DE19643698C2 - Vorrichtung zur Abschirmung von für kapazitive Messungen verwendeten Leiterbahnen eines Kochfeldes - Google Patents
Vorrichtung zur Abschirmung von für kapazitive Messungen verwendeten Leiterbahnen eines KochfeldesInfo
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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
DE 197 07 664 A1 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 den 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 Freguenzverminderung 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.
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.
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
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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