控制微波爐的方法及使用該方法的微波爐和對食物的烹調和加熱的應用的製作方法
2023-10-08 13:02:34 1
專利名稱：控制微波爐的方法及使用該方法的微波爐和對食物的烹調和加熱的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制利用微波爐內的微波輻射源和可微波波激勵的底部加熱器來加熱或烹調食物的過程的方法，該底部加熱器具有用以放置食物的盛器、盤、或承載器的形式，該微波輻射源和底部加熱器是可通過微波爐的控制單元來控制的分立的食物加熱源。本發明還涉及實施該方法的微波爐，以及這種微波爐通過自動控制的步驟對不同種類的食物進行烹調或加熱的應用。
微波輻射源和有關的微波饋送系統在爐腔內產生一種微波分布，實現對食物的所謂體加熱。
微波爐可以包括一個可微波激勵的、所謂波紋盤(crispplate)或褐化盤(browning plate)的形式的、加熱食物用的附加熱源。波紋盤可以由一種具有小的熱容(thermal mass)和良好熱導性的鋁板構成，在它的下側提供有一層微波吸收層，SE專利說明書9003104-8公開了這樣一種波紋盤。褐化盤具有較大的熱容，它可以由設置有微波吸收層的陶瓷盤或玻璃盤構成。通常，把波紋盤和褐化盤設置成在加熱或烹調時是可轉動的。
微波爐還可以有其它的所謂格柵元件(grill element)或等效的IR-輻射元件形式的加熱源，該加熱源設置在爐腔的頂板內(參見SE專利說明書9201786-2)。
裝備著這三種類型熱源的微波爐基本上是採用一個體加熱器、一個底部加熱器和一個頂部加熱器，在這種微波爐的情形下，通過調節供給爐腔的微波來控制從前面兩種加熱器的熱輻射，而後一種加熱器直接由激勵時間和功率值來控制。為了對一種指定類型的食物進行最佳的加熱或烹調，三種加熱源必需按適宜的方式進行使用，即，以受調節的功率值按適合的烹調或加熱步驟持續時間進行激勵。然而，問題是，對不同種類食物的激勵時間和功率值是明顯變化的，對普通的使用者來說，這種情況是太複雜了。所以，通常在以這種方式工作時，不需要使用者去控制烹調或加熱步驟，所採取的方案是使微波爐的不同熱源之間僅具有一種功率均衡的結構，而該功率均衡是由製造廠家確定的。
在某些國家，與單相電源相連接(Single-Phase Connection)的設備的功率是受限制的，這就意味著，微波輻射源和格柵元件不能在相同的時間內被激勵。從而，這就對根據食物類型來使用熱源提出了特殊要求，給使用者帶來麻煩。
所以，本發明的目的在於提供一種微波爐，它不存在上述的任何缺點，能使熱源得到有利的利用，同時更適合使用者的使用。由於對熱源的最佳利用，使微波爐變得更為有用，可以用於烹調或加熱現今用傳統的加熱爐加熱的食物或盤裝食品，例如可達到不會失去食物的脆性的目的。
根據本發明，可以利用屬於上面所介紹的類型的、並具有以下特徵的方法來達到上述的發明目的，該方法的特徵在於包括以下步驟1.對微波爐提供有關食物類別的信息；2.依據所提供的食物類別選擇烹調或加熱程序，分成一個或多個時間周期；3.在每個時間周期內，按根據所選擇的程序的功率值激勵所述的熱源；4.在每個時間周期內，依據一個或多個檢測食物狀況的傳感器得到的一個或多個檢測參數、以及由食物類別確定的參數信息來計算一個控制變量；5.在開始該程序之後，將各時間周期由食物類別確定的最大值遞減至零；6.在時間周期已遞減至零、或控制變量的計算值超過由食物類別確定的值時，終止各時間周期；和7.在所有的時間周期已運行完時終止該程序。
