咖啡机的自动剂量控制的制作方法

专利名称：咖啡机的自动剂量控制的制作方法
技术领域：
0001本发明涉及蒸馏咖啡制作机且特别是可自动控制剂量的蒸馏咖
啡制作机。
背景技术：
0002大多数国内的蒸馏咖啡机缺乏测量煮好的咖啡的输出剂量的有 效方式。 一些机器使用流量传感器监测流量，所述流量传感器测量抽入 加热器(thermal block)或锅炉的水量。以这种方式工作需要假设抽入加 热器或锅炉的量等于从过滤器/滤器手柄(portafilter)流出到用户的杯子 中的量。但是，这种假设不总是成立的。这是因为流到锅炉或加热器的 一些水最终变成残渣或通过吸收或发生在过滤器、加热器或锅炉内的其 它损耗被捕获。尽管测量流出锅炉或加热器的流量更为准确，但低成本 的流量传感器被认为是不合适的，因为它们会受到高温及与加热器或锅 炉的液体释放系统下游有关的污染的不利影响。

发明内容
0003本发明的一个目标是提供蒸馏咖啡机中自动剂量控制的方法和 装置，所述咖啡机使用位于锅炉或加热器的上游的流量传感器。
0004本发明的另一目标是提供具有流量传感器的咖啡机，所述流量 传感器位于锅炉或加热器的上游，以达到感测系统中流速变化的目的， 从而实现自动的剂量控制。
0005本发明的又一目标是提供一种在剂量可控的咖啡机中有效利用 低成本流量传感器的方法。
0006为此，本文提供了一种剂量控制系统，其包括位于咖啡机中锅 炉或加热器上游的流量传感器。在优选的实施例中，流量传感器位于抽 水机(pump)的上游。在特定的优选实施例中，流量传感器和流速监测
器用来通过感测流速变化确定咖啡机释放的咖啡量。


0007图1是图解说明根据本发明的装置的示意流程图；0008图2是图解说明根据本发明的方法的示意流程图；0009图3是图解说明使用锅炉时流速和流出量随时间变化的图形； 及
0010图4是图解说明使用加热器时流速和流出量随时间变化的图形。
具体实施例方式
0011蒸馏咖啡机/咖啡机(espresso)的基本组成部分是水槽、抽水机、 加热装置和过滤器。为达到本发明的目的，加热装置可以是锅炉或加热 器。过滤器是带有手柄的过滤器。水在加热装置中被加热，然后在流出 过滤器之前流经盛在过滤器中的被碾碎的咖啡直接流入诸如杯子等容器 内。抽水机是机器的重要组件，因为优质的咖啡必须在气压下煮沸。在 咖啡机中在15或19巴的气压下从水槽抽水的抽水机很常见。
0012可以看出，用在咖啡机中的抽水机的流速是出口气压的函数。 在零气压或低气压时将达到最大流速，而当抽水机在其最高气压下释放 时将达到最小流速。
0013在咖啡机中，当水被抽入系统中时，加热装置(锅炉或加热器) 使气压增大。从加热装置输出的液体通常由减压类型排放阀或微处理器 控制的螺线管控制。因此，咖啡机中气压的增大依赖于该排放阀或被微 处理器控制的螺线管的状态、过滤器中使用的咖啡量、过滤器中咖啡的 捣实(tamping)程度和过滤器类型。
0014当用户请求咖啡剂量时，抽水机的电源会使抽水机持续向加热 装置中释放水。气压在加热装置中积聚直到阀或微处理器控制的螺线管 打开。 一旦排放阀(或螺线管)打开，气压又开始在过滤器中积聚直到 气压增大到足以从过滤器中释放咖啡。 一旦系统在此气压下保持相对稳 定，流速将保持相对不变并且抽入加热装置和过滤器中的水量将基本等 于从过滤器释放到杯子中的量。0015因此，可以看出，对流速随时间变化的持续监测指示了咖啡机 开始排放及具有稳定流速的时间点。这样，稳定排放的开始发生于流速 稳定的时间点。因此，即使流量传感器位于水槽和抽水机之间，对流量 传感器的信号进行处理以确定流速以及流速随时间的变化仍可以测量出 从过滤器滴入杯子的准确量。
0016如图1所示，低成本流量传感器IO诸如DIGMESA模式974-8502
被置于水源诸如水槽11和咖啡机的抽水机12之间。可替代地，它可被 置于抽水机的下游，例如抽水机12和加热装置13之间的流体中。诸如 ULKA 19巴气压的抽水机被认为是此环境下的典型。抽水机12将加压水 流释放到加热装置13中。加热装置进一步包括排放阀或减压阀或微处理 器控制的螺线管14，其阻止流体进入杯子15直到气压超过预先设立的限 制(约5巴)或者当微处理器发送信号以打开螺线管时。在此实施例中， 流量传感器10向流速监测器和流速积分器(integrator)或流量/容积计数 器16提供周期性的信号。以下将说明，流速监测器和流量计数器16向 抽水机控制装置或微处理器17提供信号，所述抽水机控制装置或微处理 器17控制提供给抽水机12的功率。在此实施例中，流速监测器和流量 计数器16以微处理器的形式有规律地感测并监测由流量传感器10在给 定的时间间隔测量的随时间变化的流速。
