CN1535557A - 能检测锅的存在的用于炉灶面的加热装置和控制系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于炉灶面中的加热装置的控制系统，能检测到烹锅或器具的存在或不存在。该加热装置具有螺旋形卷绕带状加热器元件，且可安装在玻璃陶瓷烹调表面之下。控制系统包括电连接到加热器元件的锅检测装置。锅检测装置可具有振荡电路，以产生穿过加热器元件的高频信号。在一个实施例中，控制系统还包括连接在元件和电源之间的至少一个开关装置。当锅检测装置产生穿过加热器元件的高频信号时，该开关装置被打开以切断加热器元件的电源。本发明还包括带有双加热器装置的加热装置，该双加热器装置用来确定放置在炉灶面上的锅的大小。本发明还包括操作能检测到锅存在的加热器装置和控制系统的方法。
Description
发明领域
本发明一般涉及炉灶，尤其涉及能检测到烹锅或器具存在的炉灶辐射电加热装置和控制系统及其操作方法。
背景技术
很多传统的炉灶具有平坦的玻璃陶瓷烹调表面。一个或多个辐射电加热装置装在玻璃陶瓷烹调表面之下，通常包括线圈加热器元件。将电力供给线圈加热器元件，从而加热放置在玻璃陶瓷烹调表面上的烹锅或器具。玻璃陶瓷烹调表面比其它类型的炉灶(如气炉灶或要求锅直接放置在加热器元件上的炉灶等)容易清洁。
通过使用诸如重力传感器、簧片开关、或光学传感器等装置检测炉灶上的烹锅或器具存在是已知的。这些系统需要额外的部件，所述部件由于加热装置的高温环境而易于出现故障。
其它用于检测锅的先前尝试包括将线圈放在加热元件周围、将导线埋入玻璃陶瓷烹调表面或将导线焊接到玻璃陶瓷烹调表面的底面上。目前，已经出现将金箔图案沉积到玻璃陶瓷烹调表面的底面上的系统。电流通过导线或金箔传送，电感中的任何变化被炉灶面的控制系统使用以确定是否存在或不存在烹锅。这些技术中的每种技术都需要高成本的处理步骤，并要求能经受高温环境的材料。而且，如果导线或金箔损坏，可能难以更换或维护系统。
本发明目的在于克服或至少减少上述的一个或多个问题的影响。
发明内容
因此，本发明包括用于炉灶中的加热装置的控制系统，该控制系统能检测到烹锅或器具的存在(或不存在)。加热装置具有螺旋带加热器元件，且可装在玻璃陶瓷烹调表面之下。锅检测装置产生穿过加热器元件的高频信号，以确定炉灶上锅是否有锅。锅检测装置可具有振荡电路，以产生穿过加热器元件的高频信号。
控制系统还可包括电连接至锅检测装置的电子控制装置。该电子控制装置能够产生信号给锅检测装置使得该锅检测装置能够产生穿过加热器元件的高频信号。作为响应，锅检测装置能够发送可反映该加热器元件的电抗的至少一部分的响应信号给电子控制装置。该电子控制装置可使用此信息确定锅是否存在。该控制系统还可包括电连接至电子控制装置的用户接口。
控制系统还可包括至少一个开关装置。该至少一个开关装置连接在加热器元件和电源之间。在一个实施例中，该至少一个开关装置在锅检测装置产生穿过加热器元件的高频信号时被打开。
在另一实施例中，本发明包括用于炉灶中的加热装置的控制系统，包括锅检测装置和至少一个开关装置。该加热装置具有带有第一终端和第二终端的加热器元件。该锅检测装置电连接到加热器元件的第一和第二终端。该锅检测装置能产生穿过该加热器元件的高频信号，以确定炉灶面上是否有锅。该至少一个开关装置电连接在加热器元件和电源之间。该至少一个开关装置被打开，从而在锅检测装置产生穿过加热器元件的高频信号时切断加热器元件的电源。
在另一实施例中，本发明包括用于炉灶面中带有双加热器元件的加热装置的控制系统。具体地，加热器装置具有内加热器元件和外加热器元件。该内加热器元件螺旋形卷绕在外加热器元件内。该控制系统包括锅检测装置、第一开关装置和第二开关装置。该锅检测装置电连接到内外加热器元件。该锅检测装置能产生穿过内加热器元件的高频信号，以确定炉灶面上是否有锅。该锅检测装置还能产生穿过外加热器元件的高频信号，以确定炉灶面上锅的大小。该第一开关装置电连接在内加热器元件和电源之间。该第一开关装置被打开，从而在确定炉灶面上是否有锅时，当锅检测装置产生穿过内加热器元件的高频信号时切断内加热器元件的电源。该第二开关装置电连接在外加热器元件和电源之间。该第二开关装置被打开，从而在确定炉灶面上锅的大小时，当锅检测装置产生穿过外加热器元件的高频信号时切断外加热器元件的电源。
本发明的另一实施例包括操作带有控制系统的炉灶面的加热装置的方法，其中控制系统能检测锅是否在炉灶面上。该加热装置具有加热器元件，且可装在玻璃陶瓷烹调表面之下。该方法包括以下步骤：从用户接收炉灶面的设置；产生穿过加热器元件的高频信号；根据穿过加热器元件的高频信号的产生确定锅是否在炉灶面上；如果确定锅不在炉灶面上，切断加热器元件的电力；如果确定锅在炉灶面上，提供电力给加热器元件；在电力已被提供给加热器元件后，确定锅是否已从炉灶面上移开；如果确定锅已从炉灶面上移开，切断加热器元件的电力；如果确定锅未从炉灶面上移开，提供电力给加热器元件。
