烹饪装置的制作方法
本发明涉及一种用于烹饪食物的装置，以及特别用于烹饪一对板之间的食物。
发明背景
食物压力机，如三明治压力机或汉堡包压力机，使用一对板，凭借所述板将例如三明治放置在一对热的板之间以加热面包和其填料。然而，三明治压力机依靠用户插入三明治以及监测在取走三明治之前加热它花费的时间。如经常发生的，用户会变得思想不集中并忘记取走烹饪好的三明治，然后三明治就烤糊了。提供位于三明治压力机上的定时装置以提醒用户所述食物是烹饪好的是已知的，但这些并不总是准确以适当地烹饪食物，并且需要用户进行设置。
另一方面，食物压力机也可能不一致地烹饪食物导致未烹饪好。以三明治为例，特别是厚三明治容易未烹饪好，其中热量从板到三明治中心传递比预期花费更长时间。为解决这个问题，三明治必须在板之间被压扁以改善从板到三明治的热量传递。这是不合需要的，因为它不可避免地压碎三明治，溢出其填料，并且通常会影响三明治的风味。
另外，不一致的烹饪也可能会导致食物中毒，特别是如果三明治不是新鲜制备的并且施加不充足的热量用以杀灭所有细菌。需要提供一种烹饪装置，该装置能准确且一致地加热或烹饪多种食物。
技术实现要素：
按照本发明提供了一种烹饪装置，包括一对板，在所述板之间烹饪食物，至少一个所述板设有用于烹饪所述食物的加热元件，所述烹饪装置设有用于选择烹饪偏好的用户界面；测量传感器，当所述食物位于所述一对板之间时，用于测量所述一对板之间的距离；重量传感器，用于测量所述食物的重量，以及控制系统，用于接收至少一个来自所述测量传感器和重量传感器的信号，以确定用于烹饪所述食物至所述烹饪偏好的烹饪模式(profile)，并根据所述烹饪模式和每单位时间传递给所述食物的能量值计算烹饪所述食物所需的能量总值，并基于计算的每单位时间传递给所述食物的能量值控制对所述加热元件的电力供应。
所述烹饪装置基于所述食物的厚度和/或重量根据所述烹饪模式计算并应用一定量和比率的能量输入来烹饪所述食物，该烹饪模式是一个温度烹饪模式。所述烹饪模式指定烹饪所述食物所需的能量总值是如何在烹饪过程中传递给所述食物的。
适当地，烹饪时，所述控制系统监测并连续调整温度以达到所期望的烹饪结果。
所述烹饪偏好可以基于一个或多个变量，包括食物的类型和用户对于所述食物的优选的烹饪结果。例如，用户可以使用用户界面以确定食物的类型，例如，一块牛排或鸡肉，以及所需的烹饪结果，例如，半熟或全熟。
所述控制系统可以编程以将食物的类型包括在烹饪偏好中，所述食物的类型包括但并不限于：鱼、红肉、家禽肉、猪肉、蔬菜和面包、或其组合，例如三明治。优选的烹饪结果包括但并不限于“全熟”、“半生熟”、“半熟”和“加热”，或针对包括三明治的食物的标准选择，如“完成”。
基于所述烹饪偏好，通过所述控制系统确定用来烹饪所述食物的所述烹饪模式。所述烹饪模式反过来决定烹饪所述食物至所述烹饪偏好的烹饪温度或烹饪温度的范围。
适当地，在烹饪过程中，所述控制系统将传递给所述食物的能量值与烹饪所述食物所需的能量总值进行比较。
所述传递给所述食物的能量比率与烹饪所述食物所需的能量总值之间的比较可以连续地或在分散的间隔进行。例如，所述比较可以在2、5、10、15、20或30秒的时间间隔或者中间的任何时间进行。或者，在烹饪过程中，该比较可以在预计完成时间之前进行设定次数，例如一次或两次。再或者，该比较可以连续贯穿所述烹饪过程。
优选地，每秒时间计算传递给所述食物的能量的比率。
在一个实施方式中，所述控制系统通过监测传递给所述食物的能量值预测所述食物何时为烹饪好的。当传递给所述食物的能量值基本上等于烹饪所述食物所需的能量总值时，所述食物被预测为烹饪好。
在一个实施方式中，一旦传递给所述食物的能量基本上等于烹饪所述食物所需的能量总值时，所述烹饪装置停止传递能量到所述食物中。为此，一旦传递给所述食物的能量等于烹饪所述食物所需的能量值时，所述控制系统停止向所述加热元件供应电力。
在一个实施方式中，所述控制系统减少对所述加热元件的电力供应以在烹饪完成之后保持所述板在预定温度。
一般地，控制器使用闭环传递函数(也称为前馈系统)来调节所述烹饪温度以确保所述食物按照所选择的烹饪偏好进行烹饪。为此，所述控制器为选定的食物确定特定的烹饪结果并调节烹饪温度以实现所述结果。
与此相反，最常规的烹饪装置，例如三明治压力机，采用反馈系统并凭此设定温度，且所述装置仅仅试图维持所期望的设置。然后，用户决定所述食物何时烹饪至令他们满意。没有闭环系统对所选食物生成特定的烹饪结果。
所述控制系统优选地基于所述食物的重量根据所述烹饪模式计算烹饪所述食物所需的总能量。更优选地，基于所述食物的重量以及为实现优选的烹饪结果所选的烹饪温度和初始食物温度之间的温度差，所述控制系统根据所述烹饪模式计算烹饪所述食物所需的能量。
基于所述食物的重量、所述食物的比热容、为达到优选的烹饪结果所需的烹饪温度以及初始食物温度，所述控制系统优选地根据所述烹饪模式计算烹饪所述食物所需的总能量。
根据所述烹饪模式烹饪所述食物所需要的总能量可以使用下式计算，其中，Q是根据所述烹饪模式烹饪所述食物所需的总能量，Cp是所述食物的比热容，M是所述食物的重量，T2是为实现所选烹饪偏好的所需(目标)温度和T1是初始食物温度：
Q＝Mcp(T2-T1)
T2优选地在所述食物的中心测量。
