DE19643698A1 - Vorrichtung zur Abschirmung von für kapazitive Messungen verwendeten Leiterbahnen eines Kochfeldes - Google Patents

Vorrichtung zur Abschirmung von für kapazitive Messungen verwendeten Leiterbahnen eines Kochfeldes

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abschirmung von für kapazitive Messungen verwendeten Leiterbahnen an einem Kochfeld.
Aus der DE 43 36 752 A1 ist ein Glaskeramikkochfeld bekannt, dessen Kochstellen Leiterbahnen für Widerstands- und/oder kapazitive Messungen zugeordnet sind. Dabei erstrecken sich diagonal über jede Kochstelle zwei zueinander parallele Leiterbahnen, von denen zumindest eine aus einem Material mit stark temperaturabhängigem Widerstand besteht, so daß die Temperatur dieser Leiterbahn durch Messung ihres Widerstandes bestimmt werden kann. Durch Messung des Widerstandes zwischen den zwei benachbarten Leiterbahnen kann der Widerstand des Glaskeramikmaterials bestimmt werden, aus dem bei Temperaturen über 250°C auf die Temperatur des Glaskeramikmaterials geschlossen werden kann. Zusätzlich sind an jeder Kochstelle kreissegmentartige Leiterbahnen vorgesehen, wobei durch Messung der Kapazität zwischen den kreissegmentartigen Leiterbahnen und den diagonalen Leiterbahnen bestimmt werden kann, ob sich ein Topf auf der Kochstelle befindet und wo sich dieser Topf befindet. Die Leiterbahnen sind unmittelbar auf die Unterseite der Glaskeramik aufgebracht.
Die nicht-vorveröffentlichte europäische Patentanmeldung 96103251.3 offenbart die Maßnahmen, wenigstens die eine, diagonal über die Kochstelle geführte Leiterbahn als über alle Kochstellen geführte Ringleitung auszubilden und von dieser Leiterbahn jeweils im Randbereich der Kochstellen Meßleiterbahnen abzuleiten, mittels derer der Widerstand der umlaufend geführten Leiterbahn bei Beschickung der umlaufend geführten Leiterbahnen mit einem bekannten, konstanten Strom zu messen und daraus auf die Temperatur zu schließen.
Die Messung der Kapazität zwischen der bzw. den diagonalen Leiterbahnen und den kreissegmentförmigen Leiterbahnen geschieht im allgemeinen derart, daß ein LC-Oszillator mit der Kapazität zwischen den genannten Leiterbahnen betrieben wird, wobei die Dimensionierung derart ist, daß der LC-Oszillator ohne auf der Kochstelle befindlichen Topf mit einer Frequenz von etwa 2 MHz schwingt. Beim Aufstellen eines Topfes sinkt die Oszillatorfrequenz, wobei das Absinken unter einem bestimmten Schwellwert als Topfdetektion herangezogen wird. Die genaue Stellung des Topfes wird durch Unterschiede der Kapazitäten bzw. Frequenzen ermittelt, die sich bei der Messung der jeweiligen diagonalen Leiterbahnen mit unterschiedlichen kreissegmentartigen Leiterbahnen ergeben.
Es ist zweckmäßig, alle an dem Glaskeramikkochfeld vorgesehenen Sensorleiterbahnen zu einem gemeinsamen Kontaktbereich zu führen, in dem Anschlußbereiche der Leiterbahnen zur Kontaktierung nebeneinanderliegend angeordnet sind. Insbesondere bei einer solchen Anordnung der Anschlußbereiche ergibt sich eine Schwierigkeit daraus, daß eine deutliche Kapazitätserhöhung bzw. Frequenzverminderung auftritt, wenn sich ein Topf im Bereich der Anschlußbereiche befindet, in dem sämtliche Sensorleiterbahnen zu einer Kontaktreihe zusammenlaufen. Diese Frequenzverminderung kann zu Fehleraussagen bei der Topfdetektierung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß ein Topf nur dann detektiert wird, wenn er sich tatsächlich auf einer Kochstelle befindet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Durch die kammartige Abschirmleiterbahnstruktur, die die Anschlußbereiche der Leiterbahnen des Glaskeramik­ kochfeldes zwischen sich aufnimmt, wird eine Kapazitätsänderung im Bereich der Anschlußbereiche weitgehend unterdrückt, so daß keine Fehldetektionen auftreten.
