TWI845075B - 烘焙機及其溫度控制方法 - Google Patents
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Abstract
一種烘焙機的溫度控制方法，包括有：選擇欲執行的第一及第二溫度控制目標曲線；即時獲取一第一溫度感測器所測得的第一溫度，其中第一溫度感測器設置於一殼體所圍成之容置空間內；即時獲取一第二溫度感測器所測得的第二溫度，其中第二溫度感測器設置於殼體之外側；根據第一溫度與第一溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第一控制值；根據第二溫度與第二溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第二控制值；將第一控制值與第二控制值加權計算，得出一第三控制值；以第三控制值控制烘焙機的輸出功率。本發明更提供一種應用上述方法的烘焙機。
Description
本發明與烘焙機有關，尤指一種以雙數據進行溫度控制的烘焙機及其溫度控制方法。
咖啡、茶葉等飲料廣受現代民眾喜愛，不僅因為其提神的實用價值，近年來更已蔚為一種彰顯個人品味的休閒潮流，因此咖啡及茶葉的風味是其重要指標，各商家、業者無不鑽研如何讓咖啡及茶葉更加好喝的方法。根據經驗，咖啡豆或茶葉的烘焙過程是影響風味的主要因素，不同的烘焙溫度可以產生不同的風味。換言之，若欲製作某種特定風味的咖啡或茶葉，則必須使烘焙溫度嚴格符合其對應的條件，否則將會製作不出該風味的成品。
據前述，則有許多可以控溫的烘焙機產品問世。這些習知的烘焙設備會監測一項數據，可以是被烘焙物的溫度，甚至是顏色等，並根據這個數據控制加熱器的輸出功率，使烘焙溫度維持在所需的範圍內。
然而烘焙機在加熱過程中，雖然已經依據所監測的數據對加熱器的輸出功率加以控制了，但實際上加熱器除了對被烘焙物加熱之外，烘焙機本身也吸收、儲蓄了熱能，導致其在溫度提升之後將會釋出輻射熱，相當於是
另一個熱源。被烘焙物接收了額外的熱能，則可能導致其溫度偏離預定的控溫進程，造成烘焙失敗的結果。
為解決前述問題，本發明提供一種烘焙機的溫度控制方法，其中該烘焙機具有一殼體，該殼體圍有一容置空間，該溫度控制方法包括有：選擇欲執行的一第一溫度控制目標曲線及一第二溫度控制目標曲線；即時獲取一第一溫度感測器所測得的第一溫度，其中該第一溫度感測器設置於該容置空間內；即時獲取一第二溫度感測器所測得的第二溫度，其中該第二溫度感測器設置於該殼體之外側；根據該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第一控制值；根據該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第二控制值；將該第一控制值與該第二控制值加權計算，得出一第三控制值；以該第三控制值控制烘焙機的輸出功率。
較佳地，該殼體為該烘焙機之一內膽，且該烘焙機還具有一外膽，該第二溫度感測器設置於該內膽與該外膽之間的一夾層空間內。
更進一步地，該夾層空間填塞有保溫隔熱材料，該第二溫度感測器設置於該保溫隔熱材料之中。
較佳地，該第二溫度控制目標曲線以該第一溫度控制目標曲線經加權計算而得。
上述該第一控制值由該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線的差距，計算其比例、積分及微分值而生成。
上述該第二控制值由該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線的差距，計算其比例、積分及微分值而生成
本發明更提供一種烘焙機，其包括有：一殼體，該殼體圍有一容置空間；一第一溫度感測器，其設置在該容置空間內；一第二溫度感測器，其設置於該殼體之外側；一控制單元，其與該第一溫度感測器及該第二溫度感測器電性連接，該控制單元依據該第一溫度感測器及該第二溫度感測器所測得之溫度數據計算出一控制值，並據以控制該烘焙機的輸出功率。
較佳地，該殼體為該烘焙機之一內膽，且該烘焙機還具有一外膽，該第二溫度感測器設置於該內膽與該外膽之間的一夾層空間內。
更進一步地，該夾層空間填塞有保溫隔熱材料，該第二溫度感測器設置於該保溫隔熱材料之中。
