本帖最后由 诸葛奉先 于 2022-11-16 12:47 编辑
前言 读书的时候养成了喝咖啡的习惯，一直独爱摩卡壶，喜欢其甘冽的口感，以及“煮”的过程，之前也在本论坛写了一篇专门的帖子对使用体验进行了分享。摩卡壶虽然悠闲但时间久了也有点单调，于是就入了一台简易的意式咖啡机作为调剂，考虑到家中只有我喝咖啡，使用时间也仅限于周末，设备利用率实在是太低，于是就选择了各大平台的入门爆款。 时过境迁，几个朋友开了咖啡店，导致我对咖啡品质要求也水涨船高，这个入门级的玩具机也完全满足不了我的需求，遂决定对其进行参数化改造，除了稍微升级下自己的咖啡体验也借此机会深入了解下咖啡机的结构与原理，为后期改造另一套58mm系统的咖啡机积累经验。
改造前留念，旁边是小飞鹰磨豆机，也是近期另一个项目的主角。
2022年6月完成小飞鹰的改造，至此对咖啡设备的研究告一段落。
一、改造理念 首先解释一下什么叫“参数化”，在不同的领域中意义并不完全相同，但是在机械工程领域的大意是对一个变量较多的过程的全部参数或部分参数进行量化，一方面便于复现复杂的过程，另一方面可以使用数学工具对复杂过程进行分析或调整。从我们的日常生活中举个例子，传统中餐描述烹饪过程一般是酱油少许，盐少许，腌制入味，加入底油，烧至五成热等表述方式，而西餐会对配料精确到克或者体积单位，温度也会精确到摄氏度，虽然西餐并没有因此超越中餐，但是西餐的可复制性确实是显著优于传统中餐的。 咖啡作为一个文化底蕴非常深厚的学问，对设备和豆子的追求是无尽的，作为一台咖啡机而言，这台入门级设备无法和任何千元以上的设备比拼，但是如果对其进行参数化模改，使其具备对关键工艺参数进行监控以及调整的能力后，这就不单纯是一台普通的咖啡机，也是一台可以提供特定温度、压力、流量的过程技术设备，此后的任何对比就不必在主观层面进行，可以上升到数字层面进行量化对比。如果大家觉得某台设备非常好，那不单单说一个“好”字就可以了，同时需要公布这台设备的压力曲线、温度曲线、流量曲线，这样世界各地的咖啡爱好者都可以利用这些核心参数通过参数化改造的咖啡机在家复刻出这个“好”设备的大部分性能特点。当然，如何复刻水和咖啡豆那是更难的事情。 回归到本项目的初衷，以参数化的形式改造一台51mm入门级咖啡机，通过对核心参数的量化调整，在不显著增加成本的情况下使其发挥出全部性能，以此提高使用体验，让更多的入门级咖啡机可以向藤原家的AE86那样通过调教而发挥出全部的潜力。
二、改造目标 既然要做参数化改造，首先要明确一杯好的意式咖啡的相关参数，而后分析相关性后再进行取舍，进而制定具体的项目目标。 参数分析 1. 萃取压力——不明：意式咖啡的标准萃取压力是9bar±2，这个咖啡机直接宣传自己是20bar也是非常的粗暴，实际萃取压力在经过参数化改造后得知原来是7bar，虽然不高但是也是符合标准的。 2. 萃取温度——不明：咖啡机使用一个绿色的指示灯来告知使用者是否达到了萃取温度，据说亮灯的标准是92℃，但实际使用起来并不准确，我用这台机器萃取咖啡一直都没什么油脂，经过参数化改造后才发现是原机的温度传感器有问题，亮灯后只有80℃，调成95℃后油脂就正常了。
3. 冲煮系统——简易：51mm的冲煮头，出水并不均匀，萃取完粉碗里面是湿乎乎的一团泥泞。 4. 手柄与粉碗——简易：铸铝手柄与双层增压粉碗，虽然可以在很大区间的研磨度内达到不错的萃取效果，但是也失去了调整的空间。 5. 蒸汽系统——简易：入门咖啡机的蒸汽系统与冲煮系统都是共用一个锅炉，通过锅炉的温度决定是产出热水还是蒸汽，蒸汽的湿度比较大打200ml奶大约需要3次加热。 6. 萃取时间——相对稳定：原机使用了双层粉碗和泄压阀的组合间接对流量进行了限制，因此可以在25s左右完成相应的萃取量。
