PT1914527E

PT1914527E - Dispositivo para a regulaçao do nível de líquido na caldeira de uma máquina de café

Info

Publication number: PT1914527E
Application number: PT06425726T
Authority: PT
Inventors: Carlos Carbonini; Giancarlo Porzio
Original assignee: Rancilio Macchine Caffe
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2010-02-19
Also published as: AU2007311479B2; CN101548161A; ATE449313T1; ES2336822T3; WO2008047306A2; US9032865B2; US20100326282A1; WO2008047306A3; EP1914527A1; AU2007311479A1; EP1914527B1; DE602006010567D1

Description

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DESCRIÇÃO DISPOSITIVO PARA A REGULAÇAO DO NÍVEL DE LÍQUIDO NA CALDEIRA DE UMA MÁQUINA DE CAFÉ

Campo técnico

Este invento refere-se, em geral, a um dispositivo que regula o nivel de um liquido, por exemplo água, contido numa caldeira de uma máquina de café. Em particular, o presente invento refere-se a um sensor capacitivo para detectar e regular o nivel de água contida numa caldeira de uma máquina de café expresso, compreendendo o referido dispositivo um sensor capacitivo e meios para regular a quantidade de água contida na caldeira para manter constante o nivel de água pretendido.

Antecedentes do invento

Como é sabido, as máquinas de café expresso compreendem uma caldeira para conter e aquecer a água, um dispositivo para pressurização da água, um ou mais dispositivos para fornecer o café e outros componentes internos e externos. Todos estes componentes estão contidos, preferivelmente, dentro de um invólucro externo. A caldeira é usualmente ligada a uma tubagem de entrada de água fria, utilizada para repor, preferivelmente de uma maneira automática, o nivel óptimo de água em operação. Na entrada de água existe uma válvula activada electricamente controlada por um dispositivo de monitorização dedicado, que faculta a monitorização do 7630 nível de água contida na caldeira e a activação da válvula actuada electricamente com a detecção do nível mínimo até ser reposto o nível pretendido. A publicação número WO0160221 do Requerente, divulga um dispositivo capacitivo para regular o nível de um líquido contido numa caldeira de uma máquina de café expresso. 0 dispositivo conhecido compreende particularmente um sensor capacitivo no qual uma pequena mola metálica actua como a primeira placa de um condensador, uma tubagem de ligação da caldeira actua como o dieléctrico do condensador, e a água (sendo electricamente condutora) actua como a segunda placa do condensador.

De acordo com a técnica conhecida, a segunda placa está ligada à terra através do metal da caldeira. Um circuito de controlo é ligado à primeira placa e à massa da caldeira e é concebido para medir as variações capacitivas entre a pequena mola, que pode ser posicionada em posições pré-estabelecidas ao longo do tubo transparente, e a massa da caldeira, com a variação do nível da água contida no tubo transparente. Como é sabido, a presença de ar em correspondência com a pequena mola é detectada como uma baixa capacitância em relação à condição quando a água está presente em correspondência com a pequena mola.

Um problema da técnica conhecida reside no facto de o circuito equivalente, feito da pequena mola (sensor capacitivo), a tubagem transparente, o ar e/ou água, a estrutura e a massa da caldeira, apresentarem uma 2 7630 impedância total, da qual as variações causadas pela presença de ar ou água em correspondência com a pequena mola podem ser irrelevantes comparadas com a impedância causada pela coluna de água contida na tubagem transparente, com a posição da pequena mola ao longo da tubagem transparente e com a estrutura da caldeira.

Na realidade, as variações de impedância da água, em relação às suas caracteristicas, tal como a temperatura, teor de sais minerais, etc. e as caracteristicas da caldeira, após oxidação etc., são tais que se tornam relevantes em relação às variações capacitivas cujos valores necessitam de ser medidos para determinarem com precisão o nivel da água contida na tubagem transparente.

Além disso, o Requerente notou que o desempenho do dispositivo conhecido é grandemente afectado pela incerteza da impedância capacitiva provocada pelas caracteristicas da água, pela caldeira e pela posição do sensor capacitivo. Particularmente, o Requerente notou que, sobretudo, as variações da impedância capacitiva da água e, em segundo lugar, as da caldeira, podem ser comparadas às variações de impedância a serem medidas para determinar o nivel de água na tubagem transparente e, por conseguinte, no interior da caldeira.