所述烹饪温度是为实现所述食物的目标温度所需的温度。所述烹饪温度可与所述目标温度不同。例如，所述烹饪温度可以最初设置高于所述目标温度以烧焦所述食物，所述烹饪温度可以随后被降低以确保所述食物在烧焦后不烹饪过度。
优选地，在烹饪过程中，所述控制系统基于所述食物的厚度和/或重量计算每单位时间传递给所述食物的能量值。在烹饪过程中，基于各板的温度变化，所述控制系统也可以计算传递到所述食物内的能量值。例如，该能量值可基于所述食物与所述一对板接触的表面积以及所述烹饪装置的各板的温度变化来计算。
每单位时间传递给所述食物的能量(q)可使用下式计算：
q＝ΔT1Rth+ΔT2Rth，其中，ΔTi/2＝T板1/2-T食物温度
ΔT1是每单位时间第一板(T板1)和所述食物温度(T食物温度)之间的温度差以及ΔT2是每单位时间第二板(T板2)和所述食物温度(T食物温度)之间的温度差。
适当地，所述第一板是所述烹饪装置的顶板以及所述第二板是所述烹饪装置的底板。
在一个实施方式中，所述食物的热阻可基于所述食物与所述一对板接触的表面积、所述食物的厚度以及所述食物的热导率来计算。
所述食物的热阻(Rth)可以使用下式计算，其中A为计算的表面积，(x)是所测量的厚度以及(k)是所述食物的热导率：
Rth＝kA/x
在一个实施方式中，所述食物与所述板接触的表面积(A)是基于所述食物的厚度、重量和密度进行计算的。
所述食物与所述板接触的表面积(A)可使用下式进行计算，其中(x)是所测量的厚度，(M)是重量以及(ρ)是所述食物的密度：
A＝M/(xρ)
在另一个实施方式中，所述食物与所述板接触的表面积是使用传感器估算的。优选地，所述传感器是温度传感器。其它传感器，例如压力传感器，可被使用。
在所述食物的表面和中心之间存在温度梯度。所述食物的表面温度将接近与所述食物接触的所述板的表面温度，且所述食物的其余部分的温度将是相对于所述板的距离、所述食物的热容以及所述板与所述食物间的温度差的函数。
计算出的净食物温度是累积的，将增加的温度增量加到之前的温度值上。
在此基础上，可相对于根据所述烹饪模式烹饪所述食物所需的能量总值，计算和测量在烹饪过程中传递到所述食物内部的能量值。当传递给所述食物的能量值等于烹饪所述食物所需的能量总值时，所述烹饪过程完成。
所述烹饪模式可在烹饪后保持所述食物处于预定温度。这可预防所述烹饪好的食物在被食用之前变冷。这可避免所述食物烹饪好后为使所述烹饪好的食物达到其目标温度对存放时间的需要。
适当地，所述预定温度为目标温度。这可让所述烹饪好的食物长时间地保持在目标温度，而不会烹饪过度。在本实施方式中，所述板优选由高热导率材料制成以允许所述板的温度从烹饪温度迅速达到预定温度。与此相反，低导热材料增加了所述食物过度烹饪的风险，由于当所述板冷却到选定的温度时，过多的能量被传递给所述食物。
适当地，所述板的热导率范围为30-400Wm-1K-1。优选地，所述板的热导率范围为200-400Wm-1K-1。更优选地，所述板的热导率范围为200-300Wm-1K-1。
当选择保持所述烹饪好的食物处于预定温度的选项时，可以调节所述烹饪温度和/或所述烹饪持续时间。
所述板是相对彼此相对可移动的以抵靠其间的所述食物。所述板优选地是平行的，并且可从水平到垂直位置在任何角度调整。适当地，所述一对板水平布置以限定顶部和底部的板，在其间烹饪食物。两个板适当地包括加热元件，虽然所述装置可仅以一个板中的一个元件作用。每块板可包括两个元件以提供温度分区。这允许不同的待烹饪的食物在同一时间使用不同的烹饪模式，。
在一个实施方式中，任一个或两个板可以由铝制成。适当地，任一个或两个所述板还包括嵌入铜的基底和不锈钢外涂层。
在一个实施方式中，任一个或两个板可以具有高的热惯性以保持足够的热量来烹饪所述食物。
每个板可包括用于测量局部温度和到所述控制系统的反馈的热电偶。所述食物的初始温度可以通过所述热电偶测定。当所述食物被放置在板上时，所述热电偶也可以允许所述烹饪装置通过测量温度下降以确定所述食物的位置。所述热电偶检测到的温度下降可用于估计所述食物的表面积。
适当地，每个板包括四个热电偶以提高温度测量的精度。
在烹饪过程中，基于来自板压力传感器的反馈，所述的一对板可自动相对于彼此移动并与所述食物保持接触。
一个或两个板可以包括板压力传感器以测量在烹饪过程中板对食物的压力并将相应的信号传输到所述控制系统以在烹饪过程中保持所述板对所述食物的预定压力。
烹饪时间完成后，其中一块板可自动地与所述食物分离。
每个加热元件的输出功率范围为50-5,000W。适当地，每个加热元件的功输出率范围为1000-1,200W。
用户界面可以包括LED屏幕，用于显示可用于选择烹饪模式的选项。
所述测量传感器(也称为板间距传感器)可以采取许多形式，用于测量所述板之间的距离，即所述板的间距。
所述测量传感器可以是位置/角度/位移传感器，所述传感器位于轴上，通过所述轴所述板被连接并旋转分离。所述轴可以是杠杆配置的轴，其中特别地，手柄被铰接到所述烹饪装置以相对于另一个板打开和关闭一个板。在本实施方式中，当食物被放置在所述一对板之间时，所述手柄以一定角度旋转，所述测量传感器测量所述角度。所述角度测量由所述控制系统处理以计算所述一对板之间的距离。
