CH675659A5

CH675659A5 -

Info

Publication number: CH675659A5
Application number: CH4604/87A
Authority: CH
Inventors: Kurt Wolf; Wolfram Andre
Original assignee: Fissler Gmbh
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1990-10-15
Also published as: KR880008689A; JPS63150636A; SE467938B; FR2608276B1; IT8722834A0; IT1226068B; DE3642182A1; SE8704818L; FR2608276A1; DE3642182C2; US4900161A; SE8704818D0

Description

1

CH 675 659 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der Temperatur in einem Heizsystem aus elektrisch beheizter Kochplatte und darauf abgestelltem Kochtopf mit Kochgut, bei der ein in unterschiedlichem Abstand zur Topfwand des Kochtopfes angeordneter und darauf ausgerichteter Strahlungsempfänger vorgesehen ist, der entsprechend der vom Strahlungsmessfeld des Strahlungsempfängers de-tektierten Strahlungsfläche der Topfwand, deren Strahlungsintensität mit zunehmendem Abstand quadratisch abnimmt, ein von der Temperatur des Kochgutes im Kochtopf abhängiges Signal abgibt.

Derartige Anordnungen sind aus der DE-AS 3 341 234 und der DE-PS 3 538 353 bekannt. Dabei wird insbesondere in der Aufheizphase die Messgenauigkeit durch den sich ändernden Abstand des Strahlungsempfängers von der Topfwand des Kochtopfes stark beeinflusst. Die Stellung des Kochtopfes auf der Kochplatte kann sich nämlich in einem weiten Bereich ändern, so dass die detektier-te Fläche mehr oder weniger schnell erwärmt wird. Dieser von der Stellung des Kochtopfes abhängige Messfehler der Aufheizphase wird dadurch kompensiert, dass das Strahlungsmessfeld mit seiner Mittelachse in einem spitzen Winkel zur Stellfläche der Kochplatte verläuft. Bei dieser Ausrichtung des Strahlungsempfängers wird erreicht, dass sich mit zunehmendem Abstand des Kochtopfes vom Strahlungsempfänger die detektierte Strahlungsfläche mit dem Mittelpunkt mehr und mehr vom Topfboden des Kochtopfes entfernt. Bei kleiner werdendem Abstand verlagert sich der Mittelpunkt der de-tektierten Strahlungsfläche in Richtung zum Topfboden. Dies hat zur Folge, dass die in der Aufheizphase auftretende Verzögerung bei der Temperaturmessung dadurch kompensiert wird, dass die detektierte Strahlungsfläche in einen Bereich verschoben wird, der näher zur Mitte der Kochplatte liegt. Entfernt sich der Kochtopf vom Strahlungsempfänger, dann wird die Beschleunigung der Temperaturmessung in der Aufheizphase, die bei horizontal ausgerichtetem Strahlungsmessfeld auftreten würde, durch Verlagerung der delektierten Strahlungsfläche in kältere Bereiche der Topfwand, d.h. weiter weg vom Topfboden, eliminiert. Damit wird also erreicht, dass in der Aufheizphase die durch die Verstellung des Kochtopfes auf der Kochplatte resultierenden Messungenauigkeiten automatisch ausgeglichen werden. Die ermittelte Temperatur entspricht dann unabhängig von der Stellung des Kochtopfes auf der Kochplatte, d.h. dem Abstand zum Strahlungsempfänger, der tatsächlich im Kochgut herrschenden Temperatur. Dies ist besonders wichtig in der Aufheizphase, in der sich die Temperatur fortlaufend ändert und zur Regelung der Heizleistung verwendet wird.