改造目标
结合上述缺点与本项目的初衷，制定本项目的核心目标如下： 1. 萃取压力——具备压力监测与调整能力，使压力可以在7bar-12bar之间调整。 2. 萃取温度——具备温度监测与调整能力，使锅炉温度可在85℃-100℃之间调整，整机功率不做升级。 3. 冲煮系统——51mm系统无法升级，但会通过均布水流的方式优化萃取能力。 4. 手柄与粉碗——换装无底手柄以及单层粉碗，以便更好的观察萃取情况并提升下外观。 5. 蒸汽系统——因为我对拉花的要求不是很高，因此这里不对蒸汽系统的性能进行升级，仅更换部分组件，提升细微的使用体验。 6. 萃取时间——改造后反而会不好控制，因为萃取时间会受到多个其他变量的相互影响，原机因为指定了压力和流量因此流速相对稳定，改造后只能由咖啡粉研磨度、泵的功率、泵的启停这3个变量综合调整。
附加限制 作为一名全栈产品研发工程师，也为了让更多的人喝到更好的咖啡，我再给这个项目增加几个特别的限制： 1. 追加部件必须为标准件或大宗产品——确保改造的可复现性并提高改造成功率。 2. 项目预算不超过同性能机的30%——提高项目的性价比并移除成本对项目的干扰。 3. 项目周期不超过一个周末——根据我个人的情况一个周末也就是8个工时，降低时间成本会进一步提高项目性价比。 以上三点限制除了让投入最小化外也间接限定了改造难度，便于大家复现。
开工前先用摩卡壶煮一杯咖啡
三、原机拆解 从产品设计的角度讲，这台入门级咖啡机在这个成本下设计的非常专业的，部件没有一丝多余也没缺失；注塑部件的加强筋与流道设计的无可挑剔；电路设计简单直接，仅由几个开关的断路与短接便实现全部功能。配置与各大品牌的入门机配置相当：塑料机身，铝合金储水锅炉，51mm冲煮系统，53w的20bar电磁泵（最大），850w加热功率，双层增压粉碗，1.5L水箱，配有简易的蒸汽功能，说起来该有的也都有了，但是成本也被压缩到了最低。
铸铝锅炉，比较厚实，管路非常简单， 水通过电磁泵从锅炉侧面下方由高压管进入，通过内部结构绕到顶端后由出水口流入粉碗。 蒸汽由锅炉顶端通过高压管路接入一个控制阀，转为低压管后流出。
电路非常简单，一个C型加热条镶嵌在锅炉顶部，两个温控开关镶嵌在锅炉中部， 根据面板开关状态对温控开关进行短接，由此决定加热模块是在92℃断路还是100℃断路。
电磁泵系统，为了减振使用了一个橡胶块固定在核心框架中。 电磁泵还设置了一个温控断路器，过热的时候会断开电路。 泵的顶部是一个泄压模块，可以在压力过高的时候将多余的水导回水箱。
电磁泵的供应商是意大利的ODE，但并不纯正，Logo右下角有个HK标签。 功率53w，最大压力2MPa，也就是20bar，用料还算扎实。 这种规格的电磁泵虽然功率很小，体积也不大，但是经过实测，对意式浓缩咖啡这个工况来讲是足够的。
水箱连接两根水管，一根用于对电磁泵的供水，一根是泄压阀的回流水管。
打开锅炉，加热条背面结了一层几毫米的水垢，顺便打磨掉。 铝合金的涉水部件并不是越光亮越好，否则新的氧化膜形成前会有部分铝被人体吸收。
锅炉的底部，一个高起的出水管保证冷水进入后在锅炉内循环到顶部后再留到冲煮头。
压力是意式咖啡最核心的参数，标准为9bar±2，这个参数是意式咖啡产生后不断摸索后确定的数值，可以最好的萃取出油脂而不产生额外的杂味。中高端的咖啡机都自带压力表，低端的咖啡机往往通过泄压阀的形式将压力限定在9bar左右。
锅炉顶部的蒸汽出气口是1/8英寸（一分）接口，可以拿来追加压力表， 如果有的咖啡机没有这个接口也可用耐压软管及三通接口将压力表由软管接入系统。
