EP1615469A2 - Kochgerät mit Temperaturerfassung und Verfahren zur Temperaturerfassung an einem Kochgerät - Google Patents

Kochgerät mit Temperaturerfassung und Verfahren zur Temperaturerfassung an einem Kochgerät Download PDF

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EP1615469A2
EP1615469A2 EP05014417A EP05014417A EP1615469A2 EP 1615469 A2 EP1615469 A2 EP 1615469A2 EP 05014417 A EP05014417 A EP 05014417A EP 05014417 A EP05014417 A EP 05014417A EP 1615469 A2 EP1615469 A2 EP 1615469A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cookware
plate
temperature
quotient
quotient pyrometer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05014417A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1615469A3 (de
Inventor
Christian Seidler
Michael Dr. Riffel
Lutz Dr. Ose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Geratebau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by EGO Elektro Geratebau GmbH filed Critical EGO Elektro Geratebau GmbH
Publication of EP1615469A2 publication Critical patent/EP1615469A2/de
Publication of EP1615469A3 publication Critical patent/EP1615469A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/746—Protection, e.g. overheat cutoff, hot plate indicator

Definitions

  • the invention relates to a cooking appliance with a device for detecting the temperature of the cookware on its outside and a method for detecting the temperature.
  • IR sensor is arranged upwardly extendable at the rear edge of a hob and measures over an air gap across the heat radiation, which emanates from the cookware. From this, the temperature is calculated.
  • the cooking appliance which is preferably a hob, a carrier and a heater for the cookware.
  • the cookware can be placed on the carrier.
  • a temperature detection device is provided, which detects or interrogates the temperature at a location on the outside of the cookware.
  • This device has at least one quotient pyrometer, which is directed to the cookware or a specific location.
  • the device has a control with which the temperature of the cookware can be determined using the signals or information that the Quotient pyrometer delivers.
  • the controller is connected to or has a memory. In this data are stored, which are used to process the signals or to determine the temperature. In particular, these are physical data or stored measurement curves, which will be discussed in more detail below.
  • the advantage of using a quotient pyrometer is that the intensity of the thermal radiation is measured in two temperature ranges which are of interest or to be expected for the measurement in two wavelength ranges which are very close to one another, and the quotient is determined therefrom. It is assumed that the course of the radiation intensity in this wavelength range can be approximated by a straight line according to Planck's law of radiation. By forming the quotient, the slope of this line can be determined.
  • the curves of Planck radiation intensity versus wavelength are known and have a characteristic characteristic of the temperature. So they are different, each with its own, specific slope at each wavelength. The curves are stored for example in the memory. Thus, from the slope of this line the curve in question and thus the temperature can be determined.
  • the size of the emissivity of the surface of the cookware as well as a possible attenuation by other conditions in the measuring path is negligible. Such an error would be the same in both measurements and cancel out insofar as the absolute values of the radiation intensity are lower than actually come out.
  • the straight line is lower than the actual radiation intensity of the cookware. However, from the slope it corresponds to this. Of course, care should be taken that a wavelength range is used in which the distinctness The different temperature curves based on their slope is well possible.
  • the carrier for the cookware is a plate of at least partially radiation-permeable material.
  • glassy materials in particular toughened glass or glass ceramic.
  • Especially for cooktops glass ceramic has prevailed, but can also be used as a carrier or wall in an oven.
  • the temperature measurement in a corresponding manner by glass ceramic or a similar material is also possible with an oven.
  • the cookware On the aforementioned plate is the cookware, wherein advantageously the heating device is arranged underneath. Especially with a hob, it may be a so-called radiant heating or induction heating. Particularly advantageous in an aforementioned embodiment, the quotient pyrometer is arranged below the plate and directed to the cookware or the aforementioned location at which the temperature is to be detected. Usually this is the bottom of the cookware. Depending on the type of cookware may be provided to select either a central area or a circumferential area at which the temperature detection is to take place.
  • the quotient pyrometer may be disposed between the plate and the heater, and should have thermal insulation if it is in the heating area of the heater. It may also be located adjacent to the heater and directed obliquely to a location above it. Likewise, it may be directed through a passage in the heater.
  • the quotient pyrometer In order to reduce or even exclude influences of the plate or the glass ceramic on the measured radiation intensity as possible, it is advantageous to set the quotient pyrometer to a wavelength range in which the transmittance of the plate is very large and tends towards one. It is of course advisable to turn it off on the expected or to be measured temperature range, in a cooktop in about 80 ° C to 300 ° C. For glass ceramics, for example, a wavelength range of about 2.5 ⁇ m lends itself to this, since a maximum transmission is usually possible here.
