专利名称：用于监测和控制混合室中液体量的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及饮料机，更具体地讲，涉及用于监测和控制冷冻碳酸饮料机的混合室中液体量的方法和装置，以便控制所分配的饮料制品的稠度和质量。
本发明背景冷冻碳酸饮料机在本领域中是众所周知的，并且已经使用多年。该装置能通过在一个混合室中冷冻包括糖浆、水和二氧化碳在内的成分的混合物而生产出冷冻碳酸饮料。所述混合物在所述混合室的内表面冷冻，所述混合室周围有螺旋形线圈，制冷剂从该线圈中通过。在所述混合室里边设有一个转动轴，该轴具有若干向外突出的浆叶，由这些浆叶将所述混合物从所述混合室的内壁上刮掉。一旦所述碳酸饮料成为所需要的冷冻状态，即通过一个产品阀从所述混合室中分配该产品。
通过一个控制所述制冷系统的控制系统，维持所述混合室中的成分的温度和稠度。所述控制系统还控制注入所述混合室中的成分的量，以保持所述混合室中这些成分的量处于预定数量。所述控制系统通常包括一个压力响应装置，由该装置根据室内压力控制输入所述混合室中的成分量。
保持所述混合室中二氧化碳的压力高于大气压力，并保持所述混合室中液体的温度低于大气压力下水的冰点，但高于在所述混合室内的压力下该液体容易结冰的温度。所述液体的稠度也必须保持在预定范围内。在所述温度和压力条件下，并稳定保持其稠度，通过所述产品阀将该饮料以类似于冷冻泡末的半冷冻状态从所述混合室中分配到大气压力中。
从所述混合室中分配出的产品的体积被定义为“溢出量”。如果以半冷冻状态从所述混合室中分配出的液体为其体积的两倍，则被定义为具有100％的溢出量。通常，加入所述混合室中的二氧化碳越多，其溢出量越高。从质量角度讲，希望能够控制溢出量，以便能够控制该产品的稠度。
所述产品的质量还可以通过所述糖浆、水、和二氧化碳成分混合物的比例决定。控制和调节该混合物的能力受精确调节和控制压力、温度、和二氧化碳量的能力的影响。尽管诸如糖浆含量的其它因素也会影响该产品的质量，但碳酸量是主要因素。已知冷冻碳酸饮料机的一个主要缺陷是它不能精确控制压力、温度以及进入所述混合室中的二氧化碳量，以便产生一致的优质产品。
已知冷冻碳酸饮料机的另一个主要缺陷是它不能有效控制所述产品的稠度，无论该机器的“排放速度”如何，即在特定时间内无论从所述机器中排出多少产品，在高排放速度下，饮料会被过度的碳酸化，而在低的排放速度下，加入该混合物中的二氧化碳不足。诸如控制气体与液体比例的该机器工作不稳定的因素，例如，压力调节器和电磁阀，以及流体管路中的压力降可能导致上述问题。现有的机械一直不能解决这一问题，这主要是由于现有机器不能监测并进而控制所述混合室中的液体量。
人们很早就认识到，为了生产出优质的碳酸饮料，无论排放速度如何，都必须精确控制其液位。不过，在能够控制所述液位之前，必须能测定液位，这一点迄今都无法做到。监测混合室中液位所遇到的问题是，由于二氧化碳与冷冻液体在所述混合室中连续混合而产生的发泡效应，其液位是不可见的。例如，即使所述混合室有一半是空的，而且该室是冷冻的，该室看上去也是满的。只有当对该混合室进行除霜时才可以检测已知装置中的液位。
现有机器的另一个问题是，如果在对所述产品进行除霜时以液体状态将饮料从该机器中排出，或者在该产品还处于部分为液体状态的开始冷冻时期将所述饮料排出，很多机器都不会重新填充所述混合室。这会使所述混合室中液体与气体的比例失调，以致在很多情况下都需要进行维修，以便校正其平衡。所述维修通常是通过手工向所述混合室中添加液体而实现的。如果出现这种情况，产品的质量将会受到损害，以致于该产品根本就无法接受。
本发明涉及一种改进的饮料机，该饮料机克服或至少减轻了上述问题中的某一些。
本发明概述本发明涉及一种用于改进冷冻碳酸饮料制品的稠度和质量的方法和装置。本发明是通过使用监测饮料机的混合室中的液位的方法实现这一目的的。根据本发明的一个方面，在填充循环中，即当将成分注入所述混合室中时，监测该混合室内的压力。通常，在一个填充循环之后马上会出现一个压力峰值。测定该压力峰值。该压力峰值的大小是所述混合室中液体量的指标。如果在所述混合室中气体太多，而液体不足，则将会出现一个小的压力峰值。另一方面，如果所述混合室中气体不足，而液体太多，则会出现大的压力峰值。通过调节注入该混合室中的气体和液体量，即气体与液体的比例，可以将在填充循环之后出现的压力峰值的大小保持在可以接受的范围内，并从而调节该混合室中的液体量。这样可以对产品的稠度和质量进行精确控制。
根据本发明的另一方面，在排放循环中，即当产品从所述混合室中分配出去时监测所述混合时中的压力。与填充循环类似，通常，在排放循环期间或之后，该混合室中的压力会发生突然的变化。如果该混合室中的液体太多，而气体不足，则压力会有较大量的突然下降，即出现大的负峰值。另一方面，如果该混合室中液体不足，而气体太多，则该混合室中的压力变化很小，即不会出现峰值或出现很小的负峰值。通过调节气体与液体的比例，可以将在排放循环期间或之后出现的压力降稳定控制在可以接受的范围内，因此，也能对该产品的稠度和质量进行精确控制。
在本发明的一种方法中，可以选择低的和高的设定压力值。低的设定压力值是指将所述成分注入所述混合室中的压力，而高的设定压力值是指减少或停止向所述混合室输送成分的压力。所述设定压力值相当于在所述混合室中测定的压力，该压力取决于向所述混合室输送气体的压力。所述设定压力优选低于气体输送压力。所述低的设定压力值优选设定为比所述气体输送压力低3-7psi(磅/英寸2)，而所述高的设定压力值优选设定为比所述其他输送压力低1-5psi(磅/英寸2)。
