DE19919961B4

DE19919961B4 - Pyrometer with compensation heater

Info

Publication number: DE19919961B4
Application number: DE1999119961
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Has
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: DE19919961A1

Abstract

Pyrometer (3) zur berührungslosen Erfassung der Temperatur einer erwärmten Oberfläche, mit zumindest einem Thermoelement (18), das der Wärmestrahlung der erwärmten Oberfläche ausgesetzt ist, wobei eine regelbare Ausgleichsheizeinrichtung (17) zur Erwärmung von zumindest Teilen des Pyrometers (3) vorgesehen ist, um die Umgebungstemperatur des Thermoelementes (18) konstant auf einem gewünschten Referenzwert zu halten, den ein Temperatursensor (21) des Pyrometers (3) ermittelt, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu vorgesehen ist, ein Ausgleichsheizelement (20) der Ausgleichsheizeinrichtung (17) mit Beginn der Erwärmung der Oberfläche einzuschalten.pyrometer (3) for non-contact detection the temperature of a heated Surface, with at least one thermocouple (18), the heat radiation the heated one surface is exposed, wherein a controllable balancing heater (17) for warming of at least parts of the pyrometer (3) is provided to the ambient temperature of the thermocouple (18) to be kept constant at a desired reference value, a temperature sensor (21) of the pyrometer (3) determined identified by a means provided for, a compensation heating element (20) the equalizing heater (17) with the beginning of heating the surface turn.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pyrometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The present invention relates to a pyrometer according to the preamble of claim 1.

In Haushaltsgeräten, insbesondere in Gargeräten, werden Pyrometer eingesetzt, um berührungslos die Temperatur eines Gargefäßes, beispielsweise einer Topfwand, oder eines Gargutes zu messen. Pyrometer erfassen die von der zu überwachenden Oberfläche abgegebene 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 Wärmestrahlung 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 proportional zur 4. Potenz der Temperatur der abstrahlenden Oberfläche ist.In Household appliances, especially in cooking appliances, Pyrometers are used to contact the temperature of a Gargefäßes, for example a pot wall, or a food to measure. Capture pyrometer those to be monitored by surface emitted electromagnetic radiation, especially in the infrared range and put them in a processable electrical signal around. Here are known, preferably infrared-sensitive thermopiles with thermocouples used, which the heat radiation of the monitored surface get abandoned. The temperature, which is due to the thermocouples as a result of the irradiation gives information about the temperature the one to be monitored surface compared to the ambient temperature of the thermocouples. In this case, that the Temperature of the illuminated thermocouples proportional to the 4th Potency of the temperature of the radiating surface is.

Ändert sich während der Messung die Umgebungstemperatur der Thermoelemente, beeinflußt dies die Temperatur der Thermoelemente, ohne daß sich die Temperatur der zu überwachenden 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 Pyrometers insbesondere zu Heizelementen unvermeidbar. Der Wert der Referenztemperatur bzw. der Umgebungstemperatur schwankt beispielsweise bei elektrischen Kochfeldern dabei typischerweise etwa zwischen 10 und 70°C.Changes while Measuring the ambient temperature of the thermocouples, this affects the temperature of the thermocouples without the temperature of the monitored surface changed Has. The measurement result is thereby falsified, the error increases, the farther the reference temperature serves Ambient temperature deviates from a predetermined ideal value. At home appliances is but a warming of the pyrometer in the course of the duty cycle of the cooking appliance the roundabouts of the pyrometer in particular to heating unavoidable. The value the reference temperature or the ambient temperature fluctuates, for example for electric cooktops typically about between 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.to Improvement of the measuring accuracy is a cooling the thermocouples conceivable. However, this measure requires high design effort and has an uneconomical high in operation Energy demand.

In der US 4.120.200 wird vorgeschlagen, mit Hilfe eines Strahlungsfilters nur einen begrenzten 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 the US 4.120.200 It is proposed to detect only a limited section of the radiation spectrum with the aid of a radiation filter. This is intended to limit the irradiation into the pyrometer even at high temperatures. However, this measure can not prevent unwanted heating of the thermocouples in the small dimensions of household appliances.