  • a second quotient pyrometer may be provided which detects the temperature of the plate on which the cookware is standing. This is done with the aim of eliminating the heat radiation generated by the heating of the plate itself so that it can not distort the intensity measurement with the first quotient pyrometer.
  • the second quotient pyrometer is set to a wavelength range in which the transmittance of the plate is relatively low or even tends to zero.
  • a wavelength range below 0.5 ⁇ m lends itself here. The sequence of the corresponding method will be explained below.
  • data may be stored in the memory, in particular, so to speak curves of the radiation intensity over the wavelength for different temperatures. At least, this should be for the wavelength range to which the first quotient pyrometer is set. For the use of the second quotient pyrometer, these data are also advantageously available for its wavelength range.
  • the first quotient pyrometer in the wavelength range of about 2.5 microns, which is particularly advantageous in a measurement through glass ceramic throughout.
  • a measuring method can proceed in such a way that a total radiation intensity of the cookware and the plate is detected together with the first quotient pyrometer.
  • the second quotient pyrometer With the second quotient pyrometer, the radiation intensity of only the plate is detected.
  • the wavelength ranges are chosen so that the transmission of the plate on the one hand as high as possible and on the other hand is almost zero.
  • Stored data are used to calculate the temperature of the plate and, either via this step or directly from the measured radiation intensity of the plate, to calculate the radiation intensity of the plate at the wavelength at which the first quotient pyrometer measures.
  • the proportion is determined in the wavelength range of the first quotient pyrometer, which is due to the radiation of the plate. This proportion is deducted from the total measured radiation intensity, which has been determined by the first quotient pyrometer. From the obtained value, the temperature can be determined, which then rests on the outside of the cookware.
  • both the advantage of the measurement with a quotient pyrometer can be used as well as by the implementation of the two measurements with two quotient pyrometers a disturbing or distorting influence of the glass ceramic, through which is measured, can be reduced.
  • a hob 11 in which a cookware 15 is placed on a glass ceramic plate 13.
  • the cookware 15 is a so-called saucepan and contains a food 16, such as soup or potatoes to be cooked.
  • a heater 18 is arranged below the glass ceramic plate 13, as in a conventional hob with radiant heating. This is designed according to a conventional radiant heater. The generated heat radiation is directed upward in the direction of the cookware 15 and penetrates the glass ceramic plate 13 with a substantial proportion. This reaches the bottom of the cookware 15 and heats it up.
  • Two quotient pyrometers 20a and 20b are arranged in a region on the underside of the glass ceramic plate 13 with shield 21.
  • the shield 21 protects the quotient pyrometers 20a and 20b against unwanted extraneous radiation from the side and from the heater 18. So may also possibly harmful overheating of the ratio pyrometer 20a and 20b are avoided because the temperature just above the heater 18 can be up to 700 or 800 ° C.
  • the quotient pyrometers 20 "are shown, which are arranged below the heating device 18. Their direction of action is through the heating device 18 or a corresponding passage, in which case a small opening may already be sufficient.
  • the left quotient pyrometer 20a is set to a wavelength at which the transmission of the glass-ceramic plate 13 is as large as possible. According to the diagram of FIG. 2, this applies to a wavelength of about 2.5 ⁇ m. Radiation with this wavelength is more than 80% through the glass ceramic plate 13 therethrough. This is indicated by the symbolic heat radiation in FIG. 1, which, starting from the underside of the cookware 14, passes through the glass-ceramic plate 13 to the left-handed quotient pyrometer 20a.
  • the right-hand quotient pyrometer 20b is set to a wavelength at which the transmission of the glass-ceramic plate is as low as or equal to zero. This is the case, for example, at a wavelength of 0.5 ⁇ m, to which the quotient pyrometer 20b is set.
  • a wavelength at which the transmission of the glass-ceramic plate is as low as or equal to zero This is the case, for example, at a wavelength of 0.5 ⁇ m, to which the quotient pyrometer 20b is set.
  • the two quotient pyrometers 20a and 20b are connected to a controller 24.
  • the controller 24 in turn is connected to a memory 26 and a switch 28, with which the power supply to the heater 18 can be controlled. Furthermore, it should be noted, above all, that the controller 24 makes it possible to evaluate the data of the quotient pyrometers 20a and 20b. Therefore, it can generally be regarded as an evaluation.
  • the temperature can be determined from this. This will, as explained below, used for temperature determination.
  • the left quotient pyrometer 20a is set to the wavelength range of 2.5 ⁇ m and measures the total radiation intensity at two wavelengths around 2.5 ⁇ m, which are for example only about 10 to 100 nm apart.
  • the quotient formation which can be made by the quotient pyrometer 20a itself or the controller 24, two slightly spaced values for the intensity E for two closely spaced wavelengths can be determined. These define a straight line which corresponds to one of the dash-dotted lines and thus tangents according to FIG. 2. Thus, approximately the temperature can be determined.
