ES2259017T3 - Circuito sensor de recipiente en una placa electrica de cocina. - Google Patents
Circuito sensor de recipiente en una placa electrica de cocina.Info
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Abstract
Circuito sensor para la detección de la presencia de un recipiente adaptado a una encimera de cocción eléctrica para la actuación sobre la potencia (14, 15) de varios calefactores de la encimera (Fl-F4), el circuito (1) sensor comprendiendo una espira sensor (El-E4) acoplada a cada calefactor, un circuito generador (4, 6, 7) de una corriente (Ig) de alta frecuencia (Fp) aplicada a cada espira sensor (El-E4) a través de cables de alimentación (16), que produce un campo magnético en el área de la espira sensor (E1-E4) y una señal de voltaje (Vs) en cada espira sensor (E1-E2) en dependencia del área cubierta por un recipiente (2), una parte de circuito (4, 6, 7, 17) que genera al menos un valor de voltaje de referencia (Vrr) relativo al área a ser cubierta por el recipiente (2) al menos sobre un calefactor (Fl, F2), y una parte de circuito (4, Vin, 9-13'') para la medición y evaluación de cada valor de voltaje (Vs) comparativamente con dicho valor de referencia (Vrr).
Description
Circuito sensor de recipiente en una placa
eléctrica de cocina.
La presente invención se relaciona con una placa
de cocina eléctrica vitrocerámica con varios calefactores de
caldeo, y con la detección de un objeto metálico mediante la
generación de un campo magnético de alta frecuencia en un cerco
inductivo de cada calefactor de caldeo, y un circuito electrónico
para la medición y evaluación de las señales de voltaje
resultantes.
El control de la potencia de una placa de cocina
eléctrica vitrocerámica permite una mejor distribución de la
potencia entre varios calefactores de la placa, y un ahorro de la
energía consumida cuando el control de la potencia se activa
automáticamente dependiendo de la presencia de recipiente, o se
regula la potencia en función del área cubierta de calefactor por
el recipiente.
US-A-5296684
divulga un circuito sensor para la detección de un recipiente
metálico sobre una encimera de cocción vitrocerámica equipada con
varios calefactores independientes, comprendiendo una espira
conductor sensor extendida sobre el área de cada uno de los
calefactores y formando parte de cada uno de los circuitos
resonantes sensores, una parte de circuito para la generación de al
menos una corriente de alta frecuencia aplicada a cada espira
conductor sensible, generando un campo magnético afectado por la
proximidad de un recipiente sobre el calefactor, y una parte de
circuito gobernado por un microprocesador para la medición y
evaluación de la variación resultante de la frecuencia de la señal
de salida en los extremos de la espira conductor, debido a la
alteración de una característica eléctrica asociada a su circuito
resonante, en función del área cubierta por el recipiente, una
parte de circuito para la conversión de dicha señal de salida en una
señal evaluable y la comparación de esta última respecto de un
valor de señal de referencia obtenido por la frecuencia de
resonancia inherente de cada circuito sensor.
EP-A-0553425
describe un dispositivo y método para la detección de la presencia
de un recipiente en una placa de cocina vitrocerámica,
comprendiendo medios para generar un campo magnético en una espira
conductor situada bajo la placa vitrocerámica y cubriendo las
resistencias de caldeo, medios para la amplificación y demodulación
de la medida de la señal de voltaje generada, y un circuito
electrónico para evaluar la variación del voltaje en los extremos
de la espira como consecuencia de la presencia de un recipiente
metálico sobre el área calentada, y para conectar o desconectar el
control de la potencia del calefactor, dependiendo de la comparación
con dos valores de voltaje de referencia, alto y bajo, obtenidos en
dos condiciones preestablecidas con respecto al tamaño del
recipiente.
recipiente.
