ES2280679T3 - SYSTEM FOR DETECTING THE PRESENCE OF A COOKING UTENSIL ON A COOKING OVEN. - Google Patents
SYSTEM FOR DETECTING THE PRESENCE OF A COOKING UTENSIL ON A COOKING OVEN. Download PDFInfo
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Abstract
Un sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar (15) sobre un hornillo de cocción, que comprende al menos un elemento calentador eléctrico (17) y medios de detección (9, 10, 17) cuya impedancia cambia debido a la presencia sobre el hornillo de dicho utensilio de cocinar (15), que se caracteriza porque comprende un circuito electrónico (16) adaptado para impulsar al elemento calentador (17) hacia la saturación magnética.A system for detecting the presence of a cooking utensil (15) on a cooking stove, comprising at least one electric heating element (17) and detection means (9, 10, 17) whose impedance changes due to the presence on the stove of said cooking utensil (15), characterized in that it comprises an electronic circuit (16) adapted to propel the heating element (17) towards magnetic saturation.
Description
Sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar sobre un hornillo de cocción.System to detect the presence of a Cooking utensil on a cooking stove.
El invento presente se refiere a un sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar sobre un hornillo de cocinar que comprende medios de detección cuya impedancia cambia debido a la presencia o ausencia de dicho utensilio de cocinar sobre el hornillo. El sistema de acuerdo con el invento es particularmente útil para ser usado en sistemas de detección de utensilios de cocinar sobre un hornillo de cocinar eléctrico de cerámica vitrificada.The present invention relates to a system for detect the presence of a cooking utensil on a stove of cooking comprising detection means whose impedance changes due to the presence or absence of said cooking utensil on the stove. The system according to the invention is particularly useful for use in detection systems of cooking utensils on an electric cooking stove vitrified ceramic
El invento se refiere además a un método de compensación de temperatura para métodos de inducción y de inducción combinada para detectar ollas situadas sobre placas eléctricas de cerámica vitrificada.The invention further relates to a method of temperature compensation for induction and induction methods combined to detect pots located on electric plates of vitrified ceramic
Los documentos US 2001/00119262 A1 y US 6.424.145 B1 describen un sensor de proximidad, sin hacer contacto, que funciona como un sensor de proximidad de núcleo saturable, un sensor de proximidad de reluctancia variable y un sensor de proximidad de corrientes de Foucault.US 2001/00119262 A1 and US 6,424,145 B1 describe a proximity sensor, without contact, which functions as a saturable core proximity sensor, a variable reluctance proximity sensor and a sensor proximity of eddy currents.
Los sistemas de detección conocidos pueden ser divididos en dos categorías: los sistemas inductivos convencionales, tal como se describen en EP-A-0553425, y los sistemas de inducción combinada, como se describe en EP-A-328092 o en EP-A-1206164.Known detection systems can be divided into two categories: conventional inductive systems, as described in EP-A-0553425, and the systems of combined induction, as described in EP-A-328092 or in EP-A-1206164.
Los métodos inductivos convencionales se basan en una bobina sensora, situada dentro del calentador y conectada a un circuito oscilador electrónico de algún tipo, cuya frecuencia de oscilación o amplitud cambia cuando un utensilio de cocinar de metal es situado sobre el hornillo.Conventional inductive methods are based in a sensor coil, located inside the heater and connected to an electronic oscillator circuit of some kind, whose frequency of swing or amplitude changes when a cooking utensil of Metal is placed on the stove.