产生穿过加热器元件的高频信号的步骤可由带有振荡电路的锅检测装置执行。确定锅是否在炉灶面上的步骤可由电连接到锅检测装置的电子控制装置执行。确定锅是否已从炉灶面上移开的步骤由电连接到锅检测装置的电子控制装置执行。
本发明的上述概述的宗旨不是代表每个实施例或本发明的各方面。以下是附图和详细说明。
附图简要说明
在阅读下面的详细描述和参看附图后，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。
图1是带有本发明的四个加热装置的炉灶的顶视图。
图2A是本发明的加热装置的一个实施例的顶视图。
图2B是图2A中加热装置的横截面图。
图3A是图2A中加热装置的加热器元件的部分的侧视图，示出在将信号应用到加热器元件时产生的电磁场。
图3B是图3A中的加热器元件的横截面图。
图4A是本发明的加热装置的可选实施例的顶视图。
图4B是图4A中的加热装置的横截面图。
图5A是本发明的加热装置的另一可选实施例的顶视图。
图5B是图5A中的加热装置的横截面图。
图6是本发明的控制系统的一个实施例的示意图。
图7是图6中所示控制系统的锅检测装置的一个实施例的示意图。
图8是操作根据本发明的加热装置的方法的一个实施例的流程图。
图9A是本发明带有两个分开的加热器元件的加热装置的可选实施例的顶视图。
图9B是图9A中的加热装置的横截面图。
图10是本发明带有两个分开的加热器元件的加热装置的锅检测系统的另一实施例的电示意图。
虽然本发明容许各种修改和可选形式，其特定具体实施例已通过附图中的实例示出，且将详细描述。然而，应当理解，其目的不是将本发明限于所描述的特定形式。相反，本发明试图覆盖落入如所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内的所有修改、等效物和可选方案。
优选实施例的详细描述
现在将参看附图描述所示出的实施例。参看附图，图1示出多个(四个)安装在炉灶面14中的烹调表面12之下的本发明的加热装置10。加热装置10每个都可具有相同瓦数，或加热装置10可具有不同瓦数。想要烹调食物或加热液体的人将食物或液体放在器具(未示出)中，接着将器具放在一个加热装置10之上的烹调表面12上。用户接着将相应的控制旋钮16或其它温度控制装置旋到指示为了加热食物或液体而由加热装置10产生的温度设定。
烹调表面12可以是如玻璃陶瓷等红外线透射材料制成的单面。适合的材料标明为由Mainz的Schott Glass制造的CERAN，或由SouthCarolina Fountain Inn的EuroKera North America公司制造的EuroKera Glass Ceramic。这样的玻璃陶瓷材料的使用使从加热器元件传输到搁在烹调表面12之上的烹锅或器具辐射的热达到最大。
如图2A和图2B所示，加热装置10包括支撑盘20、绝缘层30和加热器元件40。支撑盘20设置在烹调表面12之下，且可以是带有大体上平坦的底部22和周缘侧壁24的浅盘。绝缘层30支撑在支撑盘20内。具体地，在一个实施例中，如图2B所示，绝缘层30具有绝缘饼状底部32和绝缘侧壁环34。虽然图2B示出作为两个分开部件的绝缘层30，绝缘饼状底部32和侧壁环34也可以是一个整体。用于绝缘层的适合材料包括Adrian的Wacker Silicones公司的Wacker WDSThermal Insulation、Augusta，Georgia的Thermal Ceramics的Michigan和RPC2100。
加热器元件40支撑在绝缘层30的绝缘饼状底部32上。绝缘侧壁环34的存在允许加热器元件40与烹调表面12间隔开。通过使到加热器装置10的各侧的热损失量达到最小，绝缘侧壁环34还有助于将热力聚集在加热器元件40正上方的区域。
加热器元件40优选是带状电加热器元件。加热器元件40辐射红外能量。加热器元件40具有第一和第二终端42、44，允许加热器元件电连接到通过加热器元件40供给电力的控制系统60(参看图6)。传统的加热器元件通常具有蛇形、波形或锯齿形图案。然而，在本发明中，加热器元件在安装在绝缘饼状底部32上时优选具有螺旋形卷绕图案。在一个实施例中，加热器元件40的第一终端42经由接线盒46连接到控制系统60。加热器元件40的第二终端44穿过绝缘饼状底部32中的中心孔36连接到控制系统60。
现在理想的是具有带有能检测到烹锅或器具存在(或不存在)的控制系统60的加热装置10。检测到烹锅或器具的存在能向电子控制的炉灶面14提供安全和操作上的优点。作为安全性的改进，控制系统60能自动停止给已移开烹锅或器具的加热器元件40供电。这降低了炉灶面14将用户意外烧伤的可能性。当在炉灶面14的烹调表面12上没有感应到烹锅或器具时，控制系统60还能忽略用户打开炉灶面14的请求。作为操作上的改进，当控制系统60检测到烹锅或器具存在时，加热装置10通过施加更多能量给加热器元件40执行快速加热循环。
