DE3736005A1 - Control unit for electronically controlling the hob temperature with a temperature sensor - Google Patents
Control unit for electronically controlling the hob temperature with a temperature sensorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit für elektronische Kochstellen- Temperaturregelung mit Temperatursensor, die für Einzelkochstellen und Glaskera mik-Kochfelder anwendbar ist, da die Steuereinheit so gestaltet ist, daß die in der Steuereinheit angeordneten Auswerteschaltungen je nach Verwendungszweck aufrüst bar sind.The invention relates to a control unit for electronic hotplates. Temperature control with temperature sensor, for single hotplates and glassware Mik cooktops is applicable because the control unit is designed so that the in the Control unit arranged evaluation circuits upgrade depending on the intended use are cash.
Eine derartige Steuereinheit für Elektrokochplatten in Verbindung mit einem lei stungsfähigen und kostengünstigen Temperatursensor ist bislang in der Haushalttech nik nicht angewendet worden. Es sind Schaltungsanordnungen zur Leistungssteuerung für Kochplatten bekanntgeworden, z. B. durch die DE-OS 27 34 003, die jedoch die erfindungsgemäße Lösung nicht berühren und auch keine elektronische Kochstellen- Temperaturregelung vorwegnehmen. Beispielsweise behandelt die DE-PS 27 31 782 C2 die Problematik eines Steuergerätes für Elektrokochplatten aus der Sicht der An kochphase, wofür entsprechende Lösungen angegeben werden, ohne daß eine elektro nische Kochstellen-Temperaturregelung erfolgt.Such a control unit for electric hot plates in connection with a lei Stable and inexpensive temperature sensor is so far in household technology nik not been applied. There are circuit arrangements for power control become known for hot plates, e.g. B. by DE-OS 27 34 003, but the do not touch the solution according to the invention and also no electronic hotplate Anticipate temperature control. For example, DE-PS 27 31 782 C2 deals the problem of a control unit for electric hot plates from the perspective of the An cooking phase, for which appropriate solutions are given without an electro African hotplate temperature control.
Zum Stand der Technik gehören die mit Ausdehnungssensoren ausgerüsteten Automa tik-Kochplatten für Gußkochstellen. Glaskeramik-Kochfelder können mit den Ausdeh nungssensoren der Automatik-Kochplatten jedoch nicht bestückt werden.The state of the art includes the Automa equipped with expansion sensors tik hot plates for cast-iron hobs. Glass ceramic cooktops can be expanded voltage sensors of the automatic hot plates, however, cannot be fitted.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Steuereinheit für elektronische Kochstellen-Temperaturregelung, die sich eines besonders kostengünstigen, langzeit stabilen und für Temperaturen bis 700°C geeigneten Temperatursensors bedient, zu schaffen und mit dieser Steuereinheit eine Kochstellen-Temperaturregelung, verbun den mit Übertemperatursicherung, Restwärmeanzeige und Wärmekapazitätserkennung, zu realisieren.The object of the invention is therefore to provide a control unit for electronic Hob temperature control, which is a particularly cost-effective, long-term stable temperature sensor suitable for temperatures up to 700 ° C create and with this control unit a hotplate temperature control, verbun with overtemperature protection, residual heat indicator and heat capacity detection, to realize.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekenn zeichnet, daß in der vom Temperatursensor geregelten Steuereinheit Auswerteschal tungen für eine Kochstellen-Temperaturregelung eine Wärmekapazitätserkennung, ei ne Übertemperatursicherung und eine Restwärme-Mengenanzeige angeordnet sind.The control unit according to the invention for solving this problem is known records that in the control unit controlled by the temperature sensor evaluation scarf a heat capacity detection, ei ne overtemperature protection and a residual heat quantity display are arranged.
Eine weitere vorteilhafte Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturreg ler, ausgerüstet mit dem Temperatursensor und einem Sollwertgeber, mit einer Aus werteelektronik, bestehend aus einer Anzeige- und Leistungsschaltereinheit, verbun den ist, wobei die zweipunktregelnde, durch den Temperaturregler auf Sollwert eingestellte Auswerteelektronik durch ihr Ausgangssignal mit der Kochstellenheizung verknüpft ist und eine vorgewählte Kochtemperatur konstant gehalten wird.Another advantageous solution is characterized in that a temperature reg equipped with the temperature sensor and a setpoint device with an off value electronics, consisting of a display and circuit breaker unit, verbun that is, the two-point regulating, by the temperature controller to setpoint set evaluation electronics through their output signal with the hotplate heater is linked and a pre-selected cooking temperature is kept constant.
