专利名称：一种压力锅的控制方法
技术领域：
本发明属于家用电烹调设备，特别涉及一种压力锅的控制方法。
背景技术：
家用电器，特别是家用电烹调设备，如电饭煲，电高压锅已成为人们日常生活中不可缺少的电器。家用电器的自动化是重要的发展方向。在电烹调设备中温度是一重要参量，人们常常将温度的传感作为自动控制的重要的传感信号，是烹调过程的控制依据之一。在电高压锅中，除了温度以外，锅中的压力成了第二个重要的控制参量。高压锅中的压力，不仅是正常烹调过程中与温度一样重要的参量，影响着烹调的质量，而且还与烹调的安全紧密相关，失控的压力常是事故发生的主要原因。如图1所示，在现有的压力锅主要由外锅体1、内锅体2、锅盖3、密封圈4、压力保险阀5、温度传感器6、加热控制器7、电加热体8、压力弹簧9和称重传感器10组成，压力的传感主要由压力弹簧9和称重传感器10组成的压力传感装置完成，它的原理是，压力锅的内锅体2通过压力弹簧9与压力锅的外锅体1相联，当加热使内锅体2中的压力增加时，压力克服橡胶圈9的弹力，使内锅体2向下移动。此位移可以由外锅体1底部的称重传感器10感知，变为电信号，由控制电路完成自动控制动作。现有的压力锅存在以下不足(1)压力锅通过压力参数进行控制，为了得到各个控制阶段的压力参数，需要设置附加的压力传感装置，外锅体结构较复杂，增加了成本。(2)增加了相应的A/D转换器。(3)由设置压力为一个阈值进行控制，万一压力参数的获取出现失误，会造成较大的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的压力锅的控制过程必须借助于附加的压力传感装置进行控制的不足，提出了一种压力锅的控制方法，在省略掉附加的压力传感装置的同时，还可以提高控制过程的可靠性。
本发明的技术方案是按照如下步骤实现的一种压力锅的控制方法，包括如下步骤 A.通过压力锅的功能键盘设置各种控制参量； B.测试并记录压力锅的初始温度，开始全功率加热，经过一预定时间后，记录此时温度作为二次初始温度； C.根据控制参数和步骤B中得到的预定时间内的温度差，预测出被加热物达到目标加热温度或目标加热压力的目标加热时间； D.从二次初始温度开始，每隔一固定时间测量压力锅的实际温度，并计算得到此时相应的实际压力和实际时间； E.将步骤D中得到的实际温度、实际压力或实际时间与目标加热温度、目标加热压力或目标加热时间进行对比，若实际温度、实际压力或实际时间均小于其对应的目标加热温度、目标加热压力或目标加热时间，则循环进行步骤D；若实际温度、实际压力或实际时间任一项(或任几项)大于或等于其对应的目标加热温度、目标加热压力或目标加热时间，则停止加热使压力锅自然降温； F.从停止加热开始，每隔一固定时间间隔测量压力锅的实际温度，若实际温度小于第一次保温温度，则进入第一次保温阶段，第一次保温阶段的时间为预设值。
G.经过第一次保温阶段的预设的时间过后，停止加热，每隔一固定时间间隔测量压力锅的实际温度，若实际温度小于第二次保温温度，则进入第二次保温阶段，第二次保温阶段的时间为预设值。
本发明的有益效果是(1)由于本发明利用了高压锅的温度与内部压力的函数关系，可以通过温度传感器检测到的温度直接推算出压力参量，因而可以通过温度参数直接对压力锅进行智能控制，省略了压力传感装置及相应的A/D转换器，有效的降低了成本。(2)其次在高压锅的智能控制过程中，可以通过实时称重程序(即由在给定的时间内锅体的温升，来推算出被加热物的质量)而给出达到目标加热温度的最佳的目标加热时间，进一步提高了高压锅的精确时间控制。(3)对于加热过程的控制，可以同时设置目标加热温度、目标加热压力、目标加热温度等多个阈值，进一步提高了高压锅的可靠性。
图1是传统的电加热压力锅的结构原理图。
图2是本发明的电加热压力锅的结构原理图。
图3是电加热压力锅的加热时间和加热压力与加热温度的座标原理图。
图4是本发明的控制主流程图。
图5是本发明的第一次保温阶段的控制流程图。
图6是本发明的第二次保温阶段的控制流程图。
附图标记说明外锅体1、内锅体2、锅盖3、密封圈4、压力保险阀5、温度传感器6、加热控制器7、电加热体8、压力弹簧9、称重传感器10、初始温度T0、二次初始温度Tu、预定时间内的温度差Td、第二次保温温度Tb2、第二次保温压力Pb2、第一次保温温度Tb1、第一次保温压力Pb1、目标加热温度Tm、目标加热压力Pm、目标加热时间tm。
具体实施例方式 下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明技术改进主要基于以下理论(a)在电加热的过程中一定质量物加热到一定温度的加热时间，与单位时间的加热温差，在理想情况下是成正比的。考虑各种实际影响因素，有如(2)的关系式子。