Divulgação do invento O objectivo do presente invento é uma solução para os supracitados problemas da arte anterior. 3 7630

Este objectivo é conseguido pelo dispositivo para detecção do nivel de um liquido numa caldeira de uma máquina de café, tal como reivindicado, e pela máquina que contém o dispositivo.

As reivindicações são uma parte integrante dos preceitos técnicos aqui descritos em relação ao invento.

De acordo com uma das formas de realização preferidas do presente invento, o dispositivo compreende um sensor capacitivo que pode ser posicionado ao longo da sonda em posições pré-determinadas e primeiros e segundos elementos de medição posicionados e uma distância pré-determinada, e um circuito electrónico configurado para medir a impedância capacitiva entre o primeiro e segundo elementos de medição com a variação do nivel de liquido em correspondência com a posição do sensor.

De acordo com outra forma de realização do presente invento, o dispositivo compreende um elemento de regulação ligado a um circuito de medição electrónico, e é configurado para regular o caudal de líquido para dentro da caldeira.

De acordo com outra forma de realização do presente invento, o dispositivo compreende um elemento mostrador ligado ao circuito de medição electrónico e é configurado para detectar a presença ou ausência de líquidos em correspondência com a posição do sensor. 4 7630

Breve descrição dos desenhos

Esta e outras características do presente invento serão clarificadas pela descrição que se segue da forma de realização preferida, apenas a titulo de exemplo e não como limitação, feita com referência aos desenhos anexos, em que componentes etiquetados pela mesmas referências numéricas ou similares indicam componentes com as mesmas funcionalidades ou similares e construção, nos quais: A figura 1 representa uma vista esquemática de uma máquina de café expresso que compreende o dispositivo de acordo com o presente invento; A figura 2 representa uma vista esquemática de uma caldeira de uma máquina de café expresso que compreende o dispositivo de acordo com o presente invento; A figura 3 representa o dispositivo de medição de acordo com o presente invento; e A figura 4 representa um diagrama eléctrico de blocos do circuito de controlo para o dispositivo da Fig. 2.

Descrição pormenorizada da forma de realização preferida do invento

Fazendo referência à figura 1, uma máquina de café expresso 10 compreende uma estrutura de cobertura 2 que contém todos os componentes funcionais da máquina. Particularmente, alguns desses componentes funcionais são 5 7630 parcialmente visíveis na figura, por exemplo, uma caldeira 4 0 que inclui duas tubagens de saída 4,6 ligadas a dois grupos de fornecimento de café 7, 8. A máquina 10, de acordo com a forma de realização preferida compreende um dispositivo 12 (Figura 1, Figura 2) para regular o nível de um líquido contido na caldeira. De tal dispositivo, é visível, através de uma pequena janela recortada no painel frontal, por exemplo no lado esquerdo da caldeira 40, uma sonda de nível 20 ligada à caldeira 40, como a seguir descrita pormenorizadamente.

Tal como ilustrado na figura 2 e na figura 3, o dispositivo 12, que regula o nível de um líquido contido na caldeira 40 de uma máquina de café expresso, compreende, na forma de realização preferida, uma sonda de nível 20, um circuito de controlo electrónico 32 e uma válvula actuada electricamente 44, concebida para regular o caudal do líquido (por exemplo água), no interior da caldeira 40. A sonda de nível 20 compreende, de preferência, uma pequena tubagem 24 feita de material dieléctrico, tal como vidro ou material plástico, tal como Teflon ®. Utilizando-se um material transparente, e posicionando-se a sonda de nível numa localização da máquina 10 visível do exterior, é possível detectar visualmente o nível corrente do líquido, mesmo quando a máquina está desligada ou o sistema de regulação automática não está operacional. A sonda de nível, noutra forma de realização, pode detectar o nível de líquido contido na caldeira mesmo de uma maneira não visual. 6 7630

No exterior da pequena tubagem 24 é ligado um sensor capacitivo 30 que compreende uma primeira e segunda finas placas metálicas, 30a e 30b respectivamente, dobradas em forma de "U" e envolvendo parcialmente a pequena tubagem 24 e que se movem suavemente com atrito ao longo da pequena tubagem 24.