US-4334135 muestra un circuito
sensor para la detección de un recipiente en una placa de cocina
vitrocerámica, con una espira sensor extendida bajo el área de un
calefactor de caldeo, y tiene un circuito de acondicionamiento de
la señal de voltaje obtenido desde los extremos de la espira, un
circuito generador de una señal de referencia, y un comparador de
ambas señales de medida y de referencia, siendo la señal de
referencia de un valor determinado entre los dos valores de voltaje
obtenidos en ambas condiciones extremas de la espira sensor, esto es
en ausencia de recipiente y con un recipiente cubriéndola
totalmente.
El objeto de la presente invención es un
circuito electrónico con un sensor de tipo inductivo, para la
detección de un recipiente metálico sobre el área calentada de una
placa eléctrica de cocina, según se define en la reivindicación
1.
La invención resuelve los problemas de mejorar
la sencillez, la economía y la precisión del circuito detector y
del sensor, puesto que este ultimo comprende una sola espira
conductora y de configuración simple, superpuesta a cada calefactor
de la placa de cocina, un campo magnético para la detección es
generado por la propia espira sensor, y una corriente eléctrica de
alta frecuencia para la generación del campo magnético proviene de
un microcontrolador que extrae al circuito generador trenes de
impulsos para prevenir las perturbaciones electromagnéticas en la
red de alimentación. La medición de la proximidad del recipiente
metálico se efectúa a través de la variación del voltaje en los
extremos de la espira, sin influencia de la longitud de los cables
de conexión, y es debida a las corrientes Eddy inducidas en el
recipiente que provocan una reducción de la inductancia de la
espira sensor. El sensor comprende una sola espira conductora y de
configuración simple, colocada superpuesta a cada calefactor de la
placa de cocina, generándose un campo magnético justamente debajo
del recipiente, que es afectado por el área de la espira cubierta
por el recipiente. Puesto que el circuito sensor se sitúa bajo el
panel de mandos de la encimera de cocina, las diferencias de la
humedad y de la temperatura ambiente, esta ultima variable entre
cero ºC y 125ºC, provoca desviaciones en el resultado de la medida
en diferentes ocasiones de medición.
Un objetivo que persigue la invención es la
medición con señales de baja frecuencia, para simplificar las
partes del circuito de medición del sensor. En una primera
realización de circuito sensor, la señal de voltaje obtenida de la
medición es amplificada y después demodulada para extraer su
envolvente, antes de su evaluación. En una segunda realización de
circuito sensor, mediante la demodulación de las señales de medición
y de las señales de referencia, se consigue su amplificación
diferencial posterior a baja frecuencia, obteniéndose valores de
voltaje de entrada elevados en el microcontrolador, para su
comparación.
Un objetivo adicional que persigue la invención
es prevenir la influencia de la impedancia propia del sensor en el
resultado de la medida, aumentando así la sensibilidad del circuito
sensor, que es afectada por la longitud de los cables de
alimentación de la espira sensor y además la influencia de la
temperatura ambiental del circuito sensor.
La temperatura ambiente cercana al circuito
sensor, puesto se sitúa bajo el panel de mandos de la encimera de
cocina, puede variar entre cero grados y 125ºC en diferentes
ocasiones de la medición.
En una primera realización conforme a la
presente invención, el circuito de evaluación de la medida tiene
incorporada una parte de circuito para compensar las desviaciones en
la medición que suelen provocar las diferencias de la humedad y de
la temperatura ambiente. El voltaje de medición se toma entre ambos
extremos de la espira sensor, sin influencia de los cables de
alimentación.
En una segunda realización conforme a la
presente invención, es utilizada al menos una señal de referencia
generada en una condición de temperatura y humedad habituales en el
circuito sensor durante la detección, a través de un circuito
inductivo adicional, cuya impedancia es representativa de todos los
calefactores. Por ello consigue una mejora de la sensibilidad y
resolución de la medida eléctrica representativa de la detección
del recipiente, y además la simplificación del cableado eléctrico de
la cocina, puesto que utiliza un solo cable de alimentación para la
generación del campo magnético en la espira sensor y para su
medición, tomándose la señal de voltaje de medición desde el
extremo libre del único cable.