根据该方法的一个方面，测定填充循环之后出现的压力峰值。如果该压力峰值超过了预定的可接受范围，则对测定的压力值进行重新调节。当所述混合室中的压力高于可接受的预定范围时，将所述设定压力值重新调节至低于所述预先选择的值，如果所述混合室中的压力低于所述预定的可接受的范围时，则将设定压力值重新调节至高于所述预先选择的值。当所述低的设定压力值为25psi，而所述高的设定压力值为27psi时，所述压力峰值优选为3-7psi，即如果将压力提高到30-34psi的话，所述压力处在可接受的范围内。应当指出的是，所述可接受压力峰值的大小可以根据所述低的和高的设定压力值的设定而变化。
通常，在分配阀开启之后一直到关闭该分配阀之后3秒钟，压力峰值可随时出现。在这段时间内连续测定所述混合室中的压力。在本发明的优选实施方案中，大约每0.33秒对所述混合室中的压力进行连续测定。
在该方法的另一方面，在排放循环中测定所述混合室中的压力。如果在该排放循环中，所述混合室中的压力变化超过可接受的量，则对所述设定压力值进行重新调节。当所述混合室中的压力下降太多时，将所述设定压力值重新调节至低于预先选择的值，当所述混合室中的压力下降不太多时，将所述设定压力值重新调节至高于预先选择的值。优选地，当低的设定压力值为25psi，而高的设定压力值为27psi时，所述混合室中的压力在排放循环期间下降2-10psi。如果压力的下降大于或小于上述数量，则需要改变其偏移值。通常，一个负的压力峰值会出现0-2秒。在此期间连续测定所述混合室中的压力。
在本发明的一种实施方案中，本发明的用于控制冷冻碳酸饮料制品的质量的装置包括一个传感器，一个可编程记忆装置，压力控制阀，以及一台微机。由所述传感器测定所述混合室中冷冻碳酸饮料制品的压力。所述可编程记忆装置采用一种算法，该算法根据被注入所述混合室中的气体压力选择低的设定压力值和高的设定压力值。所述控制阀根据接受到的、由所述微机发出的指令调节向该混合室输送的成分，所述微机与所述传感器、可编程记忆装置、以及控制阀呈电力连接，并控制所述成分注入所述混合室。在填充循环过程中，由所述微机监测所述混合室中冷冻碳酸饮料制品的压力，并且在紧接着填充循环之后出现的压力峰值超过预定的可接受范围时，重新调节所述设定压力值中的一个或两个。
在本发明装置的另一种实施方案中，所述微机在排放循环期间起着监测所述混合室中的压力的作用，并且在该排放循环期间或紧接着该排放循环之后，当所述混合室中所出现的压力降超过预定的可接受范围时，对所述设定压力值的一个或两个进行重新调节。
上述方法和装置可应用于除冷冻碳酸饮料行业以外的目的。本文所披露的原理可应用于一切饮料制品的生产，无论该饮料是否是碳酸饮料，也无论该饮料是否是冷冻的。在以上用途中，所述偏移值以及低的和高的设定压力值应当优选设定为本领域已知的能生产出优质制品的值。本发明的方法和装置能确保对该制品的质量进行精确维持。
在本发的另一种方法中，当出现正的或负的压力峰值时，通过将更多(或更少)气体或液体注入所述混合室，以调节气体与液体的比例。例如，如果压力的提高超过了预定范围或压力的降低低于预定的范围，则有更多的气体被注入混合室。这一目的可以通过仅将气体加入该混合室以排除所述液体而实现，或通过每单位体积的液体加入更大体积的气体而实现。如果所述混合室中压力的提高低于所述预定范围或压力的降低高于所述预定范围，则将更多的液体加入所述混合室。这也可以通过仅向该混合室中加入液体以排除气体而实现，或通过每单位体积的气体加入更大体积的液体而实现。
根据所述另一种方法，需要加入所述混合室中的气体或液体量取决于压力峰值的大小。这是一种直接的关系，例如，无论是正的或负的压力峰值，压力峰值越大，需要加入所述混合室中的气体越多。类似的，无论是正的或负的压力峰值，压力峰值越小，需要加入混合室中的液体越多。为了优化这一关系，可以进行经验研究。储存在所述可编程记忆装置中的一种控制算法优选被用于直接确定对于特定压力峰值而言需要多少气体或液体加入所述混合室中。本发明的微机也可用于完成上述另一种技术。
附图的简单说明通过阅读以下详细说明并结合附图可以了解本发明的其它方面和优点，其中
图1是本发明的冷冻碳酸饮料机的基本元件的示意图。
图2是用于本发明的流通处理组件的详细视图。
图3是所述成分之一通过图2所示流通处理组件流动的代表性流通途径。
图4是表示一种含有糖浆和水的混合物的溶液通过用于本发明的二级流通处理组件流动的代表性流通途径。
图5是用于控制有关成分流入所述混合室的控制电路的示意图。
图6是即将进行填充循环之前、之中以及紧接着填充周期之后，所述混合室中压力变化的曲线图。
图7是即将进行排放循环之前、之中以及紧接着之后，所述混合室中压力变化的曲线图。
本发明详细说明参见附图中的图1，本发明的一种冷冻碳酸饮料机的系统示意图总体上用编号10表示。系统10包括一个成分供应源12，一个控制电路14，一个流通处理组件16，一对混合室18和20，以及一个制冷系统22。所述成分供应源12包括一个供水箱24，一对糖浆供应箱26和27(用于两种不同风味)以及一个二氧化碳箱28。
通过一个供水软管30将水由供水箱24输送到流通处理组件16，供水软管30通过一个“T型”接头31分入两个独立的供水软管32和34，如图2所示。供水软管32通向流通处理组件16的左侧，而供水软管34通向流通处理组件16的右侧。正如下文将要进一步说明的，流通处理组件16的左侧控制所述成分流入混合室18，而流通处理组件16的右侧控制所述成分流入混合室20。