Se muestra en la Figura 1 el modelo eléctrico de dicho sistema conocido, en el que un circuito electrónico 8 está conectado a una bobina captadora 9 situada justo debajo de la placa de cocinar (no mostrada), sobre el calentador. Dicho circuito electrónico detecta variaciones de la impedancia de la bobina captadora. La presencia de un utensilio de cocinar 10 (mostrado en la Figura 1 en forma de un circuito de bucle eléctrico equivalente, que tiene una impedancia Lp y una resistencia Rp) modifica los coeficientes de acoplamiento Kp del transformador equivalente, haciendo que la señal de salida varíe cuando el utensilio de cocinar es situado sobre la placa de cocinar.The electric model of said known system, in which an electronic circuit 8 is connected to a pickup coil 9 located just below the plate cooking (not shown), on the heater. Said circuit electronic detects coil impedance variations collector The presence of a cooking utensil 10 (shown in Figure 1 in the form of an equivalent electrical loop circuit, which has an impedance Lp and a resistance Rp) modifies the coupling coefficients Kp of the equivalent transformer, causing the output signal to vary when the cooking utensil It is placed on the cooking plate.
Los métodos de inducción combinada se basan en la idea de inyectar una señal de radiofrecuencia a una primera bobina y detectar la señal inducida en una segunda bobina (bobina receptora) situada cerca de la superficie de cocinar. Las variaciones de voltaje detectadas dependen de la variación de la intensidad del acoplamiento causada por la presencia o ausencia del utensilio de cocinar. La EP-A-328092 anteriormente mencionada describe una técnica para un hornillo único en el que tanto la bobina emisora como la bobina receptora son distintas de la bobina calentadora. La EP-A-1206164 describe un método para usar también la misma bobina calentadora como emisora de campo electromagnético y, por esta razón, es particularmente apropiada para detectar utensilios de cocinar sobre un hornillo de cocinar con elementos calentadores distribuidos discretamente, como se describe en la EP-A-1303168.Combined induction methods are based on the idea of injecting a radio frequency signal to a first coil and detect the induced signal in a second coil (coil receiver) located near the cooking surface. The voltage variations detected depend on the variation of the coupling intensity caused by the presence or absence of cooking utensil EP-A-328092 Above mentioned describes a technique for a stove unique in which both the emitting coil and the receiving coil are other than the heating coil. The EP-A-1206164 describes a method for also use the same heating coil as a field transmitter electromagnetic and, for this reason, is particularly appropriate to detect cooking utensils on a cooking stove with heating elements distributed discreetly, as described in EP-A-1303168.
Ambos dichos métodos conocidos producen una señal de salida que sufre una fuerte variación inducida por la variación de las características magnéticas del elemento calentador que es causada por variaciones de la temperatura. Dicha variación de las características magnéticas puede ser en algunos casos del mismo orden de magnitud que la variación inducida por la presencia o ausencia del utensilio de cocinar, haciendo por tanto que la detección de una sartén sea muy poco fiable.Both such known methods produce a output signal that undergoes a strong variation induced by the variation of the magnetic characteristics of the heating element which is caused by temperature variations. Such variation of the magnetic characteristics can be in some cases of same order of magnitude as presence-induced variation or absence of the cooking utensil, thus making the Frying pan detection is very unreliable.
Es bien conocido que el fenómeno físico principal que causa dicha variación es la temperatura de Curie a lo largo de la aleación del calentador (la temperatura de Curie es la temperatura por encima de la cual la permeabilidad magnética (\mu_{r}) del material disminuye bruscamente desde un valor típico de unas décimas hasta la unidad, como se muestra en la Figura 2 adjunta).It is well known that the physical phenomenon The main cause of this variation is the Curie temperature at Long alloy heater (Curie's temperature is the temperature above which magnetic permeability (\ mu_ {r}) of the material decreases sharply from a value typical of a few tenths to unity, as shown in the Figure 2 attached).
Todos los sistemas anteriores son similares en el sentido de que se basan en el tratamiento de la cantidad de salida "tal como es", sufriendo por tanto variaciones térmicas, mientras que no toman precauciones para mejorar las condiciones de trabajo del sistema.All the previous systems are similar in the sense that they are based on the treatment of the amount of output "as is", therefore suffering thermal variations, while not taking precautions to improve the conditions of system work.
