ES2336822T3 - Dispositivo para regular el nivel de un liquido en una caldera de una maquina de cafe. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo para regular el nivel de un líquido dentro de una caldera (40) de una máquina de café (10) que comprende - una sonda de nivel (20, 24) conectada a la caldera (40) y capaz de reajustar el nivel del líquido dentro de la caldera; - un sensor capacitivo (30) que puede estar colocado externamente a la sonda de nivel (20, 24) en determinadas posiciones para generar señales eléctricas que representan la presencia o la ausencia de un líquido en correspondencia con dichas determinadas posiciones; comprendiendo dicho sensor capacitivo (30) - primeros elementos de medición de tipo capacitivo (30a); - segundos elementos de medición de tipo capacitivo (30b) colocados a una distancia predeterminada de dichos primeros elementos de medición (30a); comprendiendo además el dispositivo - medios de medición (38, 70) diseñados para medir la impedancia entre dichos primeros y segundos elementos de medición (30a, 30b) y para generar dichas señales eléctricas caracterizado porque - dicha sonda de nivel (20) comprende un elemento tubular (24) hecho con un material dieléctrico y porque dichos primeros y segundos elementos de medición (30a, 30b) comprenden placas conductoras eléctricamente pequeñas que rodean, al menos parcialmente, dicho elemento tubular (24).
Description
Dispositivo para regular el nivel de un líquido
en una caldera de una máquina de café.
Esta invención se refiere, en general, a un
dispositivo que regula el nivel de un líquido, por ejemplo, agua,
dentro de una caldera de una máquina de café. En particular, la
presente invención se refiere a un sensor capacitivo para detectar
y regular el nivel del agua dentro de una caldera de una máquina de
café exprés, comprendiendo dicho dispositivo un sensor capacitivo y
medios para regular la cantidad de agua dentro de la caldera para
mantener constante el nivel de agua deseado.
Como se sabe, las máquinas de café exprés
comprenden una caldera para contener y calentar el agua, un
dispositivo para la presurización del agua, uno o más dispositivos
para suministrar el café y otros componentes internos y externos.
Todos estos componentes están contenidos, preferentemente, dentro de
una carcasa externa.
La caldera está conectada habitualmente a una
tubería de entrada de agua fría, utilizada para reajustar,
preferentemente de una manera automática, el nivel óptimo de agua
durante el funcionamiento. En la entrada de agua hay una válvula
activada eléctricamente controlada por medio de un dispositivo de
supervisión dedicado que provee la supervisión del nivel del agua
dentro de la caldera y la activación de la válvula activada
eléctricamente cuando detecta el nivel mínimo hasta que se
restablece el nivel deseado.
La publicación del solicitante número WO1600221,
muestra un dispositivo capacitivo para regular el nivel de un
líquido dentro de una caldera de una máquina de café exprés.
El dispositivo conocido comprende en particular
un sensor capacitivo en el que un muelle de metal pequeño actúa
como la primera placa de un condensador, un tubo que conecta la
caldera actúa como el dieléctrico del condensador y el agua (al ser
eléctricamente conductora) actúa como la segunda placa del
condensador.
Según la técnica conocida, la segunda placa se
conecta a tierra a través del metal de la caldera. Un circuito de
control está conectado a la primera placa y a la masa de la caldera
y tiene la función de medir las variaciones capacitivas entre el
muelle pequeño, que puede estar colocado en posiciones
preestablecidas a lo largo del tubo transparente, y la masa de la
caldera, cuando varía el nivel del agua dentro del tubo
transparente. Como se sabe, la presencia de aire en correspondencia
con el muelle pequeño se detecta como una capacitancia más baja con
respecto a la situación en la que el agua está presente en
correspondencia con el muelle pequeño.
Un problema de la técnica conocida consiste en
que el circuito equivalente, constituido por el muelle pequeño
(sensor capacitivo), el tubo transparente, el aire y/o el agua, la
estructura y la masa de la caldera, presenta una impedancia total,
cuyas variaciones provocadas por la presencia de aire o agua en
correspondencia con el muelle pequeño pueden ser irrelevantes en
comparación con la impedancia causada por la columna de agua dentro
del tubo transparente, con la posición del muelle pequeño a lo largo
del tubo transparente y con la estructura de la caldera.
De hecho, las variaciones de impedancia del
agua, en relación con sus características, como la temperatura, el
contenido de sales minerales, etc, y las características de la
caldera, tras la oxidación, etc., son tales como para hacerse
relevantes con respecto a las variaciones capacitivas cuyos valores
necesitan medirse para determinar de manera precisa el nivel del
agua dentro de la tubería transparente.