通过一个接头36将供水软管32安装到流通处理组件16上，如图2所示，所述接头以压入配合形式压入设在所述流通处理组件的一个入口。类似地，通过接头38将供水软管34安装在流通处理组件16上，同样将该接头以压入配合形式压入设在该流通处理组件上的一个入口。水通过出口流出流通处理组件16，所述出口以90度的角度设置在所述流通处理组件的相邻表面上。将一个传感器40安装在流通处理组件16的右侧以监测流过流通处理组件16的水的压力。由于水是从相同的来源输送到组件16，所以仅需要一个传感器。正如本领域普通技术人员可以理解的，也可将传感器40安装在流通处理组件16的左侧。
水通过流通处理组件16的流动情形从图3中看的最清楚。图中示出了水在流通处理组件16右侧的流动，因为正如可以看出的，与此相同的流动流通设计可用于其它成分通过流通处理组件16的流动。水通过入口42进入流通处理组件16。然后再通过流通通道44流动。该流通通道分支成流通通道46和47。所述水通过一个出口48流出流通处理组件16，所述出口位于流通通道46的末端。流通通道47通向一个出口50。传感器40安装在流通处理组件16上接近出口50处。传感器40的这种设置使其能读出流过流通处理组件16的水的压力。
参见图2，所述水流出流通处理组件16并进入管52和54。管52设置在流通处理组件16左侧，而管54设置在该流通处理组件16右侧。有一对接头56和58分别将管52和54连接在流通处理组件16上。所述接头56和58优选通过压入配合连接在组件16上。
通过一个供水软管60将1号糖浆由糖浆供应箱26输送到流通处理组件16，供水软管60通向流通处理组件16的左侧。通过一个供水软管62将2号糖浆由糖浆供应箱27输送到流通处理组件16，供水软管62通向流通处理组件16的右侧。通过一个接头64将供水软管60安装在流通处理组件16上，该接头被压入设在所述流通处理组件上的入口。类似地，通过一个接头66将供水软管62安装在流通处理组件16上，该接头也被压入设在流通处理组件上的入口。所述糖浆通过出口排出流通处理组件16，该出口以90度的角度设置在所述流通处理组件的相邻表面。将一个传感器68安装在流通处理组件16的左侧，以监测流过流通处理组件16的1号糖浆的压力，并将一个传感器70安装在流通处理组件16的右侧，以监测流过流通处理组件的2号糖浆的压力。
当1号糖浆通过出口流出流通处理组件16时，它进入管72。管72通过一个接头74安装在流通处理组件16上，该接头优选通过压入配合插入该流通处理组件中。类似地，2号糖浆通过出口流出所述流通处理组件16，它进入管76。管76也通过一个接头78安装在流通处理组件162上，该接头优选通过压入配合插入所述组件。
将一对白利调节器80和82分别连接在管72和管76上。由白利调节器80和82控制与水混合的糖浆的量。上述装置是通过手工调节的。由于这些装置在本领域中是众所周知的，在本文中将不再对其作进一步的说明。
在1号糖浆通过白利调节器80之后，它通过管84到达截止阀86，由该截止阀防止糖浆回流到白利调节器80，即该阀是一个单向阀。在1号糖浆通过截止阀86之后，它通过一个管88，该管通过接头89与管52连接。在管52和88的接合点，1号糖浆与输送到流通处理组件16左侧的水混合。类似地，在2号糖浆通过白利调节器82之后，它通过管90到达截止阀92。2号糖浆在通过截止阀92之后，它通过一个管94，该管通过接头95与管54连接。在管5和94的接合点，2号糖浆与输送到流通处理组件16右侧的水混合。
正如下文将要更详细地说明的，一对电磁阀96和98由控制电路14启动。由所述电磁阀控制糖浆/水混合物流入混合室18和20。由电磁阀96控制1号糖浆/水混合物流入混合室18，而由电磁阀98控制2号糖浆/水混合物流入混合室20。
当电磁阀96和98收到开启的指令时，糖浆/水混合物分别通过管104和106流入二级流通处理组件100和102，所述管104和106分别通过压入配合型接头105和107安装在流通处理组件100和102上。可以理解的是，电磁阀96和98中的每一个是独立控制的。在二级流通处理组件100和102上分别设有取样阀108和110，以便对糖浆/水混合物进行取样。通过调节白利调节器80和82可以改变所述混合物的味道。
在图4中更详细地示出了1号糖浆/水混合物通过二级流通处理组件100的流通途径。因为二级流通处理组件100和102是相同的，因此仅对一个组件进行详细说明。1号糖浆/水混合物通过管104进入二级流通处理组件100。1号糖浆/水混合物一旦进入二级流通处理组件100，便会流过流通通道114，该通道分成两个独立的流通通道116和118。流通通道116将1号糖浆/水混合物引出二级流通处理组件100，进入管120，再由管120将该混合物输送到流通处理组件16。管120通过接头122与二级流通处理组件100连接，所述接头通过压入配合方式插入组件100中。流通通道118将所述混合物引出二级流通处理组件100，送入大气中。该混合物通过出口124排出二级流通处理组件100。取样阀108设置在流通通道118s上，并调节所述混合物流出二级流通处理组件100和进入大气。优选地，将一个杯子(未示出)放在出口124下面，并在需要时收集该混合物的样品。
