EP4402990A1 - Haushaltsgerätevorrichtung - Google Patents

Haushaltsgerätevorrichtung

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Publication number
EP4402990A1
EP4402990A1 EP22772448.1A EP22772448A EP4402990A1 EP 4402990 A1 EP4402990 A1 EP 4402990A1 EP 22772448 A EP22772448 A EP 22772448A EP 4402990 A1 EP4402990 A1 EP 4402990A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
amplifier
unit
appliance device
measurement signal
household appliance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22772448.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rafael Alonso Esteban
Jose Maria GARCIA DEL POZO
Eduardo Imaz Martinez
Javier Lasobras Bernad
Sergio Llorente Gil
Maria PARRA BORDERÍAS
Julio Rivera Peman
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.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4402990A1 publication Critical patent/EP4402990A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • G—PHYSICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
    • G—PHYSICS
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/28—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using photoemissive or photovoltaic cells
    • G01J5/30—Electrical features thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/70—Passive compensation of pyrometer measurements, e.g. using ambient temperature sensing or sensing of temperature within housing
    • 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
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them
    • 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
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/07—Heating plates with temperature control means

Definitions

  • the invention relates to a household appliance device according to the preamble of claim 1, a household appliance according to claim 14 and a method for operating a household appliance device according to the preamble of claim 15.
  • infrared sensors for measuring the temperature of cookware are already known from the prior art.
  • An infrared sensor can be implemented in a hob, for example, by means of a photodiode, which converts incident infrared radiation into a photocurrent. Since photocurrents have very low current strengths, these measurement signals must be amplified for further evaluation and temperature determination. Operational amplifiers, in particular transimpedance amplifiers, are usually used for this purpose. So far, however, there has been the disadvantage that temperature measurements using photodiodes become more error-prone as the temperature increases. This is due to the fact that photodiodes always generate a so-called dark current in addition to the actual photocurrent, which is added to the photocurrent and whose amount increases exponentially with increasing temperature.
  • the object of the invention is in particular, but not limited to, providing a generic device with improved properties in terms of measurement accuracy.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 14, while advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on a hob device, in particular an induction hob device, with at least one temperature sensor unit which has at least one photodiode which is intended to detect incident infrared radiation and convert it into a measurement signal and with at least one amplifier unit which has at least one amplifier has to amplify the measurement signal.
  • the domestic appliance device has a compensation unit for at least partially compensating for temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal.
  • Such a configuration can advantageously provide a household appliance device with improved properties with regard to measurement accuracy. Temperature-related disruptive influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal can advantageously be reduced, preferably minimized, as a result of which measurement accuracy can be significantly increased.
  • production can advantageously be simplified, for example by arranging the photodiode directly in a high-temperature area and thus eliminating the need for radiation guide elements, such as optical fibers, for transporting the infrared radiation to the photodiode. In this way, it is also advantageously possible to achieve cost savings with increased measurement accuracy at the same time.
  • a “cooktop device”, in particular an “induction cooktop device”, should be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of a cooktop, in particular an induction cooktop, whereby accessory units for the cooktop can also be included, such as a sensor unit for external measurement a temperature of a cooking utensil and/or a cooking item.
  • the hob device in particular the induction hob device, can also include the entire hob, in particular the entire induction hob.
  • a “household appliance device”, in particular a “cooking appliance device”, advantageously a “hob device” and particularly advantageously an “induction hob device” should in particular be understood to mean at least a part, in particular a subassembly, of a household appliance, in particular a cooking appliance, advantageously a hob and particularly advantageously an induction cooktop.
  • a household appliance having the household appliance device could be a dishwasher and/or a washing machine and/or a dryer.
  • a household appliance having the household appliance device is advantageously a cooking appliance.
  • a household appliance designed as a cooking appliance could be, for example, an oven and/or a microwave and/or a grill and/or a steamer.
  • a household appliance designed as a cooking appliance is advantageously a hob and preferably an induction hob.
  • the domestic appliance device preferably has a hob plate for setting up cookware.
  • the hob plate may be part of the household appliance, which comprises the household appliance device and is designed as a hob.
  • the domestic appliance device preferably has a control unit.
  • the control unit is intended to control and/or regulate the temperature sensor unit and/or the amplifier unit and/or the compensation unit and/or other units, in particular the heating unit.
  • the control unit has at least one arithmetic unit, which is preferably designed as a microprocessor.
  • the control unit has a memory unit with at least one program stored therein, which is intended to be executed by the computing unit.
  • the temperature sensor unit is provided for detecting infrared radiation and converting the detected infrared radiation into at least one measurement signal which characterizes at least one temperature parameter of at least one cooking utensil and/or the hob plate.
  • the temperature parameter could, for example, include and/or characterize at least one temperature of the cooking utensil and/or the hob plate.
  • the temperature sensor unit has at least one photodiode for detecting the infrared radiation and converting it into the measurement signal and can also have further photodiodes.
  • the temperature sensor unit has a number of Photodiodes, which corresponds to a number of heating elements, in particular induction heating elements, of the heating unit.
  • the photodiode In an operating state of the temperature sensor unit, the photodiode detects incident infrared radiation and converts it at at least one pn junction and/or pin junction, due to the internal photo effect, into the measurement signal, which is output at an output of the photodiode in the form of what is referred to below as a photocurrent , electric current flows.
  • the measurement signal contains the at least one temperature parameter.
  • the amplifier unit has at least one amplifier for amplifying the measurement signal and can also have a number of amplifiers, in particular those that are essentially structurally identical.
  • a number of amplifiers in the amplifier unit preferably corresponds to a number of photodiodes in the temperature sensor unit, each amplifier being provided for amplifying a measurement signal converted by a photodiode.
  • the amplifier unit it would also be conceivable for the amplifier unit to have a smaller number of amplifiers than the number of photodiodes in the temperature sensor unit, in which case at least one of the amplifiers is provided for the purpose of receiving at least two different measurement signals from at least two different photodiodes, in particular with a time offset strengthen.
  • the amplifier amplifies the measurement signal on the input side present at an input of the amplifier in the form of the photocurrent into an amplified measurement signal on the output side with an effective value that is greater than the measurement signal on the input side.
  • the amplifier could be in the form of a current amplifier and be provided to convert the measurement signal present on the input side in the form of the photocurrent into an amplified measurement signal present on the output side in the form of an electric current with an effective value greater than the photocurrent.
  • the amplifier is preferably designed as a current-controlled voltage source and is intended to convert the measurement signal present on the input side in the form of the photocurrent into an amplified measurement signal on the output side, which is present in the form of an electrical voltage proportional to the photocurrent.
  • the amplifier could have at least one transistor, in particular a bipolar transistor, and in particular be designed as a transistor whose base current is the input-side measurement signal in the form of the photocurrent and whose collector current is the output-side amplified measurement signal.
  • the amplifier is preferably designed as an operational amplifier, in particular as a transimpedance amplifier.
  • the amplifier has at least one input through which the output-side measurement signal can be fed.
  • the amplifier preferably has two inputs, namely a negative input and a positive input.
  • the photodiode is electrically conductively connected to at least one of the inputs of the amplifier, preferably via a shielded electrical cable.
  • the amplifier has at least one, preferably precisely one, output at which the amplified measurement signal on the output side can be tapped.
  • the amplifier could be designed as a non-inverting amplifier.
  • the amplifier is preferably designed as an inverting amplifier, with one of the inputs being designed as an inverting input and one of the inputs being designed as a non-inverting input.
  • the amplifier is preferably provided for parallel voltage negative feedback operation.
  • the negative input is preferably designed as the inverting input and the positive input as the non-inverting input.
  • the photodiode is preferably electrically conductively connected to the inverting input.
  • the amplifier preferably has at least one feedback resistor.
  • the feedback resistor is preferably electrically connected in parallel with the output and the inverting input. In parallel voltage negative feedback operation, at least part of a voltage drop at the output is fed back to the inverting input via the feedback resistor.
  • a gain of the amplifier is characterized by the feedback resistance.
  • the amplification factor which is also referred to as transimpedance, corresponds essentially to an amount of the feedback resistance in an ideal direct current case, ie when the measurement signal on the input side is a pure direct current.
  • the feedback resistance can have amounts between 10 k ⁇ and 1 G ⁇ .
  • the feedback resistance preferably has amounts between 100 k ⁇ and 100 M ⁇ .
  • the control unit is preferably electrically conductively connected to the amplifier unit, in particular at least to the output of the amplifier.
  • the control unit is preferably provided to tap the output-side measurement signal at the output of the amplifier and to determine the temperature parameter from the measurement signal, in particular by means of at least one program provided for this purpose and executable by the computing unit.
  • the compensation unit is provided for at least partial compensation of temperature influences on the conversion of the infrared radiation by the photodiode into the measurement signal and/or on the amplification of the measurement signal by the amplifier of the amplifier unit.
  • a temperature influence on the conversion of the infrared radiation by the photodiode into the measurement signal and/or on the amplification of the measurement signal by the amplifier can be characterized in particular by an offset voltage, by the amount of which the real measurement signal present at the output of the amplifier deviates from an ideal measurement signal. Due to the deviation between the real measurement signal and the ideal measurement signal, the temperature parameter that can be derived from the real measurement signal is also incorrect compared to an actual temperature parameter that could be derived from the ideal measurement signal.
  • the offset voltage is composed of a first offset voltage component present at the input of the amplifier and a second offset voltage component dropping between the input and the output of the amplifier.
  • the first offset voltage component is due in particular to a dark current in the photodiode, which is amplified together with the photocurrent.
  • the dark current is exponentially dependent on the temperature of the photodiode and can change by up to three orders of magnitude over a temperature range of 100°C.
  • the second offset voltage component is determined in particular by temperature-related changes in parameters of the electrical and/or electronic components of the amplifier, for example temperature-related changes in electrical resistances, in particular temperature-related changes in the feedback resistance.