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 the US 3,796,099 a temperature measuring device is described which detects the temperature of a DUT at two different points and performs a correction adjustment between the two measurements. However, this method is expensive and can not be used in household appliances for cost reasons.

Die US 3.916.690 offenbart ein Pyrometer, welches die Temperatur eines Meßobjektes mit der eines beheizbaren Vergleichsobjektes vergleicht. Beim Erfassen einer Temperaturdifferenz zwischen beiden Objekte wird das Vergleichsobjekt beheizt, bis die Temperaturdifferenz bei Null liegt. In diesem Fall hat das Vergleichsobjekt die gleiche Temperatur wie das Meßobjekt. Die Temperatur des Vergleichsobjektes wird dann mit einem Kontakt-Thermometer gemessen. Der erforderliche konstruktive Aufwand macht eine solche Vorrichtung für Haushaltsgeräte jedoch ungeeignet.The US 3,916,690 discloses a pyrometer which compares the temperature of a measurement object with that of a heatable comparison object. When detecting a temperature difference between both objects, the comparison object is heated until the temperature difference is zero. In this case, the comparison object has the same temperature as the DUT. The temperature of the comparison object is then measured with a contact thermometer. However, the required design effort makes such a device for household appliances unsuitable.

Aus der GB 640 711 ist ein Pyrometer bekannt, welches eine Heizeinrichtung aufweist.From the GB 640,711 a pyrometer is known, which has a heating device.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Weiterbildung des bekannten gattungsgemäßen Standes der Technik, so daß eine kostengünstige, ausreichend genaue, berührungslose Temperaturüberwachung ermöglicht wird.task The present invention is therefore the development of the known generic state of technology, so that one cost, sufficiently accurate, non-contact temperature monitoring allows becomes.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß ein Pyrometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ein Mittel aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein Ausgleichsheizelement der Ausgleichsheizeinrichtung mit Beginn der Erwärmung der Oberfläche einzuschalten. Meßfehler, die durch eine schwankende Umgebungstemperatur verursacht sind, werden dadurch reduziert. Der Energie- und Bauteileaufwand ist gering im Vergleich zu einer Kühlung des Pyrometers.These Task is solved by that a pyrometer according to the preamble of claim 1 has a means which is intended to a Ausgleichsheizelement the compensation heater with the beginning of the warming to turn on the surface. measurement error, which are caused by a fluctuating ambient temperature, will be reduced. The energy and component costs are low compared to a cooling system of 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 Energieverluste 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 Unzulänglichkeit bzw. Ungenauigkeit der Regelung der Referenztemperatur des Pyrometers in einem Bereich von ca. 10–15 K toleriert werden können.A for cooking appliances, in particular Hobs, cheap Reference temperature is about 50 to 90 ° C, preferably about 70 ° C. These Temperature can be without major energy losses while of the device operation maintained. It also provides direct contact with the heated pyrometer no risk of accidents. Also is this temperature chosen that at Operation of the cooking appliance Reference temperature fluctuations due to inadequacy or inaccuracy the regulation of the reference temperature of the pyrometer in a range from about 10-15 K can be tolerated.

Beispielsweise kann bei einem elektrischen Kochfeld entweder mit dem Anstieg der vom Pyrometer detektierten Oberflächentemperatur oder mit dem Einschalten des die Oberfläche erwärmenden Heizelementes des Kochfeldes die Ausgleichsheizeinrichtung sowie das Ausgleichsheizelement gestartet werden. Dadurch ist sichergestellt, daß bei geringem Energieverbrauch für das Ausgleichsheizelement gleichzeitig die Referenztemperatur ausreichend schnell den Referenzwert erreicht und einhält.For example, in an electric cooktop, either with the increase in the surface temperature detected by the pyrometer or with the switching on of the heating element of the cooktop heating the surface, the compensating heater and the compensating heating element can be started. This ensures that with low energy consumption for the Ausgleichsheizelement at the same time the reference temperature reaches the reference value sufficiently quickly and adheres to.