类似地，管126通过压入配合型接头127与二级流通处理组件102连接，由该管将2号糖浆/水混合物从二级流通处理组件102转移到流通处理组件16，如图2所示。管120和126分别通过接头128和130安装在流通处理组件16上，所述接头通过压入配合形式插入所述流通处理组件的入口。
1号糖浆/水混合物通过一个出口排出流通处理组件16，该出口以90度的角度设置在接近所述入口的流通处理组件一面。正如下文将要进一步说明的，软管132通过一个压入配合型接头133与流通处理组件16连接，由该软管将1号糖浆/水混合物从流通处理组件输送到混合室18。
2号糖浆/水混合物也通过一个出口排出流通处理组件16，该出口以90度的角度设置在流通处理组件的接近所述入口的一面。类似地，软管134通过一个压入配合型接头135与流通处理组件16连接，由该软管将2号糖浆/水混合物从该流通处理组件输送到混合室20。
将一对传感器136和138安装在流通处理组件16上，以监测分别流过所述流通处理组件的1号糖浆/水混合物和2号糖浆/水混合物的压力。
通过输送软管140将二氧化碳从二氧化碳供应箱28输送到流通处理组件16。二氧化碳输送软管140输入流通处理组件16的中央。通过一个接头将所述输送软管140安装在流通处理组件16上，所述接头通过压入配合插入设在所述流通处理组件上的入口。二氧化碳通过一个出口排出流通处理组件16，所述出口以90度的角度设置在所述流通组件的相邻的一面。以上文所述方式将传感器144安装在流通处理组件16上，以监测从供应箱22流入流通处理组件16的二氧化碳的压力。
在二氧化碳排出流通处理组件16之后，它通过一个管148流向二氧化碳调节阀146，管148通过一个压入配合型接头143安装在流通处理组件16上，并通过一个接头145与二氧化碳调节阀连接。可以用手调节二氧化碳调节阀146，该阀是用于调节输送到混合室18和20的二氧化碳的压力的。从二氧化碳供应箱流入流通处理组件16中的二氧化碳的压力大约为60-70psi。为了获得正常的溢出量和产品稠度，输送到混合室18和20的二氧化碳的压力应当为大约30-40psi。将二氧化碳调节阀146用于调节这一压力。设在二氧化碳调节阀146上的控制钮147是用于调节所述压力的。用一个压力计149显示排出二氧化碳调节阀146的二氧化碳压力。
减压的二氧化碳通过两个独立的通道排出二氧化碳调节阀146，由这两个通道将二氧化碳送回流通处理组件16。第一个通道通过铜管150将二氧化碳输送到流通处理组件16的左侧，该铜管分别通过接头151A和152与流通处理组件16和二氧化碳调节阀146连接。第二个通道通过铜管153将二氧化碳输送到流通处理组件16的右侧，该铜管分别通过接头151B和154与流通处理组件16和二氧化碳调节阀146连接。减压了的二氧化碳通过一对出口排出流通处理组件16，所述出口以90度的角度设置在所述流通处理组件的相邻表面上。
将传感器156安装在流通处理组件16的右侧的流通通道上，沿着第二通道流动的二氧化碳流过该通道。传感器156是以上述方式安装的，由它监测流入混合室18和20的二氧化碳的压力。由于在第一通道和第二通道中减压了的二氧化碳的压力相同，所以仅需要一个传感器。正如本领域技术人员可以理解的，传感器156也可以安装在流通处理组件16左侧的第一通道上。
将一对电磁阀157和158安装在流通处理组件16的出口处，低压二氧化碳通过该出口排出所述流通处理组件。电磁阀157和158分别控制着减压二氧化碳向混合室18和20中输送。正如下文所要进一步说明的，由控制电路14控制电磁阀157和158的启动。一个截止阀155通过管159与电磁阀157连接。一个软管160又与截止阀155连接，并将减压二氧化碳由流通处理组件16的左侧输送到混合室18。类似地，截止阀161通过管162与电磁阀158连接。一个软管163又与截止阀161连接，并将减压二氧化碳由流通处理组件16的右侧输送到混合室20中。
更确切地说，软管160与软管132连接，它在“T”型接头164处将混合的1号糖浆/水混合物输送到混合室18中，如图2所示。1号糖浆/水混合物与减压的二氧化碳在“T”型接头164处混合，以便通过软管166将混合后的1号糖浆/水/减压的二氧化碳混合物输送到混合室18中。因此，所述“T”型接头164将软管132、160和166连接在一起。软管166与一个膨胀室168(如图1所示)连接，由该膨胀室在混合室中的压力升高到超过特定点时收集多余的产品。膨胀室168起着调节混合室18中的压力的作用，因此它不能太高。由软管170将所述混合物从膨胀室168输送到混合室18。软管166和170与膨胀室168和混合室18的连接在本领域中是众所周知的。
类似地，软管163与软管134连接，由它在“T”型接头172处将混合的2号糖浆/水混合物输送到混合室20中，如图2所示。2号糖浆/水混合物与减压的二氧化碳在“T”型接头172处混合，以便通过软管174将混合后的2号糖浆/水/减压的二氧化碳混合物输送到混合室20中。因此，所述“T”型接头将软管134、163和174连接在一起。软管174与一个膨胀室176(如图1所示)连接，该膨胀室与膨胀室168相同。由软管178将所述混合物从膨胀室176输送到混合室20。软管174和178与膨胀室176和混合室20的连接在本领域中是众所周知的。
