ES2378938B1 - Campo de cocción con al menos un sensor de temperatura. - Google Patents

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Abstract

Campo de cocción con al menos un sensor de temperatura.#La invención parte de un campo de cocción con una placa de cubierta (14), al menos un sensor de temperatura (12) para medir una temperatura de la base de un elemento de batería de cocción (20) junto a la placa de cubierta (14), y con una unidad de mando (18) para determinar la temperatura del elemento de batería de cocción (20).#Para proveer un campo de cocción de una disposición de sensor que permita una regulación de la temperatura de la batería de cocción con poco retardo, se propone prever al menos otro sensor (10, 22) para medir al menos un parámetro, dependiente de la temperatura, (28) del elemento de batería de cocción (20).

Description

Campo de cocción con al menos un sensor de temperatura
La invención se refiere a un campo de cocción con al menos un sensor de temperatura según el preámbulo de la reivindicación 1.
A partir de la EP 1 378 807 81, es conocido captar la temperatura de un recipiente metálico de cocción con un sensor de temperatura. El campo de cocción es un campo de cocción por inducción, y el sensor de temperatura mide parámetros del circuito oscilante dependientes de la temperatura, como, por ejemplo, la frecuencia, el ángulo de fase, la atenuación o una conductancia de un circuito oscilante que comprenda un inductor de calentamiento del campo de cocción. Los parámetros del circuito oscilante son influenciados a través de la inducción mutua generada por el elemento de batería de cocción. La dependencia de la temperatura de las propiedades del material del elemento de batería de cocción se transmite a una dependencia de la temperatura de los parámetros del circuito oscilante. Una unidad de mando averigua a partir de estos parámetros del circuito oscilante la temperatura del elemento de batería de cocción.
La calibración de tal medición de la temperatura, que depende en gran medida de las propiedades magnéticas del elemento de batería de cocción, plantea dificultades. En el documento EP 1 378 807 81, se propone utilizar secciones características de la evolución de la temperatura, como, a modo de ejemplo, el alcance de un punto de ebullición, para calibrar la medición de la temperatura.
Asimismo, es conocido utilizar para la determinación de la temperatura de la batería de cocción sensores de infrarrojos. La intensidad de la radiación térmica absorbida por un sensor de infrarrojos, e irradiada por una olla de cocción, crece con la temperatura de la olla de cocción. Tales sensores de infrarrojos suministran por tanto una señal dependiente de la temperatura del elemento de batería de cocción. El valor absoluto de la señal depende, no obstante, de manera determinante de la emisividad de la superficie de la batería de cocción. Como es sabido, los cuerpos negros irradian calor más intensamente que, por ejemplo, los cuerpos de brillo metálico. Por tanto, para determinar el valor absoluto de la temperatura, es necesaria una superficie estandarizada de los elementos de batería de cocción, o un costoso proceso de calibración para cada elemento de batería de cocción.
A partir de la EP 658 067 A1, es conocido un campo de cocción con sondas de temperatura o sensores de temperatura. Una medición indirecta de la temperatura tiene lugar a través de una pista conductora aplicada sobre la superficie de cocción de vitrocerámica, la cual puede medir la resistencia específica de la vitrocerámica, y puede utilizar la dependencia de la temperatura de la resistencia específica.
A través de la medición de la temperatura de la vitrocerámica, se mide indirectamente la temperatura del elemento de batería de cocción.
La medición indirecta de la temperatura de la batería de cocción a través de elementos NTC (negative temperature coefficient, o de coeficiente negativo de temperatura) instalados en o debajo de la placa de cubierta de vitrocerámica tiene la desventaja de un tiempo de reacción extenso en comparación. En especial en los campos de cocción por inducción, en los que el calor no es transmitido a través de la placa de vitrocerámica, la placa de vitrocerámica sólo se calienta a través del contacto térmico con el elemento de batería de cocción calentado inductivamente. La evolución de la temperatura de la placa de vitrocerámica y, con ello, la evolución de la temperatura captada por sensores de temperatura que estén en contacto con la placa de vitrocéramica, está por tanto muy retardada con respecto a la evolución de la temperatura del elemento de batería de cocción. No obstante, una regulación precisa de la temperatura de la batería de cocción presupone una respuesta rápida sobre la temperatura efectiva de la batería de cocción.