Die Ansprüche 2 und 3 sind auf Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet, mit denen eine besonders weitgehende Unterdrückung der Kapazitätsänderung im Bereich der Anschlußbereiche durch einen dort befindlichen Topf erreicht wird.
Gemäß dem Anspruch 4 kann zum Anschluß der Leiterbahnen einen kostengünstiges Flachbandkabel verwendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Kochfeld mit auf dessen Unterseite vorgesehenen Leiterbahnen,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Anschlußbereiche der Leiterbahnen gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten Schaltung.
Gemäß Fig. 1 weist ein Glaskeramikkochfeld 2 vier Kochstellen 4 auf, denen jeweils folgende Leiterbahnen zu Meßzwecken zugeordnet sind:
eine Leiterbahn 6 mit zumindest im Bereich der Kochstelle stark temperaturabhängigem Widerstand, an die jeweils im Bereich des äußeren Umfangs der Kochstelle Meßleiterbahnen 8 und 10 herangeführt sind;
eine weitere diagonale Leiterbahn 12, die nur von einer Seite her angeschlossen ist, sowie
zwei kreissegmentförmige Leiterbahnen 14 und 16 sowie gegebenenfalls weitere kreissegmentförmige Leiterbahnen 18 und 20.
Die Leiterbahn 6 ist als Ringleitung durch alle vier Kochstellen durchgeführt, so daß bei Beschickung der Leiterbahn 6 mit einem konstanten, bekannten Strom durch Messung des Spannungsabfalls mittels der Meßleiterbahnen 8 und 10 der Widerstand der Leiterbahn 6 im Bereich der Kochstellen und damit die Temperatur der Kochstellen bestimmt werden kann.
Durch Messung des Widerstandes zwischen den Leiterbahnen 6 und 12 kann der Widerstand des Glaskeramikmaterials bestimmt werden, der ein Maß für die Temperatur des Glaskeramikmaterials ist.
Durch Messung der Kapazitäten zwischen der Leiterbahn 12 und den kreissegmentförmigen Leiterbahnen 14, 16, 18 und 20 kann detektiert werden, ob sich ein Topf auf dem jeweiligen Kochfeld befindet und wo sich dieser Topf befindet.
Für ihre Kontaktierung sind Anschlußbereiche 30 aller Leiterbahnen zu einem Kontaktbereich am Kochfeld geführt, wo sie zu ihrer Kontaktierung in nebeneinander angeordneten Kontakten 32 enden.
Zur Abschirmung der Anschlußbereiche 30 ist die Glaskeramik mit einer kammartigen Abschirmbahnleiterstruktur 34 versehen, wobei sich die Schenkel 36 bzw. Zinken der kammartigen Abschirmleiterbahnstruktur zwischen je zwei benachbarten Anschlußbereichen 30 und vorteilhafterweise auch außerhalb der Anschlußbereiche 30 erstrecken. Die Schenkel sind zwischen den Anschlußbereichen so weit geführt, daß im Bereich ihrer freien Enden ein genügender Abstand zwischen den Anschlußbereichen vorhanden ist. Die Schenkel 34 sind über die Basis 38 der Abschirmleiterbahnstruktur 34 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Die Beschaltung der beschriebenen Anordnung ist anhand Fig. 3 skizziert. Am kapazitiven Eingang 40 bzw. Meßeingang eines LC-Oszillators 42 liegt beispielsweise die Leiterbahn 12, die zusammen mit der Leiterbahn 14 einen Kondensator 44 bildet. 46 bezeichnet den Meßausgang des LC-Oszillators 42.