所述测量传感器可以位于一个或两个板上的任何位置以测量所述一对板之间的距离。例如，所述测量传感器可以位于一个板的边缘并发送信号到另一个板或到另一板上的另一传感器以确定所述一对板相对于彼此的位置。适当地，至少两个测量传感器安装在所述烹饪装置的前面和后面。
所述测量传感器可以是声学或光学传感器。例如，可使用超声波传感器来测量所述一对板之间的距离。所述超声波传感器从一个板发射信号，所述信号被反射离开另一个板，信号反射回来所花费的时间用于测量所述板之间的距离。
所述测量传感器可以是光学/光传感器，所述光学/光传感器使用光束来测量所述一对板之间的距离。例如，所述传感器可以是红外传感器或光学位置传感器。优选地，所述传感器包括多个光束，所述多个光束可以被顺序地破坏或阻挡以测量所述一对板之间的距离。
所述测量传感器可以具有的精度范围为1-55mm。适当地，所述精度范围为1-3mm。
所述测量传感器可以位于一个板上并包括滑动销，所述滑动销的一端安装在位于板内部的印刷电路板上，另一端安装到安装于所述烹饪装置的手柄的导杆上。所述滑动销可以位于所述板的一个侧面，并通过所述导杆上的槽被机械地连接到所述手柄，以随着所述板的相对分离而可移动。所述手柄的移动，反过来移动所述滑动销，从所述测量传感器发送信号到所述控制系统，所述控制系统计算所述一对板之间的距离。
所述测量传感器可以直接或间接地测量所述一对板之间的距离。例如，一种间接的测量方法包括测量一角度，当食物位于所述一对板之间时，所述烹饪装置的杠杆手柄是以所述角度旋转的，且所述板之间的距离是使用测量的角度计算的。直接的测量方法的一个例子包括使用超声波传感器通过从一个板发射信号到另一个板以测量所述一对板之间的距离。
所述重量传感器可以是负荷传感器的形式。适当地，所述负荷传感器被安置在所述板的内部或下方。
所述重量传感器可以具有0.05-15％的精度范围。
所述用户界面可以是位于所述烹饪装置上的控制面板、智能手机应用程序、遥控器或其类似物。所述用户界面可以包括LCD或LED显示屏。
所述控制系统可以是微处理器印刷电路板。所述印刷电路板可安装在散热器上。一个USB接口可被用于程序更新以及一个RJ45网络连接可以被用于与所述用户界面进行交流。在一个实施方式中，所述USB是用于记录数据以及一个多针连接带用于与CPU相连接以更新程序。
所述控制系统可以比热容、热阻和热导率值的预定设置被编程，且任选其一地或额外地基于从所述用户界面接收的数据。
所述控制面板包括超驰控制(override)，用于手动控制所述烹饪模式，而不管所述一对板间的距离或所述食物的重量。例如，所述烹饪温度可使用用户界面手动输入到所述控制面板中。
所述超驰控制也可以允许用户烹饪食物，不管两个板是否与食物接触。例如，当顶板在烹饪期间从食物上被提起时，在能量仅通过下板传递的基础上，所述控制系统允许所述烹饪过程继续。当顶板重新接触所述食物时，在能量通过两个板传递的基础上，所述控制系统重新调整以继续所述烹饪过程。所述烹饪装置可包括支架，在烹饪时间结束后，所述支架致动从底板上抬离食物。在烹饪时间结束后，板和/或支架的驱动是由控制系统自动进行的。
所述控制系统可在烹饪过程完成之后关闭加热元件。替代地或附加地，所述控制系统可发送音频和/或视频指示来提醒用户烹饪过程完成。
所述烹饪装置可包括分区的烹饪区域，由此每个区域包括以相对于其他区域独立的烹饪模式局部独立作用以加热对应区域的加热元件。
按照本发明，还提供了一种用于烹饪装置的控制系统，所述烹饪装置包括一对板，至少一个板有用于烹饪食物的加热元件；当食物位于一对板之间时，用于测量一对板间距离的测量传感器；以及用于测量食物重量的重量传感器，其中，所述控制系统被配置为：
从用户界面接收数据以选择烹饪偏好；
接收来自测量传感器的信号以计算在一对板之间的距离；
接收来自所述重量传感器的信号以确定食物的重量；
根据烹饪偏好确定烹饪模式以烹饪食物，其中，所述烹饪模式是基于来自所述测量传感器和重量传感器的至少一个信号确定的；
根据烹饪模式基于来自重量传感器的信号计算烹饪食物所需的能量总值；
基于来自测量传感器的信号，计算每单位时间传递给食物的能量的能量值；
开启加热元件；以及
基于所述烹饪模式，控制加热元件。
所述控制系统可控制加热元件以改变每单位时间传送给食物的能量值。这，反过来，可用于控制烹饪时间。
所述控制系统可将根据所述烹饪模式烹饪食物所需的能量值与每单位时间传递给食物的能量值相比较来确定烹饪过程的完成百分比。
所述控制系统可在离散的时间间隔将传递给食物的能量值与烹饪食物所需的能量总值相比较。
所述控制系统可以执行以下步骤以控制加热元件：
确定由于开启加热元件已经流逝的时间；
从加热元件开启时，基于烹饪模式，确定加热元件的温度；
测量加热元件的温度；和
基于烹饪模式和加热元件的当前温度，控制加热元件升高或降低温度，，从而升高或降低所述加热元件的温度。
所述控制系统可基于所述烹饪模式确定烹饪温度。
所述控制系统可以基于所述食物的重量根据烹饪模式计算烹饪食物所需能量总值。
所述控制系统可通过监测传递给食物的能量值预测食物何时是烹饪好的。当传递给食物的能量值基本上等于烹饪食物所需能量总值时，食物被认为是烹饪好的。
在烹饪过程中，控制系统可将传递给食物的能量值与烹饪食物所需的能量总值作比较。
一旦传递给食物的能量等于烹饪食物所需要的能量值时，控制系统可以停止对加热元件的。