Además, el solicitante ha observado que el
rendimiento del dispositivo conocido se ve enormemente afectado por
la incertidumbre de la impedancia capacitiva causada por las
características del agua, la caldera y la posición del sensor
capacitivo. En particular, el solicitante observó que, sobre todo,
las variaciones de la impedancia capacitiva del agua y, de manera
secundaria, las de la caldera, se pueden comparar con las
variaciones de impedancia que hay que medir para determinar el
nivel del agua en la tubería transparente y, por consiguiente,
dentro de la caldera.
El objeto de la presente invención consiste en
una solución de los problemas de la técnica anterior mencionados
anteriormente.
Este objeto se logra por medio de un dispositivo
para detectar el nivel de un líquido en una caldera de una máquina
de café, tal y como se reivindica, y la máquina que contiene el
dispositivo.
Las reivindicaciones son una parte integrada de
la enseñanza técnica aquí descrita según la invención.
Según uno de los modos de realización de la
presente invención, el dispositivo comprende una sensor capacitivo
que puede estar colocado a lo largo de la sonda en posiciones
predeterminadas y tiene el primer y segundo elemento de medición
colocados a una distancia predeterminada y tienen un circuito
electrónico configurado para medir la impedancia capacitiva entre
el primer y segundo elemento de medición cuando varía el nivel de
líquido en correspondencia con la posición del sensor.
Según otro modo de realización de la presente
invención, el dispositivo comprende un elemento de regulación
conectado al circuito electrónico de medición y está configurado
para regular el flujo de líquido en la caldera.
Según otro modo de realización de la presente
invención, el dispositivo comprende un elemento de visualización
conectado al circuito electrónico de medición y está configurado
para detectar la presencia o ausencia de líquidos en
correspondencia con la posición del sensor.
Este y otros aspectos de la presente invención
se aclararán gracias a la siguiente descripción del modo de
realización preferido, solo a modo de ejemplo y no como una
limitación, hecha utilizando los dibujos anejos en los que los
componentes etiquetados con la misma referencia numérica o similar
indican componentes con la misma funcionalidad y construcción o
similar, en los que:
la fig. 1 representa una vista esquemática de
una máquina de café exprés que comprende el dispositivo según la
presente invención;
la fig. 2 representa una vista esquemática de
una caldera de una máquina de café exprés que comprende el
dispositivo según la presente invención;
la fig. 3 representa el dispositivo de medición
según la presente invención; y
la fig. 4 representa un diagrama de bloque
eléctrico del circuito de control para el dispositivo de la fig.
2.
En referencia a la fig. 1, una máquina de café
exprés 10 comprende una estructura de recubrimiento 2 que contiene
todos los componentes funcionales de la máquina. En particular,
algunos de estos componentes funcionales son parcialmente visibles
en la figura, por ejemplo, una caldera 40 que incluye dos conductos
de salida 4, 6 conectados a dos grupos de reparto de café 7, 8.
La máquina 10, según el modo de realización
preferido, comprende un dispositivo 12 (fig. 1, fig. 2) para
regular el nivel de un líquido dentro de la caldera. De este
dispositivo es visible, a través de una ventanilla en el panel
frontal, por ejemplo en el lado izquierdo de la caldera 40, una
sonda de nivel 20 conectada a la caldera 40, como se describirá
detalladamente a continuación.
Tal y como se ilustra en la fig. 2 y en la fig.
3, el dispositivo 12, que regula el nivel de un líquido dentro de
la caldera 40 de una máquina de café exprés, comprende, en el modo
de realización preferido, la sonda de nivel 20, un circuito de
control electrónico 32 y una válvula activada eléctricamente 44,
diseñada para regular el flujo del líquido (por ejemplo agua)
dentro de la caldera 40.
La sonda de nivel 20 comprende, preferentemente,
un conducto pequeño 24 hecho de material dieléctrico como un vidrio
o material plástico, como Teflon®. Al utilizar un material
transparente y colocar la sonda de nivel en una localización de la
máquina 10 visible desde el exterior, es posible detectar
visualmente el nivel actual del líquido, incluso cuando la máquina
está apagada o el sistema de regulación automático no está en
funcionamiento. La sonda de nivel, en otros modos de realización,
puede detectar el nivel de líquido dentro de la caldera incluso de
una manera no visual.
En el exterior del conducto pequeño 24 está
unido un sensor capacitivo 30, que comprende una primera y segunda
placa metálica delgada, 30a y 30b respectivamente, dobladas en forma
de "U" y enrollándose parcialmente alrededor del conducto
pequeño 24 y moviéndose despacio con desgaste a lo largo del
conducto pequeño 24.