  • both the hot bottom of the cookware 115 radiates downwards and the heated glass ceramic plate 13 itself. Desired is only the intensity of the cookware.
  • the proportion of the glass-ceramic plate 13 can be eliminated from empirical values for specific temperatures via correction data stored in the memory 26.
  • the second quotient pyrometer 20b is used, as described below.
  • the second quotient pyrometer 20b is set at a wavelength of about 0.5 ⁇ m.
  • the intensity and thus temperature of only the glass-ceramic plate 13 in a spatial region near the first quotient pyrometer 20a is measured. If the temperature of the glass-ceramic plate 13 is known therefrom, it can again be determined according to the diagram from FIG. 2 which radiation intensity the glass-ceramic plate 13 has at the wavelength of 2.5 ⁇ m. This radiation intensity of the glass-ceramic plate 13 can be subtracted from the total radiation intensity measured by the quotient pyrometer 20a, so that the radiation intensity, which goes back exclusively to the cookware 15, can be determined. Based on this, in turn, the temperature of the cookware 15 can be determined by using the curves of FIG. 2.
  • the controller 24 can directly via the switch 28 to supply energy to Heating device 18 and thus control the heating of the cooking product 16.
  • the control or evaluation 24 may be connected to an overall control for the cooking money 11 or even be integrated therein and thus influence the energy supply to the heating device 18.
  • a quotient pyrometer 20 mounted under the glass ceramic plate 13 is that it is protected against contamination or damage. Furthermore, it is rigid and immovable, which is very simple in construction.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electric Stoves And Ranges (AREA)

Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Kochfeld (11) eine Glaskeramikplatte (13) auf und eine Strahlungsheizung (18) darunter. Zwei Quotienten-Pyrometer (20a, 20b) sind im wesentlichen auf dieselbe Stelle an der Unterseite eines aufgestellten Kochgeschirrs (15) gerichtet. Sie sind jeweils auf einen Wellenlängenbereich eingestellt. Beim ersten Wellenlängenbereich ist die Transmission der Glaskeramikplatte (13) nahe null und beim zweiten nahe eins. So kann die Strahlungsintensität der Glaskeramikplatte (13) aufgrund eigener Erwärmung ermittelt werden und aus der Temperaturberechnung der Unterseite eines aufgestellten Kochgeschirrs (15) herausgerechnet werden.

Description

    Anwendungsgebiet und Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Kochgerät mit einer Einrichtung zur Erfassung der Temperatur des Kochgeschirrs an seiner Außenseite sowie ein Verfahren zu dieser Erfassung der Temperatur.
  • Es ist beispielsweise aus der EP 690 659 A bekannt, über einen IR-Sensor die Temperatur an der Außenseite eines Kochgeschirrs abzufragen. Aus dieser Temperatur an der Außenseite des Kochgeschirrs kann auf die Temperatur des Kochgeschirrs bzw. eines darin befindlichen Gargutes geschlossen werden. Dadurch ist ein sogenanntes temperaturgesteuertes oder automatisches Kochen möglich. Der IR-Sensor ist dabei nach oben ausfahrbar am hinteren Rand eines Kochfeldes angeordnet und misst über eine Luftstrecke hinweg die Wärmestrahlung, welche von dem Kochgeschirr ausgeht. Daraus wird die Temperatur berechnet.
  • Hierbei besteht jedoch das Problem, dass an der Stelle an dem Kochgeschirr, an welcher die Wärmestrahlung gemessen wird, möglichst definierte Eigenschaften vorliegen sollten, da ansonsten die Temperaturbestimmung über schwankende Werte der Abstrahlungseigenschaften ungenau werden kann. Es ist zwar vorgeschlagen worden, hier durch das Anbringen von Folien odgl. diese definierten Eigenschaften zu schaffen. Dies ist aber aufwendig und muss für jedes Kochgeschirr einzeln vorgenommen werden. Des weiteren besteht die Gefahr, dass derartige Folien im Lauf der Zeit ihre Eigenschaften verlieren oder ändern, was Messungen verfälschen kann.
    • Aufgabe und Lösung
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Kochgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird dabei durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Die Merkmale, die bezüglich des Kochgeräts geschildert werden, gelten in ihrer Allgemeinheit unabhängig davon auch für das Verfahren.