  • the second offset voltage component is negligibly small and causes an error of less than 1% over a temperature range of 100°C.
  • the compensation unit is preferably provided for the at least partial compensation of temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal by reducing and/or compensating for the offset voltage.
  • the compensation unit is provided to reduce an amount of the offset voltage at the output of the amplifier by at least 50%, advantageously at least 65%, particularly advantageously at least 80%, preferably by at least 95% and particularly preferably by at least 99%.
  • Provided is intended to mean specifically programmed, designed and/or equipped.
  • the fact that an object is provided for a specific function should be understood to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the photodiode could be arranged in a low-temperature area, for example in an area below the hob plate, which has temperatures of at most 125° C. in an operating state.
  • the domestic appliance device could have at least one radiation guide element which is permeable to infrared radiation and extends from a top to a bottom of the hob plate in order to conduct the infrared radiation from the top of the hob plate to the photodiode in the low-temperature range.
  • the radiation-guiding element could be designed, for example, as an optical fiber or as a transparent section of the hob plate that is permeable to infrared radiation.
  • the photodiode be arranged in a high-temperature area with temperatures of up to 250°C.
  • an inexpensive household appliance device can advantageously be provided, in particular in that a radiation-guiding element can be dispensed with.
  • manufacturing and/or assembly costs can advantageously be reduced.
  • the high-temperature area has temperatures of up to 250° C. in at least one operating state of the hob device, in particular in an operating state of the heating unit.
  • the high-temperature area can include at least a partial area of the hob plate, in particular at least a partial area of a surface of the hob plate that faces a user in particular in an assembled state.
  • the photodiode can, for example, be integrated within the hob plate or arranged on the surface of the hob plate.
  • the amplifier unit is arranged in an area whose temperatures, in particular in at least one operating state, are lower than the temperatures in the high-temperature range.
  • the temperatures of the area in which the amplifier unit is arranged are preferably in the operating was reduced by at least 20%, advantageously by at least 30%, preferably by at least 40% and more preferably by at least 50% compared to the temperatures in the high-temperature range.
  • the area in which the amplifier unit is arranged preferably has a maximum temperature of 125° C. in the operating state.
  • the compensation unit is arranged in the area of the amplifier unit. As a result, measurement accuracy can advantageously be further improved.
  • the temperature sensor unit and the amplifier unit are connected to one another via at least one, in particular shielded, electrical cable.
  • the electrical cable is preferably designed as a shielded electrical cable.
  • the compensation unit could be provided for thermally compensating for temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal, for example by means of active cooling of the amplifier unit and/or the temperature sensor unit.
  • the compensation unit could have at least one cooling element, for example a fan and/or a heat exchanger or the like.
  • the compensation unit is provided for electrically compensating for temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal.
  • an inexpensive household appliance device can advantageously be provided.
  • measurement accuracy can advantageously be improved.
  • the compensation unit could, for example, be an electrical measuring unit, which is intended to measure the temperature influences in the form of the offset voltage that occurs during the conversion and/or amplification of the measurement signal, and an electrical error correction unit, which has a digital-to-analog converter for converting the measured offset voltage into comprises a digital signal and a computing unit for correcting the measurement signal by the error caused by the offset voltage.
  • the compensation unit intended to compensate for temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal in an electrically analog manner.
  • the compensation unit is preferably provided to generate an analog electrical compensation signal, the amount of which at least essentially corresponds to an amount of the offset voltage and which has the opposite sign to the offset voltage, in order to electrically analog compensate for temperature influences on the conversion and/or amplification.
  • an analog electrical compensation signal the amount of which at least essentially corresponds to an amount of the offset voltage and which has the opposite sign to the offset voltage, in order to electrically analog compensate for temperature influences on the conversion and/or amplification.
  • the compensation unit has at least one further amplifier to compensate for the temperature influences.
  • a configuration of this type can advantageously be used to implement a compensation unit using simple technical means.
  • the further amplifier of the compensation unit is intended to compensate electrically for temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal.
  • the additional amplifier is provided to generate the analogue electrical compensation signal, the amount of which at least essentially corresponds to an amount of the offset voltage and which has the opposite sign to the offset voltage, in order to compensate for temperature influences on the conversion and/or amplification in an electrically analog manner.
  • the amplifier and the further amplifier are at least essentially identical in construction.
  • measurement accuracy can advantageously be improved.
  • the amplifier and the further amplifier are essentially structurally identical in such a way that their respective electrical and/or electronic components, for example electrical resistors and/or transistors and/or the like, with the exception of production-related deviations and/or tolerances, are designed identically to one another, each have approximately identical parameters and are each connected to one another in the same way.
  • the amplifier and the further amplifier are part of a common symmetrical electrical circuit.
  • a measurement accuracy can advantageously be further improved by such a configuration.
  • the amplifier and the further amplifier preferably form the symmetrical electrical circuit together with the photodiode.
  • a non-inverting input of the amplifier and a further non-inverting input of the further amplifier are connected to one another, an inverting input of the amplifier is connected to a first connection of the photodiode and a further inverting input of the further amplifier is connected to a second connection of the photodiode, so that the amplifier and the further amplifier are arranged symmetrically, in particular mirror-symmetrically, with respect to one another in relation to the photodiode.
  • the amplifier unit and the compensation unit could be arranged at a distance from one another, in particular on different printed circuit boards. In an advantageous embodiment, however, it is proposed that the amplifier unit and the compensation unit are arranged on a common printed circuit board. As a result, a particularly compact household appliance device can advantageously be provided. In addition, an influence of interference factors can advantageously be further reduced and thus a measurement accuracy can be further improved, in particular if the amplifier of the amplifier unit and the further amplifier of the compensation unit have a temperature profile that is as homogeneous as possible.
  • the amplifier unit and/or the compensation unit could be designed as integrated circuit(s). In an advantageous embodiment, however, it is proposed that the amplifier unit and the compensation unit are designed as discrete electrical circuits. As a result, the amplifier unit and the compensation unit can advantageously be implemented using simple technical means. In addition, a desired amplifier power and desired compensation can advantageously be adapted particularly easily to different requirements, for example different types of photodiodes or different temperature conditions. In addition, dependency on individual suppliers can advantageously be reduced, since Correct integrated circuits are often only available from a few suppliers, whereas individual electrical and/or electronic components, such as resistors, transistors and the like, for the production of the amplifier unit and the compensation unit are usually available from a large number of different suppliers and are therefore particularly inexpensive.
  • the amplifier unit and the compensation unit each have a feedback capacitor.
  • the amplifier unit includes a feedback capacitor which is electrically connected in parallel with the feedback resistor of the amplifier.
  • the coupling unit preferably has a further feedback capacitor which is electrically connected in parallel with a feedback resistor of the further amplifier.
  • the feedback capacitors of the amplifier unit and the compensation unit are each intended to short-circuit the feedback resistors of the amplifier and the further amplifier for high-frequency AC signals and thus reduce the bandwidth of the amplifier and the further amplifier.
  • Feedback capacitors of the amplifier unit and the compensation unit are preferably configured essentially identically to one another, with the exception of deviations caused by production, and have at least essentially identical electrical capacitances.
  • the invention also relates to a household appliance, in particular a hob, with a household appliance device according to one of the configurations described above.
  • a household appliance is characterized in particular by the advantageous properties that can be achieved by means of the household appliance device with regard to measuring accuracy in temperature measurements.
  • the invention is also based on a method for operating a hob device, in particular a hob device, in particular according to one of the configurations described above, with at least one temperature sensor unit which has at least one photodiode which is intended to detect incident infrared radiation and convert it into a measurement signal convert and with at least one amplifier unit, which has at least one amplifier for amplifying the measurement signal. It is proposed that temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal be at least partially compensated. A particularly reliable operation of the household appliance device can advantageously be achieved by such a method. In particular, a high measurement accuracy can be achieved.
  • the domestic appliance device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the domestic appliance device can have a number of individual elements, components and units that differs from a number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a household appliance with a household appliance device, comprising a temperature sensor unit, an amplifier unit and a compensation unit,
  • FIG. 4 shows a schematic process flow diagram to illustrate a process for operating the household appliance device.
  • FIG. 1 shows a household appliance 50 in a schematic plan view.
  • the household appliance 50 is designed as a hob, specifically as an induction hob.
  • the household appliance 50 comprises a heating unit 38 with a large number of induction heating elements 40.
  • the household appliance 50 includes a hob plate 42 for placing cookware, which is shown as a cooking pot 44 in FIG. 1 by way of example, on a surface 46 of the hob plate 42.
  • the hob plate 42 is arranged above the heating unit 38 in a mounted state.
  • Cookware placed on the hob plate 42 for example the saucepan 44
  • the hob plate 42 forms at least one high-temperature area 24 with temperatures of up to 250°C.
  • the temperature of the surface 46 can be in the high-temperature region 24 of up to 250°C.
  • the household appliance device 10 has at least one temperature sensor unit 12 .
  • the temperature sensor unit 12 is provided for detecting impinging infrared radiation (not shown) and converting it into a measurement signal (not shown).
  • the household appliance device 10 has a control unit 16 which is provided for determining at least one temperature parameter from the measurement signal.
  • the temperature parameter characterizes a temperature of at least one cooking utensil, for example the cooking pot 44, and/or the hob plate 42.
  • the temperature sensor unit 12 has at least one photodiode 14 .
  • the photodiode 14 is intended to detect incident infrared radiation and to convert it into the measurement signal.
  • the photodiode 14 is integrated in the hob plate 42 and is flush with the surface 46 of the hob plate 42 in such a way that at least one cooking utensil section of a cooking utensil, for example the base of the cooking pot 44, comes into contact with the photodiode at least in sections when it is placed on the hob plate 42 14 can be contacted.
  • the photodiode 14 is arranged in the high-temperature area 24 with temperatures of up to 250°C.
