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Die
Erfindung betrifft eine Induktionskochmulde und ein Verfahren zur
Ermittlung einer Temperatur eines Bodens eines Zubereitungsbehälters.
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Beim
Zubereiten von verzehrbaren Zubereitungsgut und somit Lebensmitteln,
werden diese im Allgemeinen in ein Zubereitungsbehältnis, beispielsweise
ein Kochgeschirr, wie eine Pfanne oder einen Topf, eingebracht und
darin zubereitet. Ein Zubereitungsbehälter wird dabei üblicherweise
auf einer Zubereitungszone, insbesondere einer Kochzone, eines Zubereitungsfeldes,
insbesondere eines Kochfeldes, abgestellt. In modernen Kochfeldern
kommen Sensoren zum Einsatz, welche wesentliche Informationen zu
Eigenschaften des zuzubereitendes Gutes im Kochgeschirr bzw. zu
wesentlichen Betriebszuständen
des Kochfeldes oder des Kochgeschirrs erfassen.
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Bei
Kochfelder mit Strahlungsheizkörpern
ist die Temperatur des Kochgeschirrbodens eine ausführliche
Information über
den Betriebszustand des gesamten Systems aus Heizkörper und
der Zubereitungszone im Kochfeld, welche als Glaskeramik ausgebildet
sein kann. Darüber
hinaus werden auch Temperaturinformationen über das zuzubereitende Lebensmittel
selbst erfasst. Die Kenntnis des Verlaufs der Temperatur des Bodens
des Zubereitungsbehälters
erlaubt eine Regelung der Zubereitungstemperatur, indem insbesondere
eine Heizleistung eines Heizkörpers
mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit geregelt wird.
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In
Induktionsmulden bzw. bei Zubereitungszonen, welche induktiv heizbar
sind, ist eine derartige Temperatursensorik, welche aus Strahlungs-Kochfeldern
bekannt ist, nicht einsetzbar. Zur Ermittlung einer Temperatur eines
Bodens eines Zubereitungsbehälters
bei induktiv geheizten Zubereitungszonen kann eine Sensorik verwendet
werden, wie sie in der
JP
03208288 A beschrieben ist. Die Vorrichtung umfasst zwei
separate Infrarot-Sensoreinheiten,
welche an einer Unterseite der Zubereitungsplatte positioniert sind.
Die beiden Sensoren sind nebeneinander angeordnet, wobei der erste
Sensor zur Temperaturerfassung der Zubereitungsplatte ausgebildet
ist. Der zweite Sensor ist ausgebildet zur Erfassung der Temperatur
des Bodens eines Zubereitungsbehälters, welcher
auf der Oberseite der Zubereitungsplatte aufgestellt ist. Dazu ist
in der Zubereitungsplatte ein spezielles Einsatzteil eingebaut,
welches eine Transmission von Infrarotstrahlung ermöglicht.
Die beiden Sensoren sind somit als separate Einheiten ausgebildet,
welche unabhängige
Temperaturinformationen detektieren. Der zweite Sensor detektiert
ausschließlich
eine vom Boden des Zubereitungsbehälters abgestrahlte Wärmestrahlung.