优选的材料和部件如下除了管148、150和153是由铜制成的以外，所有的管都是由不锈钢制成。流通处理组件16和二级流通处理组件100和102是由塑料材料，优选Delrin。压力传感器优选为摩托罗拉部件No.MPX2700D；所述电磁阀优选选自下列一组ALCO部件No.204CD1/4S5/32-AMS50-60，或Sirai ElectromeccanicaS.R.L.部件Nos.L171-B13-Z723A-24VAC/60和PL171-B13-Z723A-24VAC/60。二氧化碳调节阀146优选为Wilkerson部件No.RO4-01N00。所有压入配合型接头优选为由Chudnow Manufacturing生产的1/4”不锈钢接头。所有软管优选由Chudnow Manufacturing生产的1/4”具有不锈钢编织护套的乙烯管(部件No.AV4)。所述白利阀优选为由Cornelius公司生产的部件No.310-198-133。截止阀优选为由Chudnow Manufacturing生产的1/4”不锈钢球形截止阀(部件No.S470-44)。
所述处理的控制的核心是控制电路14。在图5中示了出控制电路14的详细示意图。控制电路14包括一个CPU(中央处理器)200，一个EPROM(可擦除可编程只读记忆器)202，以及一系列的输入端和输出端。所述CPU200和EPROM202通过连线204和206相互连接。CPU200优选为摩托罗拉部件No.68HC811，而EPROM优选为SGSThompson部件No.M27/C512。输入CPU200的信号包括来自传感器40、68、70、136、138、144和156的压力读数。而输出信号包括传给电磁阀96、98、157和158的控制信号。压力传感器40、68、70、136、138、144和156分别通过连线208、210、212、214、216、218和220与CPU200连接。电磁阀96、98、157和158分别通过连线222、224、226及228与CPU200连接。CPU200还接受包括马达负荷和温度读数在内的多种其它输入信号，并传送包括开/关压缩机指令、开/关冷凝器指令、以及开/关混合马达指令在内的多种其它输出信号。上述信号均与本发明没有直接关系，因此，本文中不再作进一步的讨论。
下面将说明本发明冷冻碳酸饮料机10的工作。将结合混合室18集中说明本发明是如何实施的。正如本领域普通技术人员所能理解的，可以将相同的方式用于混合室20。
首先，由操作人员设定注入混合室18中的二氧化碳的压力。这是通过调节控制钮147至理想的压力而实现的。然后，如图5所示，由传感器144监测输送到混合室18中的二氧化碳的压力，并通过连线218将该压力值输送到CPU200。接着，由CPU200利用储存在EPROM202中的算法，根据输送到混合室18的二氧化碳的压力确定低的和高的设定压力值。对所述算法进行编程，以使所述低的和高的设定压力值略低于注入混合室18中的二氧化碳的压力。
例如，如果注入混合室18中的二氧化碳的压力为30psi，可以选择3-5psi的偏移值。在这种情况下，低的设定压力值为25psi，而高的设定压力值为27psi。因此，当混合室18中的压力为25psi时，CPU200通过连线222和226指示电磁阀96和157中的一个或两个开启，当混合室18中的压力达到27psi时，关闭或部分关闭所述电磁阀。上述过程由图6中的点A和B表示。点A表示低的设定压力值，而点B表示高的设定压力值。CPU200通过接收传感器136的读数监测混合室18中的压力。
起始偏移值可以设定为多种数值中的任一种。例如，可以设定为1和3psi，2和4psi，3和5psi，4和6psi，或5和7psi，其中，起始低的设定压力值和高的设定压力值将分别为27和29psi，26和28psi，25和27psi，或24和26psi，23和25psi。如果需要高的气体和液体比例，则所述偏移值应当较大，例如，4和6psi或5和7psi。相应的，如果需要低的气体与液体的比例，则所述偏移值应当较小，例如，1和3psi或2和4psi。正如本领域普通技术人员所能理解的，可以使用其它偏移值。
现有装置所存在的问题是，由操作者设定的气体与液体的比例有时无法保持，因此，对饮料制品的稠度和质量造成不利影响。这种现象会因为多种原因而出现，例如，包括因为将分配阀开的太大而分配了太多的气体，或出于某种原因使混合室中的压力测定不一致。解决现有装置的上述问题的唯一方法是，用手改变所述工作压力或用手填充或排空所述混合室。另外，如果在所述混合室未冷冻时将液体排出，则气体与液体的比例“不平衡”，因此必须用手校正。
本发明通过监测混合室中的液位和根据条件的变化改变工作压力设定或偏移，以提高或降低气体与液体的比例解决了上述问题。上述目的是通过使用CPU200以如下方式实现的。在用控制钮147设定二氧化碳的压力，并设定了低的和高的设定压力值之后，填充了冷冻碳酸饮料机10，并作好了工作的准备。在排放循环之后，即在冷冻制品被分配之后，所述混合室中的压力通常会降低。当出现这种情况时，CPU200指示电磁阀96和157开启，从而将二氧化碳和液体混合物注入混合室18。由此启动了被称为填充循环的过程。当混合室18中的压力降低到低于低的设定压力值时，指示电磁阀96和157开启。在由压力传感器136监测到的混合室18中的压力达到高的设定压力值之前所述电磁阀保持开启。当压力达到所述高的设定压力值时，CPU200指示电磁阀96和157关闭或部分关闭。当出现这种情况时，填充循环就结束了。