  • the photodiode 14 could be completely integrated in the hob plate 42 or arranged below the hob plate 42, with a region of the hob plate te 42 above the photodiode 14 in these two cases, not shown here, would have to be at least partially transparent and permeable to infrared radiation, so that it can impinge on the photodiode 14.
  • the household appliance device 10 has at least one amplifier unit 18 .
  • the amplifier unit 18 has at least one amplifier 20 (cf. FIG. 2) for amplifying the measurement signal.
  • the amplifier unit 18 is arranged in an area 26 whose temperatures are lower than in the high-temperature area 24 .
  • a maximum temperature in the area 26 is 125° C. in the present case.
  • Region 26 is located below cooktop panel 42 on an opposite side of surface 46 .
  • the temperature sensor unit 12 and the amplifier unit 18 are connected to one another via at least one electrical cable 28 (cf. FIG. 2).
  • the photodiode 14 and the amplifier 20 are connected to one another via the electrical cable 28 .
  • the electrical cable 28 is designed as a shielded cable in order to reduce interference, which could be caused in the operating state, in particular by electromagnetic fields generated by the induction heating elements 40 for inductive heating, on the transmission of the measurement signal from the photodiode 14 to the amplifier 20.
  • the household appliance device 10 has a compensation unit 22 .
  • the compensation unit 22 is provided for the at least partial compensation of temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal.
  • the compensation unit 22 is provided for electrically compensating for temperature influences on the conversion and/or amplification.
  • the amplifier unit 18 and the compensation unit 22 are arranged on a common printed circuit board 32 .
  • FIG. 2 shows a schematic electrical circuit diagram of the amplifier unit 18 and the compensation unit 22.
  • the compensation unit 22 and the amplifier unit 18 are designed as discrete electrical circuits.
  • the compensation unit 22 and the amplifier unit 18 are formed at least partially in one piece.
  • the compensation unit 22 is part of the amplifier unit 18.
  • the amplifier 20 of the amplifier unit 18 is designed as a transimpedance amplifier.
  • the amplifier 18 has two inputs, namely an inverting input 52 and a non-inverting input 54.
  • the amplifier 18 has an output 56.
  • the photodiode 14 is electrically conductively connected in the reverse direction to the inverting input 52 of the amplifier 20 via the electrical cable 28 .
  • Feedback resistor 58 is electrically connected in parallel with inverting input 52 and output 56 .
  • the amplifier 20 includes a feedback capacitor 34 .
  • Feedback capacitor 34 is electrically connected in parallel with feedback resistor 58 .
  • the feedback capacitor 34 presents a very low AC resistance for high-frequency electrical alternating currents and therefore bridges the feedback resistor 58 so that high-frequency interference signals are not amplified by the amplifier 20 .
  • the compensation unit 22 has at least one further amplifier 30 for at least partial compensation of temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal.
  • the further amplifier 30 is designed as a transimpedance amplifier.
  • the further amplifier 30 has two further inputs, specifically a further inverting input 60 and a further non-inverting input 62 .
  • the further amplifier 30 has a further output 64 .
  • the photodiode 14 is electrically conductively connected to the further inverting input 60 in the forward direction, specifically by a shielded further electrical cable 48 .
  • the further amplifier 30 has a further feedback resistor 66 .
  • the further feedback resistor 66 is arranged electrically in parallel with the further inverting input 60 and the further output 64 .
  • the further amplifier 30 has a further feedback capacitor 36 .
  • the further feedback capacitor 36 is arranged electrically in parallel with the further feedback resistor 66 .
  • the amplifier 20 and the further amplifier 30 are at least essentially identical in construction.
  • the amplifier 20 and the further amplifier 30 have the same number of essentially structurally identical elements.
  • each element of amplifier 20 there is a corresponding element of amplifier 30, with each other corresponding elements each have at least essentially the same parameters, that is to say the same parameters with the exception of minimal production-related fluctuations.
  • the feedback capacitor 34 of the amplifier 20 and the further feedback capacitor 36 of the further amplifier 30 each have at least essentially the same electrical capacitance.
  • the amplifier 20 and the further amplifier 30 are part of a common balanced electrical circuit.
  • the amplifier 20 and the further amplifier 30 together with the photodiode 14 form the symmetrical electrical circuit and are arranged mirror-symmetrically to one another in relation to the photodiode 14 .
  • the photodiode 14 converts incident infrared radiation into an input-side measurement signal in the form of a photocurrent due to the internal photoelectric effect.
  • the photocurrent flows in reverse bias to the inverting input 52 of the amplifier 20.
  • the amplifier 20 is in the operating mode operated in a parallel voltage negative feedback mode, with at least a portion of an output voltage at the output 56 being fed through the feedback resistor 58 to the inverting input is returned.
  • An amplification factor of the amplifier is therefore decisively characterized by the value of the feedback resistor 58 and can be varied by a suitable choice of the feedback resistor 58.
  • an amplified output-side measurement signal in the form of a voltage which is proportional to the photocurrent can be tapped off.
  • the amplifier 20 can therefore be viewed as a current controlled voltage source.
  • the photodiode 14 In addition to the photocurrent, the photodiode 14 generates a dark current in the operating state, the magnitude of which increases as the temperature rises.
  • an electrical equivalent circuit diagram (not shown) of the photodiode 14 the dark current and, if applicable, other interference effects of the photodiode 14, for example a noise current, could be described by an equivalent resistor (not shown), which is connected in series with the photodiode 14.
  • a voltage drop across this equivalent resistance is referred to as the input-side offset voltage. With increasing temperature, an amount of the equivalent resistance decreases and an amount of the input-side offset voltage increases.
  • the input-side offset voltage is present at the inverting input 52 and is therefore also amplified.
  • the compensation unit 22 has the further amplifier 30, which in the operating state is operated exactly like the amplifier 20 in the parallel voltage negative feedback mode described above.
  • the input-side offset voltage is also present at the further inverting input 60 with the same magnitude and opposite sign and is amplified by the further amplifier 30 . Since the photocurrent only flows in the reverse direction of the photodiode 14, it does not flow to the further inverting input 60. In the operating state, the further amplifier 30 therefore only amplifies the offset voltage on the input side, but not the photocurrent.
  • the input-side offset voltage is amplified by the amplifier 20 and the further amplifier 30 in the same way.
  • An electrically negative amplified offset voltage occurs at the output 56 of the amplifier 20 and an electrically positive amplified offset voltage occurs at the further output 64 of the further amplifier 30, which cancel each other out when the amplified output-side measurement signal is tapped between the two outputs 56, 64.
  • the symmetrical amplifier circuit shown in FIG. 2, consisting of the amplifier 20 and the further amplifier 30, therefore has, at least theoretically, an offset voltage on the output side of zero for any temperatures.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram for showing temperature influences on the amplifier unit 18 and the compensation unit 22.
  • a time in minutes is entered on a horizontal scale 68.
  • An offset voltage in volts is plotted on a left vertical scale 70, with the left vertical scale 70 ranging from 0V to 0.015V.
  • On a right vertical scale 72 is an ambient temperature in the range Realm 26, in which the amplifier unit 18 and the compensation unit 22 are arranged, plotted in degrees Celsius, with a scale ranging from 0 ° C to 150 ° C.
  • a first curve 74 shows a course of the ambient temperature in area 26. The ambient temperature in area 26 increases from an initial value of approx a maximum value of 125°C.
  • a second curve 76 shows a first course of an offset voltage.
  • a third curve 78 shows a further progression of an offset voltage, a value of 100 M ⁇ each being selected for the measurement of the third curve 78 for the feedback resistor 58 and the further feedback resistor 66 .
  • a fourth curve 80 shows a further progression of an offset voltage at the output 56 of the amplifier 20, a value of 10 M ⁇ each being selected for the measurement of the fourth curve 80 for the feedback resistor 58 and the further feedback resistor 66. It can be seen that the measured offset voltages for all three curves 76, 78, 80 are very low, which is due to the partial compensation of the temperature influences by the compensation unit.
  • the offset voltage is barely measurable and is below 0.01 V.
  • the course of the second curve 76 initially increases slightly from an ambient temperature of 75°C and more sharply from an ambient temperature of 100°C , where the offset voltage does not exceed a value of 0.015 V.
  • the course of the third curve 78 rises slightly from an ambient temperature of 100° C. and reaches maximum values of approx Ambient temperature in the area 26.
  • FIG. 4 shows a schematic process flow diagram of a process for operating the household appliance device 10.
  • temperature influences on the conversion and/or amplification of the measurement signal are at least partially compensated for.
  • the method comprises at least two method steps.
  • a first method step 82 of the method incident infrared radiation is converted by means of the photodiode 14 into the measurement signal on the input side in the form of the photocurrent.
  • a second method step 84 the measurement signal on the input side is amplified by the amplifier 20 as previously described with reference to FIG.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Haushaltsgerätevorrichtung (10), insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Temperatursensoreinheit (12), welche zumindest eine Photodiode (14) aufweist, die dazu vorgesehen ist, auftreffende Infrarotstrahlung zu detektieren und in ein Messsignal zu wandeln und mit zumindest einer Verstärkereinheit (18), welche zumindest einen Verstärker (20) zur Verstärkung des Messsignals aufweist. Um eine Messgenauigkeit zu verbessern wird vorgeschlagen, dass die Haushaltsgerätevorrichtung (10) eine Kompensationseinheit (22) aufweist, zur zumindest teilweisen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals.