Die nachfolgenden Ausführungen dienen einer beispielhaften Veranschaulichung der Erfindung. Es zeigen:The following versions serve as an exemplification of the invention. It demonstrate:

1 eine Querschnittansicht eines am Rand eines Kochfeldes angeordneten Pyrometers mit Ausgleichsheizeinrichtung, und 1 a cross-sectional view of a arranged at the edge of a hob pyrometer with compensation heater, and

2 ein Blockdiagramm der Ausgleichsheizeinrichtung von 1 2 a block diagram of the compensation heater of 1

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 abgestrahlte Wärmeenergie wird von dem Pyrometer 3 erfaßt, weiterverarbeitet und einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung des Kochfeldes 2 zur Steuerung der Heizleistung des entsprechenden Heizelementes übermittelt. 1 shows sections of a bordered by a frame cooking plate 1 made of glass or glass ceramic of a conventional hob 2 and a pyrometer arranged in an edge region thereof in an opening of the frame 3 , On the hotplate 1 is, for example, at a distance from the pyrometer 3 a pot (not shown) abstellbar and by means of known, not shown heating elements of the hob 1 heated. From the heated pot wall radiated heat energy is from the pyrometer 3 detected, further processed and a control device, not shown, of the hob 2 transmitted to control the heating power of the corresponding heating element.

Das Pyrometer 3 besitzt ein zylinderförmiges, im wesentlichen geschlossenes Pyrometergehäuse 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 Pyrometergehäuses 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 an geschlossen. 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 vorgesehen. Diese weist entsprechend 1 und 2 ein Ausgleichsheizelement 20 im Bodenbereich des Pyrometergehäuses 5 und den Temperaturfühler 21 auf, die jeweils an eine Ausgleichsregelvorrichtung 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 , In the pyrometer housing 5 is to the hotplate 1 turned a provided with a silicon filter window 11 intended. Behind the window 11 is inside the pyrometer housing 5 a mirror look 12 arranged, the inlet opening 13 to the window 11 has. In the area of the outlet opening 16 the mirror optics 12 is an interconnection of thermocouples 18 intended. The thermocouple 18 is electrically connected to connection pads 15 a circuit board 14 closed on. On the circuit board 14 is still next to a sensor electronics, a temperature sensor 21 , For example, an NTC sensor arranged to detect the reference temperature in the pyrometer or in the range of Thermoelemetes 18 , In the pyrometer housing 5 is a balancing heater 17 intended. This points accordingly 1 and 2 a balancing heater 20 in the bottom area of the pyrometer housing 5 and the temperature sensor 21 on, each to a compensation control device 22 are connected. This can be arranged both inside and outside the Pyrometergehäuses.

Die Funktionsweise der Anordnung ist wie folgt: Wird ein Heizelement des Kochfeldes 2 eingeschaltet, 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 Eintrittsöffnung 13 der Spiegeloptik 12. Die Spiegeloptik 12 bündelt die Wärmestrahlung und lenkt sie auf die Thermoelemente 18. Der Thermopile 18 generiert zusammen mit der Sensorelektronik 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 Signal entsprechend die Stromzufuhr des Heizelementes entsprechend der von einer Bedienperson vorgegebenen gewünschten Kochtemperatur (Solltemperatur). Dadurch läßt sich die Temperatur des Kochfeldes 1 bzw. des Topfes beispielsweise zur Vermeidung eines Überkochens knapp unterhalb des Siedepunkts halten.The operation of the arrangement is as follows: Will be a heating element of the hob 2 turned on, so is one above the heating element on the hob plate 1 turned off pot and its contents heated (not shown). The radiated from the pot wall or the bottom of the pot heat passes through the window 11 of the pyrometer housing 5 in the entrance opening 13 the mirror optics 12 , The mirror optics 12 bundles the heat radiation and directs it to the thermocouples 18 , The thermopile 18 generated together with the sensor electronics and the temperature sensor 21 depending on the energy of the radiation an electrical signal and is available through the connection pads 15 the circuit board 14 to the control device, not shown, of the hob 2 further. The control device regulates the signal corresponding to the power supply of the heating element according to the predetermined by an operator desired cooking temperature (set temperature). This allows the temperature of the hob 1 or the pot, for example, to avoid overcooking just below the boiling point hold.