El documento US-A-5900174 describe un método para evitar la influencia de la variación inducida por la temperatura en la señal de salida conociendo los tiempos de conmutación del control de alimentación de energía. Dicho método tiene la desventaja de ser aplicable únicamente con métodos de control de alimentación ON/OFF, conexión/no conexión (no aplicables por tanto a controles de alimentación continuos o casi continuos). Además, dicho método conocido puede compensar solamente la variación brusca causada por el cambio de temperatura de Curie y no por las variaciones suaves o "derivas" experimentadas a temperaturas por debajo de esa temperatura.The document US-A-5900174 describes a method for avoid the influence of temperature-induced variation in the output signal knowing the control switching times Power supply This method has the disadvantage of being applicable only with ON / OFF power control methods, connection / no connection (therefore not applicable to controls continuous or almost continuous feeding). In addition, said method known can only compensate for the abrupt variation caused by Curie's temperature change and not because of the mild variations or "drifts" experienced at temperatures below that temperature.
Es un objetivo de este invento superar o minimizar el problema técnico descrito anteriormente.It is an objective of this invention to overcome or minimize the technical problem described above.
Este objetivo y otros adicionales que se harán más evidentes de la detallada descripción que se acompaña, son conseguidos por un sistema y un método de acuerdo con las reivindicaciones que se adjuntan. De acuerdo con el invento presente, se proporcionan circuitos especiales que minimizan la influencia de la temperatura en las señales de detección de una sartén.This objective and additional ones that will be made more evident from the detailed description that accompanies, are achieved by a system and a method according to the claims attached. According to the invention present, special circuits are provided that minimize the influence of temperature on the detection signals of a skillet.
De acuerdo con el invento, el sistema comprende un circuito electrónico adaptado a llevar dichos medios de detección a la saturación magnética. Si los medios de detección del sistema detectan la impedancia de una bobina de sondeo situada debajo de la superficie de cocción o del complejo de impedancia combinada entre una bobina emisora y una bobina captadora, se mide preferentemente la impedancia, o la impedancia combinada cuando la aleación del elemento calentador, o cualquier elemento ferromagnético que afecte tal medición, sea saturado magnéticamente por medio de una inyección de corriente lo suficientemente fuerte. De acuerdo con otra característica, el muestreo del voltaje/corriente inducido(a) en la bobina de sondeo se realiza preferentemente de manera sincronizada con la inyección de una corriente de saturación, que se obtiene preferentemente por aplicación directa del voltaje de la red al elemento calentador. De acuerdo con otra característica adicional, se realiza la detección de la sartén cuando la corriente que fluye por el elemento calentador es lo suficientemente elevada para que tenga una permeabilidad relativa inferior a la de la temperatura ambiente.According to the invention, the system comprises an electronic circuit adapted to carry said means of magnetic saturation detection. If the detection means of system detect the impedance of a probe coil located below the cooking surface or impedance complex combined between a emitting coil and a pickup coil, it is measured preferably the impedance, or the combined impedance when the alloy heating element, or any element ferromagnetic that affects such measurement, be magnetically saturated by means of a strong enough current injection. According to another feature, the sampling of the Induced voltage / current (a) in the probe coil is preferably performed synchronously with the injection of a saturation current, which is preferably obtained by direct application of the network voltage to the heating element. From according to another additional feature, detection is performed of the pan when the current flowing through the element heater is high enough to have a relative permeability lower than that of ambient temperature.