因此，本发明包括控制系统60，它利用导电烹锅或器具对螺旋形卷绕带状电加热器元件40的电抗的电磁作用来检测到烹锅或器具的存在(或不存在)。参看图3A和图3B，加热器元件40受产生电磁场48的射频信号(在A方向上)激励。烹锅或器具(未示出)的存在干扰造成加热器元件40的电抗的明显变化的电磁场。电抗变化可在加热器元件40的第一和第二终端42、44处进行测量。
在本发明中，如上所述，加热器元件40优选为螺旋形卷绕图案。许多传统加热器元件具有蛇形、波形或锯齿形图案的加热器元件。由于图案的交替顺时针方向和逆时针方向部分的电磁场抵消，这样的传统图案相对无感应。这将不会在锅的区域中产生充分的电磁场，从而通常不足以用来检测烹锅或器具的存在(或不存在)。然而，图2中所示的螺旋形卷绕图案消除了锯齿形图案的抵消效应，使得在烹锅或器具的区域中产生可测量的电磁场。
此外，几种传统的加热装置具有由螺旋形卷绕导线制成的加热器元件。螺旋形卷绕导线沿轴方向将电磁场集中到螺旋线内部。螺旋形卷绕导线的外部区域通常局限于正好在螺旋线外部的空间，而不在烹锅或器具区中产生电磁场。因此，这通常使得螺旋形卷绕加热器元件不适合。然而，由平坦的电带制成的加热器元件易于在烹锅或器具区中产生电磁场，从而在检测烹锅或器具的不存在或存在中是有用的。
如在背景技术部分中所说明的，现有系统使用高成本的处理步骤将金或其它材料沉积到炉灶面的玻璃陶瓷表面上。然而，本发明使用加热器元件40感应烹锅或器具的存在。使用加热器元件40就不需要增加必须经得起高温环境的高成本传感器。
图2A和图2B中的实施例示出位于不同位置中的加热器元件40的第一和第二终端42、44。由于不允许直接采用在加热装置10外缘的单个接线盒中的两个终端42、44，这可能并不是对于所有应用都适合的。在某些应用中，加热器元件的终端可能需要放置在位于加热装置外缘的单个接线盒中。因此，图4A、图4B、和图5A、图5B示出根据本发明的加热装置的可选实施例，其允许采用在加热装置外缘的单个接线盒中的两个终端。
在图4A和图4B中，加热装置110包括支撑盘120、绝缘层130、和加热器元件140。支撑盘120设置在烹调表面120之下，且可包括大体上平坦的底部122和周缘侧壁124。绝缘层130支撑在支撑盘120内部。绝缘层130可具有绝缘饼状底部132和绝缘侧壁环134。加热器元件140支撑在绝缘饼状底部132上，且优选为螺旋形卷绕带状加热器元件。在此实施例中，加热器元件140具有第一和第二终端142、144，使得加热器元件能电连接到控制系统60(参看图6)。加热器元件140的终端142、144经由接线盒146连接到控制系统60。第二终端144穿过绝缘饼132中心，然后穿过绝缘饼132到加热装置110的外缘。
在图5A和图5B中，加热装置210包括支撑盘220、绝缘层230、和加热器元件240。支撑盘220设置在烹调表面12之下，且可包括大体上平坦的底部222和周缘侧壁224。绝缘层230支撑在支撑盘220内部。绝缘层230可具有绝缘饼状底部232和绝缘侧壁环234。加热器元件240支撑在绝缘层230的绝缘饼状底部232上，且优选为螺旋形卷绕带状加热器元件。在此实施例中，加热器元件240具有两个终端242、244，使得加热器元件能电连接到控制系统60(参看图6)。加热器元件240的终端242、244经由接线盒246连接到控制系统60。通过使第二终端244在加热器元件240上方通过，第二终端244从加热装置210的中心连线到加热装置210的外缘。
参看图6，本发明的控制系统60的一个实施例包括用户接口70、电子控制装置80、开关装置82、84、锅检测装置90。如上所述，加热器元件40优选为螺旋形卷绕带状加热器元件。加热器元件40具有第一和第二终端42、44。加热器元件40的终端42、44通过开关装置82、84连接到AC电力线62、64，以提供诸如240V AC等电压。开关装置82、84由电控制装置80控制。开关装置82、84关闭时供应AC电力给加热器元件。如下将更详细地描述的，当开关装置的至少一个打开时，开关装置还用于切断供给加热器元件40的电力。开关装置82、84可以是继电器、三端双向可控硅开关(triac)、可控硅整流器(SCR)、或其它类型的电子控制开关。在一个实施例中，用于与第一终端42相关的线路的开关装置82是三端双向可控硅开关，用于与第二终端44相关的线路的开关装置84是继电器。用于与第二终端44相关的线路的开关装置84充当在故障情形下或不操作的持续时间期间禁用(disable)的安全装置。用于与第一终端42相关的线路的开关装置82根据在任何给定的时刻所需要的热力打开和关闭加热器元件40。由于三端双向可控硅开关是快速作用的开关装置，其是用于此类应用的适合的开关装置82。标准继电器通常是非常迟缓的。如随后将描述的，在一个实施例中，在测量加热器元件40的电抗期间至少禁用较快作用的开关(开关装置82)。
