DE19919961A1 - Pyrometer has regulated compensation heater for heating at least parts of pyrometer to hold ambient temperature of thermoelement constant at desired reference value determined by sensor - Google Patents
Pyrometer has regulated compensation heater for heating at least parts of pyrometer to hold ambient temperature of thermoelement constant at desired reference value determined by sensorInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pyrometer nach dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.The present invention relates to a pyrometer according to the preamble of the patent saying 1.
In Haushaltsgeräten, insbesondere in Gargeräten, werden Pyrometer eingesetzt, um be rührungslos die Temperatur eines Gargefäßes, beispielsweise einer Topfwand, oder eines Gargutes zu messen. Pyrometer erfassen die von der zu überwachenden Oberfläche abge gebene elektromagnetische Strahlung insbesondere im Infrarotbereich und setzen diese in ein weiter verarbeitbares elektrisches Signal um. Dabei kommen bekannte, bevorzugt infrarot-sensitive Thermopiles mit Thermoelementen zum Einsatz, welche der Wärme strahlung der zu überwachenden Oberfläche ausgesetzt werden. Die Temperatur, welche sich an den Thermoelementen in Folge der Bestrahlung einstellt, gibt Aufschluß über die Temperatur der zu überwachenden Oberfläche im Vergleich zur Umgebungstemperatur der Thermoelemente. Dabei gilt, daß die Temperatur der angestrahlten Thermoelemente propor tional zur 4. Potenz der Temperatur der abstrahlenden Oberfläche ist.In household appliances, especially in cooking appliances, pyrometers are used to be the temperature of a cooking vessel, for example a wall of a pot, or one without contact Measure good food. Pyrometers record the surface of the surface to be monitored given electromagnetic radiation especially in the infrared range and put it in a further processable electrical signal. Well-known, preferred Infrared-sensitive thermopiles with thermocouples are used to reduce the heat radiation to the surface to be monitored. The temperature which the thermocouples as a result of the irradiation provides information about the Temperature of the surface to be monitored compared to the ambient temperature of the Thermocouples. It applies that the temperature of the illuminated thermocouples is proportional tional to the 4th power of the temperature of the radiating surface.
Ändert sich während der Messung die Umgebungstemperatur der Thermoelemente, beein flußt dies die Temperatur der Thermoelemente, ohne daß sich die Temperatur der zu über wachenden Oberfläche geändert hat. Das Meßergebnis wird dadurch verfälscht, wobei der Fehler zunimmt, je weiter die als Referenztemperatur dienende Umgebungstemperatur von einem vorgegebenen Idealwert abweicht. Bei Haushaltsgeräten ist jedoch eine Erwärmung des Pyrometers im Laufe der Einschaltdauer des Gargerätes durch die Nähe des Pyro meters insbesondere zu Heizelementen unvermeidbar. Der Wert der Referenztemperatur bzw. der Umgebungstemperatur schwankt beispielsweise bei elektrischen Kochfeldern dabei typischerweise etwa zwischen 10 und 70°C.If the ambient temperature of the thermocouples changes during the measurement this flows the temperature of the thermocouples without the temperature of the over changing surface. The measurement result is falsified, whereby the Error increases the further the ambient temperature of deviates from a predetermined ideal value. However, there is a warming in household appliances of the pyrometer during the operating time of the cooking appliance due to the proximity of the pyro meters inevitable especially for heating elements. The value of the reference temperature or the ambient temperature fluctuates, for example, in the case of electric cooktops typically between about 10 and 70 ° C.
Zur Verbesserung des Meßgenauigkeit ist eine Kühlung der Thermoelemente denkbar. Diese Maßnahme erfordert jedoch hohen konstruktiven Aufwand und hat im Betrieb einen unwirtschaftlich hohen Energiebedarf. Cooling of the thermocouples is conceivable to improve the measuring accuracy. However, this measure requires a great deal of design effort and has one in operation uneconomically high energy requirements.