Es hat sich nun gezeigt, dass im eingeregelten Zustand des Heizsystems die Temperaturmessung durch die von der Eigentemperatur der Kochplatte hervorgerufene Sekundärstrahlung, d.h. in diesem Fall als Störstrahlung wirkend, unterschiedlich beeinflusst wird und dies in Abhängigkeit von der Stellung des Kochtopfes auf der Kochplatte. Nimmt die detektierte Strahlungsintensität mit zunehmendem Abstand quadratisch ab, dann wird je nach dem zum Strahlungsempfänger gelangenden Anteil der Stör-strahiung das Messergebnis mehr oder weniger verfälscht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der -eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der der Einfluss der Störstrahlung der Kochplatte bei den unterschiedlichen Stellungen des Kochtopfes auf der Kochplatte kompensiert ist, so dass die Temperatur unabhängig von der Stellung des Kochtopfes auf der Kochplatte mit ausreichender Messgenauigkeit erfasst wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der von der Kochplatte ausgehende und zum Strahlungsempfänger gelangende Anteil der Störstrahlung durch Veränderung des Strahlungswinkels eines kreuzungsfreien Strahlungsmessfeldes und damit entsprechenden Reduzierung der mit zunehmendem Abstand detektierten Strahlungsfläche kompensiert ist.

Durch die Anpassung des Strahlungswinkels des Strahlungsmessfeldes kann der Einfluss der Störstrahlung der Kochplatte kompensiert werden, ohne dass dafür teure Strahlungsempfänger verwendet werden müssen. Diese Anpassung berücksichtigt dabei in einfachster Weise den Emissionsfaktor der Kochplatte, d.h. es ist das gesamte Heizsystem in das Messsystem einbezogen. Der Grad der Reduzierung der detektierten Strahlungsfläche bestimmt das Mass der Kompensation. Die detektierte Strahlungsfläche kann dabei nur geringfügig oder auch in stärkerem Masse von der idealen quadratischen Zunahme zum Ausgleich der Strahlungsintensität abweichen. Dabei hat sich als ausreichend erwiesen, wenn die Kompensation der Störstrahlung bei maximalem Abstand zwischen dem Strahlungsempfänger und der Topfwand des Kochtopfes vorgenommen wird. Wird der Abstand verkleinert, dann ist die Kompensation noch ausreichend gut. Der Strahlungsempfänger gibt daher unabhängig von der Stellung des Kochtopfes auf der Kochplatte und dem Anteil der zum Strahlungsempfänger einwirkenden Störstrahlung ein der Temperatur des Kochgutes im Kochtopf entsprechendes Signal ab.

Übersteigt bei grossem Abstand zwischen der Topfwand des Kochtopfes und dem Strahlungsempfänger der Anteil der Störstrahlung den Verlust an Strahlungsintensität durch die Vergrösserung des Abstandes, dann sieht eine Ausgestaltung vor, dass das Strahlungsmessfeld annähernd runden Querschnitt aufweist und sich mit zunehmendem Abstand kegelförmig verjüngt bzw. erweitert, wobei der Verjüngungswinkel bzw. Erweiterungswinkel kleiner als 5° ist. Ist der Verjüngungswinkel des Strahlungsmessfeldes veränderbar, dann kann für den maximalen Abstand zwischen der Topfwand des Kochtopfes und dem Strahlungsempfänger ein Abgleich durch Einstellung des Verjüngungswinkels bzw. Erweiterungswinkels vorgenommen werden. Bei einem Strahlungsempfänger mit Eingangsoptik und nachgeordnetem Sensor lässt sich der Verjüngungswinkel bzw. Erweiterungswinkel des Strahlungsmessfeldes durch Verschiebung des Sensors auf der Mittelachse verändern.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 675 659 A5

4

Der Abgleich der Anordnung bei kleinstem Abstand zwischen der Topfwand des Kochtopfes und dem Strahlungsempfänger lässt sich dadurch ausführen, dass der Strahlungsempfänger senkrecht zur horizontalen Stellfläche der Kochplatte verstellbar ist.

Bei konstanter Temperatur des Kochgutes im Kochtopf erhält man dann nach diesen Abgleichen im gesamten Abstandsbereich am Strahlungsempfänger dasselbe Signal.

Um ausreichende Signale am Strahlungsempfänger zu bekommen, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass die Topfwand des Kochtopfes auf der Aussenseite eine umlaufende Ringfläche mit hohem Emissionsfaktor aufweist, der sich in der Breite zumindest über den Bereich der maximal detektierten Strahiungsfläche erstreckt. Diese Ringfläche hat einen gleichmässig hohen Emissionsfaktor von z.B. grösser als 0,9 und befindet sich vorzugsweise im Ubergangsbereich zwischen Topfboden und Topfwand des Kochtopfes.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Anordnung mit dem Strahlungsempfänger und dem Kochtopf mit seinen Endstellungen auf der Kochplatte und

Fig. 2 die detektierten Strahlungsflächen in Abhängigkeit von den Endstellungen des Kochtopfes auf der Kochplatte.