用户接口70可以是简单的输入旋钮16(参看图1)、或带有先进的光学指示装置的接触键盘或无线键盘。如果输入旋钮16被使用，则旋钮16可具有多个设定。例如，旋钮16可具有设定1-10，其中设定1是指最小热力，设定10是指最大热力。用户将烹锅或器具放到加热装置10上的烹调表面12上，并将控制旋扭16旋到想要的设定。为了使液体沸腾，用户将通常选择最高设定。电子控制装置80将接收来自旋扭16的想要设定。
电子控制装置80充当系统的总控制器。电子控制装置80通过用户接口70接收用户想要的设定。电子控制装置80通过激活开关装置82获得想要的设定，从而对将电力施加给加热器元件40进行控制。电子控制装置80还可以通过断开通过开关装置84的电力，在故障期间关闭加热器元件40。在一个实施例中，温度传感器(未示出)可以用来确定是否已达到想要设定。在这样的情形下，电子控制装置80根据炉灶面14的用户选择的想要设定分配温度设定点。电子控制装置80打开供给加热器元件40的电力(通过开关装置82)，直到达到该温度设定点。在已达到第一温度设定点后，通过使供给加热器元件40的电力进行工作循环(duty cycle)维持该温度。电子控制装置80的操作可通过PID(比例、积分、微分)控制环或PI(比例、积分)控制环实现。
电子控制装置80还电连接到锅检测装置90，以确定烹锅或器具存在于(或不存在于)加热装置10上的烹调表面12上。锅检测装置90包括指示加热器元件40的电抗的电路。锅检测装置90电连接在终端42、44和开关装置82、84之间，以提供射频信号给加热器元件40。该信号被如此产生，以使加热器元件40的电抗中的任何变化将影响信号的至少一个参数，即振幅、相位、延时、频率或其它特征。
在此实施例中，电子控制装置80发送控制信号给锅检测装置90，指示何时禁用射频信号，何时测量加热器元件40的电抗。锅检测装置90响应表示加热器元件40的电抗大小的传感信号。电子控制装置80使用所接收的来自锅检测装置90的电抗大小确定烹调表面12上是否有锅。可选地，锅检测装置90通过烹锅或器具存在状态的开关指示来响应。
图7示出锅检测装置90的一个实施例。已经发现，监控电抗或感应差可以确定烹调表面12之上是否有锅。因此，在一个实施例中，通过由振荡电路92产生高频电流，锅检测装置90指示加热器元件40的电抗。在一个实施例中，如图7所示，振荡电路92是Colpitts振荡器。然而，本领域技术人员将认识到，可以使用其它类型的振荡电路，例如Hartley、锁相回路或众多其它振荡器。
图7中的Colpitts振荡器的振荡频率由感应器L1、电容器C1、C2、C3、和加热器元件40确定。通常在100KHZ到10KHZ之间选择能提供最佳振荡的频率，尽管也可以使用其它频率。锅检测装置90还包括连接到晶体管Q1的发射极的电阻R2，用来使振荡条件变化。当电阻R2的电阻值变化时，振幅值变化。在一个实施例中，振荡电路92的源电压94被设定为+5V，尽管本领域的普通技术人员也可想到可使用其它电压。
为了开始确定烹锅或器具是否存在于(或不存在于)烹调表面12上的步骤，在一个实施例中，电子控制装置80至少打开较快的开关装置(此处为开关装置82)，以切断供给加热器元件40的电力。发现，外部AC电力线62、64在通常在检测烹锅或器具存在中使用的射频处呈现未知阻抗。任何变化都直接影响测量加热器元件40的电抗的可靠性。可选地，可通过线路阻抗稳定网络(未示出)减少外部AC电力线62、64。这是特别设计的过滤器，用于防止射频信号抵达电力线。该过滤器必须重得足以承载加热器元件40的全部加热电力。为了保证过滤器的有效性，这样的过滤器也许非常大而昂贵。因此，优选的方法是通过至少打开较快的开关装置82，使加热器元件40与外部AC电力线62、64断开。
在切断供给加热器元件40的电力后，电子控制装置80可通过电阻为R1的线路发送控制信号给锅检测装置90(以及振荡电路92)。如上所述，振荡电路92接着产生穿过加热器元件40的高频电流。加热器元件40中电抗的任何变化将导致振荡器频率中的随后变化。在一个实施例中，电子控制装置80具有频数电路。来自晶体管Q1的集电极的脉冲信号可被电子控制装置80中的频数电路用作加热器元件40的电抗的指示。