Description

Haushaltsgerätevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Haushaltsgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein Haushaltsgerät nach Anspruch 14 und ein Verfahren zum Betrieb einer Haushaltsgerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Kochfelder bekannt, die Infrarotsensoren zur Temperaturmessung von Gargeschirr aufweisen. Ein Infrarotsensor kann in einem Kochfeld beispielsweise mittels einer Photodiode realisiert sein, welche auftreffende Infrarotstrahlung in einen Photostrom wandelt. Da Photoströme sehr geringe Stromstärken aufweisen, müssen diese Messsignale zur weiteren Auswertung und Temperaturbestimmung verstärkt werden. Hierfür kommen für gewöhnlich Operationsverstärker, insbesondere Transimpedanzverstärker, zum Einsatz. Es ergibt sich jedoch bisher der Nachteil, dass Temperaturmessungen mittels Photodioden mit zunehmender Temperatur fehleranfälliger werden. Dies liegt darin begründet, dass Photodioden neben dem eigentlichen Photostrom immer auch einen sogenannten Dunkelstrom erzeugen, welcher sich zu dem Photostrom addiert und dessen Betrag mit zunehmender Temperatur exponentiell zunimmt. Somit sind ab einer Umgebungstemperatur oberhalb von etwa 75°C keine hinreichend genauen Temperaturmessungen mehr möglich. Aus diesem Grund können Photodioden bei bisher bekannten Kochfeldern nicht direkt in einem Kochbereich platziert werden, sondern müssen in kühleren Bereichen unterhalb oder neben der Kochfeldplatte angeordnet werden, wobei die zu detektierende Infrarotstrahlung von dem Kochbereich in den kühleren Bereich geleitet werden muss. Hierfür kommen beispielsweise optische Fasern zum Einsatz. Derartige Lösungen sind jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung. Hinzu kommt, dass neben Messfehlern, welche durch den Dunkelstrom der Photodiode bedingt sind, welcher auch bei kühleren Umgebungstemperaturen der Photodiode, wenn auch in geringerem Maße, auftritt, auch die Komponenten des Operationsverstärkers temperaturbedingten Einflüssen unterworfen sind und so zusätzliche Messfehler hervorrufen. Diese Temperatureinflüsse addieren sich und führen zu einer sogenannten Offsetspannung am Ausgang des Operationsverstärkers, wodurch eine gewünschte Genauigkeit bei Temperaturmessungen mittels Photodioden in bisher bekannten Kochfeldern nicht oder nur mit sehr hohem technischem Aufwand erreicht werden kann. Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich Messgenauigkeit bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Kochfeldvorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Temperatursensoreinheit, welche zumindest eine Photodiode aufweist, die dazu vorgesehen ist, auftreffende Infrarotstrahlung zu de- tektieren und in ein Messsignal zu wandeln und mit zumindest einer Verstärkereinheit, welche zumindest einen Verstärker zur Verstärkung des Messsignals aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Haushaltsgerätevorrichtung eine Kompensationseinheit zur zumindest teilweisen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals aufweist.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Haushaltsgerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Messgenauigkeit bereitgestellt werden. Es können vorteilhaft temperaturbedingte Störeinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals reduziert, vorzugsweise minimiert werden, wodurch eine Messgenauigkeit signifikant erhöht werden kann. Zudem kann vorteilhaft eine Herstellung vereinfacht werden, beispielsweise indem die Photodiode direkt in einem Hochtemperaturbereich angeordnet und so auf bisher erforderliche Strahlungsleitelemente, wie optische Fasern, zum Transport der Infrarotstrahlung zu der Photodiode verzichtet werden kann. Hierdurch kann ferner vorteilhaft eine Kostenersparnis bei zugleich erhöhter Messgenauigkeit erreicht werden.
Unter einer „Kochfeldvorrichtung“, insbesondere unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“, soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Kochfelds, insbesondere eines Induktionskochfelds, verstanden werden, wobei zusätzlich auch Zubehöreinheiten für das Kochfeld umfasst sein können, wie beispielsweise eine Sensoreinheit zur externen Messung einer Temperatur eines Gargeschirrs und/oder eines Garguts. Insbesondere kann die Kochfeldvorrichtung, insbesondere die Induktionskochfeldvorrichtung, auch das gesamte Kochfeld, insbesondere das gesamte Induktionskochfeld, umfassen. Unter einer „Haushaltsgerätevorrichtung“, insbesondere unter einer „Gargerätevorrichtung“, vorteilhaft unter einer „Kochfeldvorrichtung“ und besonders vorteilhaft unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Haushaltsgeräts, insbesondere eines Gargeräts, vorteilhaft eines Kochfelds und besonders vorteilhaft eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Beispielsweise könnte es sich bei einem die Haushaltsgerätevorrichtung aufweisenden Haushaltsgerät um eine Spülmaschine und/oder eine Waschmaschine und/oder einen Trockner handeln. Vorteilhaft handelt es sich bei einem die Haushaltsgerätevorrichtung aufweisenden Haushaltsgerät um ein Gargerät. Ein als Gargerät ausgebildetes Haushaltsgerät könnte beispielsweise ein Backofen und/oder eine Mikrowelle und/oder ein Grillgerät und/oder ein Dampfgargerät sein. Vorteilhaft ist ein als Gargerät ausgebildetes Haushaltsgerät ein Kochfeld und vorzugsweise ein Induktionskochfeld.
Vorzugsweise weist die Haushaltsgerätevorrichtung eine Kochfeldplatte zum Aufstellen von Gargeschirr auf. Alternativ ist auch denkbar, dass die Kochfeldplatte Teil des die Haushaltsgerätevorrichtung umfassenden, als Kochfeld ausgebildeten Haushaltsgeräts ist.
Vorzugsweise weist die Haushaltsgerätevorrichtung eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, die Temperatursensoreinheit und/oder die Verstärkereinheit und/oder die Kompensationseinheit und/oder weitere Einheiten, insbesondere die Heizeinheit, zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuereinheit weist zumindest eine Recheneinheit, welche bevorzugt als ein Mikroprozessor ausgebildet ist, auf. Zusätzlich zur Recheneinheit weist die Steuereinheit eine Speichereinheit mit zumindest einem darin gespeicherten Programm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden, auf.
Die Temperatursensoreinheit ist zur Detektion von Infrarotstrahlung und Wandlung der detektierten Infrarotstrahlung in zumindest ein Messsignal, welches zumindest eine Temperaturkenngröße zumindest eines Gargeschirrs und/oder der Kochfeldplatte charakterisiert, vorgesehen. Die Temperaturkenngröße könnte beispielsweise zumindest eine Temperatur des Gargeschirrs und/oder der Kochfeldplatte umfassen und/oder charakterisieren. Die Temperatursensoreinheit weist zur Detektion der Infrarotstrahlung und Wandlung in das Messsignal die zumindest eine Photodiode auf und kann darüber hinaus weitere Photodioden aufweisen. Vorteilhaft weist die Temperatursensoreinheit eine Anzahl von Photodioden auf, welche einer Anzahl von Heizelementen, insbesondere Induktionsheizelementen, der Heizeinheit entspricht. In einem Betriebszustand der Temperatursensoreinheit detektiert die Photodiode auftreffende Infrarotstrahlung und wandelt diese, an zumindest einem p-n-Übergang und/oder pin-Übergang, aufgrund des inneren Photoeffekts, in das Messsignal, welches an einem Ausgang der Photodiode in Form eines, nachfolgend als Photostrom bezeichneten, elektrischen Stroms fließt. Das Messsignal beinhaltet die zumindest eine Temperaturkenngröße.