As pequenas placas metálicas 30a e 30b estão directamente soldadas a uma pequena placa 38 a uma distância pré-determinada uma da outra, por exemplo, num quadro de circuito impresso que tem montados componentes do circuito de controlo 32, como será seguidamente descrito mais em detalhe com referência à figura 4.

No quadro de circuito impresso 38, de preferência por trás da pequena tubagem 24, para ser visível do exterior da máquina, existe um dispositivo mostrador luminoso 36, por exemplo uma Emissão de Luz por Diodo (LED) preferivelmente bicolor. Este dispositivo mostrador luminoso (LED) 36 é concebido, quer para assinalar a presença de água contida na caldeira e o correcto fornecimento de energia para o quadro de circuito impresso 38, mostrando uma cor verde, quer a falta de água dentro da caldeira e a activação da válvula actuada electricamente, por sinalização de uma cor vermelha. A ligação eléctrica 34 fornece a energia eléctrica ao circuito de controlo 32 e controla a válvula actuada electricamente 44, directamente através de uma interface de energia eléctrica/electrónica, por exemplo um relé. 7 7630 A caldeira 40 compreende uma tubagem de entrada de caudal 42 que transporta água fria, interrompida pela válvula actuada electricamente 44, e uma tubagem de saída 46 que transporta a água quente, e uma ligação de terra 40a. A sonda de nível 20 é ligada à caldeira 40 através de duas tubagens 48 e 50, particularmente, a parte inferior 26 da sonda de nível 20 é ligada à parte inferior da caldeira 40, enquanto a sua parte superior 28 é ligada à parte superior da caldeira 40. Isto permite que o nível do líquido (água) contido na pequena tubagem 24 da sonda de nível 20 seja o mesmo nível que o líquido contido na caldeira 40.

Obviamente para funcionar correctamente, é necessário posicionar o sensor 30 a uma altura correspondente ao nível desejado de água contida na caldeira.

De acordo com a forma de realização preferida, o circuito de controlo 32 é posicionado na vizinhança imediata da sonda 20 e activa, directamente através de um relé, a válvula actuada electricamente 44 que regula o caudal de água para a caldeira. O circuito de controlo 32, como será descrito mais pormenorizadamente a seguir, é concebido para medir valores de impedância capacitiva ou capacidade entre a primeira fina placa metálica 30a (também referida como primeiro elemento de medição) e a segunda fina placa metálica 30b (também referida como segundo elemento de medição). Estes valores de capacidade medidos correspondem à variação do 8 7630 nível da água dentro da pequena tubagem 24 na zona onde está ligada, por exemplo, a primeira fina placa metálica 30a. O circuito de controlo 32 compara cada valor de capacitância, medido para um ou mais valores de calibração como determinado durante a calibração da sonda 20, e gera, por consequência, um sinal que controla o mostrador do LED 36 e a activação da válvula actuada electricamente 44. A figura 4 ilustra um diagrama electrónico de blocos simplificado do quadro do circuito de controlo 32 que, na forma de realização preferida, compreende os primeiros e segundos elementos de medição, respectivamente 30a e 30b, o LED 36, um circuito lógico de medição 70 e um elemento estabilizador 72, ligado ao circuito lógico de medição 70 para controlar e estabilizar o fornecimento de energia eléctrica. O circuito lógico de medição 70 compreende, preferencialmente, um microcontrolador com uma memória interna, por exemplo um microcontrolador modelo PIC12F629P do fornecedor MICROCHIP e é ligado através da primeira ligação 70a ao primeiro elemento de medição 30a e, via uma resistência de protecção 73 e por uma segunda ligação 70b, ao segundo elemento de medição 30b para formar um circuito que mede a impedância capacitiva entre o primeiro elemento de medição 30a e o segundo elemento de medição 30b. O circuito lógico é também ligado ao LED 36 e, directamente ou indirectamente, por exemplo, através de um dispositivo de controlo, à válvula actuada electricamente 44.