对加热装置的一个要求是它们现时能迅速加热到工作温度。这可以通过加电后加热装置10的加热器元件40在3-5秒内达到可见响应温度来证明，此时加热器元件40正在发热。通过施加电压，例如越过加热器元件40的240 VAC，元件40可得以迅速加热。该电压在加热器元件40打开的整个时间被施加。当获得迅速加热时，其代价是已经增加了加热器元件40和烹调表面12上的温度应力。这可导致烹调表面12的使用寿命减少。因此，理想的是具有使烹调表面12上的温度应力达到最小的控制系统。因此，在本发明的一种工作模式中，电子控制装置80确定在加热装置10的烹调表面12上是否存在(或不存在)烹锅或器具。如上所述，这通过使用锅检测装置90来完成。如果烹锅或器具存在，则电子控制装置80接着通过闭合开关装置82而不是工作循环执行迅速加热循环。当已经达到想要的温度时，电子控制装置可接着工作循环。如果锅不存在，则电子控制装置80不打开加热器元件40，或其通过工作循环开关装置82直到达到想要温度执行慢速加热循环。
本发明还包括操作带有控制系统60的加热装置10的方法，其中该控制系统60感应烹锅或器具的存在(或不存在)。参看图8中的框图，在框310中，控制系统60通过用户接口70接收温度设定。如上所述，该温度设定可通过简单的输入旋钮16(参看图1)、或带有先进的光学指示装置的接触键盘或无线键盘接收。如果采用输入旋钮16，则旋钮16可具有多个设定。例如，旋钮16可具有设定1-10，其中设定1是指最小热力，设定10是指最大热力。
在框320中，控制系统60确定加热装置10上的烹调表面12上是否有烹锅或器具。如上所述，在一个实施例中，电子控制装置80通过打开开关装置82、84的至少一个切断供给加热器元件40的电力。这优选是诸如三端双向可控硅开关元件等较快作用的开关。电子控制装置80接着发送控制信号给锅检测装置90，指示射频信号应被产生和发送通过加热器元件40。锅检测装置90响应指示加热器元件40的电抗大小的传感信号。电子控制装置80使用所接收的来自锅检测装置90的电抗大小确定烹调表面12上是否有烹锅或器具。如果不存在烹锅或器具，则控制系统60可使加热器元件40保持关闭(参看框330)。否则，如果存在烹锅或器具，则控制系统60可继续到框340。
在框340中，控制系统60可接着确定在框310中接收的设定是否是指最大热力。如果该设定是指最大热力，则控制系统60接着使加热器元件40开始快速加热循环。例如，为了煮沸液体，用户通常将选择最大热力。这可通过电子控制装置80来完成。如上所述，加热器元件40的快速加热可使烹调表面12上的温度应力增加。当烹调表面12上没有烹锅或器具时尤其如此。当烹调表面12上有烹锅或器具时，烹锅或器具可充当散热片，用来减少烹调表面12上的温度应力量。因此，在进入快速加热循环(框350)之前，重要的是知道烹调表面12上是否有烹锅或器具。如果该设定不是指最大热力，则对本领域的普通技术人员来说有多种已知方法打开加热器元件40以获得想要的设定。在一个实施例中，加热器元件40被打开，且在已经达到想要的温度设定后，该设定通过使供给加热器元件40的电力工作循环来维持(框360)。
在使供给加热器元件40的电力工作循环之间，控制系统60可继续到检查烹锅或器具是否仍在烹调表面12上(框370)。可使用如上所述与框360有关的相同步骤。即，在一个实施例中，电子控制装置80通过至少打开开关装置82切断加热器元件40的AC电力。电子控制装置80接着发送控制信号给锅检测装置90，指示射频信号应当被产生并发送通过加热器元件40。锅检测装置90响应指示加热器元件40的电抗大小的传感信号。电子控制装置80使用所接收的来自锅检测装置90的电抗大小确定烹调表面12上是否有烹锅或器具。如果烹锅或器具仍然存在，则控制系统60通过使供给加热器元件40的电力工作循环继续来继续维持该设定(参看框360)。否则，如果已经移开烹锅或器具，则控制系统60继续到框330并关闭加热器元件40。
在另一实施例中，本发明包括带有两个或更多个加热器元件的加热装置。参看图9A和图9B，在一个实施例中，加热装置410包括，支撑盘420、绝缘层430、外部加热器元件440和内部加热器元件450。支撑盘420设置在烹调表面12之下，且可以是带有大体上平坦的底部422和周缘侧壁424的浅盘。绝缘层430支撑在支撑盘420内部。具体地，在一个实施例中，如图9B所示，绝缘层430可具有绝缘饼状底部432和绝缘侧壁环434。虽然图9B示出作为两个分开部件的绝缘层430，绝缘饼状底部432和侧壁环434也可以是一个整体。与先前的实施例相似，用于绝缘层的适合材料包括Adrian的WackerSilicones公司的Wacker WDSThermal Insulation和Augusta，Georgia的Thermal Ceramics的Michigan和RPC2100。
加热器元件440、450支撑在绝缘层430的绝缘饼状底部432上。绝缘侧壁环434的存在允许加热器元件440、450与烹调表面12间隔开。通过使到加热器装置410的各侧的热损失量达到最小，绝缘侧壁环434还有助于将热聚集在位于加热器440、450正上方的区域。