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Darüber hinaus
ist aus der
JP 2003347028
A eine Kocheinheit bekannt, welche eine Zubereitungsplatte
aufweist, auf der ein Zubereitungsbehälter abgestellt ist. An der
gegenüberliegenden
Seite der Zubereitungsplatte sind zwei separate und beabstandet zueinander
angeordnete Sensoren angeordnet. Der Boden des Zubereitungsbehälters ist
induktiv heizbar. Einer der beiden Sensoren ist zur Detektion einer Wärmestrahlung
ausgebildet, welche sowohl Wärmestrahlung
des Bodens des Zubereitungsbehälters als
auch Wärmestrahlung
der Zubereitungsplatte aufweist. Der zweite Sensor, welcher ebenso
wie der erste Sensor als IR-Sensor ausgebildet ist, ist zur Detektion
einer Wärmestrahlung
einer Reflektorplatte ausgebildet. Die Reflektorplatte ist dabei
an der Unterseite der Zubereitungsplatte angebracht und der zweite
Sensor ist in unmittelbarer Nähe
zu dieser Reflektorplatte angeordnet. Somit detektiert dieser zweite
Sensor lediglich Wärmestrahlung
von dieser Reflektorplatte. Beide Sensoren sind mit einer Auswerteeinheit
verbunden, wobei in der Auswerteeinheit ein Differenzsignal aus
den beiden Sensorsignalen im Hinblick auf eine Temperaturermittlung
erzeugt wird.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Induktionskochmulde
und ein Verfahren zu schaffen, mit welcher bzw. mit welchem die
Temperatur eines Bodens eines Zubereitungsbehälters genauer bestimmt werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Induktionskochmulde, welche die Merkmale
nach Patentanspruch 1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale
nach Patentanspruch 12 aufweist, gelöst.
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Eine
lösungsgemäße Induktionskochmulde gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden
Sensoren derart angeordnet sind, dass ihre örtlichen Erfassungsbereiche
zumindest bereichsweise überlappend,
insbesondere im Wesentlichen vollständig überlappend, angeordnet sind.
Beide Sensoren detektieren zumindest bereichsweise im selben Flächenbereich,
wodurch eine wesentlich präzisere
Ermittlung der Bodentemperatur des Zubereitungsbehälters ermöglicht werden
kann.
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Die
beiden Sensoren weisen bevorzugt einen gleichen Raumwinkel des Erfassungsbereichs auf.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die beiden Sensoren derart
angeordnet sind, dass ihre Erfassungsbereiche an einer Unterseite
der Zubereitungszone einen gemeinsamen überlappenden Flächenbereich
aufweisen.
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Bevorzugt
sind die Erfassungsbereiche derart, dass dieser Flächenbereich
auf der Unterseite der Zubereitungszone im Wesentlichen deckungsgleich
ausgebildet ist. Insbesondere bei einer Ausgestaltung als Zwei-Kanal-Pyrometer
bzw. als Dual-Sensorsystem
kann dann neben den messtechnischen Vorteilen von optimal aufeinander
abgestimmten Elektroniken und Optiken gewährleistet werden, dass die
beiden IR-Sensoren
durch den selben Messfleck der Zubereitungszone „hindurchsehen".
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Die
Sensoren bzw. das Sensorsystem der Vorrichtung sind bzw. ist insbesondere
als Bratsensorik ausgebildet und entsprechend positioniert.
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Bevorzugt
ist der erste Sensor und/oder der IR-Sensor auf einer dem Boden
abgewandten Seite der Zubereitungszone angeordnet. Dort kann bevorzugt
eine Anordnung ausgebildet sein, bei welcher zumindest ein Sensor
beabstandet zu dieser abgewandten Seite positioniert ist.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass der erste Sensor an der dem Boden
abgewandten Seite der Zubereitungszone befestigt ist und somit unmittelbar an
der angewandten Seite angeordnet ist. Der erste Sensor kann als
NTC-Widerstand oder als PTC-Widerstand ausgebildet sein. Es kann
auch vorgesehen sein, dass auch der erste Sensor zur Erfassung Messwerte
zur Bestimmung der Temperatur der Zubereitungszone als IR-Sensor ausgebildet
ist.
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Die
beiden Sensoren sind bevorzugt benachbart und relativ nahe zueinander
angeordnet.
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Bevorzugt
sind die beiden Sensoren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Die beiden Sensoren sind darüber
hinaus in bevorzugter Weise von einer für die induktive Heizung vorgesehenen
Induktionsvorrichtung, insbesondere Induktionsspulen, abgeschirmt
angeordnet. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass das Gehäuse selbst
eine derartige Abschirmung ermöglicht.
Die Erfassung der Sensoren wird dadurch durch die induktive Heizung
nicht beeinflusst. Die Sensorergebnisse werden dadurch verbessert.
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In
bevorzugter Weise ist das Zubereitungsfeld als Glaskeramikfeld ausgebildet.