0017微处理器具有一个子程序，被称为定时器中断子程序。在该子 程序中微处理器计算给定时间间隔内两个连续的流速的流速差。微处理 器确定流速在可接受的容限内是否稳定。这是通过读取连续的流速、计 算读数的平均值、及使用常数乘以最终得到的平均数来实现，所述常数 取决于装置中使用的流量传感器和抽水机的类型。这样，微处理器能够 比较瞬时流速和正常稳定的流速，并将稳定性确定为正常流速的百分比。
0018微处理器持续监测流速在连续读数间的变化并确定流速是否落 入可接受的容限内。如果流速的变化不在可接受的容限内，则可认为流 速发生显著的偏离且系统内的气压仍在上升。气压的变化表明释放阔/输 送阀(delivery valve)或微处理器控制的螺线管14不是打开的或没有从
过滤器中开始释放咖啡并且由于这个原因，流速的变化相对于可接受的 容限的偏离导致流量计数器16被重置为零。
0019当微处理器发现持续且稳定的流速时，可以认为其暗示着释放 阀或螺线管14是打开的且过滤器的内部气压达到了开始从过滤器中释放 咖啡的气压。在这一点上，流量计数器开始计数流量。 一旦流量达到用 户设定的目标释放量，则流量计数器停止且微处理器关闭抽水机12。例 如，请求单杯咖啡或单剂量咖啡的用户会收到约30ml剂量的咖啡，而两 杯的请求将产生60ml的释放剂量。该装置可设有量调整装置，用户可以 从该量调整装置中指定或预先确定多个剂量或释放的液体咖啡的具体
0020以上引用的微处理器具有的另一特征是试图克服与最初空的加 热装置关联的释放量的误差。在空的加热装置和过滤器的示例中，与系 统的容量相比，30ml水释放量较小。如果装置最初以完全空的加热装置 和过滤器启动，则由抽水机释放到系统的30ml可能无法使系统中的气压 增大到足以显示流速的显著下降。这样，抽水机会全速运行且流量传感 器将检测到高的、不变的流速，该流速接近零气压时的流速。这样，微 处理器可能无法检测流速(或气压)下降，甚至是在系统中抽取30ml后。 结果，流量计数器16无法重置为零并将达到目标量，从而导致即使没有 咖啡从过滤器脱离进入杯子里抽水机也被关闭。为了避免这种问题，微 处理器被配置为存储被称为X,(或流速常数)值的常数。X,值基于抽水 机的类型、流量传感器的类型及使用的加热装置和过滤器的类型来确定。 当流速高于&常数时，微处理器认为流速是与忽略的气压有关联的流速 并且微处理器因此将流量计数器重置为零。这种行为防止微处理器的流 量计数器过早达到目标量。
0021微处理器的主循环的操作顺序如图2所示。当用户请求释放一 份剂量咖啡时，微处理器启动抽水机20。接下来，微处理器确定流速是 否大于X,常数21。如果流速大于X,常数，则流量计数器被重置22。如 果流速比X,常数小，则微处理器确定流速变化是否大于可接受的容限23。 如果流速变化大于可接受的容限则流量计数器被重置22。如果流速变化 比容限小，则从容积计数器中读数24。如果容积读数表示释放量等于或 大于目标量25，则抽水机被停止26。如果释放量的读数小于目标量，则 微处理器循环返回到流速与X,速率常数或值比较的点21。请注意当容积
计数器被重置22时，实时容积计数器基于数字流量传感器的输出28重 新开始总流量的计数27。在比较流量和目标值25之前的时间点实时计数 器的输出被提供给微处理器24。实时容积计数器可以和微处理器或抽水 机控制装置分离或集成。
0022图3图解说明(25秒时间间隔内)流速30和测量流量的测量值， 流速30利用流量传感器进行测量，测量流量利用参考图1公开的流量传 感器10、速率监测器和流量计数器16来确定。此图示说明中包含的测量 在具有18巴抽水机和150立方厘米(cc)锅炉的咖啡机中进行。在测量 过程开始时，锅炉是空的。如图3所示，当锅炉加水时流速最初是高的 32。由于X,值太高，所以没有流量的计数。当锅炉持续加水时，流速开 始逐渐降低33直到释放阀14打开时34。流速最初是稳定的，之后下降 直到咖啡开始流出过滤器时35。请注意，当释放阀14打开时流量计数器 第一次重置为零36，且当咖啡开始流出过滤器时流量计数器再次重置为 零37。在这个时间点之后，当系统处于稳定的流速状态时38，流量传感 器和流量计数器持续向微处理器传递读数。 一旦达到目标量39，如所期 望的一样抽水机被关闭且流速下降40。请注意就在打幵排放阀34及从过 滤器开始排放35之前，不可接受的流速变化会导致流量计数器的重置36、 37。