控制系统可减少对加热元件的电力供应以在烹饪结束之后保持所述板处于预定温度。
所述控制系统可以使用闭环传递函数来调节烹饪温度以确保食物是根据选择的烹饪偏好烹饪的。
所述控制系统可以基于食物的重量以及烹饪温度和初始食物温度之间的温度差，根据烹饪模式计算烹饪食物所需的能量总值。
所述控制系统可以根据烹饪模式使用下式计算烹饪食物所需的能量总值，其中Q是根据烹饪模式烹饪食物所需的能量总值，cp是食物的比热容，M是食物的重量，T2是实现烹饪偏好所需(目标)温度以及T1是初始的食物温度：
Q＝Mcp(T2-T1)。
所述控制系统可以基于食物的厚度和重量计算每单位时间(例如：每秒)传递给食物的能量值。
适当地，控制系统使用下式计算每单位时间传递给食物的能量值，其中ΔT1是每单位时间第一板(T板1)和食物温度(T食物温度)之间的温度差以及ΔT2是每单位时间第二板(T板2)和食物温度(T食物温度)之间的温度差以及Rth是食物的热阻：
q＝ΔT1Rth+ΔT2Rth，其中，ΔT＝T板1/2-T食物温度
以及，其中所述食物的热阻是基于食物与所述一对板接触的表面积、食物的厚度和食物的热导率进行计算的。
基于来自板压力传感器的反馈，在烹饪过程中，控制系统可自动调节所述的一对板以保持与食物相接触。
在烹饪完成后，控制系统可驱动烹饪装置上的支架以将食物抬离板。
按照本发明，还提供了一种使用装置烹饪食物的方法，所述装置包括一对板，在其之间烹饪食物，以及至少一个板设有用于烹饪食物的加热元件，包括步骤：选择烹饪偏好；当食物位于所述一对板间时测量所述一对板间的距离以确定食物的厚度；测量食物的重量；根据烹饪偏好，基于食物的厚度和食物的重量中的至少一个，确定用于烹饪食物的烹饪模式；基于所述食物的重量，根据烹饪模式，计算烹饪食物所需的能量总值；基于食物的厚度，计算每单位时间传递给食物的能量值；以及基于每单位时间传递给食物的能量值，控制对加热元件的电力供应以烹饪食物，。
该方法可包括基于所述烹饪模式确定烹饪温度。
该方法可包括基于食物的重量根据烹饪模式计算烹饪食物所需的能量总值。
该方法可包括将根据确定的烹饪模式烹饪食物所需要的能量总值与每单位时间传递给食物的能量值比较以确定烹饪的完成百分比。
该方法可包括在离散的时间间隔，将传递给食物的能量值与烹饪食物所需要的能量总值相比较。
该方法可包括通过监测传递给食物的能量值预测食物何时为烹饪好。当传递给食物的能量值基本上等于烹饪食物所需要的能量总值时，食物被认为是烹饪好的。
该方法可包括在烹饪过程中，将传递给食物的能量值与烹饪食物所需的能量总值相比较。
该方法可包括一旦传递给食物的能量等于烹饪食物所需的能量值时，停止对加热元件的电力供应。
该方法可包括在烹饪完成之后，降低对加热元件的电力供应，以保持所述板处于预定温度。
该方法可包括使用闭环传递函数来调节烹饪温度以确保食物是根据选择的烹饪偏好烹饪的。
该方法可包括基于食物的重量以及烹饪温度和初始食物温度之间的温度差，根据烹饪模式计算烹饪食物所需的能量总值。
该方法可包括根据烹饪模式使用下式计算烹饪食物所需的能量总值，其中Q是根据烹饪模式烹饪食物所需的能量总值，cp是食物的比热容，M是食物的重量，T2是为实现烹饪偏好的所需(目标)温度以及T1是初始食物温度：
Q＝Mcp(T2-T1)。
该方法可包括基于食物的厚度和重量计算每单位时间(例如：每秒)传递给食物的能量值。
适当地，使用下式计算每单位时间(q)传递给食物的能量值，其中ΔT1是每单位时间第一板(T板1)和食物温度(T食物温度)之间的温度差以及ΔT2是每单位时间第二板(T板2)和食物温度(T食物温度)之间的温度差以及Rth是食物的热阻：
q＝ΔT1Rth+ΔT2Rth，其中，ΔT＝T板1/2-T食物温度
以及，其中所述食物的热阻是基于食物与所述一对板接触的表面积、食物的厚度和食物的热导率进行计算的。
该方法可包括基于来自板压力传感器的反馈自动调节所述的一对板以在烹饪过程中与食物保持相接触。
该方法可包括在烹饪完成后将食物抬离板。
附图简述
本发明的实施方式在下文中仅通过实施例的方式进行说明，参照附图，其中：
根据本发明的一种形式，图1是一个流程图，所述流程图表示在烹饪过程中，在用户界面上显示的信息的顺序。
根据本发明的一种形式，图2是一个流程图，所述流程图表示在烹饪过程中，控制系统所采取的步骤。
根据本发明的一种形式，图3是一个流程图，所述流程图表示为检测系统中的错误，所述控制系统采取的步骤。
根据本发明的一种形式，图4是根据本发明的烹饪装置的一个实施方式的透视图，所述烹饪装置设有超声波传感器。
根据本发明的一种形式，图5是图4中烹饪装置上的超声波传感器的放大图。
根据本发明的一种形式，图6是设有角度传感器的烹饪装置的杠杆装置的轴的放大图。
根据本发明的一种形式，图7是设有光束传感器的烹饪装置的透视图。
根据本发明的一种形式，图8是设有滑动传感器的烹饪装置的透视图。
根据本发明的一种形式，图9是设有四连杆连接手柄的烹饪装置的透视图。
根据本发明的一种形式，图10是设有支架的烹饪装置的透视图，所述支架用于烹饪结束后将食物从底板抬离。
根据本发明的一种形式，图11是设有分区的烹饪区域的烹饪装置的透视图。
根据本发明的一种形式，图12是一个框图，所述框图示意性地说明了烹饪装置的部件。
