_2-C_2)......\left(9\right)$

式中：

p₁”為校正后的目標燃氣壓力；

K為修正系數(shù)，用于修正例如燃氣華白數(shù)等其他因素對目標燃氣壓力的影 響；

P₂為初始標定環(huán)境下的燃氣壓力；

T₁和T₂分別是所測量到的環(huán)境溫度和初始標定環(huán)境下的環(huán)境溫度；

P_amb1和P_amb2分別是所測量到的大氣壓力和初始標定環(huán)境下的大氣壓力；

s₁和s₂分別是當(dāng)前工作環(huán)境和初始標定環(huán)境下的飽和水蒸氣壓力；

C₁和C₂分別是當(dāng)前工作環(huán)境和初始標定環(huán)境下燃氣管道中燃氣的伯努利常數(shù)，其由控制處理器通過對所測量到的燃氣流速和燃氣壓力進行處理而得到。

同時，本實施例的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)還通過調(diào)節(jié)燃氣流量而對其火力強度進行控制，以實現(xiàn)火力的穩(wěn)定輸出。并且，燃氣流量的調(diào)節(jié)通常是在燃氣壓力的調(diào)節(jié)之后進行的。為了實現(xiàn)燃氣流量的調(diào)節(jié)，如圖4所示，首先，控制處理器4獲得目標燃氣流量，并對燃氣流速檢測單元9(此時也作為燃氣流量檢測單元)所測量到的燃氣流速進行處理以得到實際燃氣流量；然后，控制處理器4根據(jù)目標燃氣流量與實際燃氣流量的比對結(jié)果，輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調(diào)節(jié)裝置5，燃氣調(diào)節(jié)裝置5根據(jù)該控制信號自動調(diào)整比例閥的開度，從而使燃氣流量達到或者接近目標燃氣流量。

其中，控制處理器4具有相應(yīng)的軟件程序或者邏輯運算電路，以按照如下公式(10)所表示的運算法則而得到目標燃氣流量：

$\mathrm{\Φ}=\frac{1}{3.6}\×V\×Q_1\×\frac{273}{273+t_g}\×\frac{p_{\mathrm{amb}}+p_m-S}{101.3}.........\left(10\right)$

式中：

Φ—初始標定熱負荷，kW；

Q₁—0℃、101.3kPa狀態(tài)下燃氣的低熱值，MJ/m³；

V—目標燃氣流量，m³/h；

t_g—當(dāng)前工作環(huán)境下所測量到的環(huán)境溫度，℃；

P_amb—當(dāng)前工作環(huán)境下所測量到的大氣壓力，kPa；

P_m—實測燃氣流量計內(nèi)的燃氣相對靜壓力，kPa；

S—溫度為t_g時的飽和水蒸氣壓力，kPa(當(dāng)使用干式流量計測量時，S值應(yīng)乘以燃氣的相對濕度進行修正)。

在與初始標定環(huán)境不同的多種工作環(huán)境下對本實施例的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的熱負荷進行了測定，結(jié)果表明，在這些工作環(huán)境下各火力檔位的實測熱負荷與初始標定的熱負荷之間的偏差小于0.02kW。

實施例2

圖5是本發(fā)明具有自動火力標定功能的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)實施例2的結(jié)構(gòu)框圖。其中，1表示燃氣壓力檢測單元，23表示環(huán)境溫度和大氣壓力檢測單元，4表示控制處理器，5表示燃氣調(diào)節(jié)裝置，6表示燃氣加熱裝置,7表示燃氣管道，8表示燃氣流量計，9表示燃氣流速檢測單元。

燃氣壓力檢測單元1包括集成為一體的燃氣壓力傳感器和燃氣壓力檢測及轉(zhuǎn)換電路，環(huán)境溫度和大氣壓力檢測單元23包括集成為一體的環(huán)境溫度和大氣壓力傳感器以及相應(yīng)的檢測及轉(zhuǎn)換電路，環(huán)境溫度檢測單元3包括集成為一體的環(huán)境溫度傳感器和環(huán)境溫度檢測及轉(zhuǎn)換電路，燃氣調(diào)節(jié)裝置5包括比例閥和閥驅(qū)動機構(gòu)，燃氣流速檢測單元9包括集成為一體的燃氣流速傳感器和燃氣流速檢測及轉(zhuǎn)換電路。其中，環(huán)境溫度和大氣壓力檢測單元23安裝在烹調(diào)系統(tǒng)的外殼體上；燃氣壓力檢測單元1安裝在比例閥和燃氣加熱裝置的燃氣噴嘴之間的燃氣管道7上；燃氣流速傳感器安裝在燃氣流量計8與比例閥之間的燃氣管道上；燃氣壓力檢測單元1、環(huán)境溫度和大氣壓力檢測單元23、燃氣調(diào)節(jié)裝置5和燃氣流速檢測單元9分別與控制處理器4通過無線的方式進行信號傳輸。

如圖5所示，燃氣壓力檢測單元1用于測量比例閥和燃氣噴嘴之間的燃氣管道中的燃氣壓力，并基于所測量到的燃氣壓力生成燃氣壓力檢測信號；環(huán)境 溫度和大氣壓力檢測單元23用于測量環(huán)境溫度和大氣壓力，并基于所測量到的環(huán)境溫度和大氣壓力分別生成環(huán)境溫度檢測信號和大氣壓力檢測信號；燃氣流速檢測單元9用于測量比例閥和燃氣流量計8之間的燃氣管道中的燃氣流速，并基于所測量到的燃氣流速生成燃氣流速檢測信號?？刂铺幚砥?對所測量到的大氣壓力和環(huán)境溫度進行運算處理以得到目標燃氣壓力，并根據(jù)需要輸出燃氣壓力調(diào)整信號至燃氣調(diào)節(jié)裝置5。