1/8英寸的标准件非常多，这里使用了 三通+L接口+直通 的形式完成了压力表的追加， 使用聚四氟乙烯的生料带做密封，在这个温度和压力下还是非常稳的。
使用一个标准的压力表头，因为振动泵的工作原理所以选用了灌入硅油的耐震压力表。 意式咖啡的常用压力是7-11bar，而这种机械表最准的范围是中间区间，因此选择了25bar的量程。 如果是电子压力表，其最准的测量范围是靠近上限的区间。
五、压力调节模组
入门咖啡机常用的调压方式是通过开关对泵的启停来实现，高端机一般是用机械调压阀和一拉杆来实现。这里我移除了原有的泄压阀，使用一个可控硅模组对泵的功率进行调节，没了泄压模块压力很容易超过12bar，而系统中的塑料管以及部分接头的长期耐压能力大约也就是15bar左右，因此需要随时监控压力表的数值。泄压模块，在超压的情况下将水送回水箱。 根据后期的实测这个泄压模块的工作压力大约是7bar， 还真是满足了国际上对意式咖啡压力的9bar±2的标准。
移除泄压模块后使用一个1分的L管和延长管以及软管接头重新连接出水管， 此时这个泵已经火力全开，虽然和动辄好几千瓦功率的旋转泵没法比， 但是在9bar、25s、36ml这个工况下也绰绰有余。
功率调节模块，通过对交流电正弦波的部分截取而调整功率， 与机械阀门调节压力相比，电控模块非常小巧且成本极低。
控制模块装在咖啡机的后部，尽量远离锅炉并尽量垫高，避免温度和意外泄露的液体的影响， 后来经过实测，因为锅炉内存有热水的原因，机内的空间在关机后一段时间会达到65℃左右， 虽然超过了一般元器件的工作温度，但是这个调压模块的工作时间很短且结构非常简单就没有进行额外的防护。
六、温度监测模组
高端咖啡机当然是使用温控模块使锅炉达到指定温度，这里我使用了一个简化方式，也可以达到相同的效果。原机的规则是开机后加热管就开始加热，此时同时串联了两个温控开关，温度达到93℃的时候温控开关将电路断开，同时指示灯亮起，如果用户按下蒸汽开关，则电路会短接第一个温控开关，只保留100℃的温控开关，加热管会继续加热到100℃。也就是说如果温度可以读取，那就可以通过这个按钮对温度进行调整，如果温度不足就按下开关，温度达到或高于需求后就断开开关等待温度下降。原机的温控开关在锅炉的中部，部分热量会快速的由金属外壳传导至开关处，所以开关经常在内部温度没有达到设置温度时停止工作，为了防止这一问题我将温控开关的探头布置到了锅炉的底部，使用LED灯的导热胶固定，这样虽然温度读取会有延迟但可以更接近炉内的水温。
温度计的形式很多，本想使用机械式的，但因面板空间不足所以使用了温度指示灯， 使用220V电压，测量范围是-25℃至150℃， 最佳的颜色是白色，但是用了一次就坏了，换个牌子就只有红黄蓝三个选项了。
之前不管怎么折腾油脂都不丰富的原因找到了，原来是萃取温度不足。 完全冷却后开机，绿灯亮起时锅炉边缘温度只有77.5℃，最后会缓慢上升至80℃， 原因应该是因为温控开关装到了锅炉外壁的中部，离加热电阻太近，温度会过快的传导过来导致断开。 顶部的液晶温度计是用来监测温控模块的工作温度的，完工后就移除了， 关机后咖啡机的内部的环境温度会慢慢上升到65℃， 测试的时候粉碗里面塞满了极细粉，水流完全无法通过， 所以在预热阶段锅炉的压力就会会缓慢上升，实测会到4bar左右。
使用灌封胶进行灌封，仔细看可以看到探头被固定到了锅炉左侧的根部的缝隙中， 这个局部的温度其实并不能等同于炉内的水温，但是在炉内装温度探头非常麻烦因此就这样好了， 调温方法与老式车床的类似，先让温度超过需求值，而后等待温度慢慢回落到需求值，这样会尽量接近炉内温度。