根据本发明的一种形式，图13是一个流程图，所述流程图示出了烹饪装置的控制系统的功能。
根据本发明的一种形式，图14是一个流程图。
图15示出了相对于实施例1的理论热力学曲线的肉中心温度的温度曲线。
图16示出了相对于实施例2的理论热力学曲线的肉表面温度的温度曲线。
图17示出了相对于实施例3的理论热力学曲线的肉中心温度的温度曲线。
具体实施方式
根据本发明的烹饪装置的几个实施方式被说明。所有实施方式均涉及烹饪装置，所述烹饪装置包括一对板，在所述板间烹饪食物。至少一个所述的板设有用于烹饪食物的加热元件。所述烹饪装置还包括：用于选择烹饪偏好的用户界面。
在一个实施方式中，所选择的烹饪偏好决定可用的烹饪温度模式(以下称为“烹饪模式”)以根据用户的偏好来烹饪食物。
当食物被放置在所述板间时，位于所述烹饪装置上的测量传感器和重量传感器分别测量所述一对板间的距离以及食物的重量，且每个传感器发送信号到所述装置内的控制系统(也称为控制器)。所述控制系统使用任一种或两种这些信号，根据烹饪偏好和每单位时间传递给食物的能量值，计算烹饪食物所需要的能量总值。
烹饪模式也由控制系统决定，或者可由用户预先选定，这就指定了根据烹饪偏好使用计算的能量总值用于烹饪食物的烹饪温度或烹饪温度的范围。然后，该控制系统控制所述加热元件烹饪食物以达到期望结果。
根据本发明的一个实施方式，说明在烹饪过程中，在用户界面上显示的信息的顺序的流程图如图1所示。一旦用户通过按下用户界面上的开始按钮开始烹饪过程，所述控制系统在“预热”步骤加热所述板以达到由烹饪模式决定的烹饪温度。在预热步骤中，当预热步骤在进行时，所述控制系统确定随后的“等待”步骤所需的电力。
一旦预热步骤完成，所述控制系统将供给“等待”步骤确定的电力以保持被加热的板处于烹饪温度。在“等待”步骤中，确定随后的“烹饪”步骤所需的电力。一旦食物被放置在板上，根据烹饪模式，所述“烹饪”步骤通过确保所述板被保持在烹饪温度开始烹饪食物。
该控制系统还执行一系列的检查以识别系统中的错误并使不良操作条件最小化(见图3)。
为了烹饪食物，所述控制系统根据烹饪模式计算烹饪食物所需要的总能量(Q)并计算每单位时间(q)必须传递给食物的能量，以根据烹饪模式烹饪食物。根据烹饪模式，相对于烹饪食物所需的能量总值，测量每单位时间传送给食物的能量值。当传递到食物内部的能量值等于烹饪食物所需的能量总值时，烹饪过程完成。也就是说，当Q＝qt时，其中t是烹饪时间，出现这种情况。
每单位时间传递给食物的能量值可以定期进行监控，并和Q相比较。当计算出的总能量被传递给食物时，烹饪过程停止。
可替代地，传递总能量(Q)以烹饪食物所用的时间(t)是从每单位时间传递的能量值来计算的，以及当达到时间t时，烹饪过程停止。
该控制系统基于测得的食物的重量(M)、食物的比热容(cp)、为获得优选的烹饪结果所需的温度(T2)以及初始食物温度(T1)，根据烹饪模式使用下式计算烹饪食物所需要的总能量(Q)：
Q＝Mcp(T2-T1)。
食物的比热容从文献中估算，例如，从工程工具箱(The Engineering ToolBox)(www.engineeringtoolbox.com)。它也可以是经验导出或文献和经验值的结合。
所需要的温度可以从文献中获得，例如，Green，Aliza，肉类指南(Field Guide to Meat)，2005，和/或根据经验，通过目测食物。
该控制系统使用下式计算每秒传递给食物的能量(q)，其中ΔT顶是每单位时间顶板和食物温度之间的温度差，ΔT底是每单位时间底板和食物温度之间的温度差以及Rth是食物的热阻：
q＝ΔT顶Rth+ΔT底Rth，其中，ΔT＝T顶/底板-T食物温度。
食物温度是累积的，将增加的温度增量加到之前的温度值。
食物的热阻是使用下式计算的：
Rth＝kA/x
其中，A是所述食物与所述板接触的表面积，x是所测量的厚度以及k是食物的热导率。
食物的表面积(A)是使用测量的食物的厚度(x)和重量(M)以及食物的密度(ρ)使用下式计算的：
A＝M/(xρ)。
食物的密度是从文献估计的。它也可以是经验导出或文献和经验值的结合。
烹饪装置10的一种形式如图4和5中所示。
烹饪装置10包括水平布置的顶板12A和底板12B，其间烹饪食物，其中，每个板设有用于烹饪食物的加热元件(未示出)。
在另一个实施方式中，所述一对板可以从水平到垂直位置以任意角度调整。
所述一对板的角度可以允许流体，如油或精制油脂(rendering)从食物流出，以减少流体浸泡食物。所述一对板的角度，例如，当以实质上垂直的位置设置时，当烹饪已经完成时，可以允许食物从烹饪装置中被释放到位于烹饪装置下方安置的托盘或支架上。
顶板12A和底板12B通过手柄18相连接，其中，手柄18与所述烹饪装置10铰接以打开和关闭板12A和板12B(图6)。手柄18基本上是‘U’型的，其中所述手柄设有握把18A，所述握把18A延伸横跨装置10的前方，用户从那里握住手柄，并且侧臂18B从握把的每侧伸出，沿着装置的侧面，以在所述装置的后面各自返回，并连接到后方铰链13，所述后方铰链13固定在底板12B的后面。后方铰链13设有枢轴点，所述枢轴点允许手柄18上下撬动以打开和闭合烹饪装置的顶板12A。顶板12A的各面通过中心销钉22绕手柄18旋转，所述中心销钉22在介于握把和后方铰链之间的一点(约中间)安装在手柄的各侧臂上。顶板12A可绕中心销钉22旋转，当通过向上撬动手柄18打开所述烹饪装置时，以使得顶板12A在销钉22上浮动。这种浮动的效果对调节不均匀形状的食物并使顶板12A在食物上最大限度的接触是非常有用的。