Por otro lado, aunque la captación magnética u óptica de la temperatura de la batería de cocción posibilita tiempos de reacción rápidos, de manera simultánea la medición es inexacta debido a las propiedades del material diferentes para cada elemento de batería de cocción y/o requiere una calibración costosa.
La invención se basa en especial en la tarea de equipar un campo de cocción con una disposición de sensor que permita una regulación de la temperatura de la batería de cocción con poco retardo.
La tarea se resuelve en especial mediante un campo de cocción con las características de la reivindicación 1. De las reivindicaciones secundarias se extraen configuraciones y perfeccionamientos ventajosos de la invención.
La invención parte en especial de un campo de cocción con una placa de cubierta, al menos un sensor de temperatura para medir la temperatura de un elemento de batería de cocción junto a la placa de cubierta, y con una unidad de mando para determinar la temperatura del elemento de batería de cocción.
Se propone equipar el campo de cocción con al menos otro sensor para medir al menos un parámetro dependiente de la temperatura del elemento de batería de cocción. A través de la utilización de un sensor de temperatura preciso, a modo de ejemplo, de un elemento NTC, o de un elemento térmico, con tiempo de reacción lento, junto con un sensor con tiempo de reacción extremadamente rápido, se pueden compensar las desventajas de estos métodos de medición, de modo que se puede hacer posible una medición de la temperatura que sea tanto precisa como con poco retardo.
El sensor de temperatura puede medir la temperatura del elemento de batería de cocción directamente, a modo de ejemplo, mediante contacto térmico directo, o indirectamente, a modo de ejemplo, mediante la medición de la temperatura de una placa de cubierta de campo de cocción.
Se puede llevar a cabo una medición de la temperatura del elemento de batería de cocción rápida y reproducible especialmente bien si el otro sensor está configurado para medir al menos una propiedad magnética del material del elemento de batería de cocción. El sensor, o bien, la unidad de mando, que evalúa las señales del sensor, puede utilizar la dependencia de la temperatura de la susceptibilidad o de la resistencia específica del material metálico, ferromagnético del elemento de batería de cocción.
En otra configuración ventajosa de la invención, el otro sensor es un sensor de infrarrojos para medir radiación infrarroja que sea irradiada por una pared del elemento de batería de cocción. El sensor de infrarrojos puede estar integrado, a modo de ejemplo, en una torre que sobresalga de una superficie de cocción, la cual también puede estar configurada en especial de manera hundible. El elemento de batería de cocción puede comprender un área de la superficie con propiedades de emisión conocidas. Para ello, puede ser aplicada una etiqueta adhesiva.
Asimismo, el sensor de temperatura puede estar configurado como elemento NTC, el cual esté en contacto térmico directo con el lado inferior de la placa de cubierta del campo de cocción para colocar el elemento de batería de cocción. Asimismo, es concebible introducir el elemento NTC en una perforación de la placa de cubierta y/o proveerlo de un elemento metálico integrado en una perforación de tal tipo, el cual posibilite una mejor conducción térmica entre la base del elemento de batería de cocción y el sensor de temperatura.
Debido a la transmisión térmica retardada y, en parte, también incompleta, entre el elemento de batería de cocción y la placa de cubierta, las ventajas de la invención son efectivas en especial entonces si el campo de cocción es un campo de cocción por inducción. Mientras que en los campos de cocción por radiación la evolución de la temperatura de la base de la olla puede estar retardada con respecto a la evolución de la temperatura del área, dispuesta debajo de la base de la olla, de la placa de cubierta, este retardo se invierte en los campos de cocción por inducción, ya que el calor es generado en la base de olla misma, y no debajo de la placa de cubierta.