至此，这台咖啡机有了更加稳定的压力与温度，已经具备了一杯合格的意式咖啡的基础。但是温度与压力如何输入至咖啡粉饼是一个更重要的问题。原配的是双层粉碗，咖啡先经过一个标准的滤片，而后通过第二个滤片，第二个滤片通常只有一个很小的洞，这个洞会给水流额外的阻力，从而让咖啡粉碗中的咖啡粉保持一个特定的压力。优点是可以忽略咖啡豆的研磨工艺水平，只要不是细粉多到水流完全截断都可以萃取到一个还算可以的水平。缺点也很明显，许多混合油脂的气泡会在这个非常小的孔中被挤破或融合，导致油脂层的损失，此外也无法观察萃取情况。本项目直接换装一个无底不锈钢手柄与粉碗，其实给原配手柄钻个特别大的洞而后把第二层滤片去除也可以达到接近于无底手柄的效果。
双层粉碗的结构其实蛮复杂的，基本无法清洁。
不锈钢无底粉碗市面上很多，注意型号匹配即可。
整体不锈钢材质，质量和精度竟然非常的高， 外径与冲煮头的接口内径比较接近，要对准才能卡入。
入门机的原配手柄一般是铸铝材质，因此出水口一般会镶嵌一个塑料片， 主要是防止咖啡萃取液对铝的腐蚀。
八、冲煮系统调整
完成前面几步的改造，先来一杯试试火力，为了去除咖啡豆研磨对系统测试的影响，我请朋友用Mahlkönig的VTA6S帮我研磨了一磅豆子用于测试。结果发现水流如柱，粉饼被冲出了一个明显的环形的坑。这也是在意料之中的，因为这台咖啡机使用了一个20bar的电磁泵，原来的设计是在压力达到7bar以后通过泄压阀将大部分水流送回水箱，由此降低流量。而经过前面的调整我已经移除了泄压阀，此外无底粉碗的阻力又远小于双层粉碗，因此这个泵的全部压力和流量都会倾泄到粉饼上，会迅速将粉饼凿出一个通路从而进一步降低粉饼的阻力，使流量进一步加大，即使通过功率条件模块进行了调整，但是一个泵在一个特定压力下的流量是个相对固定的值，因此这个调节机制对流量的调整效果并不明显。 结论是改造后的冲煮头已经无法适用于现在的系统，一般中高端机的58mm冲煮系统的出水口会有400个以上的出水口，以便更加平均的浸润粉饼，而这个51mm的冲煮头大约只有200个孔且中间有个直径大约15mm的螺丝，使移除泄压阀后的水流直接冲出一个环形的槽。
环状的坑清晰可见，甚至可以观察到类似水土流失现象， 细粉被冲走了，留下了相对较大的颗粒。
解决方案也很简单，那就是增加一个二次分水片，这里是借鉴了全自动咖啡机和高端意式咖啡的结构： 全自动咖啡机——因为纯自动机械无法完美复现人工填压过程，市面上的全自动咖啡机都会使用一个带机械结构的有孔洞的填压片将粉饼压实，冲煮的过程中这个带孔洞的填压片仍然处于压紧状态以便更好的保证粉饼整体形态。 高端意式咖啡机出水口——许多品牌使用了双层出水口，第一层是孔径比较大的出水口，第二层是非常细密金属网，这样可以将原来相对集中的水流打散，防止水流过于集中冲出通路。 高端意式咖啡机阀门——高端意式咖啡机的叶片泵的流量更大，之所以完全可控是因为有专门的阀门限制流量，二次分水片从宏观角度讲降低了水流的截面积，因此也就起到了一定的限流作用。 二次分水片使用了高温过滤领域的标准件，由多层细密不锈钢网压实后烧结而成的金属片，多层叠加后形成了等效直径150微米的均布孔洞，可以将水流均布到整个粉饼。这个分水片理论上对水流产生了相当大的阻力但因为这个分水片的边缘与粉碗不是密封的，所以分水片上下的压力是相等的。另一方面分水片并没有和冲煮头固定或粉碗固定，因此水流过小孔而产生的阻力会就地汇集为一个宏观的压力挤压粉饼，也就是将限流而产生的水流阻力回收为对粉饼的压力，从而进一步保证粉饼的紧致程度。
粉碗直径51.3mm，分水片51mm，等效孔径150微米，厚1.7mm， 这种金属烧结网是过滤行业的标准件，各个型号的都很齐全，有条件可以多试几个厚度和孔径。
