DE4339267C2 - Method for controlling the heating power of a hotplate with an electronic control with continuous power supply, in particular PureHalogen hotplate - Google Patents
Method for controlling the heating power of a hotplate with an electronic control with continuous power supply, in particular PureHalogen hotplateInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Heizleistung einer Kochstelle mit Glaskeramik und mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle.The invention relates to a method for controlling the Heat output of a hotplate with glass ceramic and with a electronic control with continuous power supply, especially PureHalogen hob.
Eine Kochstelle dieser Art ist aus der DE 37 03 768 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Kochstelle wird mittels eines Temperatursensors die Temperatur der Glaskeramik gemessen und in Abhängigkeit davon die Heizleistung verändert. Toleranzen der Bauelemente, Temperatur- und Reflexionsverhältnisse im Bereich von Unterbau und der Abdeckung der Heizelemente werden dabei nicht berücksichtigt, so daß bei Verwendung unterschiedlicher Töpfe jedoch gleicher Einstellung der Heizleistung verschiedene Kochzeiten resultieren.A hotplate of this type is known from DE 37 03 768 C2. In this known hotplate is by means of a Temperature sensor measured the temperature of the glass ceramic and the heating output changes depending on this. Tolerances of the components, temperature and reflection conditions in the Area of the substructure and the cover of the heating elements not taken into account, so that when used different pots but same attitude of Different cooking times result.
Wie die US 5,149,944 zeigt, kann zur Regelung der Heizleistung auch ein Mikroprozessor eingesetzt werden. Auch der Einsatz einer Fuzzy-Logic bei derartigen Kochstellen ist bekannt, wie die DE-Z: "Sicherheit und Komfort haben Vorrang", elektrohandel, Nr. 3, 1993, Seiten 57 bis 63, zeigt.As US 5,149,944 shows, can be used to control the heating power a microprocessor can also be used. The use too a fuzzy logic in such hotplates is known as the DE-Z: "Safety and comfort have priority", e-commerce, No. 3, 1993, pages 57 to 63.
Aus der DE-PS 21 39 828 sind in die Heizfläche integrierte Thermosensoren bekannt, welche aus zwei parallel geführten Leiterbahnen begrenzten Glaskeramiktemperaturmeßwiderständen bestehen. Diese Leiterbahnen werden mittels Siebdruck oder anderer Methoden auf die Glaskeramikunterseite aufgebracht und eingebrannt. Der stark temperaturabhängige elektrische Widerstand, der zwischen den Leiterbahnen eingegrenzten Glaskeramik stellt den eigentlichen Temperaturmeßwiderstand dar. Bei einer gewissen Anordnung der Leiterbahnen wäre es möglich, daß direkt die Mitteltemperatur der Glaskeramik erfaßt wird.From DE-PS 21 39 828 are integrated in the heating surface Thermal sensors known, which consist of two parallel Conductor tracks limited glass ceramic temperature measuring resistors consist. These conductor tracks are screen printed or other methods applied to the underside of the glass ceramic and branded. The highly temperature-dependent electrical Resistance that is confined between the traces Glass ceramic represents the actual temperature measurement resistance With a certain arrangement of the conductor tracks it would be possible that directly records the average temperature of the glass ceramic becomes.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß jeder Benutzer unabhängig von der Netzspannung, den Bauteiltoleranzen und vom verwendeten Topf bei gleicher Einstellung die gleiche Kochzeit erhält.It is an object of the invention, a method of the beginning mentioned type so that each user is independent of the mains voltage, the component tolerances and the used Pot gets the same cooking time with the same setting.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung zum einen mit einem Verfahren gelöst, bei dem mittels Temperatursensoren die Temperatur der Glaskeramik, die Temperatur des Unterbaues und die Temperatur der zwischen Unterbau und Heizelemente liegenden und als Isolator oder Reflektor wirkenden Abdeckung gemessen werden, daß in einem Mikroprozessor der Steuerung ein thermisches Ersatzschaltbild der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß der Kochstelle zwischen Heizelemente, Unterbau, Abdeckung, Glaskeramik und Topf dargestellt wird, und daß mittels des Mikroprozessors in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente veranlaßt werden, oder zum anderen mit einem Verfahren, bei dem mittels Temperatursensoren die Temperatur des Unterbaues und die Temperatur der zwischen Unterbau und Heizelemente liegenden, als Isolator oder Reflektor wirkenden Abdeckung gemessen sowie der Reflexionskoeffizient des Topfbodens ermittelt werden, daß in einem Mikroprozessor der Steuerung ein thermisches Ersatzschaltbild der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß der Kochstelle zwischen Heizelemente, Unterbau, Abdeckung, Glaskeramik und Topf dargestellt wird, und daß mittels des Mikroprozessors in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen und des ermittelten Reflexionskoeffizienten des Topfbodens der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente veranlaßt werden.This object is according to the invention with a Process solved in which the temperature sensors Temperature of the glass ceramic, the temperature of the substructure and the temperature of the lying between the base and heating elements and measured as an insulator or reflector cover be that in a control microprocessor thermal equivalent circuit diagram of the hotplate is saved, with which the heat flow of the hotplate between heating elements, Substructure, cover, glass ceramic and pot is shown, and that by means of the microprocessor depending on the measured temperatures the heat flow into the bottom of the pot is calculated and from this the corresponding control of the electrical power of the heating elements, or the other with one Process in which the temperature is measured using temperature sensors of the substructure and the temperature of the between substructure and Heating elements lying, acting as an insulator or reflector Coverage measured and the reflection coefficient of the Pot bottom are determined that in a microprocessor Control a thermal equivalent circuit of the hotplate is saved with which the heat flow of the hotplate between Heating elements, base, cover, glass ceramic and pot is shown, and that by means of the microprocessor in Dependence of the measured temperatures and the determined Reflection coefficient of the bottom of the pot the heat flow in the Calculates the base of the pot and the corresponding control the electrical power of the heating elements.