En los campos de cocción por inducción, se puede utilizar ventajosamente un inductor de calentamiento para calentar inductivamente el elemento de batería de cocción como el otro sensor para medir las propiedades magnéticas del elemento de batería de cocción. La inductancia, o bien, una impedancia, del inductor de calentamiento es influenciada mediante las propiedades del material del elemento de batería de cocción calentado por el inductor de calentamiento, puesto que el inductor de calentamiento y el elemento de batería de cocción forman un sistema completo interactivo. Hasta ahora, era conocido derivar las propiedades del material del elemento de batería de cocción a partir de parámetros de circuito oscilante de un circuito oscilante que comprenda el inductor de calentamiento y el elemento de batería de cocción, para calcular, a modo de ejemplo, el consumo de potencia del elemento de batería de cocción. No obstante, la dependencia de la temperatura de estas propiedades del material no fue tenida en cuenta en tales casos.
Naturalmente, es concebible prever un sensor inductivo separado, de manera adicional al inductor de calentamiento, para determinar las propiedades magnéticas del material del elemento de bateria de cocción.
La medición de las propiedades magnéticas del material puede tener lugar en especial en una fase en la cual una amplitud de la corriente de calentamiento sea menor que un valor umbral predeterminado. De este modo, se pueden evitar los efectos no lineales en la medición de las propiedades del material. Las fases apropiadas se encuentran en un entorno de un paso por cero de una tensión de alimentación del campo de cocción, puesto que allí la amplitud de la corriente de calentamiento es muy pequeña de todas formas. Un intervalo de tiempo apropiado puede comprender, a modo de ejemplo, el espacio temporal de 1 ms. antes y/o después del paso por cero de la tensión de alimentación.
Asimismo, se propone que la unidad de mando interrumpa el funcionamiento de calentamiento para medir la propiedad magnética del material del elemento de batería de cocción durante al menos una semionda de una tensión de alimentación. En caso de una tensión de alimentación de 50 Hz, la duración de una semionda asciende a 10 ms., lo cual es suficiente para medir las propiedades magnéticas.
Como propiedades magnéticas apropiadas se pueden medir, a modo de ejemplo, la susceptibilidad, una resistencia específica y/o una magnetizabilidad de la base ferromagnética del elemento de batería de cocción.
Otras ventajas se extraen de la siguiente descripción de las figuras. En el dibujo están representados ejemplos de realización de la invención. El dibujo, la descripción y las reivindicaciones contienen características numerosas en combinación. El experto en la materia considerará las características ventajosamente también por separado, y las reunirá en otras combinaciones razonables.
Muestran: Figura 7 muestra un intervalo de tiempo para la determinación magnética
Figura 1
un campo de cocción con un inductor de calentamiento, un
sensor de temperatura y un elemento de batería de cocción en
una representación esquemática,
Figura 2
un esquema de conexiones de un campo de cocción según una
configuración
alternativa de la invención con un sensor
magnético separado del inductor de calentamiento,
Figura 3
las evoluciones temporales de una potencia de calentamiento,
de una señal del sensor magnético, y de una señal del sensor de
temperatura, así como de la temperatura efectiva del elemento
de batería de cocción en una disposición según la figura 1 ó 2,
Figura 4
un campo de cocción con un sensor de infrarrojos,
Figura 5
muestra esquemáticamente una evolución de la temperatura y
de la potencia del elemento de batería de cocción durante
un
proceso
de cocción con reconocimiento adelantado de los
parámetros de la olla,
Figura 6
ilustra intervalos de tiempo para la determinación magnética de
la temperatura del elemento de batería de cocción durante
un
proceso de calentamiento, y
de la temperatura de la batería de cocción según una
configuración alternativa de la invención.
La figura 1 muestra un campo de cocción por inducción con una bobina de calentamiento 10 Y un sensor de temperatura 12 dispuesto en el centro de la bobina de calentamiento 10, el cual está en contacto con el lado inferior de una placa de cubierta 14 del campo de cocción. La placa de cubierta 14 está fabricada de vidrio o vitrocerámica. Entre el sensor de temperatura 12 configurado como elemento NTC y la placa de cubierta 14 es establecido un contacto que conduce bien el calor, a modo de ejemplo, mediante una pasta termoconductora.
La bobina de calentamiento 10 es accionada mediante un grupo constructivo de la electrónica de la potencia 16, el cual, por su parte, es dirigido para una unidad de mando 18.