Als Temperatursensor wird ein Platinsensor verwendet, dessen Einsatz besonders vor teilhaft ist, da Platinsensoren sehr gute Langzeitstabilität, Genauigkeiten um 1%, und den geforderten Temperaturbereich aufweisen. Zudem sind sie kostengünstig.A platinum sensor is used as the temperature sensor, the use of which is particularly important is partial because platinum sensors have very good long-term stability, accuracies of 1%, and have the required temperature range. They are also inexpensive.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor mit einem A-D-Wandler eingangsseitig verbunden ist, daß der Ausgang des AD-Wandlers gemeinsam mit dem Ausgang eines Dateneingabegerä tes auf den Datenbus eines Mikroprozessors geführt ist und daß der Mikroprozessor ausgangsseitig über eine Leistungsschaltstufe mit einer Kochstellenleitung und paral lel dazu mit einer Datenanzeigeeinheit verbunden ist.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that that the temperature sensor is connected on the input side to an A-D converter the output of the AD converter together with the output of a data input device tes on the data bus of a microprocessor and that the microprocessor on the output side via a power switching stage with a hotplate and parallel lel is connected to a data display unit.
Es ist besonders vorteilhaft, mikroprozessorgesteuerte Auswerteschaltungen einzuset zen, weil dadurch über die in der Aufgabenstellung angeführten Problemstellungen hinaus weitere servicefreundliche Kochstelleneinrichtungen, wie beispielsweise die Eingabe von Daten einer spezifizierten Kochbuchsoftware über das Dateneingabege rät, geschaffen werden. Das führt zur Entlastung der Hausfrau und bedeutet Ener gieeinsparung durch kochgutgerechte Heizvarianten. It is particularly advantageous to use microprocessor-controlled evaluation circuits zen, because it addresses the problems listed in the task further service-friendly cooking facilities, such as the Input of data from a specified cookbook software via the data input advises to be created. This relieves the burden on the housewife and means Ener Energy saving through heating variants suitable for the food to be cooked.
Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ent halten.Other advantageous embodiments of the invention are set out in the subclaims hold.
Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigtExemplary embodiments according to the invention are described below with reference to the drawings described in more detail. It shows
Fig. 1a eine Temperatur-Sensoranordnung für Einzelkochstellen, FIG. 1a is a temperature sensor assembly for single plates,
Fig. 1b eine Temperatur-Sensoranordnung für ein Glaskeramik-Kochfeld, FIG. 1b is a temperature sensor assembly for a glass ceramic hob,
Fig. 1c eine Anordnung für ein Platinelement mit Kontaktierung und Vierlei tertechnik, Fig. 1c shows a structure for a board element with contacting and Vierlei fenestration technology,
Fig. 1d ein Glaskeramik-Kochfeld mit vier sensorbestückten Kochstellen, Fig. 1d a glass ceramic cooktop with four touch-sensitive plates,
Fig. 2a eine Kochstelle mit Längensensor, FIG. 2a is a hob with length sensor,
Fig. 2b eine Kochstelle mit Flächensensor, FIG. 2b shows a hotplate with surface sensor,
Fig. 2c eine Kochstelle mit 3-Sensor-Serienschaltung, Fig. 2c is a hob with 3-sensor series circuit,
Fig. 3a einen brückengespeisten Differenzverstärker, Fig. 3a shows a bridge-fed differential amplifier,
Fig. 3b das Schaltverhalten der Anordnungen 3a, FIG. 3b, the switching behavior of the assemblies 3a,
Fig. 4 einen Platinsensor in Vierleitertechnik mit einer Auswerteschaltung, Fig. 4 is a platinum sensor in four-conductor technology having an evaluation circuit,
Fig. 5 einen Temperaturregler mit Auswerteeinheit, Fig. 5 is a temperature controller with the evaluation unit,
Fig. 6 eine mit Platinsensor ausgerüstete, mikroprozessorgespeiste Auswerte schaltung, Figure 6 is a circuit equipped with platinum sensor, microprocessor fed evaluation.,
Fig. 7 eine Temperatur-Zeit-Charakteristik für verschiedene Kochstellen lasten. Fig. 7 load a temperature-time characteristic for different hotplates.