加热器元件440、450优选是带状电加热器元件。加热器元件440、450辐射红外能量。外部加热器元件440具有终端442、444，内部加热器元件450具有终端452、454(注意：终端444在图9B中没有具体示出。然而，与终端452相似，终端444沿通孔437向下延伸)。这些终端允许加热器元件440、450电连接到控制系统460(参看图10)。控制系统460使电力能够通过加热器元件440、450供给。传统的加热器元件通常具有蛇形、波形或锯齿形图案。然而，在本发明中，优选的是，加热器元件在安装在绝缘饼状底部432上时具有螺旋形卷绕图案。因此，图9A中所示的实施例示出在外部加热器元件440内呈螺旋形卷绕的内部加热器元件450。双加热器元件的目的是保存能量和维持烹调表面12的寿命。根据烹锅或器具的大小，控制系统460将打开两个加热器元件440、450(对于大的烹锅或器具)或仅打开内部加热器元件(对于小的烹锅或器具)。
在一个实施例中，外部加热器元件440的第一终端442经由接线盒446连接到控制系统460。外部加热器元件440的第二终端444穿过绝缘饼状底部432中的孔437连接到控制系统460。内部加热器元件450的第一终端452穿过绝缘饼状底部432中的孔436连接到控制系统460。内部加热器元件450的第二终端454穿过绝缘饼状底部432中的孔438连接到控制系统460。
与先前所述的实施例相似，控制系统460利用导电烹锅或器具对螺旋形卷绕带状电加热器元件440、450的电抗的电磁作用来检测烹锅或器具的存在(或不存在)。每个加热器元件440、450被产生电磁场的射频信号激励。烹锅或器具(未示出)的存在干扰造成每个加热器元件440、450的电抗的明显变化的电磁场。电抗的变化可在加热器元件440、450的终端进行测量。根据每个加热器元件440、450的电抗，控制系统460还可确定大的或小的烹锅或器具是否已被置于加热装置410上的烹调表面12上。基于此信息，控制系统460可确定是否激活加热器元件440、450的一个或两个。
加热装置410的控制系统460与先前实施例的上述控制系统类似。参看图10，控制系统460的一个实施例包括用户接口470、电子控制装置480、开关装置482、484、486、488和锅检测装置490。如上所述，加热器元件440、450优选是螺旋形卷绕带状加热器元件。外部加热器元件440具有终端442、444。外部加热器元件440的终端442、444通过开关装置482、484连接到AC电力线462、464，从而供给诸如240 VAC等电压。内部加热器元件450具有终端452、454。内部加热器元件450的终端452、454通过开关装置486、488连接到AC电力线462、464。
开关装置482、484、486、488受电子控制装置480控制。开关装置482、484、486、488可以是继电器、三端双向可控硅开关、SCR、或其它类型的电子控制开关。在一个实施例中，用于与加热器元件的第一终端442、452相关的线路的开关装置482、486是三端双向可控硅开关。用于与第二终端444、454相关的线路的开关装置484、488是继电器。用于与第二终端444、454相关的线路的开关装置484、488充当在故障情形下或不操作的持续时间期间禁用的安全装置。用于与第一终端442、452相关的线路的开关装置482、486根据在任何给定时刻所需要的热力打开和关闭加热器元件440、450。由于三端双向可控硅开关是快速作用的开关装置，其是用于此类应用的适合的开关装置482、486。此外，与特定加热器元件440、450相关的开关装置482、486在测量加热器元件440、450中之一的电抗期间禁用。
用户接口470可以是简单的输入旋钮16(参看图1)或带有先进的光学指示装置的接触键盘或无线键盘。如果输入旋钮16被使用，则旋钮16可具有多个设定。例如，旋钮16可具有设定1-10，其中设定1是指最小热力，设定10是指最大热力。用户将烹锅或器具放到加热装置10上的烹调表面12上，并将控制旋扭16旋到想要的设定。为了使液体沸腾，用户将通常选择最高设定。电子控制装置480将接收来自旋扭16的想要设定。
电子控制装置480充当系统的主控制器。电子控制装置480通过用户接口470接受来自用户的想要设定。电子控制装置480通过激活开关装置482获得想要的设定，控制电力施加给加热器元件440、450。电子控制装置480还可以通过断开通过开关装置484、488的电力，在故障期间关闭任一加热器元件440、450。在一个实施例中，温度传感器(未示出)可以用来确定是否已达到想要的设定。在这样的情形下，电子控制装置480根据炉灶面14的用户选择的想要设定分配温度设定点。电子控制装置480打开供给一个或两个加热器元件440、450的电力(通过开关装置482、486)，直到达到该温度设定点。在已达到第一温度设定点后，通过使供给加热器元件440、450的电力进行工作循环维持该温度。电子控制装置480的操作可通过PID(比例、积分、微分)控制环或PI(比例、积分)控制环实现。