Über das thermische Ersatzschaltbild kann mit Hilfe der gemessenen Temperaturen der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und geregelt werden, so daß ein automatischer Ausgleich der von Fall zu Fall unterschiedlichen Größen von Netzspannung, Bauelementen und Topf erfolgt und somit ein automatischer Kochvorgang erzielbar ist.The thermal equivalent circuit diagram can be used with the measured temperatures the heat flow into the bottom of the pot is calculated and be regulated so that an automatic compensation of the different sizes of mains voltage from case to case, Components and pot is done and therefore an automatic Cooking process can be achieved.
Kochstellen der eingangs erwähnten Art sind im Prinzip ähnlich aufgebaut. Sie bestehen aus einem oder mehreren Heizelementen (Heizwendel, Halogenlampen), einer aus Glaskeramik bestehenden Abdeckung, einer Isolation oder einem Reflektor, die bzw. der nach unten und seitlich abschließt, und einem Unterbau zum Befestigen der Kochstelle in der Kochmulde.Cooking hobs of the type mentioned at the outset are similar in principle built up. They consist of one or more heating elements (Heating coil, halogen lamps), one made of glass ceramic Cover, insulation or a reflector, the or the closes down and laterally, and a substructure for Fasten the hotplate in the hob.
Die thermischen Vorgänge in einer Kochstelle können mittels eines physikalischen Modells - eines thermischen Ersatzschaltbildes - nachvollzogen werden. Dabei sind die thermischen Kapazitäten der wichtigsten Bauteile, wie Isolator oder Reflektor und Glaskeramik und die thermischen Widerstände zwischen den Bauteilen und der Umgebung sowie die Abhängigkeiten der Direktstrahlungsanteile von den Reflexionseigenschaften des Topfes maßgebend. Diese konkreten Parameter variieren natürlich zwischen den Heizkörperbauformen und werden für jede Bauform ermittelt.The thermal processes in a hotplate can be by means of of a physical model - a thermal one Equivalent circuit diagram - to be reproduced. Here are the thermal capacities of the main components, such as insulator or reflector and glass ceramic and the thermal resistors between the components and the environment as well as the dependencies the direct radiation components from the reflection properties decisive for the pot. These specific parameters vary of course between the radiator designs and are for each Design determined.
Nach einer Ausgestaltung ist daher vorgesehen, daß in dem thermischen Ersatzschaltbild der thermische Widerstand des Topfes, der thermische Widerstand von der Glaskeramik zu dem Topf, der thermische Widerstand von dem Isolator oder Reflektor zu der Glaskeramik, der thermische Widerstand von der Glaskeramik zu dem Isolator oder Reflektor, der thermische Widerstand von dem Unterbau zu der Glaskeramik, die Wärmekapazität des Topfes, die Wärmekapazität der Glaskeramik, die Wärmekapazität des Isolators oder Reflektors und die Direktstrahlungsanteile des Isolators oder Reflektors, der Glaskeramik und des Topfes erfaßt wird.According to one embodiment, it is therefore provided that in the thermal equivalent circuit diagram of the thermal resistance of the Pot, the thermal resistance from the glass ceramic to that Pot, the thermal resistance of the insulator or reflector to the glass ceramic, the thermal resistance from the Glass ceramic to the insulator or reflector, the thermal Resistance from the substructure to the glass ceramic, the Heat capacity of the pot, the heat capacity of the glass ceramic, the heat capacity of the insulator or reflector and the Direct radiation components of the isolator or reflector Glass ceramic and the pot is detected.
Für die Einstellung ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß mit einem Stellglied der Wärmefluß in den Topfboden vorgegeben wird und daß mittels des Mikroprozessors dieser Wärmefluß anhand des jeweils berechneten Wärmeflusses geregelt wird, oder daß mittels eines Stellgliedes die gewünschte Temperatur des Topfbodens vorgegeben wird.According to one embodiment, for the setting that with an actuator the heat flow into the bottom of the pot is specified and that by means of the microprocessor Heat flow regulated based on the calculated heat flow is, or that by means of an actuator the desired Temperature of the pot base is specified.
Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß aus dem Wärmefluß in den Topfboden eine Anzeige abgeleitet wird, die die An- oder Abwesenheit eines Topfes auf der Glaskeramik oder die Qualität des Topfes angibt, dann kann auf einfache Weise eine Topferkennung erhalten werden. Für die Anzeige ist vorzugsweise vorgesehen, daß als Anzeige ein Anzeigemittel vorgesehen wird, das als Ampel ausgebildet ist und bei dem ein anwesender oder qualitativ guter Topf durch ein grünes Signal und ein abwesender oder qualitativ schlechter Topf durch ein rotes Signal, sowie ein qualitativ mittlerer Topf durch ein gelbes Signal gekennzeichnet werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Entscheidung, welches Signal der Ampel angezeigt wird, mittels Fuzzy-Logic aus den berechneten Temperaturen und Wärmeflüssen abgeleitet wird.Is provided according to an embodiment that from the heat flow in the bottom of the pot an indicator is derived that the on or Absence of a pot on the glass ceramic or the quality of the pot indicates, then one can easily Pot detection can be obtained. For display is preferred provided that a display means is provided as a display, that is designed as a traffic light and at which a present or good quality pot by a green signal and an absent one or poor quality pot by a red signal, as well a medium quality pot with a yellow signal be marked. According to a further embodiment provided that the decision which signal the traffic light is displayed using fuzzy logic from the calculated Temperatures and heat flows are derived.
Um eine Überhitzung zu vermeiden, wird zudem vorgesehen, daß bei abwesendem Topf die elektrische Leistung des Heizelementes reduziert wird.In order to avoid overheating, it is also provided that the electrical power of the heating element when the pot is absent is reduced.