所述烹饪装置10包括重量传感器13以及用于测量在一对板之间的距离的测量传感器14。测量传感器14可以采取许多方式用于测量二者之间的距离，即所述板的间距。例如，测量传感器可以是使用例如机电装置(如应变仪)或变压器或换能器(例如压电换能器)的位置、角度或位移传感器。应理解的是所提供的传感器的实施方式仅是说明性的，并且任何合适类型的传感器可被并入所述烹饪装置10。
所述烹饪装置10还包括以控制面板16的形式的用户界面820，用于向控制系统870传输来自用户的关于烹饪变量的数据(即，烹饪偏好)。用户变量用于确定烹饪模式。
所述用户界面包括显示装置830，所述显示装置830提供用户选择的可视指示，以及用户输入装置840，供用户输入关于烹饪变量的数据。
在烹饪过程中，控制系统870接收来自测量传感器14、重量传感器13和控制面板16的信号以计算烹饪食物所需的能量总值并计算传递给食物的能量值，这反过来，被用于控制在所述一对板上的加热元件，即确保所述板上的温度保持在烹饪温度。
本文所述的烹饪装置基于烹饪食物所需的能量总值和每单位时间传递给食物的能量值自动控制烹饪。这允许食物始终以优选的烹饪结果被烹饪，，而不管食物的厚度或重量。
与此相反，传统的类似的烹饪装置依靠用户对食物的手动检查和调整来控制烹饪过程。这是耗时的，并且常常不方便用户，用户必须根据需要查看并移动烹饪装置上的食物。
烹饪装置10考虑了烹饪食物的类型。不同类型的食物，如红肉、鱼和鸡在相同温度下以不同的速率烹饪。由此，使用所述的烹饪装置，食物烹饪过度或未烹饪好的可能性很低。
在烹饪过程中，烹饪装置10允许用户自动操作烹饪过程，而无需用户照料食物，以制作始终烹饪好的食物。它通过选择烹饪偏好来实现(即，选择食物的类型和偏好的烹饪结果)，所述烹饪偏好决定可用于烹饪食物至所需的烹饪结果的烹饪模式。
基于食物的重量和厚度，决定烹饪模式，这反过来又决定了用于烹饪食物的烹饪温度或烹饪温度的范围。该控制系统870计算为实现偏好的烹饪结果烹饪食物所需的总能量以及每单位时间传递给食物的能量值。计算的能量值被传递给食物以烹饪食物达到所需的烹饪结果。
重量传感器13是嵌入底板12B内的负荷传感器。测量传感器14测量所述一对板之间的距离。在图4和图5的实施方式中，测量传感器14是安装在底板12B上的超声波传感器。所述超声波传感器可以安装在沿底板12B边缘的任何地方，并与位于顶板12A上的投射部20相对应，所述投射部20反射来自超声波传感器的信号。所述超声波传感器与已知的超声波传感器操作相似，通过信号反射离开位于顶板12A上的投射部20后返回传感器14所用的时间确定所述一对板之间的距离。
投射部20可位于手柄18上，而不是顶板12A上，由于手柄18与顶板的运动相关联。因此，当顶板12A与放置在底板12B上的食物相接触时，位于手柄18上的投射部20的位置被超声波传感器使用以计算所述一对板之间的距离。
在烹饪装置的另一个实施方式中(在图6中示出)，测量传感器14是一个角度传感器，所述角度传感器位于后方铰链13的枢轴点上，顶板和底板通过后方铰链13可旋转。当手柄18被杠杆撬开以接收在一对板之间的食物，如牛排时，所述传感器14在后方铰链上相对于一个参考点，例如没有食物位于板间时的全封闭位置，测量枢轴的角度。所述一对板之间的距离可通过确定手柄旋转的角度的相应变化从枢轴的角度计算出。
在图7所示的实施方式中，测量传感器14是一种光学位置传感器，其包括沿所述底板12B的边缘安装的遮光部(curtain of light beams)。所述遮光部与阻挡遮蔽件(blocking cover)21相关联，且所述传感器基于由阻挡遮蔽件21中断或遮挡光束的数目测量所述板之间的距离。
阻挡遮蔽件21安装在顶板12A上，以及当所述一对板的之间的距离减少时，所述阻挡遮蔽件21被布置以中断或遮挡离散的遮光部。例如，在一不起作用的位置，其中所述顶板12A相对于底板12B处于最大距离，所述光束完全暴露。当所述顶板12A朝向底板12B下降时，阻挡遮蔽件21逐渐覆盖若干光束，当顶板12A接触底板12B时以使得所有光束被完全阻断。传感器14基于被阻挡遮蔽件21(图7)遮盖的光束的数目测量所述一对板之间的距离。
或者，阻挡遮蔽件21可以位于手柄18的侧臂上，而不是在顶板12A上。在该实施方式中，当所述顶板12A接触放置在底板12B上的食物时，手柄18上的阻挡遮蔽件21遮盖的光束数目被控制器使用以计算所述一对板之间的距离。
在图8示出的烹饪装置的实施方式中，测量传感器14包括滑动销14A，所述滑动销14A的一端被安装到位于底板12B内的印刷电路板上以及另一端可移动地连接到被安装到手柄18上的导向件23。所述导向件23设有一个槽以接收滑动销14A，使得当顶板12A朝向底板12B移动时，滑动销14A沿着轨道14B与两板之间的距离成比例地移动，以向控制系统发送信号，来测量一对板之间的距离(图8)。所述滑动销14A沿着轨道移动的距离，提供了顶板和底板之间分离的指示。