Bevorzugt ist dieses Zubereitungsfeld als homogenes Feld ausgebildet,
welches keine speziellen Detektionsbereiche aufweist, wie dies im
Stand der Technik für
eine entsprechende Detektion durch die Zubereitungszone hindurch
erforderlich ist. Ein derartiges Detektionsfenster ist somit nicht
erforderlich und nicht vorgesehen.
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Sind
beide Sensoren als IR-Sensoren ausgebildet, so ist in vorteilhafter
Weise ein Dual-Sensorsystem
realisiert, welches insbesondere als Zwei-Kanal-Pyrometer ausgebildet
ist.
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Bei
der vorgeschlagenen Induktionskochmulde ist ein Differenzsignal
in der Auswerteeinheit erzeugbar, welches eine exakte Ermittlung
der Temperatur des Bodens des Zubereitungsbehälters ermöglicht. Indem ein Sensor, der
ZR-Sensor, ein Signal erzeugt, welches sowohl Temperaturinformationen
der Zubereitungszone als auch Temperaturinformationen des Bodens
des Zubereitungsbehälters enthält, wird
dadurch ein Signal bereitgestellt, welches eine Mischtemperatur
charakterisiert. Der andere Sensor ist derart ausgebildet und angeordnet, dass
er lediglich die explizite Temperatur der Zubereitungszone erfasst.
Im Unterschied zum Stand der Technik wird somit genau die Temperatur
der Zubereitungszone unmittelbar und nicht die Temperatur einer
an einer Unterseite der Zubereitungszone angeordneten Reflektorplatte
erfasst. Mit der lösungsgemäßen Induktionskochmulde
kann somit in der Auswerteeinheit ein sehr genaues Ermitteln der
Temperatur des Bodens des Zubereitungsbehälters ermöglicht werden, da der in beiden
Sensorsignalen im Wesentlichen mit gleichen Betrag vorhandene Temperaturanteil
der Zubereitungszone exakt und einfach herausgerechnet werden kann.
Des Weiteren muss kein eigener separater und aus einem anderen Material ausgebildeter
Detektionsbereich in der Zubereitungszone ausgebildet werden, durch
welchen dann ein Sensor die Temperatur des Bodens erfassen kann,
wie dies im Stand der Technik erfolgt. Die Zubereitungszone muss
daher nicht eigens mit einer Aussparung ausgebildet und aufwändig gefertigt werden,
in die dieser Detektionsbereich eingebracht wird.
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Bei
einem Verfahren zum Ermitteln einer Temperatur eines Bodens eines
Zubereitungsbehälters
für ein
Zubereitungsgut wird der Zubereitungsbehälter auf eine Zubereitungszone
eines Zubereitungsfeldes aufgestellt, wobei die Zubereitungszone induktiv
geheizt wird. Zumindest ein Messwert zur Bestimmung der Temperatur
der Zubereitungszone wird mit einem ersten Sensor erfasst und eine
Wärmestrahlung
der Zubereitungszone sowie eine Wärmestrahlung des Bodens des
Zubereitungsbehälters wird
mittels einem SR-Sensor erfasst. Die von den beiden Sensoren detektierten
Temperaturinformationen werden an eine Auswerteeinheit übertragen,
wobei mittels der Auswerteeinheit abhängig von diesen Informationen
die Temperatur des Bodens des Zubereitungsbehälters ermittelt wird. Durch
das lösungsgemäße Verfahren
kann eine relativ einfache und dennoch sehr präzise Ermittlung der Temperatur
des Bodens des Zubereitungsbehälters
erreicht werden.