In der US 4.120.200 wird vorgeschlagen, mit Hilfe eines Strahlungsfilters nur einen be grenzten Ausschnitt des Strahlungsspektrums zu erfassen. Dadurch soll auch bei hohen Temperaturen die Einstrahlung in das Pyrometer begrenzt bleiben. Diese Maßnahme kann bei den kleinen Abmessungen von Haushaltsgeräten jedoch eine unerwünschte Erwärmung der Thermoelemente nicht verhindern.In US 4,120,200 it is proposed that only one be with the aid of a radiation filter to capture a limited section of the radiation spectrum. This is said to work even at high Temperatures the radiation into the pyrometer remain limited. This measure can with the small dimensions of household appliances, however, undesirable heating do not prevent the thermocouples.
In der US 3.796.099 wird eine Temperaturmeßvorrichtung beschrieben, die die Temperatur eines Meßobjektes an zwei verschiedenen Punkten erfaßt und einen Korrekturabgleich zwischen den beiden Messungen durchführt. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig und schon aus Kostengründen nicht in Haushaltsgeräten einsetzbar.In US 3,796,099 a temperature measuring device is described, the temperature of a measurement object at two different points and a correction adjustment between the two measurements. However, this process is complex and cannot be used in household appliances for cost reasons alone.
Die US 3.916.690 offenbart ein Pyrometer, welches die Temperatur eines Meßobjektes mit der eines beheizbaren Vergleichsobjektes vergleicht. Beim Erfassen einer Temperaturdiffe renz zwischen beiden Objekte wird das Vergleichsobjekt beheizt, bis die Temperaturdifferenz bei Null liegt. In diesem Fall hat das Vergleichsobjekt die gleiche Temperatur wie das Meß objekt. Die Temperatur des Vergleichsobjektes wird dann mit einem Kontakt-Thermometer gemessen. Der erforderliche konstruktive Aufwand macht eine solche Vorrichtung für Haus haltsgeräte jedoch ungeeignet.US 3,916,690 discloses a pyrometer which measures the temperature of a measurement object that compares to a heatable comparison object. When recording a temperature difference The difference between the two objects is heated until the temperature difference is at zero. In this case, the comparison object has the same temperature as the measurement object. The temperature of the comparison object is then measured using a contact thermometer measured. The design effort required makes such a device for home holding devices unsuitable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Weiterbildung des bekannten gattungs gemäßen Standes der Technik, so daß eine kostengünstige, ausreichend genaue, berüh rungslose Temperaturüberwachung ermöglicht wird.The object of the present invention is therefore the further development of the known genus according to the prior art, so that an inexpensive, sufficiently accurate, touch smooth temperature monitoring is made possible.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß bei einem Pyrometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine regelbare Ausgleichsheizeinrichtung zur Erwärmung von zumindest Teilen des Pyrometers vorgesehen ist, um die Umgebungstemperatur des Thermoelementes konstant auf einem gewünschten Referenzwert zu halten, den ein Temperatursensor des Pyrometers ermittelt. Meßfehler, die durch eine schwankende Umgebungstemperatur ver ursacht sind, werden dadurch reduziert. Der Energie- und Bauteileaufwand ist gering im Ver gleich zu einer Kühlung des Pyrometers.This object is achieved in that with a pyrometer according to the preamble of Claim 1 a controllable compensating heater for heating at least Parts of the pyrometer is provided to the ambient temperature of the thermocouple to keep constant at a desired reference value that a temperature sensor of the Pyrometers determined. Measurement errors caused by a fluctuating ambient temperature causes are reduced. The energy and component expenditure is low in ver immediately cooling the pyrometer.
Eine für Gargeräte, insbesondere Kochfelder, günstige Referenztemperatur liegt bei etwa 50 bis 90°C, bevorzugt bei etwa 70°C. Diese Temperatur läßt sich ohne größere Energiever luste während des Gerätebetriebes aufrechterhalten. Sie stellt auch bei direktem Kontakt mit dem erwärmten Pyrometer noch keine Unfallgefahr dar. Außerdem ist diese Temperatur so gewählt, daß bei Betrieb des Gargerätes Referenztemperaturschwankungen infolge der Un zulänglichkeit bzw. Ungenauigkeit der Regelung der Referenztemperatur des Pyrometers in einem Bereich von ca. 10-15 K toleriert werden können.A favorable reference temperature for cooking devices, in particular hobs, is around 50 to 90 ° C, preferably at about 70 ° C. This temperature can be increased without much energy maintain losses during device operation. She also provides direct contact with the heated pyrometer does not pose a risk of an accident. This temperature is also the same chosen that when operating the cooking device reference temperature fluctuations due to the Un inadequacy or inaccuracy of the regulation of the reference temperature of the pyrometer in a range of approx. 10-15 K can be tolerated.