Ein Temperatursensor 1 mit Zuleitungen 2, angeordnet als Kompaktsensor im Koch plattenzentrum oder mit Keramikkleber 4 befestigt und geschützt unterhalb der Glaskeramik 5, umgeben von der Heizung 6, ist als Platinelement ausgeführt und mit einer entsprechenden Kontaktierung 7 versehen, wobei der Platintemperatursensor 8 als Platinwiderstand aufgebracht ist, entweder diskret als Siebdruck oder als laser bearbeitetes Flächenelement. Ein Präzisionsabgleich auf einen Sollwert ist notwendig. In der Gesamtdarstellung eines Glaskeramik-Kochfeldes 10 sind vier Kochstellen mit Kompaktsensoren 1 dargestellt, die im Kochstellenmittelpunkt radialsymmetrisch zur Kochzone 11 angeordnet sind.A temperature sensor 1 with leads 2 , arranged as a compact sensor in the hotplate center or fastened with ceramic adhesive 4 and protected underneath the glass ceramic 5 , surrounded by the heater 6 , is designed as a platinum element and is provided with a corresponding contact 7 , the platinum temperature sensor 8 being applied as a platinum resistor is, either discreetly as screen printing or as a laser-processed surface element. A precision adjustment to a setpoint is necessary. In the overall representation of a glass ceramic cooktop 10 , four cooktops with compact sensors 1 are shown, which are arranged radially symmetrically to the cooking zone 11 in the center of the cooktop.
Die Verwendung von Platinelementen als Temperatursensoren ist aus Gründen der Langzeitstabilität, der Genauigkeit, der Temperaturverträglichkeit und einer genügend hohen Signalspannungsabgabe besonders vorteilhaft.The use of platinum elements as temperature sensors is for the sake of Long-term stability, accuracy, temperature tolerance and one sufficient high signal voltage output particularly advantageous.
In den Fig. 2a b, c sind weitere Sensoranordnungen dargestellt.Further sensor arrangements are shown in Fig. 2a b, c shown.
Es wird dabei davon ausgegangen, daß flächenhaft angeordnete Temperatursensoren eine bessere Mittelung der Temperatur garantieren und Meßfehler eingeschränkt sind.It is assumed that surface temperature sensors are arranged guarantee a better averaging of the temperature and limit measurement errors are.
Fig. 2a zeigt den Sensoranschlußpunkt 21 eines Platin-Elements 22 als Längensensor, umgeben von der Kochzone 23, ausgeführt für eine Kochstelle mit Längentempera tursensor 24. Fig. 2a shows the sensor connection point 21 of a platinum element 22 as a length sensor, surrounded by the cooking zone 23 , designed for a hotplate with length temperature sensor 24th
Fig. 2b zeigt einen in mehreren konzentrischen Ringen flächenhaft angeordneten Pla tin-Sensor 25 für eine Kochstelle mit Flächensensor 26 und Fig. 2c zeigt eine von der Kochzone 23 umschlossene Kompakt-Sensoranordnung von mehreren Platin-Ele menten 27, beispielsweise drei um 2/3 π versetzt angeordnete Platin-Elemente 27, ausgeführt für eine Kochstelle mit Drei-Sensor-Serienschaltung 28. Zur Förderung der Langzeitkonstanz und zum Schutz vor Korrosion sind die Zuleitungen und wenn nötig, auch die Sensoren mit einer Glasur überzogen. FIG. 2b shows a surface fastener arranged in several concentric rings Pla tin sensor 25 for a hotplate with surface sensor 26 and Fig. 2c shows a sealed from the cooking zone 23 compact sensor arrangement of several platinum Ele elements 27, for example three to 2/3 of π offset platinum elements 27 , designed for a hotplate with three-sensor series connection 28 . To promote long-term constancy and to protect against corrosion, the supply lines and, if necessary, the sensors are coated with a glaze.
Gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig. 3a ist eine Brückenschaltung, bestehend aus Brückenelementen 31, 32, 33 und 34, wobei der Temperatursensor das Brücken element 33 darstellt, eingangsseitig auf einen durch einen ohmschen Widerstand 35 rückgekoppelten Differenzverstärker 36 geführt.According to the circuit arrangement of FIG. 3a is a bridge circuit composed of bridge elements 31, 32, 33 and 34, wherein the temperature sensor element, the bridges is 33, out the input side to a fed-back through a resistor 35 differential amplifier 36.
Ausgangsseitig ist der Differenzverstärker 36 mit einer Anzeigeeinheit 37 verbunden. Die Anzeigeeinheit 37 zeigt nach Erreichen der Grenztemperatur, gesteuert vom Differenzverstärker 36, eine der verwendeten Heizleistung entsprechende Restwärme an. Wie diese Wärme, falls der Kochvorgang abgeschlossen war, noch genutzt werden kann, wird durch Kochbuch-Software angegeben. Bei erreichter Grenztemperatur wird, gesteuert vom Ausgangssignal Ua des Differenzverstärkers 36, die Heizleistung abgeschaltet.The differential amplifier 36 is connected on the output side to a display unit 37 . After reaching the limit temperature, controlled by the differential amplifier 36 , the display unit 37 shows a residual heat corresponding to the heating power used. Cookbook software specifies how this heat can still be used if the cooking process has been completed. When the limit temperature is reached, the heating power is switched off, controlled by the output signal Ua of the differential amplifier 36 .