De acordo com a forma de realização preferida, o circuito lógico 70 é concebido para controlar a iluminação 9 7630 do LED 36 e a activação da válvula actuada electricamente 44 em função dos valores de impedância capacitiva medidos entre o primeiro e o segundo elementos de medição 30a e 30b. Particularmente, de acordo com a forma de realização preferida, o circuito lógico 70 é configurado para gerar um sinal a uma frequência pré-determinada que, enquanto passa através do circuito RC (isto é, elementos de medição 30 e 30b, a pequena tubagem 24, o líquido, as ligações de 70 e 70b, e resistência de protecção 73) modifica a sua própria frequência para uma frequência maior ou menor em função da capacitância do circuito RC. O sinal modificado é medido a intervalos de tempo pré-determinados, utilizando-se por exemplo, um contador interno ao circuito lógico 70, para detectar a frequência à medida que é modificada.

Como é sabido, no caso de elevada capacitância (devido à presença da água entre o primeiro elemento de medição 30a) do circuito RC, o valor da frequência será inferior do que o valor obtido no caso de baixa capacitância do circuito RC (devido à ausência de água entre os primeiros elementos de medição 30a) assim então: - no caso de a frequência medida ser maior do que um patamar pré-determinado por exemplo, um valor de patamar armazenado na memória interna do circuito lógico 70, o circuito lógico 70 comandará a iluminação do LED 36 para vermelho e a activação da válvula actuada electricamente 44 para abastecer o líquido à caldeira 40; - no caso de a frequência medida ser inferior à do patamar pré-estabelecido, o circuito lógico 70 10 7630 comandará a iluminação do LED para verde para assinalar o fornecimento de energia correcto ao circuito de controlo 32 e a desactivação da válvula actuada electricamente 44.

Obviamente, de acordo com outras formas de realização do invento, a medição da impedância capacitiva na presença ou ausência de água na pequena tubagem 24 pode ser desempenhada por outros métodos de medição conhecidos sem desvio do que foi descrito e reivindicado.

Segue-se a descrição do funcionamento do dispositivo.

Durante uma primeira fase, efectua-se uma calibração do dispositivo, por exemplo, na fábrica, utilizando-se um circuito hidráulico equivalente ao do tipo de circuito presente na máquina a ser construída. A calibração faculta, em particular, que na presença de sinais de frequência pré-determinados gerados pelo circuito lógico 70, a frequência gerada no circuito de medição será medida, alternativamente na presença de água e na ausência de água. Tal medição será memorizada na memória interna do circuito lógico 70, como um valor, por exemplo um valor intermédio, indicativo de um valor de patamar ou de um valor relacionado com a detecção de água.

De acordo com uma segunda forma de realização do invento, a primeira fase pode facultar a medição no circuito hidráulico equivalente de uma quantidade de valores de frequência correspondentes aos seus respectivos níveis de água na caldeira 40 e que estes diferentes valores são memorizados na memória interna do circuito 11 7630 lógico 70, neste caso indicativo, de uma escala de níveis de enchimento da caldeira à volta da posição do sensor.

Numa segunda fase, o dispositivo está a funcionar por fornecimento de energia eléctrica ao circuito de controlo 32 e a posicionar o sensor capacitivo a um nível pré-estabelecido ao longo da pequena tubagem 24.

Por exemplo, durante operação, o circuito lógico 70, a intervalos de tempo pré-determinados: - transmitirá os sinais à frequência pré-determinada à sonda 30; - detectará a frequência no circuito de medição; - comparará a frequência detectada com a frequência memorizada na memória interna do circuito lógico 70 e, em função da frequência detectada sendo maior do que ou igual a uma memorizada, fará: - iluminará o LED 36, respectivamente à cor vermelha ou verde; - activará a válvula actuada electricamente 44 ou desactiva-a (mantendo-a inactiva).

De acordo com a segunda forma de realização, a segunda fase faculta, por exemplo, que o circuito lógico 70 seja configurado para comparar a frequência detectada com a as memorizadas na memória interna do circuito lógico 70 e, em função da frequência detectada estar em correspondência com 12 7630 ou estando muito perto de uma das frequências memorizadas, o circuito lógico 70 determinará o nivel de liquido contido na caldeira entre o conjunto de níveis de enchimento e activará, a iluminação do LED 36, respectivamente para vermelho ou verde, e activará ou desactivará a válvula actuada electricamente 4 4 em função do conjunto de níveis memorizados.