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Durch
die induktive Kopplung des Bodens des Zubereitungsbehälters wird
dieser aufgeheizt. Die dann von dem Boden abgestrahlte Wärmestrahlung
erwärmt
dann auch die Zubereitungszone, insbesondere die Glaskeramik, wodurch
sowohl von der Zubereitungszone als auch von dem Boden Wärmestrahlung
abgestrahlt wird. Diese Wärmestrahlungen werden
als Mischsignal von dem IR-Sensor detektiert. Der erste Sensor detektiert
lediglich Messwerte, die die Temperatur der erwärmten Zubereitungszone charakterisieren.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Induktionskochmulde sind
als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
anzusehen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Zubereitungsfeldes mit einem Zubereitungsbehälter und
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
und
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In
den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
in schematischer perspektivischer Darstellung symbolisch eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung
einer Temperatur eines Bodens 31 eines als Kochtopf 3 ausgebildeten
Zubereitungsbehälters gezeigt,
welche einer Induktionskochmulde zugeordnet ist. Die Vorrichtung 1 und
der Kochtopf 3 sind an gegenüberliegenden Seiten eines als
Kochfeld 2 ausgebildeten Zubereitungsfelds, welches als
Glaskeramikplatte oder Glasplatte ausgebildet ist, positioniert.
Das Kochfeld 2 umfasst im Ausführungsbeispiel vier als Kochzonen 21, 22, 23 und 24 ausgebildete
Zubereitungszonen, von denen zumindest die Kochzone 24,
auf welcher der Kochtopf 3 steht, induktiv heizbar ist.
Der Kochtopf 3 ist dabei an einer Oberseite 2a des
Kochfeldes 2 auf der Kochzone 24 aufgestellt.
Die Vorrichtung 1 ist an oder beabstandet zu einer Unterseite 2b des
Kochfeldes positioniert.
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Die
in 1 lediglich als Blockelement dargestellte Vorrichtung 1 wird
in 2 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In 2 ist
eine schematische Darstellung eines Teilausschnitts gezeigt, bei
dem die Vorrichtung 1 eine Sensorvorrichtung aufweist.
Die Sensorvorrichtung umfasst einen ersten Sensor 11, welcher
als NTC-Widerstand oder als PTC-Widerstand ausgebildet ist. Dieser
erste Sensor 11 ist an der Unterseite 2b des Kochfeldes 2 unmittelbar
angeordnet und zur Erfassung ausschließlich der Temperatur dieses
Kochfeldes 2 ausgebildet. Durch diesen Sensor 11 wird
somit direkt die Temperatur der Glaskeramikplatte des Kochfeldes 2 unmittelbar
erfasst, ohne dass Zwischenelemente oder dergleichen angeordnet
sind.
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Darüber hinaus
umfasst die Sensorvorrichtung einen zweiten Sensor, welcher als
IR-Sensor 12 ausgebildet
ist. Der ZR-Sensor 12 ist beabstandet zur Unterseite 2b positioniert
und weist einen Erfassungsbereich 12a auf, welcher an der
Unterseite 2b des Kochfeldes 2 einen flächigen Bereich 12b ausbildet.
Wie dabei zu erkennen ist, ist der Sensor 11 und der ZR-Sensor 12 derart
zueinander positioniert, dass der erste Sensor 11 zumindest
teilweise auch im Erfassungsbereich 12a enthalten ist.
Der Sensor 11 und der ZR-Sensor 12 detektieren
somit Messwerte für
eine weitere Temperaturermittlung zumindest bereichsweise von einem
gemeinsamen Messfleck. Der ZR-Sensor 12 ist durch einen
geeigneten Filter zur Detektion von Wärmestrahlung ausgebildet, welche
sowohl von dem Kochfeld 2 als auch von dem Boden 31 des
Kochtopfs 3 abgestrahlt wird. Somit detektiert der IR-Sensor 12 quasi
ein Mischsignal, welches sich aus den Wärmestrahlungen des Bodens 31 als
auch des Kochfeldes 2 zusammensetzt.
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Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung 1 zumindest eine Auswerteeinheit 13,
welche mit dem Sensor 11 und dem IR-Sensor 12 elektrisch
verbunden ist. Mittels dieser Auswerteeinheit 13 wird das Sensorsignal
des ersten Sensors 11, welches ausschließlich die
unmittelbare Temperatur des Kochfeldes 2 charakterisierende
Messwerte enthält,
mit dem Sensorsignal mit dem IR-Sensors 12, welches sowohl
Temperaturinformationen des Kochfeldes 2 als auch des Bodens 3 enthält, verglichen.