Un valor proporcional numérico propio de cada
calefactor de caldeo, esta registrado en el microcontrolador para
la comparación con un valor numérico obtenido de la medición. El
valor numérico límite para la actuación de la potencia de caldeo ha
sido preestablecido mediante ensayo con un recipiente de tamaño
apropiado al área del calefactor de caldeo detectada. El valor
numérico de la medición de cada calefactor es obtenido mediante un
calculo que relaciona la señal medida de voltaje con al menos una
señal de referencia emitida.
La Fig. 1 es un esquema eléctrico de una primera
realización de circuito sensor para la detección de recipiente en
una placa de cocina vitrocerámica, conforme a la invención.
La Fig. 2 es un esquema eléctrico de una segunda
realización de circuito sensor para la detección de recipiente en
una placa de cocina vitrocerámica, conforme a la invención.
La Fig. 3 a) es una representación gráfica de la
pulsación eléctrica de alta frecuencia generada por el circuito
sensor de la Fig. 1.
La Fig. 3 b) es un diagrama de la corriente
eléctrica a través de cada espira sensor del circuito sensor de la
Fig. 1.
La Fig. 4a) y la Fig. 4b) muestran dos diagramas
de la señal eléctrica obtenida para la medición en el circuito de
la fig. 1, amplificada y demodulada respectivamente.
La Fig. 5a) y la Fig. 5b) muestran dos diagramas
de las señales de voltaje obtenidas para la medición en el circuito
de la fig. 2, de alta frecuencia y de baja frecuencia
respectivamente
La Fig. 6 es un diagrama mostrando el resultado
de la medición llevado a cabo por el circuito sensor de la fig. 1,
en función del diámetro del recipiente.
La Fig. 7 muestra gráficamente el resultado
final relativo de la evaluación de la medida, obtenido en el
circuito sensor de la fig. 1.
Con referencia a las Fig. 1, 3, 4, 6, una
primera realización del circuito 1 sensor es representado en la Fig.
1, para la detección de un recipiente 2 metálico sobre cada uno de
los cuatro calefactores F1-F4 de una placa
eléctrica de cocina vitrocerámica, comprendiendo:
un microprocesador 4 para el control del
circuito que suministra trenes de impulsos rectangulares 5 (en la
figura 3) de periodo 1/Fp y de frecuencia preferente
1-10 Mhz, un generador 6, 7 de una corriente Ig
senoidal de igual frecuencia,
una espira conductora E1-E4 de
forma redonda o cuadrangular superpuesta a cada calefactor de caldeo
F1-F4, provista de dos extremos 8 de espira que
reciben la corriente Ig generando un campo magnético que atraviesa
la placa vitrocerámica hacia el recipiente 2,
un circuito 9-12 para la
medición del voltaje Vs entre ambos extremos 8 de la espira sensor
en cooperación con el microprocesador 4,
un circuito 7, 7^{1}, 9 para la corrección del
resultado de la medición en función de la temperatura Ta ambiente
del circuito 1, en cooperación con el microprocesador 4, y una parte
de circuito 14, 15 actuador de la energización de cada uno de los
calefactores de caldeo.
Un ejemplo de recipiente 2 para ser detectado
tiene de diámetro D= 200 mm, y la espira sensor
E1-E4 de su calefactor F1-F4
apropiado es cuadrangular de lado 135 mm.
El circuito 4, 6, 7 generador de la corriente Ig
incluye un amplificador 6 y un filtro 7 de armónicos, y la
corriente Ig de amplitud por ejemplo de 5 mA es conducida a cada
espira sensor E1-E4, a través de una resistencia en
serie con ella de un valor elevado con respecto a la impedancia de
la espira sensor E1-E4 y de un par de cables 16
entrelazados.