Zur Ermittlung der Temperatur des Topfbodens kann vorgesehen sein, daß mittels Meßzyklen mit unterschiedlicher Leistungszufuhr die Temperatur des Topfbodens berechnet wird.To determine the temperature of the pot base can be provided be that by means of measuring cycles with different Power supply the temperature of the pot bottom is calculated.
Eine erste Möglichkeit zur Ermittlung des Wärmeflusses sieht vor, daß der Wärmefluß in den Topfboden aus der Summe zwischen dem Direktanteil der gestrahlten Energie in den Topf und der thermischen Energie von der Glaskeramik zum Topfboden gebildet wird.A first way to determine the heat flow provides before that the heat flow into the bottom of the pot from the sum between the direct portion of the radiated energy into the pot and the thermal energy from the glass ceramic to the bottom of the pot becomes.
Eine alternative Möglichkeit dazu ist dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Temperatur der Glaskeramik als dritte Größe der Reflexionskoeffizient des Topfbodens verwendet wird.An alternative way of doing this is characterized by that instead of the temperature of the glass ceramic as a third quantity the reflection coefficient of the bottom of the pot is used.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will become more apparent from the accompanying drawings explained. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Glaskeramik-Kochstelle, Fig. 1 schematically shows a glass ceramic hob,
Fig. 2 das Ersatzschaltbild für den Isolator oder Reflektor einer PureHalogen-Kochstelle, Fig. 2 shows the equivalent circuit diagram of the isolator or reflector of a Pure halogen hob,
Fig. 3 das Ersatzschaltbild für die Glaskeramik einer PureHalogen-Kochstelle, Fig. 3 shows the equivalent circuit diagram for the glass ceramic hob a pure halogen,
Fig. 4 das Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von oben im Beharrungszustand, Fig. 4 shows the equivalent circuit diagram of a Pure halogen hob for the heating of the top of the steady-state condition,
Fig. 5 das theoretische Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von unten mit einem fremden Heizkörper, Fig. 5 shows the theoretical equivalent circuit of a Pure halogen hob for the heating from the bottom with a foreign radiator,
Fig. 6 das Ersatzschaltbild für eine PureHalogen-Kochstelle und Fig. 6 shows the equivalent circuit diagram for a Pure halogen hob and
Fig. 7 eine Steuereinheit mit Mikroprozessor für die elektronische Leistungsregelung der Kochstelle. Fig. 7 shows a control unit with a microprocessor for the electronic power control of the hotplate.
In Fig. 1 ist eine Kochstelle mit Glaskeramik schematisch dargestellt. Ein Topf 1,T steht auf einer Glaskeramikplatte 2,K, die zum Unterbau 4,U hin durch eine Isolation oder einen Reflektor 3,R abgedeckt ist. Heizelemente 5, z. B. Halogenlampen, sind unterhalb der Glaskeramik 2,K innerhalb der Isolation oder des Reflektors 3,R angeordnet. Die Kochstelle hat thermische Widerstände Rt des Topfes 1,T, Rkt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T, Rrk zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und der Glaskeramik 2,K sowie Rru zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und dem Unterbau 4,U.In Fig. 1 a hotplate with glass ceramic is shown schematically. A pot 1, T stands on a glass ceramic plate 2, K, which is covered towards the substructure 4, U by insulation or a reflector 3, R. Heating elements 5 , e.g. B. halogen lamps, are arranged below the glass ceramic 2, K within the insulation or the reflector 3, R. The hotplate has thermal resistances Rt of the pot 1, T, Rkt between the glass ceramic 2, K and the pot 1, T, Rrk between the insulation or the reflector 3, R and the glass ceramic 2, K and Rru between the insulation or the reflector 3, R and the substructure 4, U.
Fig. 2 zeigt das thermische Ersatzschaltbild eines Isolators oder eines Reflektors 3,R, es umfaßt die Reihenschaltung der thermischen Widerstände Rrk und Rru. Am Verbindungspunkt der beiden thermischen Widerstände ist der Kondensator Cr angeschaltet, der die Wärmekapazität des Isolators oder des Reflektors 3,R angibt. Die Temperaturen Tk, Tr und Tu entsprechen den Temperaturen an der Glaskeramik 2,K, an der Isolation oder des Reflektors 3,R und an dem Unterbau 4,U. Mit Idr ist der Direktstrahlungsanteil auf den Isolator oder Reflektor 3,R angegeben, während mit Irk der Wärmefluß von der Isolation oder dem Reflektor 3,R zu der Glaskeramik 2,K und mit Iru der Wärmefluß von der Isolation oder dem Reflektor 3,R zu dem Unterbau 4,U angegeben sind. Schließlich gibt Ir den Wärmefluß in die Kapazität Cr der Isolation oder des Reflektors 3,R an. Fig. 2 shows the thermal equivalent circuit diagram of an insulator or a reflector 3, R, it comprises the series connection of the thermal resistors Rrk and Rru. At the connection point of the two thermal resistors, the capacitor Cr is connected, which indicates the heat capacity of the insulator or of the reflector 3, R. The temperatures Tk, Tr and Tu correspond to the temperatures on the glass ceramic 2, K, on the insulation or the reflector 3, R and on the substructure 4, U. Idr indicates the direct radiation component on the insulator or reflector 3, R, while with Irk the heat flow from the insulation or the reflector 3, R to the glass ceramic 2, K and with Iru the heat flow from the insulation or the reflector 3, R to the substructure 4, U are indicated. Finally, Ir indicates the heat flow into the capacitance Cr of the insulation or of the reflector 3, R.