Die Verstärkereinheit weist zumindest einen Verstärker zum Verstärken des Messsignals auf und kann darüber hinaus mehrere, insbesondere im Wesentlichen baugleiche, Verstärker aufweisen. Vorzugsweise entspricht eine Anzahl von Verstärkern der Verstärkereinheit einer Anzahl von Photodioden der Temperatursensoreinheit, wobei jeder Verstärker zur Verstärkung jeweils eines durch eine Photodiode gewandelten Messsignals vorgesehen ist. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die Verstärkereinheit eine gegenüber der Anzahl von Photodioden der Temperatursensoreinheit geringere Anzahl von Verstärkern aufweist, wobei in diesem Fall zumindest einer der Verstärker dazu vorgesehen ist, zumindest zwei verschiedene Messsignale von zumindest zwei verschiedenen Photodioden, insbesondere zueinander zeitversetzt, zu verstärken. Der Verstärker verstärkt das in Form des Photostroms an einem Eingang des Verstärkers anliegende eingangsseitige Messsignal in ein ausgangsseitiges verstärktes Messsignal mit einem gegenüber dem eingangsseitigen Messsignal größeren Effektivwert. Der Verstärker könnte als ein Stromverstärker ausgebildet sein und dazu vorgesehen sein, das eingangsseitig in Form des Photostroms vorliegende Messsignal in ein ausgangsseitig in Form eines elektrischen Stroms vorliegendes verstärktes Messsignal mit einem gegenüber dem Photostrom größeren Effektivwert zu wandeln. Vorzugsweise ist der Verstärker als eine stromgesteuerte Spannungsquelle ausgebildet und dazu vorgesehen, das eingangsseitig in Form des Photostroms vorliegende Messsignal in ein ausgangsseitiges verstärktes Messsignal, welches in Form einer zu dem Photostrom proportionalen elektrischen Spannung vorliegt, zu wandeln. Der Verstärker könnte zumindest einen Transistor, insbesondere einen Bipolartransistor, aufweisen und insbesondere als ein Transistor ausgebildet sein, dessen Basisstrom das in Form des Photostroms vorliegende eingangsseitige Messsignal und dessen Kollektorstrom das ausgangsseitige verstärkte Messsignal ist. Vorzugsweise ist der Verstärker als ein Operationsverstärker, insbesondere als ein Transimpedanzverstärker, ausgebildet. Der Verstärker weist zumindest einen Eingang auf, über weichen das ein- gangsseitige Messsignal eingespeist werden kann. Vorzugsweise weist der Verstärker zwei Eingänge und zwar einen negativen Eingang und einen positiven Eingang auf. Die Photodiode ist mit zumindest einem der Eingänge des Verstärkers, vorzugsweise über ein geschirmtes elektrisches Kabel, elektrisch leitend verbunden. Der Verstärker weist zumindest einen, vorzugsweise genau einen Ausgang, auf, an welchem das ausgangsseitige verstärkte Messsignal abgegriffen werden kann. Der Verstärker könnte als ein nichtinvertierender Verstärker ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Verstärker als ein invertierender Verstärker ausgebildet, wobei einer der Eingänge als ein invertierender Eingang und einer der Eingänge als ein nichtinvertierender Eingang ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Verstärker zu einem Parallel-Spannungs-Gegenkopplungs-Betrieb vorgesehen. Vorzugsweise ist der negative Eingang als der invertierende Eingang und der positive Eingang als der nichtinvertierende Eingang ausgebildet. Vorzugsweise ist die Photodiode elektrisch leitend mit dem invertierenden Eingang verbunden. Vorzugsweise weist der Verstärker zumindest einen Rückkopplungswiderstand auf. Der Rückkopplungswiderstand ist vorzugsweise elektrisch parallel zu dem Ausgang und dem invertierenden Eingang geschaltet. In dem Parallel-Spannungs-Gegenkopplungs-Betrieb wird zumindest ein Teil einer an dem Ausgang abfallenden Spannung über den Rückkopplungswiderstand auf den invertierenden Eingang zurückgeführt. Ein Verstärkungsfaktor des Verstärkers ist durch den Rückkopplungswiderstand charakterisiert. Insbesondere entspricht der Verstärkungsfaktor, welcher auch als Transimpedanz bezeichnet wird, in einem idealen Gleichstromfall, also wenn das eingangsseitige Messsignal ein reiner Gleichstrom ist, im Wesentlichen einem Betrag des Rückkopplungswiderstands. Je nach gewünschtem Verstärkungsfaktor des Verstärkers kann der Rückkopplungswiderstand Beträge zwischen 10 kQ und 1 GQ aufweisen. Vorzugsweise weist der Rückkopplungswiderstand Beträge zwischen 100 kQ und 100 MQ auf.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit mit der Verstärkereinheit, insbesondere zumindest mit dem Ausgang des Verstärkers, elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, das ausgangsseitige Messsignal an dem Ausgang des Verstärkers abzugreifen und die Temperaturkenngröße aus dem Messsignal zu bestimmen und zwar insbesondere mittels zumindest eines dafür vorgesehenen und von der Recheneinheit ausführbaren Programms. Die Kompensationseinheit ist zur zumindest teilweisen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung der Infrarotstrahlung durch die Photodiode in das Messsignal und/oder auf die Verstärkung des Messsignals durch den Verstärker der Verstärkereinheit vorgesehen. Ein Temperatureinfluss auf die Wandlung der Infrarotstrahlung durch die Photodiode in das Messsignal und/oder auf die Verstärkung des Messsignals durch den Verstärker ist insbesondere durch eine Offsetspannung charakterisierbar, um deren Betrag das an dem Ausgang des Verstärkers anliegende reale Messsignal von einem idealen Messsignal abweicht. Bedingt durch die Abweichung zwischen dem realen Messsignal und dem idealen Messsignal ist auch die Temperaturkenngröße, welche aus dem realen Messsignal ableitbar ist, gegenüber einer tatsächlichen Temperaturkenngröße, welche aus dem idealen Messsignal ableitbar wäre, verfälscht. Die Offsetspannung setzt sich aus einem an dem Eingang des Verstärkers anliegenden ersten Offsetspannungsanteil und einem zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers abfallenden zweiten Offsetspannungsanteil zusammen. Der erste Offsetspannungsanteil ist insbesondere durch einen Dunkelstrom der Photodiode bedingt, welcher zusammen mit dem Photostrom mit verstärkt wird. Der Dunkelstrom ist dabei exponentiell von einer Temperatur der Photodiode abhängig und kann sich über einen Temperaturbereich von 100°C um bis zu drei Größenordnungen ändern. Der zweite Offsetspannungsanteil ist insbesondere durch temperaturbedingte Änderungen von Kenngrößen der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile des Verstärkers bestimmt, beispielsweise temperaturbedingte Änderungen von elektrischen Widerständen, insbesondere temperaturbedingte Änderungen des Rückkopplungswiderstands. Gegenüber dem ersten Offsetspannungsanteil ist der zweite Offsetspannungsanteil vernachlässigbar klein und verursacht über einen Temperaturbereich von 100°C einen Fehler von kleiner 1 %. Vorzugsweise ist die Kompensationseinheit zur zumindest teilweisen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals durch Reduzierung und/oder Ausgleich der Offsetspannung vorgesehen. Insbesondere ist die Kompensationseinheit dazu vorgesehen, einen Betrag der Offsetspannung an dem Ausgang des Verstärkers um zumindest 50 %, vorteilhaft zumindest 65 %, besonders vorteilhaft zumindest 80 %, vorzugsweise um zumindest 95 % und besonders bevorzugt um zumindest 99 % zu reduzieren.
In dem vorliegenden Dokument dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unterscheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbesondere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“.
Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem An- wendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Die Photodiode könnte in einem Niedrigtemperaturbereich, beispielsweise in einem Bereich unterhalb der Kochfeldplatte, welcher in einem Betriebszustand Temperaturen von maximal 125°C aufweist, angeordnet sein. Die Haushaltsgerätevorrichtung könnte zumindest ein Strahlungsleitelement aufweisen, welches für Infrarotstrahlung durchlässig ist und sich von einer Oberseite zu einer Unterseite der Kochfeldplatte erstreckt, um die Infrarotstrahlung von der Oberseite der Kochfeldplatte zu der Photodiode in dem Niedrigtempera- turbereich zu leiten. Das Strahlungsleitelement könnte beispielsweise als eine optische Faser oder als ein transparenter, für Infrarotstrahlung durchlässiger Abschnitt der Kochfeldplatte, ausgebildet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Photodiode in einem Hochtemperaturbereich mit Temperaturen von bis zu 250°C angeordnet ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine kostengünstige Haushaltsgerätevorrichtung bereitgestellt werden, insbesondere indem auf ein Strahlungsleitelement verzichtet werden kann. Zudem kann vorteilhaft ein Herstellungs- und/oder Montageaufwand reduziert werden. Der Hochtemperaturbereich weist in zumindest einem Betriebszustand der Kochfeldvorrichtung, insbesondere in einem Betriebszustand der Heizeinheit, Temperaturen von bis zu 250°C auf. Der Hochtemperaturbereich kann zumindest einen Teilbereich der Kochfeldplatte, insbesondere zumindest einen Teilbereich einer, insbesondere in einem montierten Zustand einem Nutzer zugewandten, Oberfläche der Kochfeldplatte umfassen. Die Photodiode kann beispielsweise innerhalb der Kochfeldplatte integriert oder an der Oberfläche der Kochfeldplatte angeordnet sein.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Verstärkereinheit in einem Bereich angeordnet ist, dessen Temperaturen, insbesondere in zumindest einem Betriebszustand, gegenüber den Temperaturen in dem Hochtemperaturbereich verringert sind. Hierdurch kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit weiter verbessert werden. Vorzugsweise sind die Temperaturen des Bereichs, in welchem die Verstärkereinheit angeordnet ist, in dem Betriebszu- stand gegenüber den Temperaturen in dem Hochtemperaturbereich um zumindest 20 %, vorteilhaft um zumindest 30 %, vorzugsweise um zumindest 40 % und besonders bevorzugt um zumindest 50 % verringert. Vorzugsweise weist der Bereich, in welchem die Verstärkereinheit angeordnet ist, in dem Betriebszustand eine Temperatur von maximal 125°C auf. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kompensationseinheit in dem Bereich der Verstärkereinheit angeordnet ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit weiter verbessert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Temperatursensoreinheit und die Verstärkereinheit über zumindest ein, insbesondere geschirmtes, elektrisches Kabel miteinander verbunden sind. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine kostengünstige Haushaltsgerätevorrichtung bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist das elektrische Kabel als ein geschirmtes elektrisches Kabel ausgebildet. Hierdurch kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit weiter verbessert werden, insbesondere indem Störeinflüsse, beispielsweise Störeinflüsse durch in dem Betriebszustand durch die Heizeinheit erzeugte elektromagnetische Felder, auf das Messsignal reduziert werden können.