El circuito 4, 9-12 de
evaluación comprende un selector 9 que selecciona uno de los
calefactores F1-F4, en una secuencia de
multiplexación gobernada por una línea 12 proveniente del
microprocesador 4, y tiene conectada una línea 10 de transmisión de
la señal de voltaje Vs (en Fig. 4a) presente entre ambos extremos 8
de cada una de las espiras sensores E1-E4, que
excluye la impedancia de los cables 16 de alimentación, para
efectuar la detección del recipiente 2, un amplificador 11' de los
valores de cresta del voltaje Vs transmitidos de cada espira sensor
E1-E4. El voltaje amplificado es conducido al
microprocesador 4, en donde es demodulado para obtener su
envolvente Vsa (Fig. 4b) cuyo valor es comparado directamente
con un valor de referencia Vr (en Fig. 6) registrado en el
microprocesador 4, correspondiente a cada espira sensor
E1-E4, y predeterminado en la condición de ausencia
total de
recipiente 2.
recipiente 2.
Una medición (Fig. 6) efectuada con el
recipiente 2 y la espira sensor E1-E4 del ejemplo
anteriormente indicado, da un valor relativo de Vsa/Vr = 2/3,
correspondiente a la detección cuando el área del calefactor
F1-F4 cubierta por el recipiente es total, mientras
que la sensibilidad mínima corresponde a una cubrición del 40% de
dicha área por el recipiente 2, que hay que sobrepasar para obtener
una variación apreciable del coeficiente Vsa/Vr.
La parte 7, 71, 9 de circuito para la corrección
de la medida relativa a la temperatura ambiente, obtiene una señal
de referencia 7' desde una salida Sr del filtro 7 del generador de
corriente, que es recibida por el selector 9 del circuito de
evaluación para su autocalibración por el microprocesador 4, en una
secuencia con las señales del voltaje Vs de medición transmitidas
desde cada espira sensor E1-E4.
La parte de circuito actuador 14, 15 está
conectado a una salida Sa proveniente del microcontrolador 4, a
través de una línea 14 de transmisión de la señal de conmutación, y
un rele de energización respectivo de los calefactores
F1-F4, cuando es detectada la presencia del
recipiente cubriendo por ejemplo, la mitad del área del
calefactor.
Con referencia a las Fig. 2, 3, 5, 7, una
segunda realización de circuito 1A sensor es representado en la
figura 2, para la detección de un recipiente 2, comprendiendo:
un microcontrolador 4 que gobierna el circuito 1
y suministra trenes de impulsos rectangulares 5 (figura 3a) de
periodo 1/Fp y de frecuencia 1-10 MHz,
un generador 6, 7 de una corriente Ig senoidal
de igual frecuencia (Fig. 5b),
una espira conductora E1-E4 de
forma redonda o cuadrangular superpuesta a cada calefactor de caldeo
F1-F4, que conduce la corriente Ig generando un
campo magnético que atraviesa la placa vitrocerámica hacia el
recipiente 2,
un circuito 4, 9-13' de
evaluación en cooperación con el microcontrolador 4, de la medida de
la señal de voltaje Vs obtenida (Fig. 5a) desde cada espira sensor
E1-E4 incluido su cable de alimentación 16
único,
y un circuito 14, 15 actuador del sensor para la
energización de cada uno de los calefactores F1-F4,
en función del resultado Vm de la evaluación y de su comparación
(Fig. 5b y Fig. 7) de la medida.
El circuito 4, 6, 7 generador de la corriente
Ig, de una amplitud por ejemplo de 5 mA, incluye un amplificador 6
y un filtro 7 de armónicos, desde el cual es conducida a cada espira
sensor E1-E4 y también a un circuito inductivo 17
de referencia adicional. Cada espira sensor E1-E4 y
el circuito inductivo 17 de referencia son alimentados a través de
una resistencia individual (no representada en los dibujos), de
valor elevado can respecto a la impedancia de la espira sensor
E1-E4.