电子控制装置480还电连接到锅检测装置490，以确定加热装置410上的烹调表面12上烹锅或器具的存在(或不存在)。在此实施例中，电子控制装置480还可(通过锅检测装置490)确定是小的还是大的烹锅或器具已被放置在加热装置410上的烹调表面12上。锅检测装置490可包括与上述参看图7描述的电路相似的电路。在一个实施例中，锅检测装置490具有用于每个加热器元件440、450的单独的振荡电路。可选地，锅检测装置490具有用于每个加热器元件440、450的单个振荡电路，但是具有发送信号给每个加热器元件440、450的多个继电器或其它开关。锅检测装置490的电路指示加热器元件440、450的电抗。锅检测装置490电连接在加热器元件440、450和开关装置482、484、486、488的终端之间，以提供射频信号给每个加热器元件440、450。该信号被如此产生，以使任一加热器元件440、450电抗的任何变化都将影响信号的至少一个参数，即振幅、相位、延时、频率、或其它特征。
在此实施例中，电子控制装置480发送控制信号给锅检测装置490，指示何时能够启动射频信号，何时测量任一加热器元件440、450的电抗。锅检测装置490响应表示每个加热器元件440、450的电抗大小的传感信号。电子控制装置480使用所接收的来自锅检测装置490的电抗大小确定烹调表面12上是否有锅。电子控制装置480还使用所接收的来自锅检测装置490的电抗大小确定烹调表面12上是有小锅还是有大锅。可选地，锅检测装置490可响应并指示烹锅或器具存在或烹锅或器具大小。
已经描述的是用于炉灶面中的能确定烹锅或器具是否存在的辐射加热装置。该加热装置结构简单，从而使得该炉灶面比采用传统锅检测方法的炉灶面使用更少的部件。这样不仅降低了成本，还减少了维护时间。
由上所述，可以看到，已经实现了本发明的多个目标，同时也得到了其它的有利结果。
由于可对上述结构作出各种变化而不偏离本发明的范围，所以包含在上述或附图中的所有内容应被理解为是示意性的，并不用于限定本发明。
Claims (34)
1、一种用于炉灶面中加热装置的控制系统，所述加热装置具有螺旋形卷绕的带状加热器元件，所述控制系统包括电连接到所述加热器元件的锅检测装置，其中所述锅检测装置能产生穿过所述加热器元件的高频信号，从而确定所述炉灶面上是否有锅。
2、根据权利要求1所述的控制系统，其中所述炉灶面具有玻璃陶瓷烹调表面，所述加热装置和加热器元件安装在所述玻璃陶瓷烹调表面之下。
3、根据权利要求1所述的控制系统，其中所述锅检测装置具有振荡电路，以产生穿过所述加热器元件的高频信号。
4、根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制系统还包括电连接到所述锅检测装置的电子控制装置，所述电子控制装置能为所述锅检测装置产生信号，使所述锅检测装置产生穿过所述加热器元件的高频信号。
5、根据权利要求4所述的控制系统，其中在所述电子控制装置发送响应信号给所述锅检测装置使所述锅检测装置产生穿过所述加热器元件的高频信号后，所述锅检测装置能发送响应信号给所述电子控制装置。
6、根据权利要求5所述的控制系统，其中从所述锅检测装置到所述电子控制装置的响应信号反应所述加热器元件的电抗的至少一部分。
7、根据权利要求4所述的控制系统，其中所述控制系统还包括电连接到所述电子控制装置的用户接口，所述用户接口能接收来自所述炉灶面的用户的设定。
8、根据权利要求4所述的控制系统，其中所述控制系统还包括连接在所述加热器元件和电源之间的第一开关装置和第二开关装置，所述第一和第二开关装置由所述电子控制装置电子控制。
9、根据权利要求8所述的控制系统，其中所述第一开关装置是三端双向可控硅开关元件。
10、根据权利要求9所述的控制系统，其中当所述锅检测装置产生穿过所述加热器元件的高频信号时，所述第一开关装置被打开以去除所述加热器元件的电源。
11、一种用于炉灶面中加热装置的控制系统，所述加热装置具有加热器元件，所述加热器元件具有第一终端和第二终端，所述控制系统包括：
电连接到所述加热器元件的第一和第二终端的锅检测装置，所述锅检测装置能产生穿过所述加热器元件的高频信号，从而确定所述炉灶面上是否有锅；以及
电连接在所述加热器元件和电源之间的开关装置；
其中当所述锅检测装置产生穿过所述加热器元件的高频信号时，所述开关装置被打开以切断所述加热器元件的电源。
12、根据权利要求11所述的控制系统，其中所述炉灶面具有玻璃陶瓷烹调表面，所述加热装置和加热器元件安装在所述玻璃陶瓷烹调表面之下。
13、根据权利要求11所述的控制系统，其中所述锅检测装置具有振荡电路，以产生穿过所述加热器元件的高频信号。
14、根据权利要求11所述的控制系统，其中所述控制系统还包括电连接到所述锅检测装置的电子控制装置，所述电子控制装置能产生信号给所述锅检测装置，使所述锅检测装置能产生穿过所述加热器元件的高频信号。