Fig. 3 zeigt das thermische Ersatzschaltbild der Glaskeramik einer PureHalogen-Kochstelle mit der Reihenschaltung aus den thermischen Widerständen Rkt und Rkr. Am Verbindungspunkt der beiden thermischen Widerstände ist der Kondensator Ck angeschaltet, der die Wärmekapazität der Glaskeramik 2,K angibt. Die Temperaturen Tt, Tk und Tr entsprechen den Temperaturen am Topf 1,T, an der Glaskeramik 2,K und an der Isolation oder dem Reflektor 3,R. Mit Idk ist der Direktstrahlungsanteil in die Glaskeramik 2,K angegeben, während mit Irk der Wärmefluß zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und der Glaskeramik 2,K und mit Ikt der Wärmefluß zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T angegeben sind. Schließlich gibt Ik den Wärmefluß in die Kapazität Ck der Glaskeramik 2,K an. Fig. 3 shows the thermal equivalent circuit of the glass ceramic of a PureHalogen hob with the series connection of the thermal resistors Rkt and Rkr. The capacitor Ck, which indicates the heat capacity of the glass ceramic 2, K, is connected at the connection point of the two thermal resistors. The temperatures Tt, Tk and Tr correspond to the temperatures at the pot 1, T, at the glass ceramic 2, K and at the insulation or the reflector 3, R. With Idk the direct radiation component into the glass ceramic 2, K is indicated, while with Irk the Heat flow between the insulation or the reflector 3, R and the glass ceramic 2, K and with Ikt the heat flow between the glass ceramic 2, K and the pot 1, T are specified. Finally, Ik indicates the heat flow into the capacitance Ck of the glass ceramic 2, K.
In Fig. 4 ist das Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von oben im Beharrungszustand angegeben. Die Reihenschaltung umfaßt die thermischen Widerstände Rtk, Rkr, Rru und Ru, d. h. den thermischen Widerstand Rtk zwischen dem Topf 1,T und der Glaskeramik 2,K, den thermischen Widerstand Rkr zwischen der Glaskeramik 2,K und der Isolation oder dem Reflektor 3,R, den thermischen Widerstand Rru zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und dem Unterbau 4,U und den thermischen Widerstand Ru des Unterbaues 4,U. Die Temperaturen Tt, Tk, Tr und Tu treten an dem Topf 1,T, an der Glaskeramik 2,K, an der Isolation oder dem Reflektor 3,R und an dem Unterbau 4,U auf. Mit Iru ist der Wärmefluß von der Isolation oder dem Reflektor 3,R zu dem Unterbau 4,U gekennzeichnet.In FIG. 4, the equivalent circuit is given a pure halogen hob for the heating of the top of the steady state. The series connection comprises the thermal resistances Rtk, Rkr, Rru and Ru, ie the thermal resistance Rtk between the pot 1, T and the glass ceramic 2, K, the thermal resistance Rkr between the glass ceramic 2, K and the insulation or the reflector 3, R, the thermal resistance Rru between the insulation or the reflector 3, R and the base 4, U and the thermal resistance Ru of the base 4, U. The temperatures Tt, Tk, Tr and Tu occur at the pot 1, T. the glass ceramic 2, K, on the insulation or the reflector 3, R and on the base 4, U on. With Iru the heat flow from the insulation or the reflector 3, R to the substructure 4, U is marked.
In der Fig. 5 wird das theoretische Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von unten mit einem oder mehreren fremden Heizelementen dargestellt. Es umfaßt die Reihenschaltung der thermischen Widerstände Rur, Rkr, Rkt und Rt, d. h. den thermischen Widerstand Rur zwischen dem Unterbau 4,U und der Isolation oder dem Reflektor 3,R, den thermischen Widerstand Rkr zwischen der Glaskeramik 2,K und der Isolation oder dem Reflektor 3,R, den thermischen Widerstand Rkt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T und den thermischen Widerstand Rt des Topfes 1,T.In FIG. 5, the theoretical equivalent circuit diagram is shown of a Pure halogen hob for the heating from the bottom with one or more external heating elements. It includes the series connection of the thermal resistors Rur, Rkr, Rkt and Rt, ie the thermal resistance Rur between the base 4, U and the insulation or the reflector 3, R, the thermal resistance Rkr between the glass ceramic 2, K and the insulation or the reflector 3, R, the thermal resistance Rkt between the glass ceramic 2, K and the pot 1, T and the thermal resistance Rt of the pot 1, T.
An dem Verbindungspunkt zwischen den thermischen Widerständen Rur und Rkr ist die Kapazität Cr der Isolation oder des Reflektors 3,R angeschaltet. Die Kapazität Ck der Glaskeramik 2,K ist an dem Verbindungspunkt der thermischen Widerstände Rkr und Rkt angeschaltet und schließlich ist an dem Verbindungspunkt der beiden thermischen Widerstände Rkt und Rt die Kapazität Ct des Topfes 1,T angeschaltet. Die Temperaturen Tu, Tr, Tk und Tt geben die Temperaturen am Unterbau 4,U, an der Isolation oder dem Reflektor 3,R, an der Glaskeramik 2,K und am Topf 1,T an. Mit Ir, Ik und It sind die Wärmeflüsse in die Kondensatoren Cr, Ck und Ct, d. h. die Wärmekapazitäten von Isolation oder Reflektor 3,R, von der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T angegeben, während Iru dem Wärmefluß zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und dem Unterbau r,U, Irk dem Wärmefluß zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und der Glaskeramik 2,K und Ikt dem Wärmefluß zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T entsprechen.At the connection point between the thermal resistors Rur and Rkr, the capacitance Cr of the insulation or of the reflector 3, R is switched on. The capacitance Ck of the glass ceramic 2, K is switched on at the connection point of the thermal resistors Rkr and Rkt and finally the capacitance Ct of the pot 1, T is switched on at the connection point of the two thermal resistors Rkt and Rt. The temperatures Tu, Tr, Tk and Tt indicate the temperatures at the base 4, U, at the insulation or the reflector 3, R, at the glass ceramic 2, K and at the pot 1, T. Ir, Ik and It indicate the heat flows into the capacitors Cr, Ck and Ct, ie the heat capacities of the insulation or reflector 3, R, of the glass ceramic 2, K and the pot 1, T, while Iru the heat flow between the insulation or the reflector 3, R and the substructure r, U, Irk correspond to the heat flow between the insulation or the reflector 3, R and the glass ceramic 2, K and Ikt the heat flow between the glass ceramic 2, K and the pot 1, T.