按照本發明的方法十分方便微波爐的操作，因為使用者只需輸入有關食物類別的信息，例如只需利用微波爐的控制面板輸入該信息。之後，微波爐可以自動地開始工作，或利用操作一個啟動紐起動微波爐。然後，可以按照食物的類別，對微波爐選擇一個合適的程序，並且全自動地監控烹調和加熱步驟。
在此，根據食物類別或食物類別的信息是指相應於對專門類別的食物，例如土豆製品、比薩(pizza)餅和雞，以及食物放入爐內時的狀態，例如新鮮的、深凍的未加工品、深凍的半加工品等情況來專門設計烹調或加熱的程序。食物類別信息可以通過輸入例如指示食物種類或狀態的數字值，以及通過輸入指示食物種類的第一值和指示食物狀態的第二值來提供食物類別信息。最好，通過操縱專用於食物類別的控制鈕、或操縱食物類型和初始狀態的專用鈕來輸入食物類別信息。
按照本發明的微波爐包括一個爐腔、一個用於向爐腔饋入微波的微波輻射源、一個以盛器、盤或承載體形式的用以放置欲加熱或烹調食物的可微波激勵的底部加熱器、一個用於控制該底部加熱器和饋送到爐腔的微波的控制單元、以及一個或多個用於檢測一個或多個指示食物狀態的檢測參數並將其傳送給控制單元的傳感器，其特徵是，具有用於向控制單元提供有關食物類別信息的裝置，以及對該控制單元的微處理器進行編程以便能執行下述的功能1.根據所提供的食物類別信息，選擇一個烹調或加熱程序，分成一個或多個時間周期；2.按依據所選程序的功率值激勵微波輻射源，並從而激勵底部加熱器；3.依據從所述的一個或多個傳感器獲得的參數值以及由食物類別確定的一個或多個有關的常數，在每個時間周期內進行對控制變量的計算；4.在開始程序之後，將各時間周期由食物類別確定的最大值遞減至零；5.在各時間周期減小至零或控制變量的計算值超過由食物類別確定的值時，終止各時間周期；6.在所有的時間周期已運行完時，終止該程序。
在本發明的一個優選實施例中，微波爐具有一個頂部加熱器，它例如是一個設置在爐腔的頂板內的格柵元件，它是由所選擇的程序控制的。
本發明的微波爐的設計是基於這樣一種見解，即，一般的使用者大多採用微波爐烹調或加熱各種食物(例如加熱深凍的易烹調的菜餚或麵包和土豆製品)，以及可依據食物的類別和它的初始狀態可以將其區分為多種食物類別。另外，還發現可以在一個現代的爐內獲得各種熱源的最佳利用，即，對爐腔內微波場、底部加熱波紋盤和頂部加熱格柵元件的最佳利用。這種利用可以改善烹調的結果，並有可能使微波爐用於更廣泛的食物或盤裝食品，以及保持和改進微波爐對使用者的使用便利性。
一種按照本發明的微波爐的應用，該微波爐包括安置在爐內的轉動波紋盤、安置在爐腔頂板內的格柵元件、以及用於檢測由食物發散出的物質及指示食物狀態的溫度值的傳感器，該方法的特徵在於依據按食物的種類的類別信息及其初始狀態所選擇的以及提供給該微波爐的預編程的加熱或烹調程序，來對食物進行自動烹調或加熱。
按照本發明的方法和微波爐的其它區別特徵在各權利要求中予以引述。
優選的、非限制性的本發明實施例將參照附圖予以詳細描述。其中，
圖1顯示本發明的微波爐，其門是被敞開的。
圖2表明實施本發明方法時的微波爐的各有關的功能單元的方塊圖。
圖3表明用於控制單元的微處理器所控制的一個預編程烹調或加熱程序的流程圖。
圖1中表示的微波爐具有一個外殼1，一個用於關閉爐腔3的爐門2，在爐腔內設置了一個波紋盤4。波紋盤4是由小熱容的鋁板製成，它的下側有一層含橡膠的鐵氧體微波吸收層，最好所採用的鐵氧體材料有這樣的居裡點，在該居裡點上述的該層停止從微波中吸收能量，這意味著，與食物相接觸的波紋盤上側的溫度穩定在130-230℃的範圍內。波紋盤適宜於在烹調或加熱過程時進行轉動。SE專利說明書9003104-8以及申請人所設計的型號為VIP20和VIP27的微波爐中給出了一種簡便的波紋盤結構以及它的轉動機構。