Las placas metálicas pequeñas 30a y 30b están
soldadas directamente a una placa pequeña 38 a una distancia
predeterminada una de la otra, por ejemplo, en un panel de circuito
impreso que tiene componentes montados del circuito de control 32,
como se describirá detalladamente a continuación en referencia a la
fig. 4.
En el panel de circuito impreso 38,
preferentemente detrás del conducto pequeño 24, para ser visible
desde el exterior de la máquina, hay un dispositivo de visualización
luminoso 36, por ejemplo un diodo emisor de luz (LED por sus siglas
en inglés), preferentemente bicolor. Este dispositivo de
visualización luminoso (LED) 36 está diseñado para señalar o bien
la presencia de agua dentro de la caldera y el correcto suministro
de energía al panel de circuito impreso 38, mostrando un color
verde, o bien la falta de agua dentro de la caldera y la activación
de la válvula activada eléctricamente, mostrando un color rojo.
El conector eléctrico 34 suministra la energía
eléctrica al circuito de control 32 y controla la válvula activada
eléctricamente 44, directamente o por medio de una interfaz de
energía eléctrica/electrónica, por ejemplo un relé.
La caldera 40 comprende un conducto de flujo de
entrada 42 que lleva agua fría, interrumpido por la válvula
activada eléctricamente 44 y un conducto de flujo de salida 46 que
lleva el agua caliente y una toma de tierra 40a.
La sonda de nivel 20 está conectada a la caldera
40 por medio de dos conductos 48 y 50, en particular, la parte
inferior 26 de la sonda de nivel 20 está conectada a la parte
inferior de la caldera 40, mientras que su parte superior 28 está
conectada a la parte superior del calentador 40. Esto permite que el
nivel del líquido (agua) dentro del conducto pequeño 24 de la sonda
de nivel 20 esté al mismo nivel que el líquido dentro de la caldera
40.
Obviamente, para funcionar correctamente, es
necesario colocar el sensor 30 a una altura correspondiente al
nivel deseado de agua dentro de la caldera.
Según el modo de realización preferido, el
circuito de control 32 está colocado en las inmediaciones de la
sonda 20 y activa, directamente o por medio de un relé, la válvula
activada eléctricamente 44 que regula el flujo de agua en la
caldera.
El circuito de control 32, como se describirá
detalladamente a continuación, está diseñado para medir los valores
o la capacidad de impedancia capacitiva entre la primera placa
metálica delgada 30a (a la que también se hace referencia como
primer elemento de medición) y la segunda placa metálica delgada 30b
(a la que también se hace referencia como segundo elemento de
medición). Estos valores capacitivos medidos se corresponden con la
variación del nivel del agua dentro del conducto pequeño 24 en el
área en la que está unida, por ejemplo, la primera placa metálica
delgada 30a. El circuito de control 32 compara cada valor de
capacitancia medido con uno o más valores de calibrado tal y como
se determinaron durante el calibrado de la sonda 20 y genera, por
consiguiente, una señal que controla la visualización del LED 36 y
la activación de la válvula activada eléctricamente 44.
La figura 4 ilustra un diagrama de bloque
electrónico simplificado del panel de circuito de control 32 que,
en el modo de realización preferido, comprende un primer y segundo
elemento de medición, respectivamente 30a y 30b, el LED 36, un
circuito lógico de medición 70 y un elemento estabilizador 72,
conectado al circuito lógico de medición 70 para controlar y
estabilizar el suministro de energía eléctrica.
El circuito lógico de medición 70 comprende,
preferentemente, un microcontrolador con una memoria interna, por
ejemplo, el microcontrolador modelo PIC12F629P del proveedor
MICROCHIP y está conectado por medio de una primera conexión 70a al
primer elemento de medición 30a y, por medio de una resistencia de
protección 73 y por medio de una segunda conexión 70b, al segundo
elemento de medición 30b para formar un circuito que mida la
impedancia capacitiva entre el primer elemento de medición 30a y el
segundo elemento de medición 30b. El circuito lógico también está
conectado al LED 36 y, directa o indirectamente, por ejemplo, a
través de un dispositivo de control, a la válvula activada
eléctricamente 44.