Die Kompensationseinheit könnte dazu vorgesehen sein, Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals thermisch, beispielsweise mittels aktiver Kühlung der Verstärkereinheit und/oder der Temperatursensoreinheit, zu kompensieren. Hierzu könnte die Kompensationseinheit zumindest ein Kühlelement, beispielsweise einen Lüfter und/oder einen Wärmetauscher oder dergleichen, aufweisen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Kompensationseinheit dazu vorgesehen ist, Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals elektrisch zu kompensieren. Hierdurch kann vorteilhaft eine kostengünstige Haushaltsgerätevorrichtung bereitgestellt werden. Zudem kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit verbessert werden. Die Kompensationseinheit könnte beispielsweise eine elektrische Messeinheit, welche dazu vorgesehen ist, die Temperatureinflüsse in Form der bei der Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals auftretenden Offsetspannung zu messen, und eine elektrische Fehlerkorrektureinheit, welche einen Digital- Analog-Wandler zur Wandlung der gemessenen Offsetspannung in ein digitales Signal und eine Recheneinheit zur Korrektur des Messsignals um den durch die Offsetspannung hervorgerufenen Fehler umfasst, aufweisen. Vorzugsweise ist die Kompensationseinheit dazu vorgesehen, Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung auf das Messsignal elektrisch analog zu kompensieren. Die Kompensationseinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, ein analoges elektrisches Kompensationssignal, dessen Betrag zumindest im Wesentlichen einem Betrag der Offsetspannung entspricht und welches ein gegenüber der Offsetspannung entgegengesetztes Vorzeichen aufweist, zu erzeugen, um Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung elektrisch analog zu kompensieren. Hierdurch kann vorteilhaft eine Kompensationseinheit zur elektrischen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals mit besonders einfachen technischen Mitteln realisiert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kompensationseinheit und die Verstärkereinheit zumindest teilweise einstückig ausgebildet sind. Hierdurch kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit weiter verbessert werden, insbesondere indem kurze Wege zur Übertragung von Signalen zwischen der Kompensationseinheit und der Verstärkereinheit realisiert werden. Die zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildete Kompensationseinheit und die Verstärkereinheit weisen zumindest ein gemeinsames Bauteil, beispielsweise eine gemeinsame elektrische Verbindungsleitung, auf. Vorzugsweise ist die Kompensationseinheit Teil der Verstärkereinheit.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Kompensationseinheit zur Kompensation der Temperatureinflüsse zumindest einen weiteren Verstärker aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Kompensationseinheit mit einfachen technischen Mitteln realisiert werden. Der weitere Verstärker der Kompensationseinheit ist dazu vorgesehen, Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals elektrisch zu kompensieren. Insbesondere ist der weitere Verstärker dazu vorgesehen, das analoge elektrische Kompensationssignal, dessen Betrag zumindest im Wesentlichen einem Betrag der Offsetspannung entspricht und welches ein gegenüber der Offsetspannung entgegengesetztes Vorzeichen aufweist, zu erzeugen, um Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung elektrisch analog zu kompensieren.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Verstärker und der weitere Verstärker zumindest im Wesentlichen baugleich sind. Hierdurch kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit verbessert werden. Vorzugsweise sind der Verstärker und der weitere Verstärker jeweils derart im Wesentlichen baugleich, dass ihre jeweiligen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten, beispielsweise elektrische Widerstände und/oder Transistoren und/oder dergleichen, mit Ausnahme von fertigungsbedingten Abweichungen und/oder Toleranzen, identisch zueinander ausgebildet sind, jeweils annähernd identische Kenngrößen aufweisen und jeweils auf die gleiche Art und Weise miteinander verschaltet sind.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Verstärker und der weitere Verstärker Teil eines gemeinsamen symmetrischen elektrischen Schaltkreises sind. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit noch weiter verbessert werden. Vorzugsweise bilden der Verstärker und der weitere Verstärker zusammen mit der Photodiode den symmetrischen elektrischen Schaltkreis aus. Vorzugsweise sind ein nichtinvertierender Eingang des Verstärkers und ein weiterer nichtinvertierender Eingang des weiteren Verstärkers miteinander verbunden, ein invertierender Eingang des Verstärkers ist mit einem ersten Anschluss der Photodiode und ein weiterer invertierender Eingang des weiteren Verstärkers ist mit einem zweiten Anschluss der Photodiode verbunden, sodass der Verstärker und der weitere Verstärker in Bezug auf die Photodiode symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, zueinander angeordnet sind.
Die Verstärkereinheit und die Kompensationseinheit könnten zueinander beabstandet, insbesondere auf verschiedenen Leiterplatten, angeordnet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Verstärkereinheit und die Kompensationseinheit auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders kompakte Haushaltsgerätevorrichtung bereitgestellt werden. Zudem kann vorteilhaft ein Einfluss von Störfaktoren weiter reduziert und somit eine Messgenauigkeit weiter verbessert werden, insbesondere in dem der Verstärker der Verstärkereinheit und der weitere Verstärker der Kompensationseinheit ein möglichst homogenes Temperaturprofil aufweisen.
Die Verstärkereinheit und/oder die Kompensationseinheit könnte(n) als integrierte(r) Schaltkreis(e) ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Verstärkereinheit und die Kompensationseinheit als diskrete elektrische Schaltkreise ausgebildet sind. Hierdurch können die Verstärkereinheit und die Kompensationseinheit vorteilhaft mit einfachen technischen Mitteln realisiert werden. Zudem kann vorteilhaft eine gewünschte Verstärkerleistung und gewünschte Kompensation besonders einfach an verschiedene Bedürfnisse, beispielsweise verschiedene Typen von Photodioden oder unterschiedliche Temperaturbedingungen, angepasst werden. Zudem kann vorteilhaft eine Abhängigkeit von einzelnen Zulieferern reduziert werden, da be- stimmte integrierte Schaltkreise oftmals nur von wenigen Zulieferern erhältlich sind, wohingegen einzelne elektrische und/oder elektronische Komponenten, wie Widerstände, Transistoren und dergleichen, zur Herstellung der Verstärkereinheit und der Kompensationseinheit in der Regel über eine Vielzahl von verschiedenen Zulieferern und somit besonders preiswert erhältlich sind.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Verstärkereinheit und die Kompensationseinheit jeweils einen Rückkopplungskondensator aufweisen. Hierdurch kann vorteilhaft eine Messgenauigkeit noch weiter verbessert werden. Es kann vorteilhaft eine Rauschreduzierung erreicht werden. Vorzugsweise weist die Verstärkereinheit einen Rückkopplungskondensator auf, welcher elektrisch parallel zu dem Rückkopplungswiderstand des Verstärkers geschaltet ist. Vorzugsweise weist die Kopplungseinheit einen weiteren Rückkopplungskondensator auf, welcher elektrisch parallel zu einem Rückkopplungswiderstand des weiteren Verstärkers geschaltet ist. Die Rückkopplungskondensatoren der Verstärkereinheit und der Kompensationseinheit sind jeweils dazu vorgesehen, die Rückkopplungswiderstände des Verstärkers und des weiteren Verstärkers für hochfrequente Wechselstromsignale kurzzuschließen und so die Bandbreite des Verstärkers und des weiteren Verstärkers zu reduzieren. Vorzugsweise sind Rückkopplungskondensatoren der Verstärkereinheit und der Kompensationseinheit zueinander, mit Ausnahme fertigungsbedingter Abweichungen, im Wesentlichen identisch ausgebildet und weisen zumindest im Wesentlichen identische elektrische Kapazitäten auf.
Die Erfindung betrifft ferner ein Haushaltsgerät, insbesondere ein Kochfeld, mit einer Haushaltsgerätevorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Haushaltsgerät zeichnet sich insbesondere durch die mittels der Haushaltsgerätevorrichtung erreichbaren vorteilhaften Eigenschaften im Hinblick auf eine Messgenauigkeit bei Temperaturmessungen aus.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Kochfeldvorrichtung, insbesondere einer Kochfeldvorrichtung, insbesondere nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, mit zumindest einer Temperatursensoreinheit, welche zumindest eine Photodiode aufweist, die dazu vorgesehen ist, auftreffende Infrarotstrahlung zu detektieren und in ein Messsignal zu wandeln und mit zumindest einer Verstärkereinheit, welche zumindest einen Verstärker zur Verstärkung des Messsignals aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals zumindest teilweise kompensiert werden. Durch ein derartiges Verfahren kann vorteilhaft ein besonders zuverlässiger Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung erreicht werden. Es kann insbesondere eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden.
Die Haushaltsgerätevorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Haushaltsgerätevorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Draufsicht auf ein Haushaltsgerät mit einer Haushaltgerätevorrichtung, umfassend eine Temperatursensoreinheit, eine Verstärkereinheit und eine Kompensationseinheit,
Fig. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Verstärkereinheit und der Kompensationseinheit,
Fig. 3 ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Temperatureinflüssen auf die Verstärkereinheit und die Kompensationseinheit und
Fig. 4 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung.
Figur 1 zeigt ein Haushaltsgerät 50 in einer schematischen Draufsicht. Das Haushaltsgerät 50 ist als ein Kochfeld und zwar als ein Induktionskochfeld ausgebildet. Das Haushaltsgerät 50 umfasst eine Heizeinheit 38 mit einer Vielzahl von Induktionsheizelementen 40.
Das Haushaltsgerät 50 umfasst eine Kochfeldplatte 42 zum Aufstellen von Gargeschirr, welches in der Figur 1 beispielhaft als ein Kochtopf 44 dargestellt ist, auf einer Oberfläche 46 der Kochfeldplatte 42. Die Kochfeldplatte 42 ist in einem montierten Zustand oberhalb der Heizeinheit 38 angeordnet. Auf der Kochfeldplatte 42 aufgestelltes Gargeschirr, beispielsweise der Kochtopf 44, kann mittels eines oder mehrerer der Induktionsheizelemente 40 der Heizeinheit 38 des Haushaltsgeräts 50 induktiv beheizt werden. Die Kochfeldplatte 42 bildet zumindest einen Hochtemperaturbereich 24 mit Temperaturen von bis zu 250°C aus. In einem Betriebszustand, in welchem Gargeschirr, beispielsweise der Kochtopf 44, auf der Aufstellplatte 42 aufgestellt und mittels der Heizeinheit 38 beheizt wird, kann eine Temperatur der Oberfläche 46 in dem Hochtemperaturbereich 24 bis zu 250°C annehmen.
Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen.
Das Haushaltsgerät 50 weist eine Haushaltsgerätevorrichtung 10 auf. Die Haushaltsgerätevorrichtung 10 ist als eine Kochfeldvorrichtung und zwar als eine Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildet.
Die Haushaltsgerätevorrichtung 10 weist zumindest eine Temperatursensoreinheit 12 auf. Die Temperatursensoreinheit 12 ist zur Detektion von auftreffender Infrarotstrahlung (nicht dargestellt) und Wandlung in ein Messsignal (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Haushaltsgerätevorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 16 auf, welche dazu vorgesehen ist, aus dem Messsignal zumindest eine Temperaturkenngröße zu bestimmen. Die Temperaturkenngröße charakterisiert eine Temperatur zumindest eines Gargeschirrs, beispielsweise des Kochtopfs 44, und/oder der Kochfeldplatte 42.
Die Temperatursensoreinheit 12 weist zumindest eine Photodiode 14 auf. Die Photodiode 14 ist dazu vorgesehen, auftreffende Infrarotstrahlung zu detektieren und in das Messsignal zu wandeln. Vorliegend ist die Photodiode 14 in der Kochfeldplatte 42 integriert und schließt bündig mit der Oberfläche 46 der Kochfeldplatte 42 ab und zwar derart, dass zumindest ein Gargeschirrabschnitt eines Gargeschirrs, beispielsweise ein Topfboden des Kochtopfes 44, beim Aufstellen auf die Kochfeldplatte 42 wenigstens abschnittsweise mit der Photodiode 14 kontaktiert werden kann. Die Photodiode 14 ist in dem Hochtemperaturbereich 24 mit Temperaturen von bis zu 250°C angeordnet.