所述烹饪装置可包括一个以上的测量传感器。例如，一对测量传感器可位于一块板的完全相对的角部。这种布置允许控制系统，基于每个测量传感器间的距离的平均读数，确定所述一对板间的平均距离。这可用于确定不平坦食物的厚度。
图14是根据本发明的一个实施方式的流程图。
在操作中，用户使用控制面板16通过选择设置来选择烹饪偏好，所述选择设置如：待烹饪的食物的类型以及对所述食物的偏好烹饪结果。例如，用户可以通过按下控制面板16(如图14所示的步骤(A))上的相应按钮烹饪一块牛排为“半生熟”。用户的选择将被发送到控制系统。
食物被放置在底板12B上，并移动手柄18使牛排和顶板12A相接触。
顶板12A绕中心销钉22与手柄18相连接以形成一个自定心的顶板，由此，所述顶板12A随着食物的轮廓自动旋转(图4)。在本实施方式中，在烹饪过程中，所述一对板可是不相对平行的。本实施方式适用于不平坦形状的食物，如全鸡或鱼，由此顶板12A的旋转性质允许顶板12A与食物最大限度地接触。
在所述烹饪装置的另一实施方式中，顶板12A通过一个四杆连杆机构与手柄18相连接(图9)。如在前面的实施方式中，手柄侧臂通过后方铰链13连接于底板12B，但顶板12A通过一对短臂19进一步连接于底板12B，所述短臂19以对角线的形式连接所述一对板，以及短臂19平行于所述手柄侧臂。如图9所示，短臂19的一端朝着底板12B的后部连接，另一端连接到顶板12A的前部，以形成所述一对板之间的连接。
无论食物的轮廓如何，这种布置保持顶板12A和底板12B相互平行。本实施方式适用于扁平型的食物，如一块牛排或鱼片，这不需要顶板12A旋转以保持与食物的最大接触。
一旦顶板12A通过撬动绕后方铰链13的手柄18接触食物，所述控制系统使用来自所述重量传感器13的重量信号和/或来自所述测量传感器14的测量信号以计算烹饪食物所需的能量总值并确定烹饪模式(图14中的步骤(B))。或者，该烹饪模式可以由用户来选择。
所确定的烹饪模式使用计算出的能量总值通过确定食物被烹饪时的温度或温度范围(图14步骤(C)的Tc)指定食物是如何，被烹饪的。例如，该食物可以进行(i)短时间的高灼热温度(图14步骤(B)中的烹饪模式(1))，(ii)较长时间的较低灼热温度，随后是恒定低温“保温”加热(图14步骤(B)中的烹饪模式(2))或(iii)延长期内的低烹饪温度(图14步骤(B)中的烹饪模式(3))。每个这些烹饪模式在烹饪过程结束后传送相同量的能量给食物。在一个替代的实施方式中，步骤(B)和(C)可以同时发生。
然后，将板12A和12B预热到确定的温度。当传递到食物内的能量值等于烹饪食物所需的能量总值时，烹饪过程完成。
在整个烹饪过程中，所述控制系统870定期将每单位时间传递给食物的能量与烹饪食物所需的能量总值相比较(根据所确定的烹饪模式)，以确定烹饪过程何时完成，并另外确定烹饪过程完成的百分比，所述百分比显示在显示设备830上。
该控制系统执行各种功能，包括：
(a)基于用户的选择和食物的厚度和重量中的至少一个，根据烹饪偏好确定用于烹饪食物的烹饪模式；
(b)开启加热元件；
(c)确定由于开启加热元件而流逝的时间；
(d)从开启加热元件的时候，基于烹饪模式，确定模式所述加热元件的烹饪温度；
(e)测量所述加热元件的温度；和
(f)基于烹饪温度以及加热元件的当前温度，控制加热元件以增加或减少输入电流，从而升高或降低加热元件的温度；
(g)基于食物的重量，根据烹饪模式，计算烹饪食物所需的能量总值；
(h)基于食物的重量和一对板之间的距离(即，食物的厚度)，计算每秒传递给食物的能量值；和
(i)一旦传递给食物的能量等于烹饪食物所需的总能量时，控制加热元件停止传递能量给食物。
图13示出了一些所述控制系统的上述功能以及控制系统和用户界面、传感器和板之间的功能关系。
图12示出烹饪装置的部件的物理关系。
温度传感器810提供关于板温度的实时模式以向用户指示何时将食物放入该装置。
如上所述，温度传感器810可以被嵌入到顶板12A和底板12B的一个或两个中以确定食物的起始温度。从所述温度传感器810传到控制系统的信号可以被用于调整烹饪温度和/或烹饪时间，例如，如果在达到预热温度之前将一个食物放在所述板之间。
本烹饪装置具有通过考虑食物的厚度和重量来控制烹饪过程的能力。这意味着烹饪装置可以对食物施加更短的烹饪时间以实现期望的烹饪结果，而没有食物过度烹饪或烹饪不足的风险。
烹饪装置可以包括其他可选功能以提高可用性或改善烹饪效果。例如，控制面板16可以包括一个存储器，用于保存参数，例如比热容值和热导率值。这些参数可以由用户输入。
如图10所示，烹饪装置10还可以包括支架24，在烹饪过程完成之后，所述支架24致动以将食物从所述一对板上提起。支架24通过一个向上偏置的弹簧加载的铰链26安装在底板12B上。在烹饪过程中，食物被放置在支架上，以及使用手柄18降低顶板12A以接触食物。当顶板接触食物时，支架24被推动并接触底板12B。相应地，在烹饪过程中，食物与支架24直接接触，反过来其又被底板12B加热。
一旦烹饪完成，手动或自动地移动手柄以将顶板提离食物。没有顶板对食物的压力，所述弹簧加载的铰链26将支架24抬离底板12B以允许食物放置在温暖的位置，但是远离直接热量。