Según el modo de realización preferido, el
circuito lógico 70 está diseñado para controlar la iluminación del
LED 36 y la activación de la válvula activada eléctricamente 44 en
función de los valores de impedancia capacitiva medidos entre el
primer y el segundo elemento de medición 30a y 30b. En particular,
según el modo de realización preferido, el circuito lógico 70 está
configurado para generar una señal a una frecuencia predeterminada
que, mientras pasa a través del circuito RC (a saber, elementos de
medición 30a y 30b, el conducto pequeño 24, el líquido, las
conexiones 70a y 70b y la resistencia de protección 73) modifica su
propia frecuencia a una frecuencia mayor o menor dependiendo de la
capacitancia del circuito RC. La señal modificada se mide en
intervalos de tiempo predeterminados, por ejemplo utilizando un
contador interno en el circuito lógico 70, para detectar la
frecuencia que se
modifica.
modifica.
Como se sabe, en caso de una capacitancia
elevada (debido a la presencia de agua entre los primeros elementos
de medición 30a) del circuito RC, el valor de la frecuencia será más
bajo que el valor obtenido en caso de una baja capacitancia del
circuito RC (debido a la ausencia de agua entre los primeros
elementos de medición 30a), por lo tanto:
- -
- En caso de que la frecuencia medida sea mayor que el umbral predeterminado, por ejemplo, un valor umbral almacenado en la memoria interna del circuito lógico 70, el circuito lógico 70 ordenará la iluminación del LED 36 en rojo y la activación de la válvula activada eléctricamente 44 para suministrar el líquido a la caldera 40;
- -
- En caso de que la frecuencia medida sea menor que el umbral preestablecido, el circuito lógico 70 ordenará la iluminación del LED en verde para señalar el suministro de energía correcto al circuito de control 32 y la desactivación de la válvula activada eléctricamente 44.
Obviamente, según otros modos de realización de
la invención, la medición de la impedancia capacitiva en la
presencia o la ausencia de agua en el conducto pequeño 24 puede
llevarse a cabo por otros procedimientos de medición sin desviarse
de lo que se ha descrito y reivindicado.
A continuación se describe el funcionamiento del
dispositivo. Durante una primera fase, se lleva a cabo una
calibración del dispositivo, por ejemplo en la fábrica, utilizando
un circuito hidráulico equivalente al tipo de circuito presente en
la máquina que hay que fabricar.
La calibración proporciona, en particular, que
en presencia de las señales de frecuencia predeterminadas generadas
por el circuito lógico 70, la frecuencia generada en el circuito de
medición se medirá, de manera alternativa, en presencia de agua y
en ausencia de agua. Esta medición se memorizará en la memoria
interna del circuito lógico 70 como un valor, por ejemplo un valor
intermedio, indicativo de un valor umbral o de un valor relativo a
la detección de agua.
Según un segundo modo de realización de la
invención, la primera fase puede proporcionar la primera medición
en el circuito hidráulico equivalente de un número de valores de
frecuencia correspondientes a sus respectivos niveles de agua en la
caldera 40 y que estos diferentes valores se memoricen en la memoria
interna del circuito lógico 70, indicativos, en este caso, de una
escala de niveles de carga de la caldera alrededor de la posición
del sensor.
En una segunda fase, el dispositivo funciona
gracias al suministro de energía eléctrica al circuito de control
32 y coloca el sensor capacitivo en un nivel preestablecido a lo
largo del conducto pequeño 24.
Por ejemplo, durante el funcionamiento, el
circuito lógico 70, en intervalos de tiempo predeterminados:
- -
- transmitirá señales a una frecuencia predeterminada a la sonda 30;
- -
- detectará la frecuencia en el circuito de medición;
- -
- comparará la frecuencia detectada con la frecuencia memorizada en la memoria interna del circuito lógico 70, dependiendo de que la frecuencia detectada sea mayor o igual que la memorizada:
- -
- iluminará el LED 36, respectivamente en color rojo o verde;
- -
- activará la válvula activada eléctricamente 44 o la desactivará (manteniéndola inactiva).
Según el segundo modo de realización, la segunda
fase proporciona, por ejemplo, que el circuito lógico 70 esté
configurado para comparar la frecuencia detectada con la memorizada
en la memoria interna del circuito lógico 70 y, dependiendo de si
la frecuencia detectada se corresponde o está muy cerca de una de
las frecuencias memorizadas, el circuito lógico 70 determinará el
nivel del líquido dentro de la caldera dentro de un conjunto de
niveles de carga y activará la iluminación del LED 36,
respectivamente en rojo o en verde y activará o desactivará la
válvula activada eléctricamente 44 dependiendo del conjunto de
niveles memorizados.
Tal y como se ha descrito, el dispositivo 12
permite regular el nivel del líquido dentro de la caldera de la
máquina de café de una manera sencilla y eficaz.
Como una gran ventaja, el dispositivo mide la
impedancia capacitiva de un circuito RC equivalente en el que las
únicas variables son las cantidades de agua presentes entre la
primera placa de metal pequeña 30a y la segunda placa de metal
pequeña 30b.