微波通過一個或多個經波導連接到爐(見圖2)的微波輻射源20(通常為一個磁控管)的饋能口(未圖示)被饋入爐腔3。在圖示的爐內，磁控管、有關的波導系統、用於操作該磁控管的功率單元19、以及控制單元15被設置在控制面板5的後面。在一個優選的微波饋送系統的實施例中，使用一個上部的和一個下部的微波饋入口，這些饋入口設置在爐腔的右側壁上，而饋能系統的其餘部分被設計成可通過這些開口饋送極化的微波。有關微波饋送系統結構的更詳細信息，可參見SE專利說明書9003012-3以及在前面提到過的申請人的微波爐。
一個格柵元件(未圖示)例如採用SE專利說明書9201786-2描述的方式設置在爐腔的頂板內。格柵元件可以是一種所謂的「格柵管」(grill tube)、一種石英管或一種滷素輻射源。具體的設計情況可參見申請人設計的型號為VIP20的微波爐。
控制板5上有一個顯示器6，它由控制單元15控制(見圖2)，在其上還表示用於所選擇程序的符號或簡單的文字信息、剩餘的烹調或加熱時間，即確認使用者由控制面板所作出的選擇以及提供其它有關怎樣進行烹調或加熱的信息。
控制鈕7用於選擇向爐腔饋入微波以進行加熱的情況，鈕8用於激勵爐的格柵元件，由旋鈕9置定的希望的時間。這些基本功能選擇項具有與傳統微波爐等效的地方，並且還增補了本發明的功能選擇項，即由用於專門類型的食物的一定數目的預編程的烹調或加熱程序中進行選擇，同時利用直接激勵微波、波紋盤和格柵元件的相互作用。例如在僅涉及以直接激勵微波進行加熱的情況下，可用一種普通的轉動底盤來代替可轉動的波紋盤4。
鈕10和11分別用於開始和停止微波爐的工作。鍵組12用於輸入食物類別信息，由此選擇一個預編程的烹調或加熱程序。例如從頂至底的這些鍵鈕可以涉及加熱深凍的比薩餅、加熱深凍的甜餅、加熱深凍的土豆製品(例如土豆片)、以及加熱深凍的雞的各部位。操作某一個鈕時，同時輸入完整的食物類別信息，即有關食物類型和它的初始狀態(例如深凍)的信息。在一個改進的微波爐的實施例中，各鈕被分成兩組，由一組鈕輸入有關食物類型的信息，由另一組鈕輸入有關食物初始狀態的信息。在最簡單的本微波爐實施例中，僅使用一個食物類別，這意味著，僅僅需要一個鍵鈕。所有的鍵鈕、以及旋鈕和顯示器均與控制單元15相連。
在爐的上側，提供了與設置在爐腔3的頂板和外殼1之間的空間的爐腔的排氣通道(未圖示)相連通的排氣孔13。一個溼度傳感器和一個溫度傳感器被設置在排氣通道內，用於檢測排出空氣的溼度和溫度，它們相對於爐腔內烹調的食物狀態具有直接的關係。通常，溼度傳感器可以是一個能檢測從食物發散出的物質、溼氣、氣體等的傳感器(參見SE專利說明書9201314-2)。選擇傳感器和把它們放置在排氣通道內不是簡便的問題，本文對此不作詳細的詳述。
鑑於是以單相電源供電，微波爐具有帶插頭的電源軟線14。
圖2的方塊圖表示控制單元15和一個微處理器以及它的有關的程序儲存器16。通過方塊17，把使用者的信息輸入到控制單元，該方塊代表上述的控制鈕和旋鈕。控制單元控制顯示器6。控制單元15經由一個驅動器18和一個微波功率單元19控制微波輻射源20，從而控制微波向爐腔3的饋入。控制單元15經由一個驅動器21控制格柵元件22，從而控制饋入爐腔3的IR輻射。從該爐腔中由分別檢測爐腔的排氣通道內排出空氣的溼度和溫度的溼度傳感器23和溫度傳感器24把信息傳送到控制單元15。於是，烹調或加熱步驟的控制由完整的反饋過程來實現，以便使烹調或加熱步驟相對於食物初製品、初始溫度和電源電壓的變化的敏感度被減小。有關這些功能單元結構的更詳細信息，可參見上述專利和由申請人製造的微波爐。