Das Ersatzschaltbild nach Fig. 6 für eine PureHalogen-Kochstelle ist mit dem thermischen Widerstand Rkr zwischen der Glaskeramik 2,K und der Isolation oder dem Reflektor 3,R ergänzt. Außerdem sind die Direktstrahlungsanteile Idr in die Isolation oder den Reflektor 3,R, Idk in die Glaskeramik 2,K und Idt in den Topf 1,T eingetragen, während mit I die gesamte elektrische Leistung gekennzeichnet ist. Die Temperaturen Tu, Tr, Tk und Tt entsprechen den in Fig. 5 angegebenen Temperaturen.The equivalent circuit diagram of FIG. 6 for a halogen Pure hob is supplemented with the thermal resistance between the glass-ceramic Rkr 2, K and the isolation or the reflector 3, R. In addition, the direct radiation components Idr are entered in the insulation or the reflector 3, R, Idk in the glass ceramic 2, K and Idt in the pot 1, T, while I denotes the entire electrical power. The temperatures Tu, Tr, Tk and Tt correspond to the temperatures indicated in FIG. 5.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel werden die elektrische Leistung I (I als Abkürzung für Strom, weil die elektrische Leistung den "Wärmestrom" darstellt) sowie die Temperaturen des Unterbaues 4,U, des Reflektors 3,R und der Glaskeramik 2,K gemessen und zwar mit Hilfe von Temperatursensoren. Aus den gemessenen Temperaturen wird der Direktanteil in den Reflektor 3,R berechnet:In a first embodiment, the electrical power I (I as an abbreviation for current, because the electrical power represents the "heat flow") and the temperatures of the base 4, U, the reflector 3, R and the glass ceramic 2, K are measured with Help from temperature sensors. The direct portion into the reflector 3, R is calculated from the measured temperatures:
Idr = f(Tu, Tr, Tk)Idr = f (Tu, Tr, Tk)
Der Direktanteil in den Reflektor 3,R ist abhängig vom Reflektionskoeffizienten des Topfbodens und der elektrischen Leistung. Ist der Direktanteil in den Reflektor 3,R bekannt, dann kann der Reflektionskoeffizient rt des Topfbodens berechnet werden (Fig. 2):The direct portion in the reflector 3, R depends on the reflection coefficient of the pot base and the electrical power. If the direct component in the reflector 3, R is known, then the reflection coefficient rt of the pot base can be calculated ( FIG. 2):
rt = f(Idr, I)rt = f (Idr, I)
Der ermittelte Wert für rt wird für die Berechnung der Direktanteile in die Glaskeramik 2,K und in den Topf 1,T eingesetzt:The determined value for rt is used to calculate the direct proportions in the glass ceramic 2, K and in the pot 1, T:
Idk = f(rt)
Idt = f(rt)Idk = f (rt)
Idt = f (rt)
Aus dem Ersatzschaltbild nach Fig. 3 wird der Wärmefluß Ikt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topfboden berechnet:The heat flow Ikt between the glass ceramic 2, K and the pot bottom is calculated from the equivalent circuit diagram according to FIG. 3:
Ikt = f(Idk, Tk, Tr)Ikt = f (Idk, Tk, Tr)
Der Wärmefluß in den Topfboden ist die Summe aus dem Direktanteil der gestrahlten Energie in den Topf Idt und der thermischen Energie Ikt, die von der Glaskeramik 2,K in den Topfboden übertragen wird.The heat flow into the pot bottom is the sum of the direct portion of the radiated energy in the pot Idt and the thermal energy Ikt, which is transferred from the glass ceramic 2, K into the pot bottom.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel werden die elektrische Leistung und die Temperaturen Tr des Reflektors 3,R und Tu des Unterbaues 4,U sowie der Reflektionskoeffizient des Topfbodens erfaßt. Sind die elektrische Leistung I und der Reflektionskoeffizient rt des Topfbodens bekannt, dann können die Direktanteile Idr in den Reflektor 3,R, Idk in die Glaskeramik 2,K und Idt in den Topf 1,T berechnet werden:In a second exemplary embodiment, the electrical power and the temperatures Tr of the reflector 3, R and Tu of the substructure 4, U and the reflection coefficient of the pot base are recorded. If the electrical power I and the reflection coefficient rt of the pot base are known, then the direct components Idr in the reflector 3, R, Idk in the glass ceramic 2, K and Idt in the pot 1, T can be calculated:
Idr = f(rt), Idk = f(rt) und Idt = f(rt)Idr = f (rt), Idk = f (rt) and Idt = f (rt)
Aus dem Ersatzschaltbild für den Reflektor 3,R nach Fig. 2 werden der Wärmefluß Irk von dem Reflektor 3,R zu der Glaskeramik 2,K und die Temperatur Tk der Glaskeramik 2,K errechnetThe heat flow Irk from the reflector 3, R to the glass ceramic 2, K and the temperature Tk of the glass ceramic 2, K are calculated from the equivalent circuit diagram for the reflector 3, R according to FIG. 2
Irk = f(Idk, Tk, Tr)
Tk = f(Tr, Irk)Irk = f (Idk, Tk, Tr)
Tk = f (Tr, Irk)
Aus dem Ersatzschaltbild für die Glaskeramik nach Fig. 3 wird der Wärmefluß Ikt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topfboden des Topfes 1,T berechnet:The heat flow Ikt between the glass ceramic 2, K and the pot bottom of the pot 1, T is calculated from the equivalent circuit diagram for the glass ceramic according to FIG. 3:
Ikt = f(Idk, Irk)Ikt = f (Idk, Irk)
Der Wärmefluß von der Glaskeramik 2,K nach außen ist eine Funktion der elektrischen Leistung I und der Temperatur Tk der Glaskeramik 2,K. Diese Funktion wird im Mikroprozessor µP einer Steuereinheit der Kochstelle nach Fig. 7 gespeichert. Ein Vergleich zwischen dem gemessenen Wärmefluß und dem Wert für freie Abstrahlung kann zur Topferkennung ausgenützt werden.The heat flow from the glass ceramic 2, K to the outside is a function of the electrical power I and the temperature Tk of the glass ceramic 2, K. This function is stored in the microprocessor μP of a control unit of the hotplate according to FIG. 7. A comparison between the measured heat flow and the value for free radiation can be used for pot detection.