El invento se comprenderá más fácilmente mediante la descripción detallada de realizaciones preferidas del mismo, dadas a continuación a modo de ejemplos no limitadores y que se ilustran en los dibujos que se acompañan, en los que:The invention will be more easily understood. by the detailed description of preferred embodiments of the same, given below by way of non-limiting examples and that They are illustrated in the accompanying drawings, in which:
la Figura 1 es el esquema de un circuito de un modelo general conocido para sistemas inductivos de detección de sartenes mostrando un acoplamiento mutuo;Figure 1 is the schematic of a circuit of a General model known for inductive detection systems pans showing a mutual coupling;
la Figura 2 es un ejemplo típico de un esquema que muestra la permeabilidad relativa de la aleación en función de la temperatura;Figure 2 is a typical example of a scheme which shows the relative permeability of the alloy as a function of temperature;
la Figura 3 es un esquema que muestra la densidad de flujo B en función del campo aplicado H de una aleación de un elemento calentador típico;Figure 3 is a diagram showing the flow density B as a function of the applied field H of an alloy of a typical heating element;
la Figura 4 es un esquema que muestra un ejemplo de la permeabilidad relativa de la aleación en función del campo aplicado H;Figure 4 is a diagram showing an example of the relative permeability of the alloy depending on the field applied H;
la Figura 5 es un modelo de circuito simplificado de un método de inducción mutua de detección de una sartén, en el que la bobina de inyección es otra distinta de la del elemento calentador;Figure 5 is a circuit model simplified of a method of mutual induction of detection of a pan, in which the injection coil is another different from that of the heating element;
la Figura 6 es una vista simplificada de una cadena de medición de detección de una sartén por inducción mutua;Figure 6 is a simplified view of a Induction pan detection measuring chain mutual;
la Figura 7 es un modelo de circuito simplificado de un método de inducción mutua, en el que la bobina de inyección es también el elemento calentador;Figure 7 is a circuit model simplified of a method of mutual induction, in which the coil of Injection is also the heating element;
la Figura 8 es un ejemplo del circuito de acoplamiento usado en el modelo de circuito de la Figura 7;Figure 8 is an example of the circuit of coupling used in the circuit model of Figure 7;
la Figura 9 es un modelo de circuito simplificado de un método de inducción de detección de una sartén; yFigure 9 is a circuit model Simplified method of induction of pan detection; Y
la Figura 10 es un esquema que muestra un ejemplo de detección de una sartén en el que se compara la señal de un sistema conocido con la señal obtenida por medio del sistema de acuerdo con el invento.Figure 10 is a scheme showing a example of detecting a pan in which the signal of a known system with the signal obtained by means of the system of according to the invention.
Es bien conocido por el modelo físico básico de materiales ferromagnéticos, que induciendo en un material un campo magnético H lo suficientemente fuerte, la densidad de flujo B del material alcanza el estado de saturación, esto es, el flujo no aumenta cuando el campo sigue aumentando. En la Figura 3 se muestra este comportamiento general de la aleación de un elemento calentador típico (densidad de flujo B en función del campo aplicado H), en la que las curvas 1 y 2 están referidas al mismo material a dos temperaturas diferentes, 20ºC y 450ºC respectivamente.It is well known for the basic physical model of ferromagnetic materials, which inducing a field in a material magnetic H strong enough, the flux density B of the material reaches saturation state, that is, the flow does not increases when the field continues to increase. Figure 3 shows this general behavior of the alloy of an element typical heater (flow density B depending on the applied field H), in which curves 1 and 2 refer to the same material a two different temperatures, 20ºC and 450ºC respectively.
Una vez que el metal o la aleación está saturado(a), su permeabilidad incremental relativa, definida como \mu_{r} = \deltaB/\deltaH, se aproxima a la unidad, esto significa que el material pierde sus propiedades magnéticas, comportándose entonces como un material no magnético. Este comportamiento se muestra en la Figura 4.Once the metal or alloy is saturated, its relative incremental permeability, defined since \ mu_ {r} = \ deltaB / \ deltaH, it approaches the unit, This means that the material loses its magnetic properties, behaving then as a non-magnetic material. This behavior is shown in Figure 4.
Obviamente, también desaparece la variación de la permeabilidad relativa \mu_{r} en función de la temperatura, debido a que ya no existe un comportamiento magnético (\mu_{r} se aproxima a la unidad).Obviously, the variation of the relative permeability µm as a function of temperature, because there is no longer a magnetic behavior (\ mu_ {r} approaches unit).