Alternativ könnte die Photodiode 14 jedoch vollständig in der Kochfeldplatte 42 integriert oder unterhalb der Kochfeldplatte 42 angeordnet sein, wobei ein Bereich der Kochfeldplat- te 42 oberhalb der Photodiode 14 in diesen beiden hier nicht dargestellten Fällen zumindest teilweise transparent und für Infrarotstrahlung durchlässig ausgebildet sein müsste, sodass diese auf die Photodiode 14 auftreffen kann.
Die Haushaltsgerätevorrichtung 10 weist zumindest eine Verstärkereinheit 18 auf. Die Verstärkereinheit 18 weist zumindest einen Verstärker 20 (vgl. Figur 2) zur Verstärkung des Messsignals auf. Die Verstärkereinheit 18 ist in einem Bereich 26 angeordnet, dessen Temperaturen gegenüber dem Hochtemperaturbereich 24 verringert sind. Eine Temperatur in dem Bereich 26 beträgt vorliegend maximal 125°C. Der Bereich 26 ist unterhalb der Kochfeldplatte 42 auf einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche 46 angeordnet.
Die Temperatursensoreinheit 12 und die Verstärkereinheit 18 sind über zumindest ein elektrisches Kabel 28 (vgl. Figur 2) miteinander verbunden. Vorliegend sind die Photodiode 14 und der Verstärker 20 über das elektrische Kabel 28 miteinander verbunden. Das elektrische Kabel 28 ist als ein geschirmtes Kabel ausgebildet, um Störeinflüsse, welche in dem Betriebszustand insbesondere durch von den Induktionsheizelementen 40 zur induktiven Beheizung erzeugten elektromagnetischen Feldern hervorgerufen werden könnten, auf die Übertragung des Messsignals von der Photodiode 14 zu dem Verstärker 20 zu reduzieren.
Die Haushaltsgerätevorrichtung 10 weist eine Kompensationseinheit 22 auf. Die Kompensationseinheit 22 ist zur zumindest teilweisen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals vorgesehen. Vorliegend ist die Kompensationseinheit 22 dazu vorgesehen, Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung elektrisch zu kompensieren.
Die Verstärkereinheit 18 und die Kompensationseinheit 22 sind vorliegend auf einer gemeinsamen Leiterplatte 32 angeordnet.
Figur 2 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Verstärkereinheit 18 und der Kompensationseinheit 22. Die Kompensationseinheit 22 und die Verstärkereinheit 18 sind als diskrete elektrische Schaltkreise ausgebildet. Die Kompensationseinheit 22 und die Verstärkereinheit 18 sind zumindest teilweise einstückig ausgebildet. Vorliegend ist die Kompensationseinheit 22 Teil der Verstärkereinheit 18. Der Verstärker 20 der Verstärkereinheit 18 ist als ein Transimpedanzverstärker ausgebildet. Der Verstärker 18 weist zwei Eingänge auf und zwar einen invertierenden Eingang 52 und einen nichtinvertierenden Eingang 54. Der Verstärker 18 weist einen Ausgang 56 auf. Die Photodiode 14 ist in Sperrrichtung elektrisch leitend mit dem invertierenden Eingang 52 des Verstärkers 20 verbunden und zwar über das elektrische Kabel 28. Der Verstärker 20 weist einen Rückkopplungswiderstand 58 auf. Der Rückkopplungswiderstand 58 ist elektrisch parallel zu dem invertierenden Eingang 52 und dem Ausgang 56 angeordnet. Der Verstärker 20 weist einen Rückkopplungskondensator 34 auf. Der Rückkopplungskondensator 34 ist elektrisch parallel zu dem Rückkopplungswiderstand 58 angeordnet. In dem Betriebszustand stellt der Rückkopplungskondensator 34 für hochfrequente elektrische Wechselströme einen sehr geringen Wechselstromwiderstand dar und überbrückt daher den Rückkopplungswiderstand 58, sodass hochfrequente Störsignale nicht durch den Verstärker 20 verstärkt werden.
Die Kompensationseinheit 22 weist zur zumindest teilweisen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals zumindest einen weiteren Verstärker 30 auf. Der weitere Verstärker 30 ist als ein Transimpedanzverstärker ausgebildet. Der weitere Verstärker 30 weist zwei weitere Eingänge, und zwar einen weiteren invertierenden Eingang 60 und einen weiteren nichtinvertierenden Eingang 62 auf. Der weitere Verstärker 30 weist einen weiteren Ausgang 64 auf. Die Photodiode 14 ist in Durchlassrichtung elektrisch leitend mit dem weiteren invertierenden Eingang 60 verbunden, und zwar durch ein geschirmtes weiteres elektrisches Kabel 48. Der weitere Verstärker 30 weist einen weiteren Rückkopplungswiderstand 66 auf. Der weitere Rückkopplungswiderstand 66 ist elektrisch parallel zu dem weiteren invertierenden Eingang 60 und dem weiteren Ausgang 64 angeordnet. Der weitere Verstärker 30 weist einen weiteren Rückkopplungskondensator 36 auf. Der weitere Rückkopplungskondensator 36 ist elektrisch parallel zu dem weiteren Rückkopplungswiderstand 66 angeordnet. Der nichtinvertierende Eingang 54 des Verstärkers 20 und der weitere nichtinvertierende Eingang 62 des weiteren Verstärkers 30 sind elektrisch leitend miteinander verbunden.
Der Verstärker 20 und der weitere Verstärker 30 sind zumindest im Wesentlichen baugleich. Insbesondere weisen der Verstärker 20 und der weitere Verstärker 30 die gleiche Anzahl von jeweils im Wesentlichen baugleichen Elementen auf. Für jedes Element des Verstärkers 20 existiert ein entsprechendes Element des Verstärkers 30, wobei einander entsprechende Elemente jeweils zumindest im Wesentlichen gleiche Kenngrößen, das heißt mit Ausnahme minimaler fertigungsbedingter Schwankungen gleiche Kenngrößen, aufweisen. Beispielsweise weisen der Rückkopplungskondensator 34 des Verstärkers 20 und der weitere Rückkopplungskondensator 36 des weiteren Verstärkers 30 jeweils eine zumindest im Wesentlichen gleiche elektrische Kapazität auf. Der Verstärker 20 und der weitere Verstärker 30 sind Teil eines gemeinsamen symmetrischen elektrischen Schaltkreises. Vorliegend bilden der Verstärker 20 und der weitere Verstärker 30 zusammen mit der Photodiode 14 den symmetrischen elektrischen Schaltkreis aus und sind in Bezug auf die Photodiode 14 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet.
In dem Betriebszustand der Haushaltsgerätevorrichtung 10 wandelt die Photodiode 14 auftreffende Infrarotstrahlung aufgrund des inneren Photoeffekts in ein eingangsseitiges Messsignal in Form eines Photostroms. Der Photostrom fließt in Sperrrichtung zu dem invertierenden Eingang 52 des Verstärkers 20. Der Verstärker 20 wird in dem Betriebszustand in einem Parallel-Spannungs-Gegenkopplungs-Betrieb betrieben, wobei zumindest ein Teil einer Ausgangsspannung an dem Ausgang 56 über den Rückkopplungswiderstand 58 auf den invertierenden Eingang zurückgeführt wird. Ein Verstärkungsfaktor des Verstärkers ist daher maßgeblich durch den Wert des Rückkopplungswiderstands 58 gekennzeichnet und kann durch geeignete Wahl des Rückkopplungswiderstands 58 variiert werden. Zwischen dem Ausgang 56 des Verstärkers 20 und dem weiteren Ausgang 64 des weiteren Verstärkers 30 kann ein verstärktes ausgangsseitiges Messsignal in Form einer Spannung, welche proportional zu dem Photostrom ist, abgegriffen werden. Der Verstärker 20 kann daher als eine stromgesteuerte Spannungsquelle angesehen werden.