Fig. 3b zeigt den zugehörigen Temperaturverlauf als Funktion der Zeit und die dar aus resultierenden Funktionen U 2 (t) und U a (t). FIG. 3b shows the associated temperature curve as a function of time and the resultant is made of functions U 2 (t) and U a (t).
Ist die Grenztemperatur T 1 erreicht, entspricht ihr eine Spannung U 1 der Funktion U 2 (t) und der Differenzverstärker liefert das Ausgangssignal U a (t). Diese Span nungsverhältnisse sind durch den Temperatursensor aufgeprägt, da mit steigender Sensortemperatur die Spannung, der Sensorcharakteristik entsprechend, über dem Temperatursensor-Brückenzweig 33 ansteigt. Für U 2 (t) = U 1 (t 1) schaltet der Ope rationsverstärker 36 und liefert am Ausgang +U bis zum neuen Einschaltpunkt U 1 (t 2).If the limit temperature T 1 is reached, a voltage U 1 corresponds to the function U 2 (t) and the differential amplifier supplies the output signal U a (t) . These voltage ratios are impressed by the temperature sensor, since with increasing sensor temperature, the voltage, corresponding to the sensor characteristic, rises above the temperature sensor bridge arm 33 . For U 2 (t) = U 1 (t 1 ) the operational amplifier 36 switches and delivers at the output + U to the new switch-on point U 1 (t 2 ).
Darüber hinaus ist eine Unterscheidung verschiedener Wärmekapazitäten durch den Anstieg der Temperaturkurven in einer festgelegten Zeit, beispielsweise zwei Minu ten, kochstellenspezifisch möglich. Somit kann eine nichtbesetzte, jedoch eingeschal tete Kochstelle erkannt und abgeschaltet werden. Andererseits ist es möglich, für verschiedene erkannte Wärmekapazitäten unterschiedliche wärmekapazitätsgerechte Heizstufen zuzuschalten.In addition, a distinction between different heat capacities by the Rise in temperature curves in a set time, for example two minutes specific to the cooking zone. Thus, an unoccupied, but can be formulated be recognized and switched off. On the other hand, it is possible for different recognized heat capacities different heat capacity appropriate Switch on heating levels.
Das Schaltbild nach Fig. 4 zeigt einen Temperatursensor 41 mit den Kontaktierungs punkten 42 und 43, der in Vierleitertechnik mit einer Auswerteelektronik 44 verbun den ist. Die Vierleitertechnik verringert den Einfluß der Zuleitungen auf den tem peraturabhängigen Sensorwiderstand, z. B. Platinelement. The circuit diagram of FIG. 4 shows a temperature sensor 41 with the Kontaktierungs points 42 and 43, the verbun in four-wire system with a transmitter 44 is the. The four-wire technology reduces the influence of the leads on the temperature-dependent sensor resistance, z. B. platinum element.
Das Schaltbild nach Fig. 5 zeigt den Netzspannungseingang 51 des Spannungsversor gungsmoduls 52, der mit dem Temperaturregler 53 verbunden ist. Der Temperatur regler 53 wird von einem Sollwertgeber 54 und einem Platinsensor 55 variabel beaufschlagt. Der eingestellte Sollwert wird mit dem Platinsensorwert ständig vergli chen und bei Gleichheit setzt die Regelung ein. Eine Anzeige- und Leistungsschalter einheit, die sich in der Auswerteelektronik 56 befindet, regelt damit die für eine Kochstelle 57 vorgegebene Solltemperatur und hält diese konstant.The circuit diagram of FIG. 5 shows the supply voltage input 51 of the Voltage supply module 52, which is connected to the temperature controller 53rd The temperature controller 53 is acted upon variably by a setpoint generator 54 and a platinum sensor 55 . The setpoint is constantly compared with the platinum sensor value and if there is a match, the control starts. A display and circuit breaker unit, which is located in the evaluation electronics 56 , thus regulates the target temperature specified for a hotplate 57 and keeps it constant.