可以看出与粉碗底部相比，二次分水片的目数大的多， 流入粉饼的水流不含杂质所以可以尽量细密一些，这样可以形成尽量多的均布毛细流道。 而粉碗的出水口情况则不同，如果太细密的话会导致一些细粉颗粒被水压强行挤入而难以清洗。
二次分水后的粉饼表面非常平整（磨豆机为Mahlkönig VTA6S）。
把粉饼磕出来看看背面，基本合格（磨豆机为Mahlkönig VTA6S）， 之前的系统只能黏糊糊的倒出一坨。
九、外观改造
最后对几个外观和影响使用体验的小地方进行修改，当然也都是全部使用标准件或大宗产品。
原配的蒸汽旋钮比较光滑，直径也比较小，手上有水的时候有时候会打滑， 为了根除摩擦力不足的问题，可以使用印花的旋钮，我直接使用一个数控领域用的手轮解决。
装上后整体比例还算协调。
增加两个把手，家具行业的标准把手，搬动的时候比较方便。
原机的蒸汽口离地高度比较近，一个标准的奶泡杯刚好可以移动进去但是比较局促， 使用脚钉增加下整机的高度提升下方便程度。
根据原来的设计其实4个脚钉就够了，但是发现底部有些变形，中部突起的比较厉害， 于是在变形最厉害的部位增加两个脚钉平衡下变形，利用了天然的弹性提升了稳定性。
外观改造完成，原型号为KF6001，原想改名为KF6001-Pro， 鉴于本次参数化改造并没有提升性能，只是对原有性能进行了优化， 因此正式名称是 KF6001-MK2。
十、使用流程
Falcon MK1 改造咖啡机的时候因没有合格的意式磨豆机所以请朋友使用Mahlkönig VTA6S帮我磨的粉， 他大概是觉得我用的是入门咖啡机所以给我磨的粗了一点，所以测试咖啡机的时候并没有很好的效果。 小飞鹰的改造于2022年6月完成，后文的出品照片更新为此咖啡磨磨的粉。
这台咖啡机改造后使用流程就比原来复杂多了，多了好几个需要监控的量，经过计算与试验，新的使用流程如下： 磨粉：首先研磨14g咖啡粉，之所以是14g是因为58mm冲煮系统的萃取面积大约是26.4cm²，而51mm冲煮系统的萃取面积大约是20.4cm²，换算系数是1.29，而标准的双杯意式浓缩是18g咖啡粉，这样可以折算出51mm系统的最佳双杯份的粉量是14g，原文使用Mahlkönig VTA6S，2022年6月更新为我改造的咖啡磨磨的粉。 压实：使用51mm粉锤对粉饼进行压实，这个数据我就没法量化了，主要是凭借肌肉记忆，因为压实后粉饼会恢复无压状态，因此这个变量在压力大于200N后对整体影响不大。 放入分水片：将分水片放入粉碗顶部再用粉锤压一下，让分水片和粉饼充分接触。 锅炉预热：先使用冲煮档正常预热3分钟，绿灯亮起，此时的锅炉边缘温度是80℃，按下蒸汽按钮，温度开始上升，上升到84℃时关闭蒸汽功能，温度会继续上升至96℃，而后等待温度回落至93℃。需要等待较长时间是因为温度指示灯的探头的接触与锅炉外壁的接触面不大，所以需要时间完成导热。使用娴熟后我直接用了更快捷的流程，开机后直接按下蒸汽按钮将指示灯温度加热到80℃即可，虽然此时指示灯温度是80℃，但实际内部温度在95℃左右，具体的温度微调可以通过后续流程中对水流的观察调整。 流道预热：这一步是后来使用过程中追加的，因为这个锅炉的结构是中间有个比较长的管道，所以会有一部分冷水存留在其中，而这部分冷水会降低萃取度，因此需要在安装手柄前按下萃取按钮让热水流入中心管道并对出水口进行预热，此时也可以对水流进行观察，如果流出的水产生了一个非常大的有空腔的水流则代表水温过高，可以适当继续按压萃取按钮向锅炉内注入冷水降温。 预浸润：按下萃取按钮，通过旋钮调节功率，使压力稳定在4bar，这样可以在一开始以较低的流量让粉饼浸润吸水，防止出现干区，大约10秒后无底粉碗开始流出萃取液，此时停止增压大约10秒，让粉饼充分浸润。 萃取：此时通过功率旋钮提高功率，使压力稳定在9bar，完成30ml的萃取。