(b)加热时间预测。设加热体的初始温度为T0；加热一预定时间u(本实施例取u＝60秒)后测得的温度作为二次初始温度Tu，则加热u秒的温差为 Td＝Tu-T0公式(1) 则加热到温度Tm所需的目标温度时间为 公式(2) 其中A为加热过程中的辐射和空气对流所引起的时间因子，它与具体环境相关，为一恒定量。
(c)目标温度时间tm预测。
例一用加热3.865kg重量的水(环境温度27.5℃)；初始温度T0＝23.9℃；一分钟(u＝60秒)加热后的温度Tu＝28.2℃；所以有温差Td＝4.3℃；由Tu＝28.2℃加热到Tm＝97℃(成都地区水的沸点)，根据(2)所需目标温度时间tm＝16分钟(取A＝1.0)。实测时间ts＝16.5分钟，所以修正后的A＝16.5/16＝1.03。
例二用加热4.15kg重量的水(环境温度23.5℃)；初始温度T0＝22.3℃；一分钟(u＝60秒)加热后的温度Tu＝26.8℃；所以有温差Td＝4.5℃；由Tu＝26.8℃加热到Tm＝97℃(成都地区水的沸点)，根据(2)所需目标温度时间tm＝15.6分钟(取A＝1.0)。实测时间ts＝17.2分钟，所以修正后的A＝17.2/15.6＝1.10。
通过以上两个实例，进一步的证明了在电加热的过程中一定质量物加热到一定温度的加热时间，与单位时间的加热温差，在理想情况下是成正比的。
根据理想气体公式和实测试验结果，加热后压力锅中的压力，也有类似于温度的关系，即在电加热的过程中一定质量物加热到一定压力的加热时间，与单位时间的加热压力差，在理想情况下是成正比的。
假设压力锅中的压力Pm与被加热物所占的体积和空气部分体积的比例S和压力锅加热后的温度Tm相关，即此压力Pm是S与Tm的函数，记为Pm＝(S，Tm).而Pm＝(S，Tm)是可以由理论推导或实际测量得到。
下面进一步描述Pm的理论推导过程，以证明上述理论的正确并揭示出压力锅中温度和压力的内在函数关系。
由相关气体压力理论，我们有下面的(3) 其中Pm为压力锅中的压力，单位为Pa；Tm是温度传感器测得的压力锅的温度，单位为绝对温度K；V是压力锅中空气部分的体积，单位为m3；N′是修正后的粒子数，有(4) α(S，Tf)与实际环境相关，其中S是压力锅中被加热物所占的体积和空气部分体积的比例，P0为一个大气压，T0取为20℃+273，单位为绝对温度K，k为波尔兹曼常数，由(4)中的压力Pm与压力锅的温度Tm的关系式可以由(5)给出 因此如果我们已知在各种不同的S下，压力Pm与温度Tm的关系，就可以由压力锅的温度Tm推算出与该温度对应的压力锅的压力Pm。这就是说我们仍可以由单位时间锅体的温升测量，推算出达到预定的压力Pm所需要的目标压力时间tP。通常，如图3所示，本发明的压力锅的控制过程主要包括以下几个阶段a.加热阶段，此阶段需预设目标加热温度Tm和目标加热压力Pm；b.第一次保温阶段，此阶段需预设第一次保温温度Tb1和第一次保温压力Pb1；c.第二次保温阶段，此阶段需预设第二次保温温度Tb2和第二次保温压力Pb2。
下面结合附图4和具体实施例详细描述本发明的具体实施过程一种压力锅的控制方法，包括如下步骤 A.通过压力锅的功能键盘设置各种控制参量。这些控制参数包括第二次保温压力Pb2、第一次保温温度Tb1、第一次保温压力Pb1、目标加热温度Tm、目标加热压力Pm和加热前锅体空气部分体积与被加热食物体积比S。
B.测试并记录压力锅的初始温度T0，开始全功率加热，经过一预定时间后，记录此时温度作为二次初始温度Tu。本实施例中，选取加热开始前锅体的温度作为初始温度T0，选取开始加热60秒后的温度作为二次初始温度Tu。
C.根据控制参数和步骤B中得到的预定时间内的温度差预测达到目标加热温度Tm的目标加热压力Pm或目标加热时间tm。由公式(1)可以知道一定质量的物体从初始温度T0开始加热60秒后的温度差Td，再由公式(2)可以知道达到目标加热温度Tm的目标加热时间tm，根据(5)得到目标加热压力Pm。
D.从二次初始温度Tu开始，每隔一固定时间间隔测量压力锅的实际温度Ts，并计算得到此时相应的实际压力Ps和实际时间ts。本步骤中，固定时间间隔设置为10秒，当然也可以根据需要设置其它恰当的时间。实际压力Ps和实际温度Ts仍然满足(5)，所以可以根据(5)由实测的实际温度Ts得到实际压力Ps。