Este modo de realización preferido evita el
riesgo de errores de medición significativos relacionado con las
incrustaciones minerales dentro de la caldera, con las diferentes
características de conductividad eléctrica del líquido (agua), con
la posición del sensor capacitivo a lo largo de la sonda, etc.
Como una ventaja significativa, la resistencia
de protección 73, añadida para proteger el circuito lógico 70 de
averías debidas a posibles excesos de corriente, se dimensiona, en
el modo de realización preferido, utilizando valores de resistencia
de al menos un orden de magnitud inferior a los de entre la segunda
placa metálica pequeña 30b, el agua, la caldera 40 y la toma a
tierra de la caldera 40a (circuito de puesta a tierra de la
caldera), con el fin de asegurar que el circuito de medición no se
verá afectado por las características eléctricas del circuito de
puesta a tierra de la caldera y, en particular, por las
conductividad eléctrica del agua.
Modificaciones o variaciones obvias de la
descripción anterior son posibles en lo que se refiere a
dimensiones, formas, materiales, componentes, elementos de circuito,
conexiones y contactos, así como el sistema de circuitos y los
detalles de construcción tal y como se ilustran y en lo que se
refiere al procedimiento de funcionamiento. La protección de la
patente se presenta en las siguientes reivindicaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es sólo para la comodidad del lector. No forma parte
del documento de patente europea. Aunque se ha tomado especial
cuidado en la compilación de las referencias, no se pueden excluir
errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este
respecto.
\bullet WO 0160221 A1 [0004]
Claims (7)
1. Un dispositivo para regular el nivel de un
líquido dentro de una caldera (40) de una máquina de café (10) que
comprende
- -
- una sonda de nivel (20, 24) conectada a la caldera (40) y capaz de reajustar el nivel del líquido dentro de la caldera;
- -
- un sensor capacitivo (30) que puede estar colocado externamente a la sonda de nivel (20, 24) en determinadas posiciones para generar señales eléctricas que representan la presencia o la ausencia de un líquido en correspondencia con dichas determinadas posiciones;
comprendiendo dicho sensor capacitivo (30)
- -
- primeros elementos de medición de tipo capacitivo (30a);
- -
- segundos elementos de medición de tipo capacitivo (30b) colocados a una distancia predeterminada de dichos primeros elementos de medición (30a);
comprendiendo además el dispositivo
- -
- medios de medición (38, 70) diseñados para medir la impedancia entre dichos primeros y segundos elementos de medición (30a, 30b) y para generar dichas señales eléctricas
caracterizado porque
- -
- dicha sonda de nivel (20) comprende un elemento tubular (24) hecho con un material dieléctrico y porque dichos primeros y segundos elementos de medición (30a, 30b) comprenden placas conductoras eléctricamente pequeñas que rodean, al menos parcialmente, dicho elemento tubular (24).
2. Un dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por medios de regulación (44) conectados a
dichos elementos de medición y configurados para regular el flujo
del líquido hacia la caldera (40) dependiendo de dichas señales
eléctricas.
3. Un dispositivo según una u otra de las
reivindicaciones 1 ó 2, comprendiendo medios de señalización (36)
conectados a dichos medios de medición y configurados para señalar
al menos la presencia o la ausencia de líquido en correspondencia
con dicha posición determinada.
4. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3 caracterizado porque
dichos medios de medición (70) comprenden un circuito lógico
programable que tiene medios de memoria y porque dichos medios de
memoria están configurados para almacenar al menos un valor de
referencia que representa un valor umbral que hay que comparar con
los valores de impedancia medidos.
5. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3 caracterizado porque
dichos medios de medición (70) comprenden un circuito lógico
programable que tiene medios de memoria y porque dichos medios de
memoria están configurados para almacenar un conjunto de valores de
referencia que representa un conjunto de valores en relación a
diferentes niveles de líquido, debiéndose comparar dichos valores
con los valores de impedancia medidos.
6. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1-5 que comprende al menos una
resistencia de protección (73) conectada entre dicho segundo
elemento de medición (30b) y dichos medios de medición (70),
teniendo dicha resistencia de protección una resistencia de al
menos un grado de medición inferior que el valor de la resistencia
determinado entre el líquido y la tierra (40a).
7. Una máquina de café que comprende un
dispositivo tal y como se reivindica en cualquiera de las
reivindicaciones 1-6.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP06425726A EP1914527B1 (en) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | Device for regulating the level of a liquid in a boiler of a coffee machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2336822T3 true ES2336822T3 (es) | 2010-04-16 |
Family
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