Beispielsweise durch Differenzbildung dieser beiden Signale kann die
Temperatur des Bodens 31 des Kochtopfes 3 exakt
ermittelt werden; der Einfluss der Temperatur der Glaskeramikplatte
kann kompensiert werden.
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In 2 sind
auch in schematischer Weise Induktoren 4, insbesondere
Induktionsspulen, schematisch dargestellt, welche zur induktiven
Heizung des Bodens 31 des Kochtopfs 3 ausgebildet
sind.
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In
der gezeigten Ausführung
gemäß 2 ist
die Detektionsempfindlichkeit des IR-Sensors 12 im Hinblick auf
eine Detektion der Wärmestrahlung und
somit eines entsprechenden Wellenlängenbereichs bezüglich des
homogen ausgebildeten Kochfeldes 2 abgestimmt. Der IR-Sensor 12 kann
somit auch durch das Kochfeld 2 hindurch detektieren und Wärmestrahlung
des Bodens 31 erfassen, bzw. die Wärmestrahlung des Bodens durchdringt
in einen ersten bestimmten Wellenlängenbereich die Glaskeramik
und kann von den IR-Sensor detektiert weden.
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Mit
der aus der direkten Messung exakt bekannten Temperatur des Kochfeldes 2 kann
aus dem Mischsignal des IR-Sensors 12 der Einfluss des Kochfeldes 2 eliminiert
werden, wobei dies in der Auswerteeinheit 13 durch eine
explizite Rechnung oder durch ein abgelegtes Kennfeld erfolgen kann. Dadurch
ist die Temperatur des Bodens 31 relativ einfach und aufwandsarm
bestimmbar. Die direkte Erfassung der Temperatur des Kochfeldes
ermöglicht eine
wesentlich präzisere
Bestimmung der Temperatur des Bodens 31.
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Bei
der in 2 gezeigten Darstellung ist der Boden 31 minimal
beabstandet zur Oberseite 2a des Kochfeldes 2 positioniert.
Dies ist lediglich aufgrund der Bombierung des Bodens 31 des
Kochtopfes 3 der Fall. Ansonsten ist der Kochtopf 3 unmittelbar
auf der Oberseite 2a abgestellt. Es kann auch vorgesehen sein,
dass die Vorrichtung 1 an einer Position angeordnet ist,
bei der aufgrund der Ausgestaltung des Bodens 31 dieser
unmittelbar auf der Oberseite 2a aufliegt.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung 1 in schematischer Weise dargestellt. Im Unterschied
zur Ausgestaltung gemäß 2 umfasst
die Vorrichtung hier zwei IR-Sensoren 12 und 14,
welche als separate Komponenten ausgebildet sind. Beide IR-Sensoren 12 und 14 sind
beabstandet zur Unterseite 2b des Kochfeldes 2 angeordnet
und mit ihren Erfassungsbereichen 12a und 14a in
Richtung des Kochfeldes 2 orientiert. Darüber hinaus
sind die IR-Sensoren 12 und 14 derart positioniert,
dass ihre Erfassungsbereiche 12a und 14a auf der
Unterseite 2b Flächen 12b und 14b ausbilden, welche
an der Unterseite 2b in einem Flächenbereich 15 überlappen.
In diesem überlappenden
Flächenbereich 15 wird
somit ein gemeinsamer Messfleck ausgebildet. Die Präzision kann
durch eine derartige überlappende
Ausgestaltung der Erfassungsbereiche 12a und 14a verbessert
werden, da zumindest bereichsweise von einem gemeinsamen Messfleck 15 Wärmestrahlung
detektiert wird.
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Der
IR-Sensor 12 ist durch einen geeigneten ersten Filter wiederum
zur Detektion von Wärmestrahlung
des Kochfeldes 2 und von Wärmestrahlung des Bodens 31 ausgebildet.