在所述烹饪装置的另一个实施方式中，底板12B包括嵌入式的板压力传感器800，所述板压力传感器800发送信号给控制系统，以响应所述板上的任何压力变化。
所述一对板可被控制的移动以响应食物的厚度或高度的变化。例如，在烹饪过程中，从一块牛排上的水分损失将导致收缩，并因此影响这块牛排的厚度。结果，牛排可能失去与顶板12A的接触，这将影响烹饪过程。
此外，基于来自板压力传感器800的信号，所述一对板可通过控制系统自动操作以允许所述一对板移动，以响应食物的任何厚度变化，以保持所述板和食物之间的接触，避免施加过大的压力。
例如，由牛排收缩引起的来自所述控制系统的对压力变化的响应，将会降低顶板12A并恢复其与牛排的接触，但并不施加太大的压力。
此外，所述板压力传感器800还可以检测是否对牛排施加了过大的压力。作为响应，控制系统将从牛排上升起顶板12A。
连续监测以及所述一对板随着牛排的任何厚度变化的移动确保了在烹饪过程中牛排和所述一对板之间的接触是保持的，并确保了所述块牛排是始终被烹饪的。因此，所述烹饪装置在烹饪过程中能够实时地调整烹饪参数和烹饪功能，以响应来自各种距离、压力和温度传感器的反馈。
如上所述，控制系统可自动操作顶板12A以将顶板升离牛排。于与食物的接触中移动所述板12A减少了食物过度烹饪的可能性。例如，在图4至图9和图11中，顶板12A可以从食物上升起，以允许食物搁置在底板上。
与如上所述的布置在底板12B上的支架24相组合，在烹饪时间结束时，顶板可被移动以远离食物，并且同时，所述支架将食物从底板上提升。图10示出了该实施方式，其中顶板12A从食物上升起，这又反过来使得支架24被升离底板12B，以允许食物搁置。
在烹饪过程结束之后，所述控制系统可以被编程以向用户传送音频和/或视觉信号，以表示烹饪完成。
烹饪装置可进一步包括分区的烹饪区域，由此一个加热元件与另一个加热元件邻近设置，凭此加热元件并排设置在两对板上，以向烹饪装置的一个区域提供局部加热。图11示出了该实施方式。
具体地，图11示出了加热元件，设置其以在底板12B上创建可被加热到不同温度的区域26A和26B。相应的加热元件被设置在两个独立可移动的顶板12A中，每个顶板12A覆盖区域26A或26B。区域26A和26B包括独立的加热元件，这些加热元件被局部化以独立地作用，以基于由单独的控制面板16控制的不同烹饪模式来加热相应的区域。这允许基于可以通过单独的控制面板16编程的不同的预定设置和/或烹饪结果同时烹饪多个食物。
烹饪装置可以包括诸如壳体的盖，其在烹饪过程期间覆盖一对板12A和12B，使得在烹饪过程中诸如油的液体的飞溅减少。所述盖还允许食物放置在封闭空间中以最小化热损失。
在另一个实施方式中，在烹饪过程完成后，烹饪好的食物被保持在目标温度，以避免对搁置步骤的需要(参见实施例3)。有利地，这预防烹饪好的食物在食用之前变冷。
实施例1
类型：牛排
重量：198克
厚度：13mm
目标温度(T2)：63℃(半生熟)
初始温度(T1)：17℃
烹饪温度：190℃
牛肉的热导率：0.780W/mK
烹饪时间：55秒
牛肉的热导率根据经验确定，并考虑到牛肉和所述板的热导率。
基于用户选择的“牛排”和“半生熟”，以约25℃/分钟的速率升温，将所述板预热至190℃。通过将温度探针插入牛排的中心来测量牛排的中心温度。
在保持在190℃的板上烹饪牛排55秒(图15中从约4:20至约5:15)，并静置80秒以实现所需的烹饪结果(图15中从约5:15至6:35)。所述烹饪时间是基于将计算的烹饪食物所需的能量总值传递给食物所花费的时间。
图15示出相对于理论热力学曲线的肉中心温度的温度模式，其表明基于所需能量计算，牛排的实际中心温度满足63℃的目标温度。对烹饪好的牛排的目视检查也证实牛排被烹饪至半生熟。
实施例2
类型：牛排
重量：183克
厚度：15mm
目标温度(T2)：62℃(半生熟)
初始温度(T1)：13℃
烹饪温度：190℃
牛肉的热导率：0.780W/mK
烹饪时间：65秒。
实验设置与实施例1相似。图16示出相对于理论热力学曲线的肉表面温度的温度曲线模式，其表明牛排的实际表面温度满足理论热力学曲线。
在保持在190℃的板上烹饪牛排65秒(图15中从约3:37至约4:42)，并静置69秒以实现所需的烹饪结果(图15中从约4:42至5:51)。
实施例3
类型：牛排
重量：194克
厚度：20mm
目标温度(T2)：90℃(全熟)
初始温度(T1)：5℃
烹饪温度：200℃
牛肉的热导率：0.780W/mK
烹饪时间：90秒。
牛肉的热导率根据经验确定，并考虑牛肉和所述板的热导率。
基于用户的“牛排”和“全熟”的选项，将板预热至200℃。通过将温度探针插入到牛排的中心来测量牛排的中心温度。
在保持在200℃的板上烹饪牛排90秒(图17中从约0:00至约01:30)。其后，降低所述板的温度以允许所述牛排保持90℃的目标温度，而不是从板上移除放置(从约20:00至40:00)。
图17示出相对于理论热力学曲线的肉中心温度的温度曲线，其表明牛排的实际中心温度保持在90℃的目标温度。
本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行许多修改。
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