在即将进行填充循环之前、之中以及之后，由CPU200监测混合室18中的压力。通常在一个填充循环结束3秒钟之内，混合室18中的压力会达到峰值。这一结果如图6中的曲线所示。如果所述峰值太大，则表明气体与液体的比例太低，必须进行调节。这一结果如图6中的曲线C所示。这一目的是通过提高所述偏移值而实现的。在该实施例中，CPU200所采用的算法将把所述偏移值由3和5psi分别改变成4和6psi。而低的和高的设定压力值将会分别由25和27psi改变成24和26psi。如果在下一个填充循环结束之后，所述峰值又变得太大，所述算法将再次提高所述偏移值。这一步骤一直重复到所述压力峰值处于可接受的范围内。
类似地，如果所述压力峰值太小，则气体与液体的比例太高，必须进行调节。这一情况如图6中的曲线D所示。这一目的是通过降低所述偏移值而实现的。在该实施例中，所述偏移值将由3和5psi分别改变成2和4psi，这将影响低的设定压力值的变化，将低的设定压力值由25和27psi分别改变成26和28psi。这一步骤一直重复到所述压力峰值处于可接受的范围内。图6中的曲线E表示混合室18中的压力处于可接受的范围内，所述范围由最小峰值极限F和最大峰值极限G表示，所述峰值在该实施例中优选分别为30和34psi。因此，在该实施例中，所述可接受的范围优选为3-7psi，即当向所述混合室中输送的成分减少或停止之后，混合室18中的压力优选增加3-7psi。
通过监测紧接着填充循环之后出现的压力峰值，CPU200能监测混合室18中的液体量。当所述压力峰值超出可接受的范围时，通过改变所述设定压力值，CPU200能够控制气体与液体的比例，并因此控制所述混合室中的液体量。如上文所述，控制混合室中液体量的能力使得本发明能够精确控制碳酸饮料制品的稠度和质量。
应当理解的是，无论将二氧化碳调节阀146调节到何种压力，都适用于上述原理。如上文所述，由控制钮147调节输送到混合室18的二氧化碳的压力。尽管该压力优选设定为30-40psi，可以调节控制钮147以便将所述压力设定为0-70psi之间的任一值。正如本领域普通技术人员可以理解的，无论以何种压力将二氧化碳输送到混合室18中，可以根据本发明选择合适的偏移值和相应的预定范围，以便监测并控制混合室18中的液体量。
本发明还可以通过监测在排放循环期间混合室18中所发生的压力变化来监测混合室18中的液体量。这一目的是通过如下方式实现的。在所述排放循环中，由CPU200连续跟踪混合室18中的压力。如果在排放循环过程中或在排放循环结束时其压力突然下降，CPU200就知道所述混合室中的液体量发生了变化。如果在排放循环期间或紧接着排放循环之后混合室18中的压力急剧下降，则表明在混合室18中液体太多而气体不足。这种情况如图7中的曲线A所示。在这种情况下，CPU200采用本发明的算法，改变所述偏移值，以提高气体与液体的比例。如果混合室18中的压力在排放循环期间或紧接着排放循环之后保持相对不变，则表明混合室中的气体太多而液体不足，这种情况如图7中的曲线B所示。在这种情况下，CPU200改变所述偏移值，以降低气体与液体的比例。曲线C表示在排放循环期间混合室18中压力的逐步降低。在这种情况下，CPU200不会调节所述偏移值。
最小和最大负峰值极限分别视于图7中的点D和E。当低的和高的设定压力值分别为25和27psi时，所述混合室中的压力优选相应地降低2-10psi。因此，在这种情况下，点D和E之间的差别大约为8psi。如上文所述，通过改变所述偏移值，以及低的和高的设定压力值，可以调节气体与液体的比例，并因此调节所述混合室中的液体量。
本发明讨论了当混合室18中的压力在填充循环或排放循环期间或之后突然改变时改变所述偏移值。尽管现在看来以上时期是监测混合室18中压力的优选时期，但正如本领域普通技术人员所了解的，可以对CPU200进行编程，以便当混合室中出现突然的压力变化时改变所述偏移值。本发明意在包括上述其它情形。
本发明还可以在不改变所述设定压力值的前提下控制混合室18中的液体量。这一目的仅通过当混合室中的液位太高或太低时将更多(或更少)的气体或液体注入该混合室中而实现。在这种实施方案中，当混合室中液体太多时，CPU200操纵向混合室18中输送更多的气体，而当液体不足时，增加向所述混合室输送液体。当混合室18中液体太多时，CPU200将指示电磁阀157完全开启。在这种情况下，CPU200还可以指示电磁阀96部分开启。优选对电磁阀96和157加以控制，以便在这种情况下提高注入该混合室中气体与液体的比例。当混合室18中的液体不足时，CPU200将指示电磁阀96完全开启。在这种情况下，CPU200还可以指示电磁阀157部分开启。优选对电磁阀96和157加以控制，以便在这种情况下提高注入该混合室中液体与气体的比例。
应当用该方法加入混合室18中的液体或气体量取决于混合室中的起始液位。该液位可以通过测定混合室18中的压力峰值而确定，如上文所述。可以进行经验研究，以便确定当所述压力峰值为特定的大小(正的或负的)时，应当将多少气体或液体注入混合室18中。可以编写限定上述关系的程序，然后优选将该程序储存到EPROM202中，并由CPU200实施。
正如本领域普通技术人员所了解的，本发明可以采用多种形式的实施方案。为了理解本发明，业已披露了某些实施方案。例如，如上文所述，本发明并不局限于冷冻碳酸饮料机。本发明可以应用于其它饮料制品的生产。另外，在涉及气体饱和的制品的应用中，可以使用除二氧化碳以外的其它气体，包括但不限于空气，磷酸和氮气。要指出的是，所披露的实施方案是说明性的，并非对本发明的限定。相反，本发明意在包括落入由所附权利要求限定的本发明的构思和范围之内的所有改进、等同方法和变化。