Zusätzlich zu dem Photostrom erzeugt die Photodiode 14 in dem Betriebszustand einen Dunkelstrom, dessen Betrag mit steigender Temperatur zunimmt. In einem elektrischen Ersatzschaltbild (nicht dargestellt) der Photodiode 14 könnten der Dunkelstrom, sowie gegebenfalls weitere Störeffekte der Photodiode 14, beispielsweise ein Rauschstrom, durch einen Ersatzwiderstand (nicht dargestellt), welcher zu der Photodiode 14 in Reihe geschaltet ist, beschrieben werden. Eine über diesem Ersatzwiderstand abfallende Spannung wird als eingangsseitige Offsetspannung bezeichnet. Mit steigender Temperatur nimmt ein Betrag des Ersatzwiderstandes ab und ein Betrag der eingangsseitige Offsetspannung steigt. Die eingangsseitige Offsetspannung liegt an dem invertierenden Eingang 52 an und wird daher mitverstärkt. Um diesen durch die eingangsseitige Offset- Spannung beschreibbaren Temperatureinfluss auf das Messsignal zumindest teilweise zu kompensieren weist die Kompensationseinheit 22 den weiteren Verstärker 30 auf, welcher in dem Betriebszustand genau wie der Verstärker 20 in dem oben beschriebenen Parallel- Spannungs-Gegenkopplungs-Betrieb betrieben wird. Die eingangsseitige Offsetspannung liegt in dem Betriebszustand mit gleichem Betrag und umgekehrtem Vorzeichen auch an dem weiteren invertierenden Eingang 60 an und wird durch den weiteren Verstärker 30 verstärkt. Da der Photostrom nur in Sperrrichtung der Photodiode 14 fließt, fließt dieser nicht zu dem weiteren invertierenden Eingang 60. Der weitere Verstärker 30 verstärkt in dem Betriebszustand daher nur die eingangsseitige Offsetspannung, nicht jedoch den Photostrom. Da der Verstärker 20 und der weitere Verstärker 30 zumindest im Wesentlichen baugleich sind und folglich zumindest im Wesentlichen gleiche Verstärkungsfaktoren aufweisen, wird die eingangseitige Offsetspannung durch den Verstärker 20 und den weiteren Verstärker 30 gleichermaßen verstärkt. An dem Ausgang 56 des Verstärkers 20 fällt eine elektrisch negative verstärkte Offsetspannung und an dem weiteren Ausgang 64 des weiteren Verstärkers 30 eine elektrisch positive verstärkte Offsetspannung an, welche sich gegenseitig aufheben, wenn das verstärkte ausgangsseitige Messsignal zwischen den beiden Ausgängen 56, 64 abgegriffen wird. Die in der Figur 2 gezeigte symmetrische Verstärkerschaltung aus dem Verstärker 20 und dem weiteren Verstärker 30 weist daher, zumindest theoretisch, für beliebige Temperaturen eine ausgangsseitige Offsetspannung von Null auf. Neben der vorhergehend beschriebenen eingangsseitigen Offsetspannung, welche durch den Dunkelstrom der Photodiode 14 bedingt ist, weisen auch die Elemente des Verstärkers 20 und des weiteren Verstärkers 30, insbesondere der Rückkopplungswiderstand 58 und der weitere Rückkopplungswiderstand 66, eine Temperaturabhängigkeit auf, durch welche sich zusätzliche Offsetspannungen ergeben. Da ein Temperaturprofil des Bereichs 26 nicht vollkommen homogen ist und die Bauteile des Verstärkers 20 und des weiteren Verstärkers 30 herstellungsbedingt nicht vollkommen identisch sind, können diese zusätzlichen Offsetspannungen durch die Kompensationseinheit 22 jedoch nicht vollständig kompensiert werden, wie nachfolgend in der Figur 3 gezeigt.
Figur 3 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Temperatureinflüssen auf die Verstärkereinheit 18 und die Kompensationseinheit 22. Auf einer horizontalen Skala 68 ist eine Zeit in Minuten aufgetragen. Auf einer linken vertikalen Skala 70 ist eine Offsetspannung in Volt aufgetragen, wobei die linke vertikale Skala 70 von 0 V bis 0,015 V reicht. Auf einer rechten vertikalen Skala 72 ist eine Umgebungstemperatur in dem Be- reich 26, in welchem die Verstärkereinheit 18 und die Kompensationseinheit 22 angeordnet sind, in Grad Celsius aufgetragen, wobei eine Skala von 0°C bis 150°C reicht. Eine erste Kurve 74 zeigt einen Verlauf der Umgebungstemperatur in dem Bereich 26. Über den auf der horizontalen Skala 68 aufgetragenen zeitlichen Verlauf, welcher sich über insgesamt 7 Stunden erstreckt, steigt die Umgebungstemperatur in dem Bereich 26 von einem Anfangswert von ca. 20°C auf einen Maximalwert von 125°C an. Eine zweite Kurve 76 zeigt einen ersten Verlauf einer Offsetspannung. Für die Messung der zweiten Kurve 76 wurde für den Rückkopplungswiderstand 58 und den weiteren Rückkopplungswiderstand 66 jeweils ein Wert von 1 GQ gewählt wurde. Eine dritte Kurve 78 zeigt einen weiteren Verlauf einer Offsetspannung, wobei für die Messung der dritten Kurve 78 für den Rückkopplungswiderstand 58 und den weiteren Rückkopplungswiderstand 66 jeweils ein Wert von 100 MQ gewählt wurde. Eine vierte Kurve 80 zeigt einen weiteren Verlauf einer Offsetspannung an dem Ausgang 56 des Verstärkers 20 an, wobei für die Messung der vierten Kurve 80 für den Rückkopplungswiderstand 58 und den weiteren Rückkopplungswiderstand 66 jeweils ein Wert von 10 MQ gewählt wurde. Es zeigt sich, dass die gemessenen Offsetspannungen für alle drei Kurven 76, 78, 80 sehr gering sind, was durch die teilweise Kompensation der Temperatureinflüsse durch die Kompensationseinheit begründet ist. Für Umgebungstemperaturen des Bereichs 26 von bis zu 75°C ist die Offsetspannung kaum messbar und liegt unterhalb 0,01 V. Der Verlauf der zweiten Kurve 76 steigt ab einer Umgebungstemperatur von 75°C zunächst leicht und ab einer Umgebungstemperatur von 100°C stärker an, wobei die Offsetspannung einen Wert von 0,015 V nicht überschreitet. Der Verlauf der dritten Kurve 78 steigt ab einer Umgebungstemperatur von 100°C leicht an und erreicht im Maximum Werte von ca. 0,03 V. Der Verlauf der vierten Kurve 80 zeigt sehr geringe Offsetspannungen unterhalb von 0,01 V über den gesamten Temperaturbereich der Umgebungstemperatur in dem Bereich 26.
Figur 4 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Haushaltsgerätevorrichtung 10. In dem Verfahren werden Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals zumindest teilweise kompensiert. Das Verfahren umfasst zumindest zwei Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt 82 des Verfahrens wird auftreffende Infrarotstrahlung mittels der Photodiode 14 in das eingangsseitige Messsignal in Form des Photostroms gewandelt. In einem zweiten Verfahrensschritt 84 wird das eingangsseitige Messsignal durch den Verstärker 20 wie vorhergehend in Bezug auf Figur 2 beschrieben verstärkt. Bei der Wandlung der Infrarot- Strahlung in den Photostrom und/oder der Verstärkung auftretende Temperatureinflüsse, welche als Offsetspannungen beschrieben werden können, werden in dem zweiten Verfahrensschritt 84 zumindest teilweise kompensiert und zwar, wie vorhergehend in Bezug auf Figur 2 beschrieben, mittels des weiteren Verstärkers 30 der Kompensationseinheit 22.
Bezugszeichen
10 Haushaltsgerätevorrichtung
12 Temperatursensoreinheit
14 Photodiode
16 Steuereinheit
18 Verstärkereinheit
20 Verstärker
22 Kompensationseinheit
24 Hochtemperaturbereich
26 Bereich
28 elektrisches Kabel
30 weiterer Verstärker
32 Leiterplatte
34 Rückkopplungskondensator
36 weiterer Rückkopplungskondensator
38 Heizeinheit
40 Induktionsheizelement
42 Kochfeldplatte
44 Kochtopf
46 Oberfläche
48 weiteres elektrisches Kabel
50 Haushaltsgerät
52 invertierender Eingang
54 nichtinvertierender Eingang
56 Ausgang
58 Rückkopplungswiderstand
60 weiterer invertierender Eingang
62 weiterer nichtinvertierender Eingang
64 weiterer Ausgang weiterer Rückkopplungswiderstand horizontale Skala linke vertikale Skala rechte vertikale Skala erste Kurve zweite Kurve dritte Kurve vierte Kurve erster Verfahrensschritt zweiter Verfahrensschritt

Claims

22 Ansprüche
1. Haushaltsgerätevorrichtung (10), insbesondere Kochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Temperatursensoreinheit (12), welche zumindest eine Photodiode (14) aufweist, die dazu vorgesehen ist, auftreffende Infrarotstrahlung zu detektieren und in ein Messsignal zu wandeln und mit zumindest einer Verstärkereinheit (18), welche zumindest einen Verstärker (20) zur Verstärkung des Messsignals aufweist, gekennzeichnet durch eine Kompensationseinheit (22) zur zumindest teilweisen Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messignals.
2. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode (14) in einem Hochtemperaturbereich (24) mit Temperaturen von bis zu 250°C angeordnet ist.
3. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkereinheit (18) in einem Bereich (26) angeordnet ist, dessen Temperaturen gegenüber den Temperaturen in dem Hochtemperaturbereich (24) verringert sind.
4. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit (22) in dem Bereich (26) der Verstärkereinheit (18) angeordnet ist.
5. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoreinheit (12) und die Verstärkereinheit (18) über zumindest ein, insbesondere geschirmtes, elektrisches Kabel (28) miteinander verbunden sind.
6. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit (22) dazu vorgesehen ist, Temperatureinflüsse auf die Wandlung und/oder Verstärkung des Messsignals elektrisch zu kompensieren.
7. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit (22) und die Verstärkereinheit (18) zumindest teilweise einstückig ausgebildet sind.
8. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit (22) zur Kompensation der Temperatureinflüsse zumindest einen weiteren Verstärker (30) aufweist.
9. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (20) und der weitere Verstärker (30) zumindest im Wesentlichen baugleich sind.
10. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (20) und der weitere Verstärker (30) Teil eines gemeinsamen symmetrischen elektrischen Schaltkreises sind.
11. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkereinheit (18) und die Kompensationseinheit (22) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (32) angeordnet sind.
12. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkereinheit (18) und die Kompensationseinheit (22) als diskrete elektrische Schaltkreise ausgebildet sind.
13. Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkereinheit (18) und die Kompensationseinheit (22) jeweils einen Rückkopplungskondensator (34, 36) aufweisen. Haushaltsgerät (50), insbesondere Kochfeld, mit einer Haushaltsgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zum Betrieb einer Haushaltsgerätevorrichtung (10), insbesondere Kochfeldvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit zu- mindest einer Temperatursensoreinheit (12), welche zumindest eine Photodiode
(14) aufweist, die dazu vorgesehen ist, auftreffende Infrarotstrahlung zu detektie- ren und in ein Messsignal zu wandeln und mit zumindest einer Verstärkereinheit (18), welche zumindest einen Verstärker (20) zur Verstärkung des Messsignals aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatureinflüsse auf die Wand- lung und/oder Verstärkung des Messsignals zumindest teilweise kompensiert werden.
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