0023图4图解说明23秒时间间隔内对实际流速和测量流量的测量， 实际流速是由流量传感器进行测量，测量流量利用参考图1公开的流量 传感器10、速率监测器和流量计数器16来确定。该图解说明中包含的测 量在具有15巴抽水机和加热器的咖啡机中进行。在测量过程开始时，加 热器和过滤器是空的。如图4所示， 一旦抽水机启动41，流速是高的， 当加热器和过滤器加水时流速达到相对稳定的最大值42。由于X!值太高， 所以没有进行容积计数。流速最初是稳定的，之后随着系统持续加水， 流速开始逐渐降低43直到咖啡开始流出过滤器45。请注意，直到流速相 对稳定在小于X,的值45，流量计数器才重置为零46。
0024此时间点以后，当系统处于稳定的流速状态时49，流量传感器 和流量计数器持续向微处理器传递读数。 一旦达到目标量48，抽水机即 被关闭。当用户选择的量或所选剂量的数目等于由以上方法和硬件确定的释放量时，抽水机控制装置将关闭抽水机。请注意就在发出开始从过 滤器中进行排放的信号的稳定时间间隔之前45，不可接受的流速变化会
导致流量计数器的重置46。
0025尽管本发明已经公开了有关结构的特定细节，但应当理解这些 细节通过示例的方式被提供且并不局限于本发明的范围或精神。
权利要求
1.一种咖啡制作装置，其包括水源；过滤器；抽水机；测量来自所述抽水机的流体的流量传感器；加热装置，所述抽水机向所述加热装置释放流体；控制所述抽水机的微处理器，所述微处理器接收所述流量传感器的输出并根据所述输出确定流速；所述微处理器适于基于所述流速随时间的变化确定由所述抽水机释放通过所述过滤器的流量以及在目标量已经从所述过滤器中被排放时关闭所述抽水机。
2. 根据权利要求l所述的装置，其中 所述加热装置是加热器。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中 所述加热装置是锅炉。
4. 根据权利要求l-3任一项所述的装置，其中所述微处理器适于基于流速稳定的确定开始测量由所述抽水机释放 通过所述过滤器的流量。
5. 根据权利要求4所述的装置，其中-所述微处理器利用流速常数被编程，并且如果所述流速大于所述常 数，则将流量计算结果重置为零。
6. 根据权利要求l-5任一项所述的装置，其中 所述流速相对于预定容限的偏离会导致所述微处理器中的流量计数 器重置为零。
7. 根据权利要求l-6任一项所述的装置，其中所述目标量可由用户选择为通过所述过滤器的一份剂量或两份剂量 的咖啡。
8. 根据权利要求l-7任一项所述的装置，其中 所述水源是所述装置中的水槽。
9. 一种确定由咖啡机释放的咖啡量的方法，所述咖啡机具有水源、 过滤器、抽水机、位于所述水源和所述抽水机之间的流量传感器，所述 抽水机向其释放水流的加热装置、控制所述抽水机的微处理器，所述方法包括以下步骤利用所述微处理器接收所述流量传感器的输出，并根据所述输出和时间确定流速；利用所述微处理器基于流速和时间的变化确定由所述抽水机释放通 过所述过滤器的流量以及在目标量已经从所述过滤器中被排放时关闭所 述抽水机。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述微处理器适于基于流速稳定的确定开始测量由所述抽水机释放 通过所述过滤器的流量。
11. 根据权利要求9或IO所述的方法，其中采用流速常数对所述微处理器编程，并且如果所述流速大于所述常 数，则将流量计算结果重置为零。
12. 根据权利要求9-ll任一项所述的方法，其中所述流速相对于预定容限的偏离会导致所述微处理器中的流量计数器重置为零。
13. 根据权利要求9-12任一项所述的方法，其中所述目标量可由用户选择为通过所述过滤器的一份剂量或两份剂量 的咖啡。
14. 根据权利要求l-8任一项所述的装置，其中 所述流量传感器位于所述抽水机和所述水源之间。
15. 根据权利要求l-8任一项所述的装置，其中 所述流量传感器位于所述抽水机和所述加热装置之间。
16. 根据权利要求l-6任一项所述的装置，其中 所述目标量可由用户选择为通过所述过滤器的被测量的咖啡量。
全文摘要
一种具有流量传感器的咖啡机，所述流量传感器位于锅炉或加热器的上游以达到感测系统中流速变化的目的，从而实现自动的剂量控制。
文档编号A47J31/24GK101355898SQ200680050627
公开日2009年1月28日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年1月5日
发明者L·S·维达纳佳玛格登 申请人:布瑞威利私人有限公司