Die Entscheidung über Topfanwesenheit kann über Fuzzy Logic aus den Parametern Reflektionskoeffizient des Topfes, Glaskeramiktemperatur sowie Wärmefluß in dem Topf ermittelt werden, wobei diese Parameter in Fuzzy-Sets umgewandelt sind.The decision about pot presence can be made via fuzzy logic from the parameters of the reflection coefficient of the pot, Glass ceramic temperature and heat flow in the pot determined which parameters are converted into fuzzy sets.
Über ein Parameterfeld, das die wichtigsten Größen der Kochstelle - z. B. Strahlungsleistung in den Topf, Kontaktleistung in den Topf, Reflektionskoeffizient des Topfes, Temperatur der Glaskeramik - enthält, kann eine Qualitätsgröße für den Topf abgeleitet werden.Via a parameter field that the most important sizes of the Cooking area - e.g. B. radiation power in the pot, Contact power in the pot, reflection coefficient of the pot, Glass ceramic temperature - contains, can be a quality size be derived for the pot.
Dieses Parameterfeld kann über die entsprechende Gestaltung von Membership-Funktionen (für eine Fuzzy-Logic-Auswertung) gebildet werden. This parameter field can have the appropriate design of membership functions (for a fuzzy logic evaluation) be formed.
Im folgenden wird die Vorgehensweise zur Bestimmung der Komponenten eines physikalischen Modells für eine Pure Halogen-Kochstelle beschrieben.The following is the procedure for determining the Components of a physical model for a Pure Halogen hob described.
Die Wärmekapazitäten der Komponenten des Kochsystems können aus den Materialeigenschaften berechnet werden:The heat capacities of the components of the cooking system can come from the material properties are calculated:
C=m*cC = m * c
C = Wärmekapazität
m = Masse des Körpers
c = spezifische Wärmekapazität (Materialeigenschaft)C = heat capacity
m = mass of the body
c = specific heat capacity (material property)
Für eine PureHalogen-Kochstelle mit einem Durchmesser von 180 mm ergeben sich z. B. folgende Werte:For a PureHalogen hob with a diameter of 180 mm arise z. B. the following values:
Die Direktanteile der thermischen Leistung in die verschiedenen Komponenten hängen von deren Reflexionseigenschaften ab. Da diese Direktanteile ein Teil des Modells sind, müssen sie ermittelt werden. The direct parts of the thermal power in the different Components depend on their reflective properties. There these direct parts are part of the model, they must be determined.
Als erste Näherung werden die Direktanteile der gestrahlten Energie theoretisch berechnet.As a first approximation, the direct parts of the blasted Theoretically calculated energy.
Vereinfachungen:Simplifications:
- 1. Die Lampe strahlt 50% der Energie senkrecht nach oben und 50% senkrecht nach unten.1. The lamp radiates 50% of the energy vertically upwards and 50% vertically down.
- 2. Die Komponenten haben ideale Spektralkurven.2. The components have ideal spectral curves.
- 3. Die Energie wird nur durch Strahlung abgegeben (keine Konvektion).3. The energy is only given off by radiation (none Convection).
rt - Reflektionskoeffizient Topf
at - Absorptionskoeffizient Topf
rr - Reflektionskoeffizient Reflektor
ar - Absorptionskoeffizient Reflektor
tk - Transmissionskoeffizient Glaskeramik
ak - Absorptionskoeffizient Glaskeramik
L - Leistungrt - reflection coefficient pot
at - absorption coefficient pot
rr - reflection coefficient reflector
ar - absorption coefficient reflector
tk - transmission coefficient glass ceramic
ak - absorption coefficient glass ceramic
L - power
Theoretisch ergeben sich folgende Werte für die Direktanteile der gestrahlten Energie:Theoretically, the following values result for the direct shares the radiated energy:
- 1. Direktanteil Reflektor Ir = ar·L/2·(1+rt·tk²)/(1-rt·rr·tk²)1. Direct component reflector Ir = ar · L / 2 · (1 + rt · tk²) / (1-rt · rr · tk²)
- 2. Direktanteil Keramik Ik = ak·L/2·[(1+rt·tk²):(1+rr)]/(1-rt·rr·tk²)2. Direct portion of ceramics Ik = ak · L / 2 · [(1 + rt · tk²) :( 1 + rr)] / (1-rt · rr · tk²)
- 3. Direktanteil Topf It = at·tk·L/2·(1+rr)/(1-rt·rr·tk²).3. Direct portion of pot It = at · tk · L / 2 · (1 + rr) / (1-rt · rr · tk²).
Um die thermischen Widerstände der Komponenten der Kochstelle zu ermitteln, wurden Versuche mit einem definierten Verbraucher gefahren, dessen thermische Kapazität und thermischer Widerstand zur Umgebung bekannt waren.To the thermal resistances of the components of the hotplate tests with a defined consumer were determined driven, its thermal capacity and thermal resistance were known to the environment.