較佳地，該控制單元為一比例-積分-微分控制器，該控制單元依所選擇的第一溫度控制目標曲線計算生成一第二溫度控制目標曲線，該第一溫度感測器測得即時的一第一溫度，該第二溫度感測器測得即時的一第二溫度，該控制單元依該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線的差距，計算其比例、積分及微分值而生成一第一控制值，且依該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線的差距，計算其比例、積分及微分值而生成一第二控制值，再將該第一控制值與該第二控制值經加權計算得出一用以控制該烘焙機輸出功率之第三控制值。
較佳地，該烘焙機設有一輸入單元，用以選擇內建於該控制單元之至少一個第一溫度控制目標曲線。
1:烘焙機
10:容置空間
11:殼體/內膽
12:外膽
13:夾層空間
14:保溫隔熱材料
15:輸入單元
2:加熱器
3:內桶
41:第一溫度感測器
42:第二溫度感測器
圖1為本發明烘焙機之立體示意圖；圖2為本發明烘焙機之剖面示意圖；圖3為本發明溫度控制方法之流程圖。
請參閱圖1、2，所示者為本發明提供之烘焙機1，其具有一呈筒狀之殼體而圍有一容置空間10，該容置空間10可供置入一盛裝被烘焙物(例如咖啡豆、茶葉等)的內桶3。於本實施例中，該殼體係做為一內膽11，而在其外側更設置一外膽12，其中內膽11與外膽12之間形成有一夾層空間13，於本實施例中，該夾層空間13可以保溫隔熱材料14填滿，舉例來說，保溫隔熱材料14可以為吸熱棉。該容置空間10中設置有與一控制單元(圖中未示)電性連接之加熱器2，其輸出功率係受到該控制單元控制、調整。
鑒於烘焙過程中該保溫隔熱材料14會吸取、蓄積熱能，而在升溫後會釋出輻射熱，導致被烘焙物受到加熱器2以外的額外熱能影響，本發明之烘焙機設置有兩個溫度感測器，其中一第一溫度感測器41係設置在烘焙機之容置空間10中，其穿過內桶3而伸入被烘焙物堆中，用以偵測被烘焙物的溫度；另一第二溫度感測器42係埋設在該夾層空間13之保溫隔熱材料14中，用以偵測該保溫隔熱材料14的溫度，這兩個溫度感測器41、42所蒐集的溫度數據將做為
控制加熱器2輸出功率的參考。於本實施例中，該第一及第二溫度感測器41、42係採用K-type的熱電偶。
上述兩個溫度感測器41、42電性連接至該控制單元，俾供該控制單元接收烘焙機兩個位置的溫度數據後，經由計算而生成控制烘焙機加熱器2輸出功率的訊號。於本實施例中，該控制單元為一比例-積分-微分控制器(PID控制器)，其由比例單元(Proportional)、積分單元(Integral)和微分單元(Derivative)組成，分別對應烘焙過程的目前誤差、過去累計誤差及未來誤差，以計算烘焙機的加熱器須輸出多少功率。
藉由上述結構，本發明烘焙機的溫度控制方法如圖3所示，包括有：選擇欲執行的一第一溫度控制目標曲線及一第二溫度控制目標曲線；即時獲取第一溫度感測器所測得的第一溫度；即時獲取第二溫度感測器所測得的第二溫度；根據該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第一控制值；根據該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第二控制值；將該第一控制值與該第二控制值加權計算，得出一第三控制值；以該第三控制值控制烘焙機的輸出功率。
上述方法中，首先在烘焙機的一輸入單元15上選擇欲執行的一第一溫度控制目標曲線，該第一溫度控制目標曲線代表被烘焙物隨著烘焙時間進行的目標溫度，其可以是該控制單元所內建的基礎檔案，也可以是使用者儲存在該控制單元內的自訂檔案。
接著，該控制單元依據所選擇的第一溫度控制目標曲線計算生成一第二溫度控制目標曲線，該第二溫度控制目標曲線代表位於烘焙機內膽與外膽之間的保溫隔熱材料隨著烘焙時間進行的目標溫度，於本實施例中，該第二溫度控制目標曲線係以使用者所選擇的第一溫度控制目標曲線為基礎，經由加權計算而得到。上述計算所取的權重係以加熱過程中被烘焙物與保溫隔熱材料的平均溫度差異估測而得，例如1.15。
決定了第一及第二溫度控制目標曲線之後，接著在實際進行加熱的過程中，透過第一溫度感測器即時地偵測被烘焙物的第一溫度，以及透過第二溫度感測器即時地偵測保溫隔熱材料的第二溫度。該控制單元接收第一溫度的數據後，將其與該第一溫度控制目標曲線比較，計算二者的比例、積分及微分值，進而生成一可供控制烘焙機輸出功率的第一控制值；此第一控制值係代表依據被烘焙物的即時溫度對加熱器的調節控制。同時，該控制單元接收第二溫度的數據後，將其與該第二溫度控制目標曲線比較，計算二者的比例、積分及微分值，進而生成一可供控制烘焙機輸出功率的第二控制值；此第二控制值係代表依據保溫隔熱材料的即時溫度對加熱器的調節控制。