  • Erfindungsgemäß weist das Kochgerät, welches bevorzugt ein Kochfeld ist, einen Träger sowie eine Heizeinrichtung für das Kochgeschirr auf. Vorteilhaft kann das Kochgeschirr auf dem Träger abgestellt werden. Des weiteren ist eine Temperaturerfassungseinrichtung vorgesehen, welche an einer Stelle an der Außenseite des Kochgeschirrs die Temperatur erfasst bzw. abfragt. Diese Einrichtung weist wenigstens ein Quotienten-Pyrometer auf, welches auf das Kochgeschirr bzw. eine bestimmte Stelle gerichtet ist. Des weiteren weist die Einrichtung eine Steuerung auf, mit welcher die Temperatur des Kochgeschirrs bestimmt werden kann unter Verwendung der Signale bzw. Informationen, die das Quotienten-Pyrometer liefert. Die Steuerung ist mit einem Speicher verbunden bzw. weist einen solchen auf. In diesem sind Daten abgelegt, welche zur Verarbeitung der Signale bzw. zur Bestimmung der Temperatur verwendet werden. Insbesondere sind dies physikalische Daten oder abgespeicherte Messkurven, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird.
  • Der Vorteil der Verwendung eines Quotienten-Pyrometers liegt darin, dass in einem für die Messung interessierenden oder zu erwartenden Temperaturbereich in zwei sehr nahe beieinander liegenden Wellenlängenbereichen die Intensität der Wärmestrahlung gemessen wird und daraus der Quotient bestimmt wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der Verlauf der Strahlungsintensität in diesem Wellenlängen-bereich gemäß dem Planck'schen Strahlungsgesetz mit einer Geraden annähern lässt. Durch Bildung des Quotienten kann die Steigung dieser Geraden ermittelt werden. Die Kurven der Planck'schen Strahlungsintensität über der Wellenlänge sind bekannt und weisen einen Verlauf auf, der für die Temperatur charakteristisch ist. Sie sind also unterschiedlich mit jeweils einer eigenen, bestimmten Steigung bei jeder Wellenlänge. Die Kurven sind beispielsweise in den Speicher eingespeichert. So kann aus der Steigung dieser Geraden die betreffende Kurve und somit die Temperatur bestimmt werden. Durch die Bildung des Quotienten bzw. die Annäherung der Kurven als Gerade wird die Größe des Emissionsgrades der Oberfläche des Kochgeschirrs ebenso wie eine mögliche Dämpfung durch sonstige Gegebenheiten im Messweg vernachlässigbar. Ein solcher Fehler würde bei beiden Messungen gleich groß sein und sich insofern aufheben, als bei den absoluten Werten der Strahlungsintensität geringere als tatsächlich herauskommen. Die Gerade liegt damit absolut gesehen niedriger als es der eigentlichen Strahlungsintensität des Kochgeschirrs entspricht. Von der Steigung her entspricht sie dieser jedoch. Selbstverständlich sollte darauf geachtet werden, dass ein Wellenlängenbereich verwendet wird, in welchem die Unterscheidbarkeit der verschiedenen Temperaturkurven anhand ihrer Steigung gut möglich ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass der Träger für das Kochgeschirr eine Platte aus zumindest teilweise strahlungsdurchlässigem Material ist. Hier bieten sich glasartige Materialien an, insbesondere Hartglas oder Glaskeramik. Vor allem für Kochfelder hat sich Glaskeramik durchgesetzt, kann jedoch auch als Träger oder Wandung in einem Backofen verwendet werden. So ist die Temperaturmessung in entsprechender Weise durch Glaskeramik oder ein ähnliches Material hindurch auch bei einem Backofen möglich.
  • Auf der vorgenannten Platte steht das Kochgeschirr, wobei vorteilhaft die Heizeinrichtung darunter angeordnet ist. Vor allem bei einem Kochfeld kann es eine sogenannte Strahlungsheizung oder eine Induktionsheizung sein. Besonders vorteilhaft ist bei einer vorgenannten Ausbildung das Quotienten-Pyrometer unterhalb der Platte angeordnet und auf das Kochgeschirr bzw. die vorgenannte Stelle gerichtet, an welcher die Temperatur erfasst werden soll. Üblicherweise ist dieses die Unterseite des Kochgeschirrs. Abhängig von der Art des Kochgeschirrs kann vorgesehen sein, entweder einen zentralen Bereich oder einen umlaufenden Bereich auszuwählen, an dem die Temperaturerfassung erfolgen soll.
  • Das Quotienten-Pyrometer kann zwischen Platte und Heizeinrichtung angeordnet sein, wobei es eine thermische Isolierung aufweisen sollte, falls es im Heizbereich der Heizeinrichtung liegt. Es kann auch neben der Heizeinrichtung angeordnet sein und schräg auf eine Stelle darüber gerichtet sein. Ebenso kann es durch einen Durchgang in der Heizeinrichtung gerichtet sein.