El solicitante se ha basado en el comportamiento físico anteriormente mencionado, para minimizar o incluso suprimir las variaciones térmicas inducidas.The applicant has based on the behavior physical aforementioned, to minimize or even suppress the induced thermal variations.
El método de acuerdo con el invento consiste en inducir la saturación magnética en la aleación del calentador alimentándolo con una corriente de polarización fuerte. De acuerdo con otras características del invento, un circuito de acoplamiento adecuado desacopla la corriente saturadora de la señal inyectada con objeto de detectar una sartén. La saturación garantiza que tanto a temperaturas bajas como altas, las propiedades magnéticas de la aleación sean casi iguales y la variación inducida por la temperatura se limite a un valor despreciable.The method according to the invention consists in induce magnetic saturation in heater alloy feeding it with a strong polarization current. Agree with other features of the invention, a coupling circuit adequate decouple the saturation current of the injected signal with object of detecting a pan. Saturation guarantees that both low temperatures as high, the magnetic properties of the alloy are almost equal and the variation induced by the Temperature is limited to a negligible value.
El fenómeno anterior podrá comprenderse mejor considerando las Figuras 2, 3 y 4, en las que se muestra un ejemplo de las características del material. Como se entenderá fácilmente observando la Figura 4, cuando el campo de inyección aplicado no está polarizado, la permeabilidad magnética, y por tanto el voltaje registrado, sufre una gran variación con la temperatura. Cuando se aplica una polarización lo suficientemente fuerte al material, las diferencias se reducen a un nivel despreciable, consiguiendo de esta manera que el voltaje registrado no sea afectado por los efectos térmicos.The above phenomenon may be better understood. considering Figures 2, 3 and 4, in which an example is shown of the characteristics of the material. How it will be easily understood observing Figure 4, when the injection field applied does not It is polarized, the magnetic permeability, and therefore the voltage registered, undergoes a great variation with the temperature. When apply a polarization strong enough to the material, the differences are reduced to a negligible level, getting from this so that the recorded voltage is not affected by the effects thermal.
Puede obtenerse un sistema magnético de detección de sartenes de acuerdo con el invento con tres realizaciones al menos.A magnetic system of frying pan detection according to the invention with three at least realizations.
Con referencia a la Figura 5, que representa un modelo simplificado del método de inducción mutua, en el que la bobina de inyección es otra distinta del elemento calentador, la corriente de RF de referencia 8 alimenta a la bobina de inyección 9, que está separada físicamente tanto del elemento calentador 17 como de la bobina receptora 10. El bucle 10 formado de material conductivo está situado por encima de la bobina de inyección 9 para recoger parte del campo magnético generado. El voltaje inducido 11 alimenta a la unidad de acondicionamiento mostrada en la Figura 6. Dicho voltaje inducido es típicamente inferior en presencia de cualquier objeto metálico 15 sobre la superficie de cocción.With reference to Figure 5, which represents a simplified model of the method of mutual induction, in which the Injection coil is another distinct from the heating element, the reference RF current 8 feeds the injection coil 9, which is physically separated from both the heating element 17 as of the receiving coil 10. The loop 10 formed of material conductive is located above the injection coil 9 to collect part of the generated magnetic field. Induced voltage 11 feed the conditioning unit shown in Figure 6. Said induced voltage is typically lower in the presence of any metallic object 15 on the cooking surface.