Cada espira sensor E1-E4 tiene
dos extremos de espira, uno de los cuales se une directamente sin
cable conductor a la masa "G" del circuito, y el otro extremo
conduce la corriente Ig por un solo cable 16 de alimentación,
conectado al generador 6, 7 en un punto 8 de toma de la señal de
voltaje Vs para la medición, la cual es transmitida por una línea
10 de cada calefactor F1-F4 al circuito
9-13 de evaluación. A la vez el microcontrolador 4
en cooperación con el circuito 6, 7 generador, emite a través de un
circuito inductivo 17 de referencia una señal de referencia mínima
Vrl y una señal de referencia máxima VrO (Fig. 5a), establecidas
como señales comunes para todos los calefactores
F1-F4, bajo una condición de temperatura ambiente
habitual de trabajo, aproximadamente 105ºC, y respectivamente bajo
ambas condiciones extremas de cubrición de los calefactores
F1-F4, ausencia de recipiente -impedancia máxima-,
y cubrición total -impedancia mínima-.
El circuito 4, 9-13' de
evaluación comprende un circuito selector 9 de los calefactores
F1-F4, un circuito demodulador 11 de las tres
señales de voltaje Vs, VrO y Vrl (Fig. 5a), y un circuito
amplificador 11' de la señales convertidas respectivas Vs', VrO' y
Vrl' (Fig. 5b) provenientes del demodulador 11. El proceso de
evaluación de la medida seguido (Fig. 5b y Fig. 7) es el siguiente:
el selector 9 a través de cada línea 10 de toma de cada espira
sensor E1-E4, conmuta la medición Vs de cada
calefactor F1-F4 sucesivamente en una secuencia
gobernada por una línea 12 proveniente del microcontrolador 4. En la
misma secuencia además de las líneas 10 son conmutadas también dos
líneas 10-0 y 10-1 para la
transmisión de las señales de referencia VrO y Vrl respectivamente.
El circuito demodulador 11 recibe secuencialmente desde el selector
9, un tren de impulsos de cada señal Vs(1-4),
Vr, VO de alta frecuencia y periodo 1/Fp (fig. 2a), y ^{'}las
convierte en señales respectivas Vs', VrO' y Vrl' de baja frecuencia
(Fig. 5b), mediante la respectiva envolvente de la amplitud
máxima.
El amplificador 11' recibe desde el demodulador
11 por una línea 13 la señal de referencia máxima VrO' demodulada
de frecuencia 1/Ft, y por una segunda línea 13' la señal demodulada
de medición Vs' de cada calefactor F1-F4 y también
la señal de referencia mínima Vrl' demodulada, de frecuencia 1/6Ft,
puesto que todas estas ultimas han de sustraerse secuencialmente de
la señal de referencia VrO'.
Desde el amplificador diferencial 11' son
obtenidos secuencialmente de cada tren de impulsos 1/Ft dos valores
diferenciales amplificados Vm y Vrr (Fig. 5b), que son los voltajes
diferenciales de las envolventes de las señales de cada medida Vs'
y la de referencia mínima Vrl', con respecto a la señal de
referencia máxima VrO', conducidos después por una línea 18 a una
entrada "Vin" del microcontrolador 4.
A partir de estos valores diferenciales Vm y
Vrr, es calculado un ratio Mf1-Mf4 de cada
calefactor F1-F4, tal que Mf = Vm/Vrr, esto es una
relación del valor diferencial Vm de medida con respecto al valor
diferencial Vrr de las dos referencias (VrO'-Vrl'),
previniendo así la influencia de la temperatura ambiental en el
resultado de la comparación posterior para la conmutación del
actuador 14, 15.