La unidad de mando 18 dirige inversores del grupo constructivo de la electrónica de la potencia 16, no representados aquí explícitamente, de tal modo que, para calentar un elemento de batería de cocción 20 colocado en el área de la bobina de calentamiento 10 sobre la placa de cubierta 14, una corriente alterna de alta frecuencia con una amplitud de 100 a 200 V Y una frecuencia en un orden de magnitud de 40 a 100 KHz fluye atravesando la bobina de calentamiento 10. La bobina de calentamiento 10 genera un campo magnético alterno de alta frecuencia de manera correspondiente si la corriente de calentamiento de alta frecuencia fluye a través de ella. El campo magnético alterno induce corrientes en remolino en la base del elemento de batería de cocción 20, de modo que ésta se calienta. El calor generado en la base del elemento de batería de cocción 20 se transmite del elemento de batería de cocción 20 a la placa de cubierta 14, cuya temperatura puede ser medida entonces por el sensor de temperatura 12. La temperatura de la placa de cubierta 14 se iguala en el área cubierta por el elemento de batería de cocción 20 tras cierto tiempo de reacción a la temperatura del elemento de batería de cocción 20.
El acoplamiento inductivo entre el elemento de batería de cocción 20 y la bobina de calentamiento 10 conduce a que la impedancia del sistema completo formado por la bobina de calentamiento 10 Y el elemento de batería de cocción 20 difiera de la impedancia de la bobina de calentamiento 10 accionada aisladamente sin elemento de batería de cocción 20 colocado. La impedancia de la bobina de calentamiento 10 es influenciada en especial mediante la inductancia mutua del elemento de batería de cocción 20 Y mediante las corrientes de pérdida en la base del elemento de batería de cocción 20. Puesto que las magnitudes mencionadas en último lugar son dependientes de la temperatura, también la impedancia del sistema completo compuesto por la bobina de calentamiento 10 Y el elemento de batería de cocción 20 muestra una dependencia de la temperatura.
La dependencia de la temperatura en el intervalo de O· e a 100· e interesante para procesos de cocción se puede aproximar linealmente en buena aproximación. Lo mismo es aplicable para la resistencia efectiva del sistema completo. De manera aproximada, la resistencia R y la inductancia L pueden ser descritas mediante las siguientes fórmulas:
R = Ro + A x (T -To)
L = Lo + K x (T -To)
En ellas, Ro es la resistencia en caso de una temperatura de referencia To, Y Lo es la inductancia de la temperatura de referencia To. Las constantes A y K son constantes de proporcionalidad.
La resistencia R y la inductancia del sistema completo pueden ser determinadas a partir de la parte real e imaginaria de la impedancia, la cual, por su parte, puede ser determinada a partir de la comparación de las corrientes de entrada y de salida del sistema.
Si los parámetros en las ecuaciones arriba mencionadas son conocidos, con ello la temperatura puede ser determinada a partir de los valores de medición R, L.
Por medio de una determinación de la temperatura de tal tipo, se puede determinar la temperatura de la base del elemento de batería de cocción 20 prácticamente sin retardo y de manera directa.
En el ejemplo de realización representado en la figura 1, la unidad de mando 18 mide, a través de la medición de la impedancia que, a modo de ejemplo, también puede tener lugar mediante la medición de la frecuencia de resonancia, las propiedades magnéticas del material del elemento de batería de cocción 20 mediante la bobina de calentamiento 10, que es utilizada como sensor magnético 10. Para ello, la unidad de mando 18 genera corrientes de medición con escasa amplitud en la bobina de calentamiento 10. La amplitud puede ascender, a modo de ejemplo, a menos de 10 V, para evitar efectos no lineales.
La unidad de mando 18 determina la temperatura del elemento de batería de cocción 20 tanto de manera dependiente de la temperatura del elemento de batería de cocción 20 medida por el sensor de temperatura 12, como de manera dependiente de las propiedades magnéticas del elemento de batería de cocción 20 medidas por el sensor 10, o bien, la bobina de calentamiento. El valor de medición captado por el sensor de temperatura 12 es corregido en especial de manera dependiente del valor de la temperatura calculado a partir de las propiedades del material del elemento de batería de cocción 20.