在圖3，表明一個預編程的烹調或加熱程序的流程圖，它包括三個相繼的時間周期T1、T2、T3，每個周期有一個由食物類別來確定的最大持續時間。在各個周期進行時，微波的饋送及由此波紋盤以及格柵元件的激勵都按由食物類別所確定的功率值來進行。在有關的周期內，分別用於微波和格柵元件的功率值被表示為PM1、PM2、PM3和PG1、PG2、PG3。在各個周期，依據從溼度傳感器和溫度傳感器得到的信息，控制變量C由下式連續地進行計算。
在時間T1內，c＝a1·溼度增加＋b1·溫度；
在時間T2內，c＝a2·溼度增加＋b2·溫度；在時間T3內，c＝a3·溼度增加＋b3·溫度。其中，a1，a2，a3和b1，b2，b3是由食物類別確定的常數。
在各周期內，周期時間值逐漸遞減至零。在該時間已減至零，或在該控制變量超過一個分別由食物類別確定的c1，c2，c3值時，該周期被終止，並且開始下一個周期。在周期T3運行完時，該程序被終止。
每個食物類別的功率值PM1、PM2、PM3和PG1、PG2、PG3分別予以最佳化，在一個進一步研製開發的微波爐中，在時間周期內各功率值可以改變。同樣，所有的對應各個食物類別的參數a、b、c被予以最佳化。所提供的微波功率可以在不同的微波饋送口之間進行分配，以使能量在波紋盤給出的底部加熱和微波提供的食物內部加熱之間進行分配。這種分配可以利用SE專利說明書9302302-6中所描述的微波供給系統來實現。
圖3所示的流程圖所表明的程序具有下列的運行步，其中y代表「yes」(是)，N代表「no」(否)S1開始S2按食物類別置定時間T1、T2、T3。
S3微波功率為PM1，格柵具有的功率為PG1，時間減量為T1。
S4 T＝0？如果T1＝0，進行至S6；如果T1≠0，進行至S5。
S5計算C，C≥CI？如果否，返回至S3；如果是，進行至S6。
S6微波功率為PM2，格柵具有的功率為PG2，時間減量為T2。
S7 T2＝0？ 如果T2＝0，進行至S9；如果T2≠0，進行至S8。
S8計算c，c≥c2？如果是，進行至S9；如果否，回至S6。
S9微波功率為PM3，格柵具有的功率為PG3，時間減量為T3。
S10 T3＝0？如果T3＝0，進行至S12；如果T3≠0，進行至S11。
S11計算c，c≥c3？如果是，進行至S12；如果否，回至S9。
12程序終止。
在微波爐設置了對控制單元15提供有關食物重量信息的裝置的情況時，步S13涉及一種可能進一步發展的控制程序。例如，這可以通過安排圖1中的旋鈕9來執行，使其在利用本發明的自動控制程序時，還起到作為置定食物重量的裝置的作用。或者，微波爐可以在其中鄰近轉動波紋盤處設置一個重量傳感器25(見圖2)，例如SE專利說明書9300291-3中所介紹的設計方案。
依據重量信息w，微處理器計算程序中的各個時間周期的預期的持續時間T1e，T2e，T3e如下T1e＝k1·wT2e＝k2·wT3e＝k3·w其中，k1，k2，k3是取決於食物類別的常數。