Die Kochstelle wird von unten mit einem fremden Heizkörper aufgeheizt. Auf der Kochstelle steht ein Verbraucher mit einer bekannten Wärmekapazität (z. B. Alublock). Es werden die Temperaturen des Unterbaus, des Reflektors, der Keramik und des Verbrauchers gemessen. Wenn die thermischen Kapazitäten der einzelnen Komponenten bekannt sind, können anhand der gemessenen Temperaturen die thermischen Widerstände zwischen den einzelnen Komponenten berechnet werden. Aus Fig. 2 folgt:The hotplate is heated from below with a third-party radiator. A consumer with a known heat capacity (e.g. aluminum block) stands on the hob. The temperatures of the substructure, the reflector, the ceramic and the consumer are measured. If the thermal capacities of the individual components are known, the thermal resistances between the individual components can be calculated on the basis of the measured temperatures. From Fig. 2 it follows:
It=(Ct·dTr/dt)+Tt/Rt (Wärmefluß in den Verbraucher)
Rkt=(Tk-Tt)/It (thermischer Widerstand Keramik-Verbraucher)
Ik=(Ck·dTk/dt) (Wärmefluß in die Glaskeramik)
Irk=It+Ik (Wärmefluß Reflektor Glaskeramik)
Rkt=(Tr-Tk)/Irk (thermischer Widerstand Glaskeramik-Topf).It = (CtdTr / dt) + Tt / Rt (heat flow into the consumer)
Rkt = (Tk-Tt) / It (thermal resistance ceramic consumer)
Ik = (CkdTk / dt) (heat flow into the glass ceramic)
Irk = It + Ik (heat flow reflector glass ceramic)
Rkt = (Tr-Tk) / Irk (thermal resistance glass ceramic pot).
Da in den meisten Fällen die Keramik eine höhere Temperatur als der Reflektor hat, findet in der Praxis eine Wärmeübertragung von oben nach unten statt. Um die Widerstände für diesen Fall zu berechnen, wird die Kochstelle über denselben Verbraucher von oben beheizt, bis ein Beharrungszustand erreicht wird. Wenn der thermische Widerstand Verbraucher-Glaskeramik bekannt ist, können anhand der Beharrungstemperaturen die thermischen Widerstände innerhalb der Kochstelle berechnet werden. Aus Fig. 3 folgt:Since the ceramic has a higher temperature than the reflector in most cases, heat is transferred from top to bottom in practice. To calculate the resistances in this case, the hotplate is heated from above via the same consumer until a steady state is reached. If the thermal resistance of consumer glass ceramic is known, the thermal resistances within the hotplate can be calculated based on the steady-state temperatures. From Fig. 3 it follows:
Itu = (Tt-Tk)/Rkt Wärmefluß Topf-Unterbau
Rkr = (Tk-Tr)/Itu thermischer Widerstand Keramik-Reflektor
Rru = (Tr-Tu)/Itu thermischer Widerstand Reflektor-Unterbau.Itu = (Tt-Tk) / Rkt heat flow pot base
Rkr = (Tk-Tr) / Itu thermal resistance ceramic reflector
Rru = (Tr-Tu) / Itu thermal resistance reflector base.
Mit den oben berechneten Werten ist das Modell für die Kochstelle definiert. Um diese Werte zu verbessern, werden weitere Versuche gefahren, wobei die theoretischen mit den praktischen Werten verglichen werden und die nötigen Korrekturen im Modell vorgenommen werden.With the values calculated above, the model is for the Cooking zone defined. To improve these values, be continued experiments, the theoretical with the practical values are compared and the necessary corrections can be made in the model.
Um ein realitätsnahes Modell zu erhalten, ist es wichtig, daß die Mitteltemperatur der Glaskeramik erfaßt wird. Dies läßt sich beispielsweise mit Hilfe von zwei oder mehreren Thermoelementen erreichen, die so angeordnet sind, daß man eine Mitteltemperatur der Glaskeramik messen kann. Um einen ausreichenden thermischen Kontakt zur Heizfläche zu gewährleisten, müssen diese an die Heizfläche angedrückt werden. Ebenso können Thermoelemente in die Heizfläche integriert werden, indem sie eingewalzt oder eingelassen werden. To get a realistic model, it is important that the mean temperature of the glass ceramic is recorded. This leaves yourself, for example, with the help of two or more Reach thermocouples that are arranged so that one can measure an average temperature of the glass ceramic. To one sufficient thermal contact to the heating surface guarantee, they must be pressed onto the heating surface. Thermocouples can also be integrated into the heating surface by being rolled in or embedded.
In der Anwendung sind die Unbekannten in unserem Modell der Widerstand Glas-Keramik-Topfboden und der Reflektionskoeffizient des Topfbodens. In der ersten praktischen Ausführung werden die Temperaturen der Glaskeramik, des Reflektors und des Unterbaus gemessen.In application, the unknowns in our model are Resistance glass-ceramic pot bottom and the reflection coefficient the bottom of the pot. In the first practical execution the temperatures of the glass ceramic, the reflector and the Substructure measured.
Die Meßsignale werden über einen Multiplexer MUX an den Eingang eines A/D-Wandlers übertragen, dessen Ausgangssignal vom Mikroprozessor µP eingelesen wird. Die Auswahl des zu messenden Kanals wird vom Mikroprozessor µP gesteuert. Die Meßsignale werden mit einem entsprechenden Programm ausgewertet und anhand der Ergebnisse steuert der Mikroprozessor µP die Leistungszufuhr zu dem Heizelement HE, wie Fig. 7 zeigt.The measurement signals are transmitted via a multiplexer MUX to the input of an A / D converter, the output signal of which is read in by the microprocessor µP. The selection of the channel to be measured is controlled by the microprocessor µP. The measurement signals are evaluated with a corresponding program and, based on the results, the microprocessor μP controls the power supply to the heating element HE, as shown in FIG. 7.