原文使用的是朋友帮我磨的豆子，现在更新为我改造的磨豆机出品的粉。
比朋友给我磨的细多了，估计他觉得我用的是入门设备所以故意给我磨的比较粗。
原文使用手机拍摄，升级磨豆机后用单反重新拍一遍，使用单杯份粉碗。
萃取开始，因为分水网的原因是周边比中心先出液。
萃取停止点
萃取结束，合格。 十一、物料清单 入门咖啡机的参数化改造所需全部物料如下，均为标准件或大宗产品，成本非常的低，除了不必须的不锈钢无底手柄一百元出头外，其他部件的成本都是个位数或两位数： 压力表：按照压力入口位置可分为轴向和径向表，一般结构比较局促都是使用轴向表，也就是压力接口在表的后方。因为振动泵的工作原理所限，此处需要使用耐震压力表，也就是表中灌满了硅油，能够对表针产生一定的阻尼。量程一般是两倍额定压力的量程，否则容易压坏表头或不准。接口规格可以选1/8的ZG螺纹，也就斜面的外螺纹，这样可以方便的接入G规格的内螺纹管件。 转接管件：根据情况需要使用三通来接入压力表或者使用L型及延长管调整位置，这里推荐铜制的，因为L型或三通经常需要拧到一个特定的位置，铜的质地比较软，如果差一些角度可以强行拧到所需角度，不锈钢的就会费力很多。 耐压软管：可以使用高压尼龙管，部分4mm直径的型号可以承受2MPa以上的长期工作压力，如果锅炉顶部有标准的接口可以将压力表通过三通接入则无需使用软管。 软管接头：将软管与铜管连接的关键部件，经过测试，底部为铜活动部件为塑料的快接接头性能最稳定，工作压力大约1.5MPa，注意不要超压。 功率调节模块：这个模块性能非常强大，可以将220V的交流电通过裁切波的形式调整到其他较低电压，最小的模块转换功率也可以到2000W，应对这个53W的水泵绰绰有余。 无底手柄（非必须）：目前市面上所有品牌的咖啡机都能找到对应型号的无底手柄，也可以自己将原来的手柄进行局部切除。 粉碗：一个1杯份一个2杯份单层粉碗，限于51mm系统的直径较小也可以只用2杯份粉碗，也可以将原来的粉碗移除第二层直接使用。 二次分水片：使用过滤领域的不锈钢烧结过滤片即可，150微米的孔径即可使粉饼非常紧致。 温度表：温度表的形式比较多，之所以选择指示灯形式的是因为我的咖啡机的面板非常小，无法布局其他形式的温度表，其实最合适的是开水炉用的那种机械轮式温度表。 蒸汽手轮：数控机床的标准件，也有全金属材质的，但蒸汽阀门的固定本身就不是特别强健，因此选择了轴心为金属整体为塑料的手轮。 脚钉：抽屉把手，也可以使用电脑或音箱退役的脚钉，主要是提高整机的高度，让杯子不必转个角度就能接入蒸汽管。 把手：橱柜把手，也可以选择金属与木质复合的。 生料带：用于追加管路的密封，可以使用聚四氟乙烯的生料带。 灌封胶：因为咖啡机的内部有个锅炉，所以使用一段时间后机内温度会到65℃以上，而且还会有部分水蒸气，许多电子设备会受到影响，最好使用电器专用的灌封胶对电子设备进行灌封保护。 导热胶：用于将温度传感器粘到锅炉上，可以使用导热胶，我这台设备因为有个比较合适的缝隙可以将探头塞进去因此使用了LED灯的导热贴纸将其贴住就非常结实。
十二、构想中的咖啡机