  • Um Einflüsse der Platte bzw. der Glaskeramik auf die gemessene Strahlungsintensität möglichst zu reduzieren oder sogar auszuschließen, ist es von Vorteil, das Quotienten-Pyrometer auf einen Wellenlängenbereich einzustellen, in welchem der Transmissionsgrad der Platte sehr groß ist und möglichst gegen eins tendiert. Dabei ist es selbstverständlich empfehlenswert, es auf den zu erwartenden bzw. zu messenden Temperaturbereich abzustellen, bei einem Kochfeld in etwa 80°C bis 300°C. Beispielsweise für Glaskeramik bietet sich hier ein Wellenlängen-bereich von etwa 2,5 µm an, da hier üblicherweise eine maximale Transmission möglich ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann ein zweites Quotienten-Pyrometer vorgesehen sein, mit welchem die Temperatur der Platte erfasst wird, auf dem das Kochgeschirr steht. Dies wird gemacht mit dem Ziel, die durch die Erwärmung der Platte selbst entstehende Wärmestrahlung auszuschließen, damit sie die Intensitätsmessung mit dem ersten Quotienten-Pyrometer nicht verfälschen kann. Dazu wird das zweite Quotienten-Pyrometer auf einen Wellenlängen-Bereich eingestellt, in dem der Transmissionsgrad der Platte relativ gering ist oder sogar gegen null tendiert. Bei den vorgenannten Materialien wie Glaskeramik bietet sich hier ein Wellenlängenbereich unter 0,5 µm an. Der Ablauf des entsprechenden Verfahrens wird nachfolgend noch erläutert.
  • Wie zuvor angesprochen worden ist, können in dem Speicher Daten abgespeichert sein, insbesondere auch sozusagen Kurven der Strahlungsintensität über der Wellenlänge für verschiedene Temperaturen. Zumindest sollte dies für den Wellenlängenbereich vorliegen, auf den das erste Quotienten-Pyrometer eingestellt ist. Vorteilhaft sind zur Verwendung des zweiten Quotienten-Pyrometers diese Daten auch für dessen Wellenlängenbereich vorhanden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit dem ersten Quotienten-Pyrometer in dem Wellenlängenbereich von etwa 2,5 µm gemessen, was insbesondere bei einer Messung durch Glaskeramik hindurch vorteilhaft ist. Ein Messverfahren kann beispielsweise so ablaufen, dass mit dem ersten Quotienten-Pyrometer eine gesamte Strahlungsintensität von Kochgeschirr und Platte zusammen erfasst wird. Mit dem zweiten Quotienten-Pyrometer wird die Strahlungsintensität lediglich der Platte erfasst. Die Wellenlängenbereiche werden so gewählt, dass die Transmission der Platte jeweils einerseits möglichst hoch ist und andererseits nahezu bei null liegt. Über abgespeicherte Daten wird die Temperatur der Platte berechnet und entweder über diesen Schritt oder direkt aus der gemessenen Strahlungsintensität der Platte die Strahlungsintensität der Platte bei derjenigen Wellenlänge berechnet, bei welcher das erste Quotienten-Pyrometer misst. Somit wird der Anteil bestimmt im Wellenlängenbereich des ersten Quotienten-Pyrometers, der auf die Strahlung der Platte zurückgeht. Dieser Anteil wird von der insgesamt gemessenen Strahlungsintensität abgezogen, welche das erste Quotienten-Pyrometer ermittelt hat. Von dem erhaltenen Wert ausgehend kann die Temperatur ermittelt werden, welche dann an der Außenseite des Kochgeschirrs anliegt.
  • Somit kann mit diesem Verfahren sowohl der Vorteil der Messung mit einem Quotienten-Pyrometer genutzt werden als auch durch die Durchführung der beiden Messungen mit zwei Quotienten-Pyrometern ein störender oder verfälschender Einfluss der Glaskeramik, durch welche hindurch gemessen wird, reduziert werden.
  • Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
    • Kurbeschreibung der Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kochfeldes mit zwei Quotienten-Pyrometern,
    Fig. 2
    die Kurven der Strahlungsintensität über der Wellenlänge gemäß dem Planck'schen Strahlungsgesetz für verschiedene Temperaturen und
    Fig. 3
    eine Kurve der Transmission über der Wellenlänge für Glaskeramik.
    Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Fig. 1 ist ein Kochfeld 11 dargestellt, bei welchem auf einer Glaskeramikplatte 13 ein Kochgeschirr 15 aufgestellt ist. Das Kochgeschirr 15 ist ein sogenannter Kochtopf und enthält ein Kochgut 16, beispielsweise Suppe oder zu kochende Kartoffeln.