承上，該控制單元更進一步地將該第一控制值與該第二控制值分別賦予權重，再進行加權計算以得出一第三控制值，並最終據此第三控制值控制加熱器的輸出功率。該第三控制值所代表的意義是本發明的控制方法同時充分考慮了被烘焙物及夾層空間的溫度，回饋形成閉迴路控制系統，進而施予加熱器最合適的調節控制，以更加精準地控制被烘焙物的實際溫度，令其溫度變化軌跡更加符合預定的第一溫度控制目標曲線，據此降低保溫隔熱材料所蓄積的熱能對被烘焙物的額外影響，進而減少烘焙失敗的機率。
惟以上實施例之揭示僅用以說明本發明，並非用以限制本發明，舉凡等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。
綜上所述，可使熟知本領域技術者明瞭本發明確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰依法提出申請。
Claims (11)
- 一種烘焙機的溫度控制方法，其中該烘焙機具有一殼體，該殼體圍有一容置空間，該溫度控制方法包括有：選擇欲執行的一第一溫度控制目標曲線及一第二溫度控制目標曲線；即時獲取一第一溫度感測器所測得的第一溫度，其中該第一溫度感測器設置於該容置空間內；即時獲取一第二溫度感測器所測得的第二溫度，其中該第二溫度感測器設置於該殼體之外側；根據該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第一控制值；根據該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線，計算出可供控制烘焙機輸出功率的第二控制值；將該第一控制值與該第二控制值分別經加權計算，得出一第三控制值；以該第三控制值控制烘焙機的輸出功率。
- 如請求項1所述之烘焙機的溫度控制方法，其中，該殼體為該烘焙機之一內膽，且該烘焙機還具有一外膽，該第二溫度感測器設置於該內膽與該外膽之間的一夾層空間內。
- 如請求項2所述之烘焙機的溫度控制方法，其中，該夾層空間填塞有保溫隔熱材料，該第二溫度感測器設置於該保溫隔熱材料之中。
- 如請求項1所述之烘焙機的溫度控制方法，其中，該第二溫度控制目標曲線以該第一溫度控制目標曲線經加權計算而得。
- 如請求項1所述之烘焙機的溫度控制方法，其中，該第一控制值由該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線的差距，計算其比例、積分及微分值而生成。
- 如請求項1所述之烘焙機的溫度控制方法，其中，該第二控制值由該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線的差距，計算其比例、積分及微分值而生成。
- 一種烘焙機，其包括有：一殼體，該殼體圍有一容置空間；一第一溫度感測器，其設置在該容置空間內，用以獲取即時的一第一溫度；一第二溫度感測器，其設置於該殼體之外側，用以獲取即時的一第二溫度；一控制單元，其與該第一溫度感測器及該第二溫度感測器電性連接，該控制單元具有一第一溫度控制目標曲線及一第二溫度控制目標曲線，該控制單元依該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線的差距計算出一第一控制值，且依該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線的差距計算出一第二控制值，再將該第一控制值與該第二控制值分別經加權計算得出一第三控制值，並據以控制該烘焙機的輸出功率。
- 如請求項7所述之烘焙機，其中，該殼體為該烘焙機之一內膽，且該烘焙機還具有一外膽，該第二溫度感測器設置於該內膽與該外膽之間的一夾層空間內。
- 如請求項8所述之烘焙機，其中，該夾層空間填塞有保溫隔熱材料，該第二溫度感測器設置於該保溫隔熱材料之中。
- 如請求項7所述之烘焙機，其中，該控制單元為一比例-積分-微分控制器，該第一控制值係由該控制單元計算該第一溫度與該第一溫度控制目標曲線之間的比例、積分及微分值而得，該第二控制值係由該控制單元計算該第二溫度與該第二溫度控制目標曲線之間的比例、積分及微分值而得，該第二溫度控制目標曲線係由該控制單元依該第一溫度控制目標曲線經加權計算而得。
- 如請求項7所述之烘焙機，其中，該烘焙機設有一輸入單元，用以選擇內建於該控制單元之至少一個第一溫度控制目標曲線。
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