La unidad de mando 18 puede detectar, a modo de ejemplo, cambios rápidos de la temperatura del elemento de batería de cocción 20, y añadir al valor de medición captado por el sensor de temperatura 12 valores diferenciales, o bien, sustraer del valor de la temperatura un valor diferencial para tener en cuenta el tiempo de reacción retardado del sensor de temperatura 12. También si los parámetros de las ecuaciones indicadas arriba no son conocidos totalmente, de modo que los valores absolutos de la temperatura no pueden ser determinados sólo a partir de los valores de medición del sensor magnético 10, entonces la temperatura puede ser estimada de un modo muy preciso y con reacción rápida. Los parámetros de la dependencia lineal de las propiedades magnéticas de la temperatura pueden ser determinados en fases estacionarias del funcionamiento de calentamiento, en las que el sensor magnético 10 haya medido una temperatura del elemento de batería de cocción 20 constante durante más tiempo, de modo que se puede partir de una igualación finalizada de la temperatura de medición medida por el sensor de temperatura 12 a la temperatura efectiva del elemento de batería de cocción 20.
La figura 2 muestra un ejemplo de realización alternativo de la invención con un sensor magnético 22 separado de la bobina de calentamiento 10 en la forma de una bobina de medición. El sensor 22 es leído a través de un circuito de medición 24, que transmite los valores de medición, a modo de ejemplo, la impedancia, a la unidad de mando 18.
La figura 3 muestra esquemáticamente la evolución de una potencia de calentamiento 26 de una bobina de calentamiento 10 según la figura 1 como línea continua, de una impedancia 28 captada por un sensor magnético 10, o bien, 22, de una temperatura efectiva 30 del elemento de batería de cocción 20, y de una temperatura 32 medida por el sensor de temperatura 12. Se reconoce que la impedancia 28 reacciona mucho más rápidamente a la temperatura efectiva 30 del elemento de batería de cocción 20, mientras que la temperatura captada por el sensor de temperatura 12 se iguala a la temperatura efectiva 30 no antes que con gran retardo. La impedancia 28 captada por la bobina de calentamiento 10, o bien, el sensor separado 22, suministra por tanto información valiosa acerca de la evolución a corto plazo de la temperatura del elemento de batería de cocción 20. La temperatura determinada por el sensor magnético 10, o bien, 22, puede utilizarse en especial para regular un funcionamiento de calentamiento del campo de cocción. El elemento de batería de cocción 20 puede ser mantenido de este modo de manera segura a una temperatura constante. Se pueden evitar oscilaciones pendulares.
Asimismo, es posible, a partir de un ascenso extremadamente rápido de la temperatura del elemento de batería de cocción 20, deducir que éste probablemente esté vacío, de manera que se puede ajustar el funcionamiento de calentamiento para evitar daños. A través de la determinación independiente de la temperatura del elemento de batería de cocción 20 y de la placa de cubierta 14, puede ser determinado además un gradiente de temperatura adyacente entre el elemento de batería de cocción 20 y el sensor de temperatura 12 en el material de la placa de cubierta 14 y, en su caso, puede ser restringido a través de una desconexión de emergencia.
La figura 4 muestra otra configuración alternativa de la invención, en la cual el sensor 22 está configurado como sensor de infrarrojos, el cual está dispuesto en una torre hundible 38, y el cual puede medir directamente la temperatura de una pared del elemento de batería de cocción 20.
La figura 5 muestra esquemáticamente la evolución de la temperatura efectiva 30, con la temperatura 32 medida por el sensor de temperatura 12, la temperatura 28 determinada a partir de la impedancia, la potencia de calentamiento 26, así como una temperatura nominal.