  • Unterhalb der Glaskeramikplatte 13 ist, wie beispielsweise bei einem üblichen Kochfeld mit Strahlungsbeheizung, eine Heizeinrichtung 18 angeordnet. Diese ist gemäß einer üblichen Strahlungsheizung ausgebildet. Die erzeugte Wärmestrahlung ist nach oben in Richtung auf das Kochgeschirr 15 zu gerichtet und durchdringt die Glaskeramikplatte 13 mit einem wesentlichen Anteil. Dieser erreicht die Unterseite des Kochgeschirrs 15 und heizt dieses auf.
  • Zwei Quotienten-Pyrometer 20a und 20b sind in einem Bereich an der Unterseite der Glaskeramikplatte 13 angeordnet samt Abschirmung 21. Die Abschirmung 21 schützt die Quotienten-Pyrometer 20a und 20b gegen unerwünschte Fremdstrahlung von der Seite sowie von der Heizeinrichtung 18. So kann auch eine möglicherweise schädliche Überhitzung der Quotienten-Pyrometer 20a und 20b vermieden werden, da die Temperatur kurz oberhalb der Heizeinrichtung 18 bis zu 700 oder 800°C betragen kann. Alternativ sind Quotienten-Pyrometer 20' dargestellt, die links neben der Heizeinrichtung 18 angeordnet sind. Sie sind schräg auf dieselbe Stelle gerichtet wie die Quotienten-Pyrometer 20a und 20b. Damit wäre das Problem einer möglichen unerwünschten Beeinflussung oder Beschädigung durch die Heizeinrichtung 18 selbst gelöst. Des weiteren sind sie von oben für einen Benutzer nicht sichtbar und schirmen auch nicht einen Teil der Heizeinrichtung 18 gegen das Kochgeschirr 15 ab. Mit einer schräg zueinander vorgesehenen Anordnung der Quotienten-Pyrometer 20a und 20b ist es auch möglich, diese im wesentlichen auf genau einen Punkt an der Glaskeramikplatte zu richten. So können beide Messungen tatsächlich für dieselbe Stelle vorgenommen werden.
  • Als eine weitere Alternative sind die Quotienten-Pyrometer 20" dargestellt, die unter der Heizeinrichtung 18 angeordnet sind. Ihre Wirkungsrichtung ist durch die Heizeinrichtung 18 bzw. einen entsprechenden Durchgang hindurch. Hier reicht unter Umständen schon eine kleine Öffnung.
  • Das linke Quotienten-Pyrometer 20a ist auf eine Wellenlänge eingestellt, bei welcher die Transmission der Glaskeramikplatte 13 möglichst groß ist. Nach dem Schaubild aus Fig. 2 trifft dies für eine Wellenlänge von etwa 2,5 µm zu. Strahlung mit dieser Wellenlänge geht zu mehr als 80% durch die Glaskeramikplatte 13 hindurch. Dies ist durch die symbolische Wärmestrahlung in Fig. 1 angedeutet, welche von der Unterseite des Kochgeschirrs 14 ausgehend durch die Glaskeramikplatte 13 hindurch auf das linke Quotienten-Pyrometer 20a treffen.
  • Das rechte Quotienten-Pyrometer 20b ist auf eine Wellenlänge eingestellt, bei welcher die Transmission der Glaskeramikplatte möglichst gering bzw. gleich null ist. Dies ist beispielsweise der Fall bei einer Wellenlänge von 0,5 µm, auf welche das Quotienten-Pyrometer 20b eingestellt ist. Durch die ebenfalls eingezeichnete symbolische Wärmestrahlung ist zu erkennen, dass lediglich von der Unterseite der Glaskeramikplatte 13 ausgehende Wärmestrahlung auf das Quotienten-Pyrometer 20b fällt.
  • Die beiden Quotienten-Pyrometer 20a und 20b sind mit einer Steuerung 24 verbunden. Die Steuerung 24 wiederum ist mit einem Speicher 26 verbunden sowie einem Schalter 28, mit dem die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 18 gesteuert werden kann. Des weiteren ist zu der Steuerung 24 vor allem zu bemerken, dass sie eine Auswertung der Daten der Quotienten-Pyrometer 20a und 20b ermöglicht. Deswegen kann sie allgemein auch als Auswertung angesehen werden.
    • Funktion
  • Zum theoretischen Verständnis wird auf die Kurven der Planck'schen Strahlungsintensität E über der Wellenlänge λ gemäß Fig. 2 verwiesen. Daraus ist zu entnehmen, dass die Kurven der Strahlungsintensität bei einer bestimmten Temperatur über der Wellenlänge λ einen charakteristischen Verlauf haben. Die Kurven sind angegeben für unterschiedliche Temperaturen des abstrahlenden Körpers, und zwar von 300K bei der untersten Kurve bis 700K bei der obersten Kurve. Die durchgezogenen Kurven gehen jeweils in 100K-Schritten von unten nach oben. Die beiden gestrichelt dargestellten Kurven stellen 50K-Schritte dar, so dass für Temperaturen von 300K, 350K, 400K, 450K, 600K und 700K Kurven eingezeichnet sind.