Mit einem Stellglied StG kann die Temperatur Tk der Glaskeramik 2,K oder der Wärmefluß von der Glaskeramik 2,K zum Topfboden vorgegeben werden. Über das im Mikroprozessor pP gespeicherte Modell kann die Regelgröße für das Heizelement HE errechnet werden. Die Temperatursensoren S1, S2 und S3 geben die Temperatursignale, z. B. des Unterbaues 4,U, des Reflektors 3,R und der Glaskeramik 2,K an den Multiplexer MUX. Eine Anzeige A, die z. B. als Ampel ausgebildet ist, gibt ein Kennzeichen ab, das die An- oder Abwesenheit eines Topfes auf der Glaskeramik anzeigt oder eine Qualitätsaussage über den Topf darstellt. Bei der Ampel zeigt grün die Anwesenheit und rot die Abwesenheit des Topfes an.The temperature Tk of the glass ceramic 2, K or the heat flow from the glass ceramic 2, K to the bottom of the pot can be specified with an actuator StG. The controlled variable for the heating element HE can be calculated using the model stored in the microprocessor pP. The temperature sensors S1, S2 and S3 give the temperature signals, e.g. B. the substructure 4, U, the reflector 3, R and the glass ceramic 2, K to the multiplexer MUX. A display A, the z. B. is designed as a traffic light, gives a mark that indicates the presence or absence of a pot on the glass ceramic or represents a quality statement about the pot. At the traffic light, green indicates the presence and red indicates the absence of the pot.
Das Gesamt-Ersatzschaltbild der Kochstelle ist in Fig. 6 dargestellt. Aus diesem Ersatzschaltbild werden der Wärmefluß Iru zwischen Reflektor 3,R und Unterbau 4,U sowie der Wärmefluß Irk zwischen Reflektor 3,R und Glaskeramik 2,K ermittelt:The overall equivalent circuit diagram of the hotplate is shown in FIG. 6. The heat flow Iru between reflector 3, R and substructure 4, U and the heat flow Irk between reflector 3, R and glass ceramic 2, K are determined from this equivalent circuit diagram:
Iru = f(Tr, Tu) = Rru · (Tr-Tu)
Irk = f(Tr, Tk) = Rrk · (Tr-Tk).Iru = f (Tr, Tu) = Rru · (Tr-Tu)
Irk = f (Tr, Tk) = Rrk · (Tr-Tk).
Claims (11)
daß in einem Mikroprozessor (pP) der Steuerung (Fig. 7) ein thermisches Ersatzschaltbild (Fig. 6) der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß (I) der Kochstelle zwischen Heizelemente (5, HE), Unterbau (4,U), Abdeckung [(Isolator oder Reflektor (3,R)], Glaskeramik (2,K) und Topf (1,T) dargestellt wird, und
daß mittels des Mikroprozessors (µP) in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen (Tu, Tk, Tr) der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente (5, HE) veranlaßt werden.1. A method for controlling the heating power of a hotplate with glass ceramic and with an electronic control with continuous power supply, in particular PureHalogen hotplate, in which the temperature (Tk) of the glass ceramic ( 2 , K) by means of temperature sensors (S1, S2, S3) The temperature (Tu) of the substructure ( 4 , U) and the temperature (Tr) of the cover lying between the substructure ( 4 , U) and heating elements ( 5 , HE) and acting as an insulator or reflector ( 3 , R) are measured,
that a thermal equivalent circuit diagram ( FIG. 6) of the hotplate is stored in a microprocessor (pP) of the control ( FIG. 7), with which the heat flow (I) of the hotplate between heating elements ( 5 , HE), substructure ( 4, U) , Cover [(insulator or reflector ( 3, R)], glass ceramic ( 2, K) and pot ( 1, T) is shown, and
that by means of the microprocessor (µP) depending on the measured temperatures (Tu, Tk, Tr) the heat flow into the bottom of the pot is calculated and the corresponding control of the electrical power of the heating elements ( 5 , HE) is initiated.
daß in einem Mikroprozessor (µP) der Steuerung (Fig. 7) ein thermisches Ersatzschaltbild (Fig. 6) der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß (I) der Kochstelle zwischen Heizelemente (5, HE), Unterbau (4, U), Abdeckung [(Isolator oder Reflektor (3, R)], Glaskeramik (2, K) und Topf (1, T) dargestellt wird, und
daß mittels des Mikroprozessors (µP) in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen (Tu, Tr) und des ermittelten Reflexionskoeffizienten (rt) des Topfbodens der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente (5, HE) veranlaßt werden.2.Procedure for controlling the heating power of a hotplate with glass ceramic and with an electronic control with continuous power supply, in particular PureHalogen hotplate, in which the temperature (Tu) of the base ( 4 , U) and the temperature ( Tr) the cover lying between the substructure ( 4, U) and heating elements ( 5 , HE) and acting as an insulator or reflector ( 3 , R) is measured and the reflection coefficient (rt) of the pan base is determined,
that a thermal equivalent circuit diagram ( Fig. 6) of the hotplate is stored in a microprocessor (µP) of the control ( Fig. 7), with which the heat flow (I) of the hotplate between heating elements ( 5 , HE), substructure ( 4 , U) , Cover [(insulator or reflector ( 3 , R)], glass ceramic ( 2 , K) and pot ( 1 , T) is shown, and
that by means of the microprocessor (µP) depending on the measured temperatures (Tu, Tr) and the determined reflection coefficient (rt) of the pot bottom, the heat flow into the pot bottom is calculated and the corresponding control of the electrical power of the heating elements ( 5 , HE) is initiated.
daß die Berechnung über Fuzzy-Logic vorgenommen wird, und
daß das thermische Ersatzschaltbild durch entsprechend ausgestaltete Membership-Funktionen gebildet wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in
that the calculation is carried out via fuzzy logic, and
that the thermal equivalent circuit is formed by appropriately designed membership functions.
daß mit einem Stellglied (StG) der Wärmefluß in den Topfboden vorgegeben wird und
daß mittels des Mikroprozessors (µP) dieser Wärmefluß anhand des jeweils berechneten Wärmeflusses geregelt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in
that with an actuator (StG) the heat flow into the bottom of the pot is specified and
that by means of the microprocessor (µP) this heat flow is regulated on the basis of the heat flow calculated in each case.
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1993
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