Fig. 6 zeigt in schematisierter Darstellung eine elektronische mikroprozessorge steuerte Auswerteschaltung mit einem Platinsensor 61, der auf den Eingang eines A-D-Wandlers 62 geschaltet ist, dessen Ausgangssignale auf den Datenbus eines Mik roprozessors 63 geführt sind. Der Ausgang eines Dateneingabegerätes 64 liegt auf dem gleichen Datenbus. Ausgangsseitig steuert der Mikroprozessor 63 eine Lei stungsschaltstufe 65. Ein Spannungsversorgungsmodel 66 stellt die Versorgungsspan nungen bereit. Von der Leistungsschaltstufe 65 wird in Abhängigkeit von der Mikro prozessorsteuerung eine Kochstellenheizung 67 betrieben. Außerdem bedient der Mi kroprozessor 63 eine Datenausgabeeinheit 68. Diese mikroprozessorgesteuerte Aus werteschaltung realisiert eine elektronische Kochstellen-Temperaturregelung. Durch das Dateneingabegerät 64 sind verschiedene Sollwerte einstellbar, beispielsweise Gar temperatur, Garzeit, Kochstufe, Heizungsart, Kochfeldposition. Wird keine Gartempe ratur vorgegeben, wird über die Kochstellen-Temperaturregelung eine Übertempera tursicherung eingeschaltet. Über die Datenausgabeeinheit erhält die Hausfrau Infor mationen über eine noch nach Kochbuch-Software nutzbare Restwärme, wenn der Hauptkochvorgang beendet ist. Außerdem wird nach etwa zwei Minuten Ankochzeit eine Wärmekapazitätsanzeige realisiert. Bei Kombinationsherden oder zusätzlichen Mikrowellen-Kochstellen werden mikrowellenspezifische Daten kontrolliert und ange zeigt. Fig. 6 shows a schematic representation of an electronic microprocessor-controlled evaluation circuit with a platinum sensor 61 , which is connected to the input of an AD converter 62 , the output signals of which are routed to the data bus of a micro processor 63 . The output of a data input device 64 is on the same data bus. On the output side, the microprocessor 63 controls a power switching stage 65 . A voltage supply model 66 provides the supply voltages. From the power switching stage 65 , a hotplate heater 67 is operated depending on the microprocessor control. In addition, the microprocessor 63 operates a data output unit 68 . This microprocessor-controlled evaluation circuit implements an electronic hotplate temperature control. Various setpoints can be set by the data input device 64 , for example cooking temperature, cooking time, heat setting, type of heating, hob position. If no cooking temperature is specified, overtemperature protection is switched on via the hotplate temperature control. Via the data output unit, the housewife receives information about residual heat that can still be used according to cookbook software when the main cooking process has ended. In addition, a heat capacity display is implemented after about two minutes of boiling time. In the case of combination stoves or additional microwave cookers, microwave-specific data are checked and displayed.
Die Temperatur als Funktion der Zeit, wobei die Parameter verschiedene Wärmeka pazitäten bei konstanter Kochstellenleistung sind, zeigt Fig. 7. Die Kurvenschar zeigt für T = f(t) 71 das Diagramm für Nullast, d. h. es steht kein Topf auf der Koch stelle und nur die Wärmekapazität der Kochstelle wirkt. T = f(t) 72 zeigt das Dia gramm für einen leeren Topf, T = f(t) 73 das Diagramm für einen Topf mit 1/2 Liter Wasser, T = f(t) 74 das Diagramm für einen Topf mit 1 Liter Wasser. Die Kochstellenleistung beträgt 1200 W. Nach einer Anheizzeit von zwei Minuten sind auswertbare Temperaturunterschiede, die den Wärmekapazitäten 71, 72, 73, 74 ent sprechen, vorhanden. Auf dieser Basis sind, beispielsweise für die mikroprozessorge steuerte Auswerteschaltung, kochstellenspezifische Wärmekapazitätswerte auswertbar und die verschiedenen Regelabläufe ableitbar. Fig. 7 shows the temperature as a function of time, with the parameters being different heat capacities at constant hob output . The family of curves shows the diagram for zero load for T = f (t) 71 , ie there is no pot on the hob and only the heat capacity of the hotplate works. T = f (t) 72 displays program the slide for an empty pot T = f (t) 73, the diagram for a pot of 1/2 liters of water, T = f (t) 74, the diagram for a pot of 1 liter Water. The cooking power is 1200 W. After a heating-up time of two minutes there are evaluable temperature differences that correspond to the heat capacities 71, 72, 73, 74 . On this basis, for example, for the microprocessor-controlled evaluation circuit, cooker-specific heat capacity values can be evaluated and the various control processes can be derived.
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