15、根据权利要求14所述的控制系统，其中在所述电子控制装置发送响应信号给所述锅检测装置，使所述锅检测装置产生穿过所述加热器元件的高频信号后，所述锅检测装置能发送所述信号给所述电子控制装置。
16、根据权利要求15所述的控制系统，其中从所述锅检测装置到所述电子控制装置的响应信号反应所述加热器元件的电抗的至少一部分。
17、根据权利要求14所述的控制系统，其中所述控制系统还包括电连接到所述电子控制装置的用户接口，所述用户接口能接收来自所述炉灶面的用户的设定。
18、根据权利要求11所述的控制系统，其中所述开关装置是三端双向可控硅开关元件。
19、一种用于炉灶面中加热装置的控制系统，所述加热装置具有内部加热器元件和外部加热器元件，所述内部加热器元件和外部加热器元件被螺旋形卷绕，其中所述内部加热器元件在所述外部加热器元件内被螺旋形卷绕，所述控制系统包括：
电连接到所述内部和外部加热器元件的锅检测装置，所述锅检测装置能产生穿过所述内部加热器元件的高频信号，从而确定所述炉灶面上是否有锅；所述锅检测装置还能产生穿过所述外部加热器元件的高频信号，从而确定所述炉灶面上锅的大小；
电连接在所述内部加热器元件和电源之间的第一开关装置；以及
电连接在所述外部加热器元件和电源之间的第二开关装置；
其中当所述锅检测装置产生穿过所述内部加热器元件的高频信号以确定所述炉灶面上是否有锅时，所述第一开关装置被打开以切断所述内部加热器元件的电源，当所述锅检测装置产生穿过所述外部加热器元件的高频信号以确定所述炉灶面上锅的大小时，所述第二开关装置被打开以切断所述外部加热器元件的电源。
20、根据权利要求19所述的控制系统，其中所述炉灶面是玻璃陶瓷烹调表面，所述加热装置和加热器元件安装在所述玻璃陶瓷烹调表面之下。
21、根据权利要求19所述的控制系统，其中所述锅检测装置具有振荡电路，以产生穿过所述内部和外部加热器元件的高频信号。
22、根据权利要求19所述的控制系统，其中所述控制系统还包括电连接到所述锅检测装置的电子控制装置，所述电子控制装置能产生信号给所述锅检测装置，使所述锅检测装置能产生穿过所述内部和外部加热器元件的高频信号。
23、根据权利要求22所述的控制系统，其中在所述电子控制装置发送响应信号给所述锅检测装置，使所述锅检测装置产生穿过所述内部和外部加热器元件的高频信号后，所述锅检测装置能发送所述信号给所述电子控制装置。
24、根据权利要求23所述的控制系统，其中从所述锅检测装置到所述电子控制装置的响应信号反应所述第一和第二加热器元件中任一的电抗的至少一部分。
25、根据权利要求22所述的控制系统，其中所述控制系统还包括电连接到所述电子控制装置的用户接口，所述用户接口能接收来自所述炉灶面的用户的设定。
26、根据权利要求19所述的控制系统，其中所述第一开关装置和第二开关装置是三端双向可控硅开关元件。
27、一种操作带有控制系统的炉灶面的加热装置的方法，所述控制系统能检测到所述炉灶面上是否有锅，所述加热装置具有加热器元件，所述方法包括：
从用户接收所述炉灶面的设定；
产生穿过所述加热器元件的高频信号；
根据穿过所述加热器元件的高频信号的产生确定所述炉灶面上是否有锅；
如果确定所述炉灶面上没有锅，则断开供给所述加热器元件的电力；
如果确定所述炉灶面上有锅，则提供电力给所述加热器元件；
在已将电力提供给所述加热器元件后确定所述锅是否已从所述炉灶面移开；
如果确定所述锅已从所述炉灶面移开，则断开供给所述加热器元件的电力；以及
如果确定所述锅未从所述炉灶面移开，则提供电力给所述加热器元件。
28、根据权利要求27所述的方法，其中所述产生穿过所述加热器元件的高频信号的步骤由带有振荡电路的锅检测装置执行。
29、根据权利要求28所述的方法，其中所述确定所述炉灶面上是否有锅的步骤由电连接到所述锅检测装置的电子控制装置执行。
30、根据权利要求28所述的方法，其中所述确定所述锅是否已从所述炉灶面移开的步骤由电连接到所述锅检测装置的电子控制装置执行。
31、炉灶面中加热装置的控制系统，所述加热装置具有加热器元件，所述加热器元件具有第一终端和第二终端，所述控制系统包括：
用于从用户接收所述炉灶面的设定的装置；
用于产生穿过所述加热器元件的高频信号的装置；
用于确定所述炉灶面上是否有锅的装置；以及
如果确定所述炉灶面上无锅则断开供给所述加热器元件的电力的装置。
32、根据权利要求31所述的控制系统，其中所述炉灶面是玻璃陶瓷烹调表面，所述加热装置和加热器元件安装在所述玻璃陶瓷烹调表面之下。
33、根据权利要求31所述的控制系统，其中所述产生穿过所述加热器元件的高频信号的装置至少包括振荡电路。
34、根据权利要求31所述的控制系统，其中所述控制系统还包括电连接到所述用于产生穿过所述加热器元件的高频信号的装置的电子控制装置。
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