  • Bei dem vorgenannten Wellenlängenbereich von 2,5 µm, in welchem die Kurven in etwa eine maximale Steigungsänderung aufweisen, weisen sie zusätzlich eine jeweils gut voneinander unterscheidbare Steigung auf. Die Steigungen bei einer Wellenlänge von 2,5 µm sind für die unterste und die oberste Kurve durch die strichpunktierten Tangenten eingezeichnet. Dies bedeutet, dass bei der Wellenlänge 2,5 µm oder sehr nahe daran jede Kurve der Strahlungsintensität durch eine Gerade angenähert werden kann und diese Geraden bei jeder Kurve deutlich unterscheidbar sind.
  • Kann bei unbekannter Temperatur durch Messung oder Berechnung für eine Intensität die Steigung dieser Gerade ermittelt werden, so kann daraus die Temperatur bestimmt werden. Dies wird, wie nachfolgend erläutert wird, zur Temperaturbestimmung herangezogen.
  • Das grundlegende Funktionsprinzip eines Quotienten-Pyrometers ist dem Fachmann zum einen ausreichend bekannt und zum andern eingangs skizziert worden. Weitere Erläuterungen hierzu sind nicht notwendig. Das linke Quotienten-Pyrometer 20a ist auf den Wellenlängenbereich von 2,5 µm eingestellt und misst die gesamte Strahlungsintensität bei zwei Wellenlängen um 2,5 µm herum, welche beispielsweise nur etwa 10 bis 100 nm auseinander liegen. Durch die Quotientenbildung, welche von dem Quotienten-Pyrometer 20a selber oder der Steuerung 24 vorgenommen werden kann, können zwei etwas voneinander beabstandete Werte für die Intensität E für zwei nahe beieinander liegenden Wellenlängen ermittelt werden. Diese definieren eine Gerade, welche einer der strichpunktierten Geraden und somit Tangenten gemäß Fig. 2 entspricht. Damit kann also näherungsweise die Temperatur bestimmt werden.
  • Allerdings ist bei dieser gemessenen Strahlungsintensität zu beachten, dass sowohl der heiße Boden des Kochgeschirrs 115 nach unten abstrahlt als auch die erhitzte Glaskeramikplatte 13 selber. Gewünscht ist aber nur die Intensität des Kochgeschirrs. Einerseits kann über in dem Speicher 26 abgespeicherte Korrekturdaten der Anteil der Glaskeramikplatte 13 aus Erfahrungswerten für bestimmte Temperaturen herausgerechnet werden. Alternativ wird das zweite Quotienten-Pyrometer 20b verwendet, wie nachfolgend beschrieben wird.
  • Das zweite Quotienten-Pyrometer 20b ist auf eine Wellenlänge von etwa 0,5 µm eingestellt. Nach der Fig. 3 wird, mit dem grundsätzlichen Verfahren der Quotientenbildung wie vorstehend beschrieben, die Intensität und somit Temperatur lediglich der Glaskeramikplatte 13 in einem räumlichen Bereich nahe des ersten Quotienten-Pyrometers 20a gemessen. Ist daraus die Temperatur der Glaskeramikplatte 13 bekannt, kann wiederum gemäß dem Diagramm aus Fig. 2 ermittelt werden, welche Strahlungsintensität die Glaskeramikplatte 13 bei der Wellenlänge von 2,5 µm aufweist. Diese Strahlungsintensität der Glaskeramikplatte 13 kann von der durch das Quotienten-Pyrometer 20a gemessenen Gesamtstrahlungsintensität abgezogen werden, so dass die Strahlungsintensität ermittelt werden kann, welche ausschließlich auf das Kochgeschirr 15 zurückgeht. Anhand dieser kann wiederum die Temperatur des Kochgeschirrs 15 bestimmt werden durch Verwendung der Kurven aus Fig. 2.
  • In Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur an der Unterseite des Kochgeschirrs 15 kann, beispielsweise wiederum durch in dem Speicher 26 abgespeicherte Erfahrungswerte, auf die Temperatur des Kochguts 16 geschlossen werden. Sie ist üblicherweise einige wenige K niedriger. Soll beispielsweise ein sogenanntes Kochprogramm verwendet werden mit zeitlicher Regelung der Temperatur nach vorgegebenen Werten, kann die Steuerung 24 direkt über den Schalter 28 die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 18 und somit die Erwärmung des Kochguts 16 steuern. Alternativ kann die Steuerung bzw. Auswertung 24 mit einer Gesamtsteuerung für das Kochgeld 11 verbunden sein oder sogar darin integriert sein und so die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 18 beeinflussen.