构想中的咖啡机的总体理念是借助市面上基础级配置的58mm咖啡机的主体架构和锅炉，依然使用标准件或工业批量产品，在不做任何定制加工的情况下搭建一台参数与功能接近高端咖啡机的系统，主要设想如下。 58mm系统：虽然摄影界也认可M43或APS-C的摄影师，电脑装机领域也认可ITX与SFX，但是咖啡领域是绝对不认可51mm系统的，你可以用手冲，可以用摩卡壶，但是51mm系统绝对不行。锅炉系统和加热系统以及设备的框架虽然也可以DIY但是成本就会相当的高，建议直接买一台市面上的58mm的基础款咖啡机，对蒸汽有要求的话可以选择双锅炉款，也可以使用一个功率大于1400W的单锅炉机，外壳最好是塑料的，便于打孔或替换。 PID温度控制模块：中高端咖啡机的标配可以直接指定特定的温度，与上下限温度控制器不同，PID控制器会使用一定的算法直接达到设定数值而不是在设定的上下限之间波动，喜欢折腾的话可以使用可编程控制模块输入一个功率，补偿水泵启动后但温度感应探头还未检测到温度变化的这段时间的温度流失。 前置加热管：为了获得更加稳定的温度，可以在电磁泵后和锅炉前加装一段桌面微型直饮水机用的即时加热管，可以在较低流速下将锅炉的入水温度提升到85℃或其他温度，这样就形成了即热式与储水式混合动力系统，可以显著提升连续萃取能力以及蒸汽的持续时间，但需要注意即热管的接口一般都是没有螺纹的，如果要承受9bar的工作压力需要使用铜管钎焊工艺密封。 后置加热管：为了进一步降低蒸汽的湿度，可以在蒸汽进入管道前加上一段专用的加热管，通过对温度的设定使任何进入蒸汽管道的水汽化，这部分水可能是锅炉带出来的水，也可能是蒸汽管回流的冷凝水。 PID压力控制模块：工业领域有非常成熟的数控压力控制模块，可以通过对泵的启停将压力控制在设置数值中，除了PID控制外也有上下限控制器，价格更低。 增压系统升级 一段：更换中端咖啡机用的意大利某品牌电磁泵，市面上有15bar和20bar两种，15bar的水泵虽然最大压力不如20bar的泵，但是通过压力流量曲线来看在相同的压力下流量更大，这个可以根据自己的情况进行选择。 增压系统升级 二段：电磁泵的缺点就是其压力是一个波峰一个波峰产生的，这也是与旋转泵的最大的差距，所以本项目使用了一个耐震压力表，否则指针会摆动的比较厉害，可以使用两个电磁泵通过相反的接线方式产生相位相差半个周期的细化压力波，但需要给每个泵增加单向阀，防止相互影响。 增压系统升级 三段：在泵与锅炉之间的管路通过三通加装一个空气压力缓冲罐，由空气区吸收压力的波动，配合前两段升级即可无限接近旋转泵了，这个缓冲罐无需加工，在地暖领域可以找到非常匹配的产品。 增压系统升级 终段：其实一个小型抽水叶片泵的成本也很低，压力也有9bar的，但是体积有点大，如果橱子底下有空间的话接根管也就那么回事。 机械阀门：水泵升级后的缺点就是流量过大，如果不加控制的话是无法使用的，如果前端有了数控压力模块后，可以在高压冷水进入锅炉前使用一个机械阀门控制流量。需要注意的是流量也会间接影响锅炉的出水压力，因此即使已经安装了PID压力控制器锅炉也需要额外的压力表监控。不管是什么样的阀门，都要改成拉杆制式的，增加控制的行程，便于微调，蒸汽阀门也可以配置一个同款的。
以上元素看似很多但因为都是工业领域的标准件或批量产品，都是几十几百的成本而已。
后记
本项目使用参数化这个工具绕开了咖啡的主观层，直接进入了科学层，引入量化评价方式，对一台入门咖啡机进行了改造。主要目的是让更多的人在极低的成本下使用入门机喝到更好的咖啡。我将通过这个参数化的咖啡机对咖啡的研磨、烘焙进行定量的测试，寻找更适合自己的咖啡。 欢迎大家留言讨论，也欢迎将改造后的成果通过帖子分享出来。
P.S. 拉花是不可能的，但是抿一大口，花纹会变化。
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发表于 2021-7-23 10:31
发表于 2021-7-23 23:15