权利要求
1.一种用于控制通过在混合室中混合包括液体和气体在内的几种成分而制成的饮料制品的稠度和质量的方法，包括以下步骤根据注入所述混合室中的气体的压力选择低的设定压力值；根据注入所述混合室中的气体的压力选择高的设定压力值；当所述混合室中的压力低于所述低的设定值时，将一种或几种成分注入所述混合室中；当所述混合室中的压力高于所述高的设定值时，至少部分减少输送到该混合室中的一种或几种成分；监测所述混合室中所述饮料制品的压力；和如果所述混合室中的压力在预定时间内升高或降低到超过预定范围，至少对所述设定压力值的一种进行重新调节。
2.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，所说测定室内压力增加的预定范围与所述测定室内压力降低的范围不同，其中，所述测定压力增加的预定时间与测定压力降低的预定时间不同。
3.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，当所述混合室中的压力在相应的预定时间内升高到高于所述预定范围的值或降低到低于所述预定范围的值时，将所述低的和高的设定压力值同时调节到低于预先选择的设定压力值。
4.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，当所述混合室中的压力在相应的预定时间内升高到低于所述预定范围的值或降低到高于所述预定范围的值时，将所述低的和高的设定压力值同时调节到高于预先选择的设定压力值。
5.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，所述压力升高的预定范围大约为30-34psi。
6.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，所述压力升高的预定时间大约为0-3秒。
7.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，所述低的设定压力值和所述高的设定压力值的差别大约为2psi。
8.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，如果所述混合室中的压力在预定时间内升高或降低到超出预定范围的值时，对所述低的和高的设定压力同时进行重新调节。
9.如权利要求1的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于，至少对所述低的设定压力值进行重新调节。
10.如权利要求9的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于还包括当所述混合室中的压力低于重新调节过的低的设定压力值时，仅将气体或仅将液体注入所述混合室中的步骤。
11.如权利要求9的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于还包括当所述混合室中的压力低于重新调节过的低的设定压力值时，将液体和气体的混合物注入所述混合室中的步骤。
12.一种用于通过在混合室中混合包括液体和气体在内的几种成分而制成的饮料制品的稠度和质量的装置，该装置包括一个用于测定所述混合室中的压力的传感器；一种采用一种算法的可编程的记忆装置，该装置根据注入所述混合室中的气体的压力选择低的设定压力值，并且根据注入所述混合室中的气体的压力选择高的测定压力值；至少一个阀，当所述混合室中的压力低于所述设定压力值时，该阀开启，将所述成分的一种或几种注入该混合室中，当所述混合室中的压力高于所述设定压力值时，该阀至少部分关闭，以限制一种或几种成分向该混合室的输送；和一个处理器，该处理器接受来自传感器、可编程的记忆装置以及至少一个控制阀的输入信号，该处理器能起到以下作用a)监测所述混合室中的压力；和b)如果所述混合室中的压力在预定时间内升高或降低到超过预定范围的值，至少对所述设定压力值中的一种进行重新调节。
13.如权利要求12的用于控制饮料制品的稠度和质量的装置，其特征在于，所述处理器当所述混合室中的压力在相应的预定时间内升高到高于所述预定范围的值或降低到低于所述预定范围的值时，将所述低的和高的设定压力值同时调节到低于所述预先选定的值。
14.如权利要求12的用于控制饮料制品的稠度和质量的装置，其特征在于，所述处理器当所述混合室中的压力在相应的预定时间内升高到低于所述预定范围的值或降低到高于所述预定范围的值时，将所述低的和高的设定压力值同时调节到高于所述预先选定的值。
15.如权利要求12的用于控制饮料制品的稠度和质量的装置，其特征在于，所述处理器能至少对所述低的设定压力值进行重新调节。
16.如权利要求15的用于控制饮料制品的稠度和质量的装置，其特征在于，当所述混合室中的压力低于重新调节过的低的设定压力值时，所述处理器工作，以便仅将所述液体或仅将所述气体注入所述混合室中。
17.如权利要求15的用于控制饮料制品的稠度和质量的装置，其特征在于，当所述混合室中的压力低于重新调节过的低的设定压力值时，所述处理器工作，以将所述液体或气体的混合物注入所述混合室中。