需要明白，那些本技術領域的技術人員完全可以進一步開發本發明範圍內所描述的程序，例如，在開始該程序時，排出空氣的溫度可予以檢測，並且，在實施該程序時所用的參數信息可以依據傳感器檢測的溫度予以校正。於是，使用者可消除在開始時對進行加熱的微波爐的任何影響。其它改進的可能性將是引入一種用於檢測波紋盤溫度的溫度傳感器，以及使用所檢測的溫度去控制微波輻射源和格柵元件。在實施該方法時，可以使用所謂模糊邏輯判定。由此所派生出的任何變更均被認為包含在所附的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種控制烹調或加熱微波爐內食物的過程的方法，其中通過利用爐的微波輻射源(20)以及以一种放置食物的盛器、盤或承載器形式的可微波激勵的底部加熱器(4)來控制進行烹調或加熱，該輻射源和底部加熱器作為可由微波爐的控制單元(15)控制的分立的食物加熱源起作用，其特徵在於包括下列步驟對微波爐提供有關食物類別的信息；依據所提供的食物類別選擇烹調或加熱程序，劃分成一個或多個時間周期(T1，T2…)；在每個時間周期內，按根據所選擇的程序的功率值激勵所述的熱源；在每個時間周期內，依據一個或多個檢測食物狀況的傳感器得到的一個或多個檢測參數、以及由食物類別確定的參數信息來計算一個控制變量(c)；在開始該程序之後，將各時間周期由食物類別確定的最大值遞減到零；在時間周期已遞減至零、或控制變量的計算值超過由食物類別確定的值(c1，c2…)時，終止各時間周期；和在所有的時間周期已運行完時終止該程序。
2.如權利要求1的方法，其中所述的微波爐還包括一個頂部加熱器，它以一種格柵元件或某些其它等效的電紅外輻射元件的形式作為一個附加的可控制的熱源，其特徵在於，按照所選擇程序來激勵所述的頂部加熱器。
3.如權利要求1的方法，其中所述的程序被分成時間周期T1，T2，…Tn，在每個時間周期內，一個或多個檢測參數x1，x2，…xk被檢測，其特徵在於，在各時間周期內，對每個檢測參數選擇一個有關的常數a1，a2，…an；b1，b2，…bn；k1…kn；作為所述的參數信息。
4.如權利要求1的方法，其特徵是，在時間周期Tn內，按下式進行控制變量c的計算c＝an·x1＋bn·x2＋…＋kn·xk
5.如權利要求4的方法，其中所述程序包括兩個時間周期T1，T2，在這兩個周期內兩個傳感參數x1，x2被加以檢測，其特徵在於，按下式計算該控制變量cc＝a1·x1＋b1·x2(在時間周期T1內)；c＝a2·x2＋b2·x2(在時間周期T2內)。
6.如權利要求1的方法，其特徵在於，利用微波爐內排出空氣的溼度增加量和溫度作為檢測參數。
7.如權利要求1的方法，其中利用爐腔排出空氣的溫度作為檢測參數，其特徵在於，檢測排出空氣的初始溫度，並把所得的校正值引入所述的參數信息中。
8.如權利要求1的方法，其中所述的微波爐還包括用於輸入或檢測食物重量的裝置，其特徵在於，藉助於控制單元，依據有關食物的重量w的信息和由食物類別確定的常數ki，按下式計算烹調或加熱程序的各時間周期Ti的預期的時間TieTie＝ki·w其中，i＝1，2，3，Tie是時間周期的預期的時間，ki是由食物類別確定的常數，w是食物的重量；以及利用時間周期內的預期的時間計算值對烹調或加熱過程進行附加監控。
9.一種微波爐，包括一個爐腔(3)、一個用於把微波饋入爐腔內的微波輻射源(20)、一個以其上放置供烹調或加熱食物的盛器、盤或承載器的形式的可微波激勵的底部加熱器(4)、一個用於控制底部加熱器和對爐腔的微波饋送的控制單元(15)、以及一個或多個用於檢測一個或多個指示食物狀態的檢測參數並將其提供給控制單元的傳感器(23，24)，其特徵在於，具有用於對控制單元提供有關食物的類別信息的裝置(12)，並且，對控制單元的微處理器(16)進行編程以便能執行下述的功能根據所提供的食物類別信息，選擇一個烹調或加熱程序，劃分成一個或多個時間周期(T1，T2，…)；按依據選定程序的功率值激勵微波輻射源，並從而激勵底部加熱器；依據從所述的一個或多個傳感器獲得的參數值以及由食物類別確定的一個或多個有關的常數(c)，在每個時間周期內進行對控制變量(c)的計算；在開始程序之後，將各時間周期由食物類別確定的最大值遞減至零；在各時間周期遞減至零或控制變量的計算值超過由食物類別確定的值(c1，c2，…)時，終止各時間周期；在所有的時間周期已被運行完時，終止該程序。