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 Ausgleichsheizelement 20 ab. Fällt die Temperatur im Pyrometer 3 wieder unter die Referenztemperatur, wird das Ausgleichsheizelement 20 wieder eingeschaltet. Die Referenztemperatur des Pyrometers 3 entspricht bei dieser Ausführungsform etwa dem Wert, der sich bei längerem 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 Mellfehler 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 Solltemperatur regelt.When switching on the heating element of the hob 2 heats the equalizing heater 17 the pyrometer 3 to a certain reference temperature, for example to 75 ° C. About the compensation control device 22 Therefore, first the equalizing heater 20 turned on to a heat flow Q on the pyrometer 3 transferred to. At the same time by means of the temperature sensor 21 the temperature T inside the pyrometer 3 detected. When the reference temperature is reached, the leveling device switches 22 the equalization heater 20 from. If the temperature falls in the pyrometer 3 again below the reference temperature, the compensation heater will 20 switched back on. The reference temperature of the pyrometer 3 In this embodiment, this corresponds approximately to the value that results when the hotplate is switched on for a relatively long time 1 at the pyrometer 3 anyway. However, it can also be chosen higher to ensure the accuracy of the pyrometer even under extreme operating conditions. The reference temperature is for typical applications in cooktops preferably at about 70 ° C, with fluctuations or control inaccuracies regarding the reference temperature of about 10 K depending on the desired accuracy of the pyrometer can be quite permissible. The Mellfehler 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 time from which the control device of the hob, for example, controls the heating power of the heating element of the hob or the cooking temperature in the pot in the range of the set temperature ,

11: KochfeldplatteHotplate
22: Kochfeldhob
33: Pyrometerpyrometer
55: PyrometergehäusePyrometergehäuse
1111: Fensterwindow
1212: Spiegeloptikmirror optics
1313: Eintrittsöffnunginlet opening
1414: Leiterplattecircuit board
1515: Anschlußpadsconnecting pads
1616: Austrittsöffnungoutlet opening
1717: AusgleichsheizeinrichtungAusgleichsheizeinrichtung
1818: Thermoelementthermocouple
1919: Deckelcover
2020: AusgleichsheizelementAusgleichsheizelement
2121: Temperaturfühlertemperature sensor
2222: AusgleichsregelvorrichtungEqualizing control means

Claims

Pyrometer ( 3 ) for non-contact detection of the temperature of a heated surface, comprising at least one thermocouple ( 18 ), which is exposed to the heat radiation of the heated surface, wherein a controllable balancing heater ( 17 ) for heating at least parts of the pyrometer ( 3 ) is provided to the ambient temperature of the thermocouple ( 18 ) to be kept constant at a desired reference value which a temperature sensor ( 21 ) of the pyrometer ( 3 ), characterized by a means which is provided to a compensation heating element ( 20 ) of the compensatory heater ( 17 ) to turn on with the beginning of the heating of the surface.

Pyrometer according to claim 1, characterized that the Reference temperature "at about 50 to 90 ° C, especially at about 70 ° C lies.

Pyrometer according to Claim 1 or 2, characterized in that the thermocouple ( 18 ) of the heat radiation of the Ausgleichsheizelementes ( 20 ) of the compensatory heater ( 17 ) is shielded.

Cooking appliance with a heatable pyrometer according to one of the preceding claims.