Der IR-Sensor 14 ist im Hinblick auf seine Detektionsempfindlichkeit
und seinen detektierbaren Wellenlängenbereich durch einen geeigneten
zweiten Filter derart ausgestaltet, dass er lediglich und unmittelbar
die Wärmestrahlung
des Kochfeldes 2 detektieren kann. In der Auswerteeinheit 13 wird
analog zur Ausgestaltung gemäß 2 wiederum
ein Differenzsignal aus den beiden von den IR-Sensoren 12 und 14 übertragenen
Sensorsignalen die Temperatur des Bodens 31 ermittelt.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 1 ist in der schematischen
Darstellung gemäß 4 gezeigt.
Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung 1 ein
Sensorsystem, welches als Zwei-Kanal-Pyrometer ausgebildet ist,
wobei das Sensorsystem 16 als IR-Sensorsystem ausgebildet ist und zur intern
getrennten Betrachtung von zwei Bereichen ausgebildet ist. Bei diesem
Sensorsystem 16 werden somit nicht zwei separate Sensoren,
wie dies in den Ausführungen
gemäß 2 und 3 realisiert
ist, angeordnet, sondern diese beiden Sensoren werden praktisch
integral ausgebildet und sind beide in dem einen Sensorsystem 16 realisiert.
Das Sensorsystem 16 ist dabei einerseits zur unmittelbaren
Detektion der Temperatur des Kochfeldes 2 ausgebildet,
andererseits zur Erfassung eines Mischsignals, welches Wärmestrahlung
sowohl des Kochfeldes 2 als auch des Bodens 31 enthält. Die
beiden in dem Sensorsystem 16 realisierten Sensoren weisen
bei dieser Ausgestaltung einen im Wesentlichen gleichen Erfassungsbereich 16a auf,
welcher auf der Unterseite 2b zu einem im Wesentlichen
deckungsgleichen Flächenbereich 16b führt. Das
Sensorsystem 16 bzw. die darin realisierten Sensoren beobachten
somit quasi stets den gleichen Messfleck.
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Bei
der Ausgestaltung in 4 ist das Sensorsystem 16 in
einem Gehäuse 17 angeordnet,
welches eine Abschirmung des Sensorsystems 16 vor induktiven
Einflüssen
der Induktoren 4 ermöglicht. Dieses
Gehäuse 17 kann
auch bei den Ausgestaltungen gemäß 2 und 3 ausgebildet
sein.
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Die
für die
Erfassung der Temperatur des Kochfeldes 2 vorgesehenen
Sensoren 11, 14 und der des Sensorsystems 16 sind
bevorzugt derart ausgebildet, dass eine über die gesamte Höhe h des
Kochfeldes 2 gemittelte Temperatur detektierbar ist. Es kann
auch vorgesehen sein, dass diese Sensoren 11, 14 und
der entsprechende Sensor des Sensorsystems 16 lediglich
zur Erfassung der Temperatur der Unterseite 2b des Kochfeldes 2 ausgebildet
sind.
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Das
Kochfeld 2 kann beispielsweise als eine Glaskeramik-Kochfläche ausgebildet
sein, welche beispielsweise materiell derart beschaffen ist, dass ein
Transmissionsgrad von etwa 45 % bis 55% bei einer Wärmestrahlung
mit einer Wellenlänge
von etwa 1,5 μm
bis etwa 2,7 μm
gegeben ist. Des Weiteren kann dieses Kochfeld 2 auch einen
Transmissionsgrad von etwa 37% bis etwa 40% bei einer Wellenlänge von
etwa 3,5 μm
bis etwa 4 μm
der Wärmestrahlung
aufweisen. Die IR-Sensoren 12 und 16 weisen dann
bevorzugt eine für
diesen Bereich entsprechende Detektionsempfindlichkeit auf. Die
Angaben sind lediglich beispielhaft und können abhängig vom Material des Kochfeldes 2 variieren,
weshalb dann auch die Detektionsempfindlichkeit der IR-Sensoren 12 und 16 bzw.
deren Filter entsprechend zu ändern sind.