Vorteilhafterweise wird das Ausgleichsheizelement im wesentlichen mit dem Beginn des Er wärmens der zu überwachenden Oberfläche eingeschaltet. Beispielsweise kann bei einem elektrischen Kochfeld entweder mit dem Anstieg der vom Pyrometer detektierten Ober flächentemperatur oder mit dem Einschalten des die Oberfläche erwärmenden Heizelemen tes des Kochfeldes die Ausgleichsheizeinrichtung sowie das Ausgleichsheizelement gestar tet werden. Dadurch ist sichergestellt, daß bei geringem Energieverbrauch für das Aus gleichsheizelement gleichzeitig die Referenztemperatur ausreichend schnell den Referenz wert erreicht und einhält.Advantageously, the compensating heating element essentially with the beginning of the Er warming up the surface to be monitored. For example, with a electric cooktop either with the increase in the upper detected by the pyrometer surface temperature or by switching on the heating element that heats the surface tes of the hob, the compensating heating device and the compensating heating element be tested. This ensures that with low energy consumption for the off same heating element at the same time the reference temperature sufficiently quickly the reference value achieved and adhered to.
Die nachfolgenden Ausführungen dienen einer beispielhaften Veranschaulichung der Erfindung. Es zeigen:The following explanations serve to illustrate the Invention. Show it:
Fig. 1 eine Querschnittansicht eines am Rand eines Kochfeldes angeordneten Pyrometers mit Ausgleichsheizeinrichtung, und Fig. 1 is a cross-sectional view of a pyrometer arranged on the edge of a hob with a compensating heater, and
Fig. 2 ein Blockdiagramm der Ausgleichsheizeinrichtung von Fig. 1. FIG. 2 is a block diagram of the balance heater of FIG. 1.
Fig. 1 zeigt abschnittsweise eine von einem Rahmen eingefaßte Kochplatte 1 aus Glas oder Glaskeramik eines an sich bekannten Kochfeldes 2 und ein in dessen Randbereich in einer Öffnung des Rahmens angeordnetes Pyrometer 3. Auf der Kochplatte 1 ist beispielsweise mit Abstand vom Pyrometer 3 ein Topf (nicht gezeigt) abstellbar und mittels bekannter, nicht gezeigter Heizelemente des Kochfeldes 1 beheizbar. Von der erwärmten Topfwand abge strahlte Wärmeenergie wird von dem Pyrometer 3 erfaßt, weiterverarbeitet und einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung des Kochfeldes 2 zur Steuerung der Heizleistung des entsprechenden Heizelementes übermittelt. Fig. 1 shows a piece-wise rimmed by a frame cooking plate 1 made of glass or glass-ceramic of a known cooking hob 2 and a valve disposed in the edge region in an opening of the frame pyrometer. 3 A pot (not shown) can be placed on the hotplate 1 , for example at a distance from the pyrometer 3, and can be heated by means of known heating elements (not shown) of the hob 1 . From the heated pot wall radiated heat energy is detected by the pyrometer 3 , processed and transmitted to a control device of the hob 2, not shown, for controlling the heating power of the corresponding heating element.