Tal como descrito, o dispositivo 12 permite a regulação do nível de líquido contido na caldeira da máquina de café de uma maneira simples e efectiva.

Como grande vantagem, o dispositivo mede a impedância capacitiva de um circuito RC equivalente no qual as únicas variáveis são as quantidades de água presentes entre a primeira pequena placa metálica 30a e a segunda pequena placa metálica 30b.

Esta forma de realização preferida evita o risco de erros significativos de medição relacionados com incrustações de minerais dentro da caldeira, com as diferentes características de condutividade eléctrica do líquido (água), com a posição do sensor capacitivo ao longo da sonda, etc.

Como vantagem significativa, a resistência de protecção 73, adicionada para proteger o circuito lógico 70 contra falhas devido a possíveis excessos de corrente, é dimensionada, na forma de realização preferida, com utilização de valores de resistência de pelo menos uma ordem de grandeza inferior às compreendidas entre a segunda pequena placa metálica 30b, a água, a caldeira 40, e a 13 7630 ligação de terra da caldeira 40a (circuito de terra da caldeira) de maneira a assegurar que o circuito de medição não será afectado pelas caracteristicas eléctricas do circuito de terra da caldeira e, em particular, pela condutividade eléctrica da água. São possíveis modificações óbvias ou variações à supracitada descrição quando relacionadas com as dimensões, formas, materiais, componentes, elementos de circuito, ligações e contactos, bem como circuitos e pormenores construtivos como ilustrado e ao método operativo. A protecção da patente é apresentada nas reivindicações seguintes.

Lisboa, 11 de Fevereiro de 2010 14

Claims

7630 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para regular o nivel de um liquido contido numa caldeira (40) de uma máquina de café (10) que compreende - uma sonda de nivel (20,24) ligada à caldeira (40) e capaz de repor o nível do líquido no interior da caldeira; - um sensor capacitivo (30) que pode ser posicionado externamente à sonda de nível (20, 24) em posições determinadas para gerar sinais eléctricos que representam a presença ou ausência de um liquido em correspondência com as referidas posições determinadas; compreendendo o referido sensor capacitivo (30), - primeiros elementos de medição do tipo capacitivo (30a); - segundos elementos de medição do tipo capacitivo (30b) posicionados a uma distância pré-determinada dos referidos primeiros elementos de medição (30a); compreendendo o dispositivo ainda - meios de medição (38, 70) concebidos para medirem a impedância entre os referidos primeiros e segundos elementos de medição (30a, 30b) e para gerarem os referidos sinais eléctricos, 1 7630 caracterizado por a referida sonda de nível (20) compreender um elemento tubular (24) feito de material dieléctrico e por os referidos primeiros e segundos elementos de medição (30a,30b) compreenderem pequenas placas electricamente condutoras que rodeiam, pelo menos parcialmente o referido elemento tubular (24).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por meios de regulação (44) ligados aos referidos elementos de medição e configurados para regularem o caudal do líquido para a caldeira (40) em função dos referidos sinais eléctricos.
3. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, que compreende meios de sinalização (36) ligados aos referidos meios de medição e configurados para sinalizarem pelo menos a presença ou ausência de líquido em correspondência com a referida posição determinada.
4. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por os referidos meios de medição (70) compreenderem um circuito lógico programável que tem meios de memorização e por os referidos meios de memorização serem configurados para armazenarem pelo menos um valor de referência que representa um valor de patamar a ser comparado com os valores de impedância medidos.
5. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por os referidos meios de medição (70) compreendem um circuito lógico programável que tem meios de 2 7630 memorização e por os referidos meios de memorização serem configurados para armazenarem um conjunto de valores de referência que representam um conjunto de valores relacionados com diferentes níveis de líquido, devendo os referidos valores ser comparados aos valores de impedância medidos.
6. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, que compreende pelo menos uma resistência de protecção (73) ligada entre o referido segundo elemento de medição (30b) e os referidos meios de medição (70), tendo a referida resistência de protecção uma resistência de pelo menos uma escala de medição inferior ao valor da resistência determinado entre o líquido e a terra (40a).
7. Máquina de café que compreende um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6. Lisboa, 11 de Fevereiro de 2010 3