Con referencia a la Figura 7, que representa un modelo simplificado de un método de inducción mutua, en el que la bobina de inyección es también el elemento calentador, la corriente de CA de referencia 8 alimenta al elemento calentador 17 a través de un filtro de acoplamiento 18. Tanto en la Figura 7, como en la Figura 9, se indican los componentes idénticos o similares con los mismos números de referencia que en la Figura 5. Dicho elemento calentador 17 es usado también como bobina de inyección 9, teniendo su estructura una geometría adecuada que permite la generación de un campo magnético dirigido hacia la superficie de cocción. El filtro de acoplamiento mencionado anteriormente (véase la Figura 8) proporciona el aislamiento necesario entre la señal de referencia de frecuencia alta y la corriente de polarización. Un bucle 10, similar al bucle de la Figura 5, hecho de material conductivo, está situado encima de la bobina de inyección 9 para recoger parte del campo magnético generado. El voltaje inducido 11 es alimentado a la unidad de acondicionamiento de señal (Figura 6). Dicho voltaje inducido es menor en presencia de cualquier objeto metálico 15 situado sobre la superficie de cocción.With reference to Figure 7, which represents a simplified model of a method of mutual induction, in which the Injection coil is also the heating element, the current Reference AC 8 feeds heating element 17 through of a coupling filter 18. Both in Figure 7 and in the Figure 9, identical or similar components are indicated with the same reference numbers as in Figure 5. Said element heater 17 is also used as an injection coil 9, having its structure a suitable geometry that allows the generation of a magnetic field directed towards the cooking surface. He coupling filter mentioned above (see Figure 8) provides the necessary isolation between the reference signal High frequency and polarization current. A loop 10, similar to the loop of Figure 5, made of conductive material, is located above the injection coil 9 to collect part of the generated magnetic field. The induced voltage 11 is fed to the signal conditioning unit (Figure 6). Said voltage induced is less in the presence of any metallic object 15 located on the cooking surface.
Con referencia ahora a la Figura 9, que representa un modelo simplificado de un método de inducción, la corriente de RF de referencia 8 es alimentada a un bucle 10 hecho de material conductivo que está situado encima del elemento calentador 17.With reference now to Figure 9, which represents a simplified model of an induction method, the reference RF current 8 is fed to a loop 10 made of conductive material that is located above the element heater 17.
Cuando se necesita una medición de detección de sartén, se alimenta una corriente al elemento calentador 17 para saturar su aleación. Dicha acción es bastante sencilla cuando el elemento calentador 17 está conectado, ya que la corriente calentadora fluye a través del elemento calentador 17, saturando su aleación. Cuando el calentador está desconectado, la corriente de saturación debe suministrarse al elemento calentador justo el tiempo necesario para la medición, no siendo dicha energía empleada para cocinar, sino solamente para conseguir la saturación. En ambos casos, la señal de detección de la sartén debe de ser muestreada cuando la aleación del calentador esté suficientemente saturada.When a detection measurement of pan, a current is fed to the heating element 17 to saturate its alloy. This action is quite simple when the heater element 17 is connected, since the current heater flows through heater element 17, saturating its alloy. When the heater is disconnected, the current of saturation must be supplied to the heating element just the time required for measurement, said energy not being used to cook, but only to achieve saturation. In both cases, the pan detection signal must be sampled when the heater alloy is sufficiently saturated
Las realizaciones anteriores pueden ser aplicadas a un solo hornillo, así como a una placa de cocinar compuesta por una matriz de múltiples elementos calentadores.The above embodiments may be applied to a single stove, as well as a cooking plate composed of a matrix of multiple heating elements.
En la Figura 10 se muestran los resultados experimentales de un sistema de detección de sartén de acuerdo con el invento comparados con los de un sistema tradicional. La referencia 26 indica cómo cambia la señal de detección de sartén de un sistema conocido al cambiar la energía de un elemento calentador, esto es, cuando cambia su temperatura, sin no hay ningún utensilio de cocinar sobre el hornillo de cocción. La referencia 25 muestra la variación de la señal de detección de sartén del sistema de acuerdo con el invento. Resultará evidente cómo esta última señal es sorprendentemente más estable que la señal del sistema conocido.The results are shown in Figure 10 Experiments of a pan detection system according to the invention compared to those of a traditional system. The reference 26 indicates how the pan detection signal changes in a system known to change the energy of a heating element, that is, when its temperature changes, without there is no utensil of cooking on the cooking stove. Reference 25 shows the variation of the pan detection signal of the system according to the invention. It will be evident how this last signal It is surprisingly more stable than the system signal known.
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