Das Pyrometer 3 besitzt ein zylinderförmiges, im wesentlichen geschlossenes Pyrometer gehäuse 5. Im Pyrometergehäuse 5 ist zur Kochplatte 1 gewandt ein mit einem Siliziumfilter versehenes Fenster 11 vorgesehen. Hinter dem Fenster 11 ist im Inneren des Pyrometer gehäuses 5 eine Spiegeloptik 12 angeordnet, deren Eintrittsöffnung 13 zum Fenster 11 weist. Im Bereich der Austrittsöffnung 16 der Spiegeloptik 12 ist eine Zusammenschaltung von Thermoelementen 18 vorgesehen. Das Thermoelement 18 ist elektrisch an Anschlußpads 15 einer Leiterplatte 14 angeschlossen. Auf der Leiterplatte 14 ist weiterhin neben einer Sensorelektronik ein Temperatursensor 21, beispielsweise ein NTC-Fühler, angeordnet zum Erfassen der Referenztemperatur im Pyrometer bzw. im Bereich des Thermoelemetes 18. Im Pyrometergehäuse 5 ist eine Ausgleichsheizeinrichtung 17 vorge sehen. Diese weist entsprechend Fig. 1 und 2 ein Ausgleichsheizelement 20 im Boden bereich des Pyrometergehäuses 5 und den Temperaturfühler 21 auf, die jeweils an eine Aus gleichsregelvorrichtung 22 angeschlossen sind. Diese kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Pyrometergehäuses angeordnet sein.The pyrometer 3 has a cylindrical, substantially closed pyrometer housing 5 . A window 11 provided with a silicon filter is provided in the pyrometer housing 5 facing the hotplate 1 . Behind the window 11 of the pyrometer housing 5 a mirror optical system 12 arranged in the interior, the inlet opening 13 has the window. 11 An interconnection of thermocouples 18 is provided in the region of the outlet opening 16 of the mirror optics 12 . The thermocouple 18 is electrically connected to connection pads 15 of a circuit board 14 . In addition to sensor electronics, a temperature sensor 21 , for example an NTC sensor, is arranged on the printed circuit board 14 for detecting the reference temperature in the pyrometer or in the area of the thermocouple 18 . In the pyrometer housing 5 , a differential heater 17 is seen easily. This has according to Fig. 1 and 2, a Ausgleichsheizelement 20 in the bottom area of the Pyrometergehäuses 5 and the temperature sensor 21, each of the same control device to an off 22 are connected. This can be arranged both inside and outside of the pyrometer housing.
Die Funktionsweise der Anordnung ist wie folgt: Wird ein Heizelement des Kochfeldes 2 ein geschaltet, so wird ein oberhalb des Heizelementes auf der Kochfeldplatte 1 abgestellter Topf und dessen Inhalt erwärmt (nicht gezeigt). Die von der Topfwand oder vom Topfboden abgestrahlte Wärme tritt durch das Fenster 11 des Pyrometergehäuses 5 in die Eintritts öffnung 13 der Spiegeloptik 12. Die Spiegeloptik 12 bündelt die Wärmestrahlung und lenkt sie auf die Thermoelemente 18. Der Thermopile 18 generiert zusammen mit der Sensor elektronik und dem Temperatursensor 21 in Abhängigkeit von der Energie der Einstrahlung ein elektrisches Signal und gibt es über die Anschlußpads 15 der Leiterplatte 14 an die nicht dargestellte Regeleinrichtung des Kochfeldes 2 weiter. Die Regeleinrichtung regelt dem Sig nal entsprechend die Stromzufuhr des Heizelementes entsprechend der von einer Bedien person vorgegebenen gewünschten Kochtemperatur (Solltemperatur). Dadurch läßt sich die Temperatur des Kochfeldes 1 bzw. des Topfes beispielsweise zur Vermeidung eines Über kochens knapp unterhalb des Siedepunkts halten.The arrangement works as follows: If a heating element of the hob 2 is switched on, a pot placed above the heating element on the hob plate 1 and its contents are heated (not shown). The heat radiated from the pot wall or from the pot bottom passes through the window 11 of the pyrometer housing 5 into the inlet opening 13 of the mirror optics 12 . The mirror optics 12 bundles the heat radiation and directs it onto the thermocouples 18 . The thermopile 18 , together with the sensor electronics and the temperature sensor 21, generates an electrical signal as a function of the energy of the radiation and passes it on via the connection pads 15 of the circuit board 14 to the control device of the hob 2, not shown. The control device controls the signal according to the power supply of the heating element in accordance with the desired cooking temperature (set temperature) specified by an operator. This allows the temperature of the hob 1 or the pot, for example, to avoid boiling just below the boiling point.