18.一种用于控制通过在混合室中混合一种或几种成分而制成的饮料制品的稠度和质量的方法，包括以下步骤选择低的设定压力值和高的设定压力值；当所述混合室中的压力低于所述低的设定值时，将一种或几种成分的至少一种注入所述混合室中；当所述混合室中的压力高于所述高的设定值时，至少部分减少输送到该混合室中的至少一种成分；监测所述混合室中所述饮料制品的压力；和如果所述混合室中的压力在预定时间内升高或降低到超过预定范围，至少对所述设定压力值的一种进行重新调节。
19.一种用于控制通过在混合室中混合一种或几种成分而制成的饮料制品的稠度和质量的装置，包括一个用于测定所述混合室中的饮料制品的压力的传感器；一种采用一种算法的可编程的记忆装置，该装置选择低的设定压力值和高的设定压力值；至少一个阀，当所述混合室中的压力低于所述设定压力值时，该阀开启，将所述成分的一种或几种注入该混合室中，当所述混合室中的压力高于所述设定压力值时，该阀至少部分关闭，以限制至少一种成分向该混合室的输送；和一个处理器，该处理器接受来自传感器、可编程的记忆装置以及至少一个控制阀的输入信号，该处理器能起到以下作用a)监测所述混合室中的压力；和b)如果所述混合室中的压力在预定时间内升高或降低到超过预定范围的值，至少对所述设定压力中的一种进行重新调节。
20.一种用于通过在混合室中混合包括液体和气体在内的几种成分而制成的饮料制品的稠度和质量的方法，包括以下步骤监测所述混合室中的饮料制品的压力；如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到高于预定范围或者在预定时间内降低到低于预定范围，将气体注入该混合室中；和如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到低于预定范围或者在预定时间内降低到高于预定范围，将液体注入该混合室中。
21.如权利要求20的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于还包括以下步骤如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到高于预定范围的值或在预定时间内降低到低于预定范围的值，将液体注入该混合室中，其中，在这种情况下，注入所述混合室中的液体量低于被注入的气体量。
22.如权利要求20的用于控制饮料制品的稠度和质量的方法，其特征在于还包括以下步骤如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到低于预定范围的值或在预定时间内降低到高于预定范围的值，将气体注入该混合室中，其中，在这种情况下，注入所述混合室中的气体量低于被注入的液体量。
23.一种用于控制通过在混合室中混合包括液体和气体在内的几种成分而制成的饮料制品的稠度和质量的装置，包括一个用于测定所述混合室中的压力的传感器；一种采用一种控制算法的可编程的记忆装置；至少一个阀，该阀控制着将所述成分的一种或几种注入该混合室中；和一个处理器，该处理器接受来自传感器、可编程的记忆装置以及至少一个控制阀的输入信号，该处理器能起到以下作用a)监测所述混合室中的压力；b)采用所述控制算法确定所述混合室中的压力是否在预定时间内升高到高于预定范围的值，或者在预定时间内降低到低于预定范围的值；c)如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到高于预定范围的值或者在预定时间内降低到低于预定范围的值，指示至少一个阀将气体注入所述混合室中；d)采用所述控制算法确定所述混合室中的压力是否在预定时间内升高到低于预定范围的值，或者在预定时间内降低到高于预定范围的值；和e)如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到低于预定范围的值或者在预定时间内降低到高于预定范围的值，指示至少一个阀将液体注入所述混合室中。
24.如权利要求23的用于控制饮料制品的稠度和质量的装置，其特征在于，如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到高于预定范围的值或者在预定时间内降低到低于预定范围的值，所述处理器指示至少一个阀将液体注入所述混合室中，其中，在这种情况下注入所述混合室中的液体量少于被注入的气体量。
25.如权利要求23的用于控制饮料制品的稠度和质量的装置，其特征在于，如果所述混合室中的压力在预定时间内升高到低于预定范围的值或者在预定时间内降低到高于预定范围的值，所述处理器指示至少一个阀将气体注入所述混合室中，其中，在这种情况下注入所述混合室中的气体量少于被注入的液体量。
全文摘要
披露了一种用于改进冷冻碳酸饮料制品的稠度和质量的方法和装置。本发明利用一种监测冷冻碳酸饮料机的混合室中液位的方法实现上述目的。该方法包括测定出现在所述混合室中的压力峰值。压力峰值的大小是所述混合室中液体量的指标。如果压力峰值太高或太低,则表明所述混合室中的液体太多或太少。通过调节所述混合室中的液体量,可以保持饮料制品的稠度和质量。本发明利用一台微机来确定所述压力峰值何时超出了可接受的预定范围。如果压力峰值超出了所述可接受的范围,所述微机就会重新调节设定压力值,用该压力值确定何时开始和停止向所述混合室输送成分,以便调节气体与液体的比例,进而调节所述混合室中的液体量,这样可以对饮料制品的稠度和质量进行精确控制。
文档编号A23L2/00GK1247519SQ97181901
公开日2000年3月15日 申请日期1997年12月22日 优先权日1996年12月26日
发明者吉米·I·弗兰克 申请人:吉米·I·弗兰克