10.如權利要求9的微波爐，設有用於爐腔排氣的排氣通道，其特徵在於，一個溫度傳感器(24)和一個溼度傳感器(23)被分別設置在排氣通道內，以檢測排出空氣的溫度和溼度作為檢測參數，在整個烹調或加熱過程內這些傳感器一直保持在工作狀態。
11.如權利要求10的微波爐，其特徵在於，對控制單元(15)的微處理器(16)進行編程，以便從溫度傳感器得到在烹調或加熱程序開始時排出空氣的溫度值，並根據所得到的溫度值來調整該程序。
12.如權利要求9的微波爐，其特徵在於，用於提供食物類別信息的裝置(12)適用於提供有關爐內放置食物的類型和狀態的參數，該參數對應於一個存儲在控制單元中的烹調或加熱程序。
13.如權利要求9的微波爐，其特徵在於，提供食物類別信息的裝置(12)包括提供食物類型參數的第一裝置和提供食物的狀態參數的第二裝置，這些參數的組合對應於存儲在控制單元內的烹調或加熱程序。
14.如權利要求9的微波爐，其特徵在於，設有一個帶有顯示器(6)的控制面板(5)，該顯示器(6)適於表示出指示所選擇的烹調或加熱程序的標記、符號或簡單的文字信息。
15.如權利要求9的微波爐，它設有一個以格柵元件或某些其它等效的電的IR輻射元件形式的頂部加熱器，該頂部加熱器由控制單元(15)控制，其特徵在於，按照由激勵時間和加熱效果選擇的程序來控制頂部加熱器。
16.如權利要求15的微波爐，其特徵在於，設有一個由小熱容和良好熱導性的金屬製做的旋轉波紋盤(4)，在其下側設置有一層微波吸收層，一個格柵元件設置在爐腔的頂板內，微波爐裝設有一個微波饋能系統，其饋入口位於與波紋盤(4)相同的水準上並適用於饋送極化的微波至所述的微波吸收層，所提供的極化的微波的E或H矢量基本上取向在所述層的平面內。
17.如權利要求9的微波爐，其特徵在於，控制單元(15)適用於利用食物重量(w)作為一個附加的控制參數，由重量傳感器(25)或用於輸入重量測量值的裝置(9)來提供該食物重量的信息，該重量傳感器靠近盛器、盤或承載器(4)設置，該控制單元依據食物的重量和由食物類別確定的常數(k1，k2，…)來計算所選擇程序的時間周期(T1e，T2e，…)的預期時間。
18.一種微波爐的應用，該微波爐具有一個設置在爐腔(3)內的轉動波紋盤(4)、一個設置在爐腔的頂板內的格柵元件、和用於檢測從食物發散的物質及指示食物狀態的溫度值的傳感器(23、24)，以便按照預編程的烹調或加熱程序自動烹調或加熱食物，所述的預編程的烹調或加熱程序可以根據有關供入爐內的食物的類型和它的初始狀態的信息來選擇。
全文摘要
本發明公開一種用於控制微波爐的方法、一種微波爐以及應用微波爐自動烹調或加熱食物。依據食物的類型和初始狀態的食物類別信息提供給微波爐，以選擇相應的預編程控制程序。該控制程序分成多個時間周期，在所述周期內，爐的微波輻射源、微波激勵波紋盤(4)和格柵元件被激勵到由該程序確定的功率值上，該程序的實施可由一個或多個用於檢測食物的溼氣發散或其它物質發散和/或食物溫度的傳感器來監控。
文檔編號H05B6/80GK1128336SQ95106559
公開日1996年8月7日 申請日期1995年6月13日 優先權日1994年6月13日
發明者I·M·貢納, K·I·比爾吉塔 申請人:惠而浦歐洲有限公司