本實施例中，控制處理器4具有相應(yīng)的軟件程序或者邏輯運算電路，以按照如下公式(8)所表示的運算法則確定目標燃氣壓力：

${p_1}^{,}=K\×\frac{T_1}{T_2}\×\frac{p_{\mathrm{amb}1}+2}{p_{\mathrm{amb}2}+2}\×{\left(\frac{p_{\mathrm{amb}2}+2-s_2}{p_{\mathrm{amb}1}+2-s_1}\right)}^2\×P_2......\left(8\right)$

式中：

p₁′為目標燃氣壓力，kPa；

K為修正系數(shù)，用于修正例如燃氣華白數(shù)等其他因素對目標燃氣壓力的影響；

P₂為初始標定環(huán)境下的燃氣壓力，kPa；

T₁和T₂—分別是所測量到的環(huán)境溫度和初始標定環(huán)境下的環(huán)境溫度，K；

P_amb1和P_amb2—分別是所測量到的大氣壓力和初始標定環(huán)境下的大氣壓力，kPa；

s₁和s₂—分別是與所測量到的環(huán)境溫度和初始標定環(huán)境溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓力，kPa。飽和水蒸氣壓力通過查詢環(huán)境溫度與飽和水蒸氣壓力關(guān)系表而獲得。

對于本發(fā)明的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)來說，其初始標定環(huán)境和與各初始標定熱負荷對應(yīng)的燃氣壓力是唯一確定的，根據(jù)以上公式(8)就可以計算出在當(dāng)前工作環(huán)境下要得到與初始標定的熱負荷相等或者基本相等的熱負荷所需要的目標燃 氣壓力。

圖6是本實施例燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的自動火力標定流程圖。如圖6所示，首先，在初始標定環(huán)境下對烹調(diào)系統(tǒng)進行初始火力標定。在烹調(diào)之前或者烹調(diào)過程中，對烹調(diào)系統(tǒng)進行自動火力標定以實現(xiàn)穩(wěn)定的火力輸出，為此，燃氣壓力檢測單元1測量當(dāng)前燃氣壓力，環(huán)境溫度和大氣壓力檢測單元23測量當(dāng)前環(huán)境溫度和大氣壓力；控制處理器4通過查詢環(huán)境溫度與飽和水蒸氣壓力關(guān)系表而獲得當(dāng)前飽和水蒸氣壓力，并根據(jù)上述公式(8)所表示的運算法則對所測得的環(huán)境溫度和大氣壓力進行運算處理，獲得與當(dāng)前工作環(huán)境對應(yīng)的目標燃氣壓力，并將該目標燃氣壓力與燃氣壓力檢測單元1實測的燃氣壓力進行比對，如果比對結(jié)果沒有偏差，或者雖然有偏差，但該偏差在允許的范圍之內(nèi)，則不必進行調(diào)節(jié)，如果比對結(jié)果存在不允許的偏差，則輸出燃氣壓力控制信號至燃氣調(diào)節(jié)裝置5；燃氣調(diào)節(jié)裝置5根據(jù)該控制信號自動調(diào)整比例閥的開度，從而使燃氣壓力達到或者接近目標燃氣壓力。

在本實施例中，與實施例1相同的是，在自動火力標定完成之后還對目標燃氣壓力進行校正以得到校正后的目標燃氣壓力，并根據(jù)校正后的目標燃氣壓力與實測的燃氣壓力的比對結(jié)果，對燃氣壓力進行控制或調(diào)節(jié)。并且，同樣與實施例1相同的是，本實施例的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)還通過調(diào)節(jié)燃氣流量而對其火力強度進行控制，以實現(xiàn)火力的穩(wěn)定輸出。

在與初始標定環(huán)境不同的多種工作環(huán)境下對本實施例的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的熱負荷進行了測定，結(jié)果表明，在這些工作環(huán)境下各火力檔位的實測熱負荷與初始標定的熱負荷之間的偏差小于0.02kW。

對比例

作為對比例的是一種不具有自動火力標定功能的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)，以下表1和表2分別示出了該燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)在與初始標定環(huán)境不同的兩種工作環(huán)境下，各火力檔位的實測熱負荷及其與初始標定熱負荷之間的偏差。

表1

表2

通過以上表1和表2的實測數(shù)據(jù)可知，即使在與初始標定環(huán)境相差不大的工作環(huán)境下，對比例的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)的實測熱負荷與初始標定熱負荷之間的偏差在絕大多數(shù)情況下也會大于0.02kW，且實測熱負荷與初始標定熱負荷之間的偏差隨著工作環(huán)境與初始標定環(huán)境之間差距的增大而增大，這會嚴重影響到菜肴及其它烹調(diào)食品的品質(zhì)及其一致性。與此相對的，本發(fā)明具有自動火力標定功能的燃氣式烹調(diào)系統(tǒng)在以上兩種工作環(huán)境下各火力檔位的實測熱負荷與初始標定的熱負荷之間的偏差均小于0.02kW。

需要注意的是，以上所描繪的實施例的各個方面可以進行相互的組合和/或替換，除非這種組合和/或替換之間存在相互排斥的情形。

雖然以上通過實施例描繪了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在不脫離本發(fā)明的發(fā)明范圍內(nèi)，依照本發(fā)明所作的同等改進，應(yīng)為本發(fā)明的發(fā)明范圍所涵蓋。