  • Ein weiterer Vorteil eines unter der Glaskeramikplatte 13 angebrachten Quotienten-Pyrometers 20 liegt darin, dass es vor Verschmutzung oder Beschädigung geschützt ist. Des weiteren ist es starr und unbeweglich angeordnet, was vom Aufbau her sehr einfach ist.

Claims (9)

  1. Kochgerät, insbesondere Kochfeld (11), mit:
    - einem Träger für ein Kochgeschirr (15),
    - einer Heizeinrichtung (18) für das Kochgeschirr (15) und
    - einer Temperaturerfassungseinrichtung (20, 24, 26) für das Kochgeschirr (15) an einer Stelle an der Außenseite des Kochgeschirrs,

    dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtung mindestens ein Quotienten-Pyrometer (20a) aufweist und eine Steuerung (24) mit einem Speicher (26), welche zur Verarbeitung der Signale des Quotienten-Pyrometers ausgebildet ist zur Bestimmung der Temperatur des Kochgeschirrs (15) unter Verwendung von Daten aus dem Speicher.
  2. Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Platte (13) aus zumindest teilweise strahlungsdurchlässigem Material ist, insbesondere aus Glaskeramik, auf welcher das Kochgeschirr (15) steht und unterhalb welcher die Heizeinrichtung angeordnet ist, vorzugsweise als Strahlungsheizung (18) oder Induktionsheizung.
  3. Kochgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Quotienten-Pyrometer (20a) unterhalb der Platte (13) angeordnet ist und auf das Kochgeschirr (15) gerichtet ist, vorzugsweise auf dessen Unterseite.
  4. Kochgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Quotienten-Pyrometer (20a) auf einen Wellenlängenbereich eingestellt ist, in dem der Transmissionsgrad der Platte (13) sehr groß ist, vorzugsweise nahezu eins ist, insbesondere auf einen Wellenlängenbereich von etwa 2,5 µm.
  5. Kochgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch ein zweites Quotienten-Pyrometer (20b) zur Erfassung der Temperatur der Platte (13) in dem Bereich, auf dem das Kochgeschirr (15) steht oder auf den das erste Quotienten-Pyrometer (20a) gerichtet ist, wobei vorzugsweise das zweite Quotienten-Pyrometer (20b) unterhalb der Platte (13) angeordnet ist und insbesondere neben dem ersten Quotienten-Pyrometer (20a).
  6. Kochgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Quotienten-Pyrometer (20b) auf einen Wellenlängen-Bereich eingestellt ist, in dem der Transmissionsgrad der Platte (13) sehr gering ist, insbesondere gleich null ist, wobei vorzugsweise der Wellenlängenbereich unter 0,5 µm liegt.
  7. Kochgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher (26) Daten der Kurven der Strahlungsintensität über der Wellenlänge für verschiedene Temperaturen zumindest in dem Wellenlängenbereich abgespeichert sind, auf den das erste Quotienten-Pyrometer (20a) eingestellt ist, vorzugsweise auch für den Wellenlängenbereich, auf den das zweite Quotienten-Pyrometer (20b) eingestellt ist.
  8. Verfahren zur Erfassung der Temperatur eines Kochgeschirrs (15) mit einem Kochgerät (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Quotienten-Pyrometer (20a) in einem Wellenlängenbereich von ca. 2,5 µm gemessen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, mit einem Kochgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    - mit dem ersten Quotienten-Pyrometer (20a) wird eine gesamte Strahlungsintensität von Kochgeschirr (15) und Platte (13) erfasst,
    - mit dem zweiten Quotienten-Pyrometer (20b) wird die Strahlungsintensität der Platte (13) bei einer Wellenlänge erfasst, bei welcher der Transmissionsgrad der Platte nahezu null ist,
    - über abgespeicherte Daten wird die Temperatur der Platte berechnet und, davon ausgehend,
    - über die abgespeicherten Daten wird, ausgehend von der gemessenen Strahlungsintensität der Platte (13) oder ihrer berechneten Temperatur die Strahlungsintensität der Platte bei der Wellenlänge berechnet, bei welcher das erste Quotienten-Pyrometer (20a) misst,
    - die berechnete Strahlungsintensität der Platte (13) wird von der gesamten Strahlungsintensität (E) des ersten Quotienten-Pyrometers (20a) abgezogen um die Strahlungsintensität zu ermitteln, welche von dem Kochgeschirr (15) ausgeht, und
    - ausgehend von den abgespeicherten Daten wird aus der Kochgeschirr-Strahlungsintensität die Temperatur an der Außenseite des Kochgeschirrs (15) ermittelt.
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