Beim Einschalten der Heizelementes des Kochfeldes 2 heizt die Ausgleichsheizeinrichtung 17 das Pyrometer 3 auf eine bestimmte Referenztemperatur, beispielsweise auf 75°C. Über die Ausgleichsregelvorrichtung 22 wird deshalb zunächst das Ausgleichsheizelement 20 eingeschaltet, um einen Wärmestrom Q auf das Pyrometer 3 zu übertragen. Gleichzeitig wird mittels des Temperaturfühlers 21 die Temperatur T innerhalb des Pyrometers 3 erfaßt. Ist die Referenztemperatur erreicht, schaltet die Ausgleichsregelvorrichtung 22 das Ausgleichs heizelement 20 ab. Fällt die Temperatur im Pyrometer 3 wieder unter die Referenztem peratur, wird das Ausgleichsheizelement 20 wieder eingeschaltet. Die Referenztemperatur des Pyrometers 3 entspricht bei dieser Ausführungsform etwa dem Wert, der sich bei länge rem Einschalten der Kochplatte 1 am Pyrometer 3 ohnehin einstellt. Er kann jedoch auch höher gewählt werden, um die Genauigkeit des Pyrometers auch bei extremen Betriebsbedingungen gewährleisten zu können. Die Referenztemperatur liegt für typische Anwendungen bei Kochfeldern vorzugsweise bei etwa 70°C, wobei Schwankungen bzw. Regelungenauigkeiten bzgl. der Referenztemperatur von ca. 10 K in Abhängigkeit von der gewünschten Meßgenauigkeit des Pyrometers durchaus zulässig sein können. Der Meß fehler des Pyrometers während dessen Erwärmung kann vernachlässigt werden, solange sichergestellt ist, daß das Pyrometer die gewünschte Referenztemperatur vor dem Zeitpunkt erreicht, ab dem die Steuerungseinrichtung des Kochfeldes beispielsweise die Heizleistung des Heizelementes des Kochfeldes bzw. die Kochtemperatur im Topf im Bereich der Soll temperatur regelt. When the heating element of the hob 2 is switched on , the compensating heating device 17 heats the pyrometer 3 to a specific reference temperature, for example to 75 ° C. The compensating heating element 20 is therefore first switched on via the compensating control device 22 in order to transmit a heat flow Q to the pyrometer 3 . At the same time, the temperature T inside the pyrometer 3 is detected by means of the temperature sensor 21 . If the reference temperature is reached, the compensation control device 22 switches off the compensation heating element 20 . If the temperature in the pyrometer 3 falls below the reference temperature again, the compensating heating element 20 is switched on again. In this embodiment, the reference temperature of the pyrometer 3 corresponds approximately to the value that arises anyway when the hotplate 1 is switched on at the pyrometer 3 . However, it can also be chosen higher to ensure the accuracy of the pyrometer even under extreme operating conditions. The reference temperature for typical applications in cooktops is preferably around 70 ° C., fluctuations or inaccuracies in the reference temperature of approximately 10 K depending on the desired measuring accuracy of the pyrometer may well be permissible. The measurement error of the pyrometer during its heating can be neglected, as long as it is ensured that the pyrometer reaches the desired reference temperature before the point in time from which the control device of the hob, for example the heating power of the heating element of the hob or the cooking temperature in the pot in the range of the target temperature controls.
11
Kochfeldplatte
Cooktop
22nd
Kochfeld
Cooktop
33rd
Pyrometer
pyrometer
55
Pyrometergehäuse
Pyrometer housing
1111
Fenster
window
1212th
Spiegeloptik
Mirror optics
1313
Eintrittsöffnung
Entrance opening
1414
Leiterplatte
Circuit board
1515
Anschlußpads
Connection pads
1616
Austrittsöffnung
Outlet opening
1717th
Ausgleichsheizeinrichtung
Compensation heater
1818th
Thermoelement
Thermocouple
1919th
Deckel
cover
2020th
Ausgleichsheizelement
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Ausgleichsregelvorrichtung
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| Date | Code | Title | Description |
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| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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Effective date: 20131101 |