Der Eingang 40 des Oszillators 42 ist mit dem positiven Eingang eines Operationsverstärkers 50 verbunden, dessen negativer Eingang mit seinem Ausgang 52 verbunden ist, der wiederum mit der Abschirmleiterbahnstruktur 34 verbunden ist. Der Operationsverstärker 50 ist auf diese Weise als Elektrometerverstärker bzw. Spannungsfolger geschaltet, der das Eingangssignal des Oszillators 42 zumindest bei nicht zu hohen Frequenzen phasenrichtig unmittelbar auf die Abschirmleiterbahnstruktur 34 legt. Das heißt, die Anschlußbereiche 30 haben unter sich einen nur sehr geringen parasitären Kapazitätseinfluß, da zwischen ihnen und der Abschirmleiterbahnstruktur 34 keine Spannungsdifferenz vorhanden ist. Der Einfluß durch das Aufstellen eines Topfes auf den Bereich der Anschlußbereiche 30 der Leiterbahnen wird dadurch so stark gemindert, daß es zu keinen deutlichen Frequenzänderungen des Oszillators 42 kommt und dadurch Fehldetektionen verhindert werden.
Ein weiterer, mit der Abschirmleiterbahnstruktur 34 erzielter Vorteil liegt darin, daß zum Anschluß der beschriebenen Leiterbahnen ein preiswertes, normales Flachbandkabel verwendet werden kann, das in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 60 angedeutet ist. Die nebeneinanderliegenden Leiter 62 des Flachbandkabels 60 sind abwechselnd mit einem der Anschlußbereiche 30 und der Abschirmleiterbahnstruktur 34 verbunden, wobei die Beschaltung gemäß 3 beibehalten wird, so daß eine optimale Abschirmung zwischen den mit den Meßleiterbahnen verbundenen Leitern 62 des Flachbandkabels 60 gegeben ist.
In allen Ausführungsformen können anstelle der strahlungsbeheizten Kochstelle 4 auch direkt beheizte Kochstellen verwendet werden, insbesondere Kochstellen oder ein Kochfeld aus einer Keramik, die durch auf die Keramikunterseite aufgebrachte Widerstandsstrukturen elektrisch beheizt wird. Die Keramik kann insbesondere eine Siliciumnitrid- oder eine Siliciumcarbid-Keramik sein. Die Widerstandsstrukturen können aus aufgesputtertem, aufgedampftem oder aufgepreßtem Metall bestehen.
Bezugszeichenliste
2 Kochfeld
4 Kochstelle
6 Leiterbahn
8 Meßleiterbahn
10 Meßleiterbahn
12 Leiterbahn
14 kreissegmentförmige Leiterbahn
16 kreissegmentförmige Leiterbahn
18 kreissegmentförmige Leiterbahn
20 kreissegmentförmige Leiterbahn
22 kreissegmentförmige Leiterbahn
30 Anschlußbereich
32 Kontakt
34 Abschirmleiterbahnstruktur
36 Schenkel
38 Basis
40 kapazitiver Eingang
42 LC-Oszillator
44 Kondensator
46 Meßausgang
50 Operationsverstärker
52 Ausgang
60 Flachbandkabel
62 Leiter

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Abschirmung von für kapazitive Messungen verwendeten Leiterbahnen (12, 14, 16, 18, 20, 22) an einem Kochfeld (2), welche Leiterbahnen in nebeneinanderliegenden Anschlußbereichen (30) enden, dadurch gekennzeichnet, daß eine kammartige Abschirmleiterbahnstruktur (34) mit sich zwischen den Anschlußbereichen (30) erstreckenden Schenkeln (36) und einer gemeinsamen Basis (38) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein von einem der Anschlußbereiche (30) der Leiterbahnen abgeleitetes Signal der kammartigen Abschirmleiterbahnstruktur (34) zugeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein als Spannungsfolger geschalteter Operationsverstärker (50) vorgesehen ist, dessen positiver Eingang mit einer der für kapazitive Messungen verwendeten Leiterbahnen (12) verbunden ist und dessen Ausgang mit der Abschirmleiterbahnstruktur (34) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der zum Anschluß der Leiterbahnen (10, 12, 14, 16, 18, 20, 22) ein Flachbandkabel (60) vorgesehen ist, wobei jeder zweite Leiter (62) des Flachbandkabels mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (50) verbunden ist.
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