En una breve fase inicial, es generado un breve impulso de potencia que puede aumentar de manera pronunciada la temperatura. La temperatura 32 medida por el sensor de temperatura 12 sigue a la temperatura efectiva con mucho retardo. A partir del tiempo de retardo y de la curva ascendente, se pueden determinar los parámetros dinámicos del elemento de batería de cocción 20. Si estos parámetros son conocidos, pueden ser calculadas la magnitud y duración de un segundo impulso de potencia, que es necesario para alcanzar la temperatura nominal 34. En la figura 1, este segundo impulso comienza en aproximadamente los 180 segundos, y persiste durante aproximadamente 50 segundos. Es reconocible que la temperatura efectiva 30 se acerca con mucha rapidez a la temperatura nominal 34, mientras que, por otro lado, la temperatura 32 medida por el sensor de temperatura la sigue con mucho retardo. La temperatura 28 medida por el sensor 10, o bien, 22, puede ser utilizada para regular la
5 temperatura efectiva en la temperatura alcanzada tras el impulso, la cual se corresponde aproximadamente con la temperatura nominal. Se pueden llevar a cabo correcciones de manera dependiente de la temperatura 32 captada por el sensor de temperatura.
La figura 6 muestra esquemáticamente la evolución de la corriente de
10 calentamiento en la bobina de calentamiento 10 a lo largo del tiempo. La envolvente sinusoidal tiene una frecuencia de 50 Hz, y se corresponde con la frecuencia de red rectificada, como es utilizada por los inversores del grupo constructivo de la electrónica de la potencia 16 para la generación de las corrientes de calentamiento. En los pasos por cero de estas envolventes, la amplitud de la corriente de calentamiento es
15 suficientemente pequeña para llevar a cabo una medición de la impedancia segura. Estos intervalos de tiempo 36 pueden por tanto ser utilizados para la medición de la impedancia.
En el caso de que estos intervalos de tiempo sean demasiado breves, en el ejemplo de realización según la figura 7, se puede generar un intervalo de tiempo
20 suficientemente extenso a través de que se interrumpa la corriente de calentamiento. A modo de ejemplo, la corriente de calentamiento puede ser interrumpida durante una semionda de la tensión de alimentación, de modo que se genere un intervalo de tiempo 36 con la duración de aproximadamente 20 ms. En este intervalo de tiempo 36, se puede llevar a cabo una medición fiable de la impedancia.
Símbolos de referencia
10
Bobina de calentamiento
12
Sensor de temperatura
14
Placa de cubierta
16
Grupo constructivo de la electrónica de la potencia
18
Unidad de mando
20
Elemento de batería de cocción
22
Sensor magnético
24
Circuito de medición
26
Potencia de calentamiento
28
Impedancia
30
Temperatura efectiva
32
Temperatura medida por el sensor de temperatura
34
Temperatura nominal
36
Intervalo de tiempo
38
Torre

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Campo de cocción con una placa de cubierta (14), al menos un sensor de temperatura (12) para medir una temperatura de la base de un elemento de batería de cocción (20) junto a la placa de cubierta (14), y con una unidad de mando (18) para determinar la temperatura del elemento de batería de cocción (20), caracterizado por al menos otro sensor (10, 22) para medir al menos un parámetro, dependiente de la temperatura, (28) del elemento de batería de cocción (20).
  2. 2.
    Campo de cocción según la reivindicación 1, caracterizado porque el otro sensor (10, 22) está configurado para medir al menos una propiedad magnética del material del elemento de batería de cocción (20).
  3. 3.
    Campo de cocción según la reivindicación 2, caracterizado porque la unidad de mando (18) está configurada para determinar una modificación de la propiedad magnética del material del elemento de batería de cocción (20), Y utilizarla para determinar la temperatura del elemento de batería de cocción (20).
  4. 4.
    Campo de cocción según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el al menos otro sensor (10, 22) es un sensor de infrarrojos para medir radiación infrarroja que es irradiada por una pared del elemento de batería de cocción (20).
  5. 5.
    Campo de cocción según la reivindicación 4, caracterizado porque el sensor de infrarrojos (22) está integrado en una torre (38) que sobresale de una superficie de cocción.
  6. 6.
    Campo de cocción según la reivindicación 5, caracterizado porque la torre
    (38) es hundible.
  7. 7.
    Campo de cocción según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el sensor de temperatura (12) es un elemento NTC (negative temperature coefficient, o de coeficiente negativo de temperatura).
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