En el ejemplo de recipiente 2 y de espira sensor
E1-E4 de dimensiones anteriormente indicadas, a
partir de ensayos previos con dicho recipiente de diámetro D mas
apropiado y con recipientes más pequeños, por ejemplo entre el 50%
y el 80% del diámetro D apropiado, se encuentra un valor numérico
R1-R4 individual de cada calefactor
F1-F4, comprendido entre 0,5 y 0,8, con el cual es
comparado el valor Mf1-Mf4 antes calculado, para la
actuación de la potencia.
Claims (4)
1. Circuito sensor para la detección de la
presencia de un recipiente adaptado a una encimera de cocción
eléctrica para la actuación sobre la potencia (14, 15) de varios
calefactores de la encimera (F1-F4), el circuito
(1) sensor comprendiendo una espira sensor (E1-E4)
acoplada a cada calefactor, un circuito generador (4, 6, 7) de una
corriente (Ig) de alta frecuencia (Fp) aplicada a cada espira sensor
(E1-E4) a través de cables de alimentación (16),
que produce un campo magnético en el área de la espira sensor
(E1-E4) y una señal de voltaje (Vs) en cada espira
sensor (E1-E2) en dependencia del área cubierta por
un recipiente (2), una parte de circuito (4, 6, 7, 17) que genera
al menos un valor de voltaje de referencia (Vrr) relativo al área a
ser cubierta por el recipiente (2) al menos sobre un calefactor
(F1, F2), y una parte de circuito (4, Vin, 9-13')
para la medición y evaluación de cada valor de voltaje (Vs)
comparativamente con dicho valor de referencia (Vrr),
caracterizado en que la corriente (Ig) de alta frecuencia es
suministrada en cooperación con el microcontrolador (4) en forma de
un tren de impulsos (5) a cada espira sensor
(E1-E4), y también a un circuito inductivo (16, 17)
de referencia, del cual son tomadas al menos dos señales de
referencia (VrO, Vrl) representativas de todos los calefactores de
caldeo (F1-F4), a una temperatura ambiente de
operación del circuito sensor, y el circuito de medición
(9-13) incluye medios (11, 11', Vin) para la
conversión de dichas señales (Vs, VrO, Vrl) a voltajes (Vs', VrO',
Vrl') de baja frecuencia (Ft), y su amplificación diferencial (Vm,
Vrr) posterior, y para la evaluación de la detección de recipiente
(2) el microcontrolador (4) calcula una relación numérica
(Mf1-Mf4) del voltaje diferencial medido (Vm) en
cada espira sensor (E1-E4) con respecto al un
voltaje diferencial (Vrr) entre ambos voltajes de referencia (VrO',
Vrl'), para la actuación correspondiente de la potencia eléctrica de
cada calefactor (F1-F4).
2. El circuito sensor de recipiente según la
reivindicación 1, en donde dichas señales de referencia (VrO, Vrl)
obtenidas del circuito inductivo (17) son dos señales máxima y
mínima representativas de la impedancia de los calefactores
(F1-F4) en las condiciones respectivas de cubrición
total con un recipiente (2), y de ausencia de recipiente (2), a una
temperatura ambiente determinada.
3. El circuito sensor de recipiente según la
reivindicación 1, en donde los medios (11, 11') para la conversión
y amplificación de las señales de medición (Vs) y de referencia
(VrO, Vrl) comprenden un demodulador (11) de las señales de voltaje
(Vs', VrO', Vrl') en cada tren de impulsos (1/Ft), y un amplificador
(11') del valor diferencial (Vm) entre del voltaje de medición
(Vs') y un valor diferencial (Vrr) entre los dos voltajes de
referencia (VrO', Vrl').
4. El circuito sensor de recipiente según la
reivindicación 1, en donde cada espira sensor
(E1-E4) es alimentada por un solo cable (16), y la
señal de voltaje medición (Vs) en alta frecuencia de cada calefactor
(F1-F4) es tomada en un punto (8) del extremo libre
del cable (16), para prevenir la influencia de la impedancia del
cable en la medición.
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