E.将步骤D中得到的实际温度Ts、实际压力Ps或实际时间ts与目标加热温度Tm、目标加热压力Pm或目标加热时间tm进行对比，若实际温度Ts、实际压力Ps或实际时间ts均小于其对应的目标加热温度Tm、目标加热压力Pm或目标加热时间tm，则循环进行步骤D；若实际温度Ts、实际压力Ps或实际时间ts任一项大于或等于其对应的目标加热温度Tm、目标加热压力Pm或目标加热时间tm，则停止加热使压力锅自然降温； F.从停止加热开始，每隔一固定时间间隔测量压力锅的实际温度Ts，若实际温度Ts小于第一次保温温度Tb1，则进入第一次保温阶段，第一次保温阶段的时间tb1为预设值。本步骤中的固定时间间隔为2分钟，当然也可以根据需要设置其它恰当的时间。第一次保温阶段的时间tb1可以根据需要在一固定时间内任意设置。
如图5所示的具体步骤，开始进入第一次保温阶段后，每隔一固定时间间隔(本实施例中为2分钟)测量压力锅的实际温度Ts，若实际温度Ts大于或等于第一次保温温度Tb1，则停止加热；若实际温度Ts小于第一次保温温度Tb1，同时开始计算保温时间ts，同时继续加热2分钟并判断保温时间ts与第一次保温阶段的时间tb1的大小关系，若ts大于或等于tb1，则结束第一次保温阶段，否则，循环进行本步骤。
G.经过第一次保温阶段的预设的时间tb1后，停止加热，每隔一固定时间间隔测量压力锅的实际温度Ts，若实际温度Ts小于第二次保温温度Tb2，则进入第二次保温阶段，第二次保温阶段的时间tb2为预设值。本步骤中的固定时间间隔为2分钟，当然也可以根据需要设置其它恰当的时间。第二次保温阶段的时间tb2可以根据需要任意设置为一固定时间或无限时间，本步骤中第二次保温阶段的时间tb2预设为无限时间。
如图6所示的具体步骤，开始进入第二次保温阶段后，每隔一固定时间间隔(本实施例中为2分钟)测量压力锅的实际温度Ts，若实际温度Ts大于或等于第二次保温温度Tb2，则停止加热；若实际温度Ts小于第二次保温温度Tb2，继续加热2分钟，一直循环进行本步骤。
如图2所示，是应用本发明的控制方法后可以简化结构的电加热压力锅的结构原理图。主要由外锅体1、内锅体2、锅盖3、密封圈4、压力保险阀5、温度传感器6、加热控制器7、电加热体8。由此可见，本压力锅省略了称重装置，它的控制过程依赖于检测到的温度参量，压力参量的获取可以通过温度和压力之间的函数获得。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种压力锅的控制方法，其特征在于，包括如下步骤
A.通过压力锅的功能键盘设置各种控制参量；
B.测试并记录压力锅的初始温度，开始全功率加热，经过一预定时间后，记录此时温度作为二次初始温度；
C.根据控制参数和步骤B中得到的预定时间内的温度差，预测出被加热物达到目标加热温度或目标加热压力的目标加热时间；
D.从二次初始温度开始，每隔一固定时间测量压力锅的实际温度，并计算得到此时相应的实际压力和实际时间；
E.将步骤D中得到的实际温度、实际压力或实际时间与目标加热温度、目标加热压力或目标加热时间进行对比，若实际温度、实际压力或实际时间均小于其对应的目标加热温度、目标加热压力或目标加热时间，则循环进行步骤D；若实际温度、实际压力或实际时间任一项大于或等于其对应的目标加热温度、目标加热压力或目标加热时间，则停止加热使压力锅自然降温；
F.从停止加热开始，每隔一固定时间间隔测量压力锅的实际温度，若实际温度小于第一次保温温度，则进入第一次保温阶段，第一次保温阶段的时间为预设值；
G.经过第一次保温阶段的预设的时间过后，停止加热，每隔一固定时间间隔测量压力锅的实际温度，若实际温度小于第二次保温温度，则进入第二次保温阶段，第二次保温阶段的时间为预设值。
全文摘要
本发明涉及一种压力锅的控制方法，包括如下步骤A.通过压力锅的功能键盘设置各种控制参量；B.测试并记录压力锅的初始温度，开始全功率加热，经过一预定时间后，记录此时温度作为二次初始温度；C.根据控制参数和步骤B中得到的预定时间内的温度差，预测出被加热物达到目标加热温度或目标加热压力的目标加热时间；D.从二次初始温度开始，每隔一固定时间测量压力锅的实际温度，并计算得到此时相应的实际压力和实际时间。本发明的有益效果是(1)由于本发明可以通过温度传感器检测到的温度直接推算出压力参量，因而可以通过温度参数直接对压力锅进行智能控制，省略了压力传感装置及相应的A/D转换器，有效的降低了成本。
文档编号A47J27/08GK101763127SQ20091026343
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者喻志远 申请人:电子科技大学