Wie die Fig. 1 zeigt, kann der Kochtopf 10 auf der Kochplatte 14 von einer linken bis zu einer rechten Endstellung verstellt werden, die durch Anschlag des Topfbodens 11 an einem um die Kochplatte 14 verlaufenden Ring 13 bestimmt sind. Dabei steht der Strahlungsempfänger StE einmal im kleinsten Abstand a zur Topfwand des ausgezogen gezeichneten Kochtopfes 10 und zum anderen im maximalen Abstand b zur Topfwand des gestrichelt gezeichneten Kochtopfes 10'.

Bei der Anordnung kommt es ganz entscheidend auf die Ausgestaltung und Ausrichtung des Strahlungsmessfeldes 17 an. Es ist einleuchtend, dass bei der Stellung des Kochtopfes 10 im Abstand a der Strahlungsempfänger StE kaum von der Störstrahlung der Kochplatte 14 beeinflusst wird. Die Verfälschung des Messergebnisses durch die Störstrahlung der Kochplatte 14 ist daher in diesem Falle sehr klein, ja sogar praktisch vernachlässigbar. Bei der Stellung des Kochtopfes 10' im Abstand b liegt ein dem Strahlungsempfänger StE zugekehrter Bereich der Kochplatte 14 ausserhalb des Topfbodens 11' frei, so dass ein beträchtlicher Anteil der Störstrahlung der Kochplatte 14 zum Strahlungsempfänger StE gelangt und das Messergebnis im Sinne höherer Temperatur beeinflusst.

Um diese durch die Veränderung der Stellung des Kochtopfes 10 auf der Kochplatte 14 bedingten Messfehler zu eliminieren, sieht die Anordnung ein Strahlungsmessfeld 17 des Strahlungsempfängers StE vor, das im Strahlungswinkel und damit der Grösse der detektierten Strahlungsfläche 18 bzw.

21 angepasst wird. Das Strahlungsmessfeld 17 ist dabei im Querschnitt rund und mit zunehmendem Abstand der Topfwand des Kochtopfes 10 vom Strahlungsempfänger StE verjüngt oder erweitert es sich kontinuierlich. Bei handelsüblichen Kochtöpfen und Kochplatten sowie preisgünstigen Strahlungsempfängern liegt der Verjüngungswinkel oder Erweiterungswinkel bei wenigen Graden, z.B. 5°. Durch Verschiebung des Sensors S eines Strahlungsempfängers StE mit vorgeordneter Optik L, z.B. in Form einer Sammellinse, kann der Strahlungswinkel verändert werden. Die Verschiebung erfolgt dabei auf der Mittelachse 16 des Strahlungsmessfeldes 17 hinter der Optik und wird vorgenommen, wenn der Kochtopf 10' den grössten Abstand b zum Strahlungsempfänger StE einnimmt. In der Stellung mit dem kleinsten Abstand a wird der Strahlungsempfänger StE senkrecht zur Stellfläche der Kochplatte 14 verstellt und der Messwert am Strahlungsempfänger StE abgeglichen, so dass im gesamten Verstellbereich vom Abstand a bis zum Abstand b bei konstanter Temperatur des Kochgutes im Kochtopf 10 bzw. 10' der Strahlungsempfänger StE ein der Temperatur entsprechendes Signal abgibt, so dass die durch die Störstrahlung der Kochplatte 14 bedingten Messfehler bei eingeschwungenem Heizsystem eliminiert sind.

Wie die Fig. 1 zeigt, steht die Mittelachse des Strahlungsmessfeldes 17 zusätzlich in einem spitzen Winkel von kleiner als 5° zur horizontalen Stellfläche der Kochplatte 14. Damit wandert der Mittelpunkt 19 bzw. 20 der detektierten Strahlungsfläche 18 bzw. 21 mitzunehmendem Abstand zwischen dem Strahlungsempfänger StE und der Topfwand des Kochtopfes 10 bzw. 10' weiter nach oben, d.h. von der Kochplatte 10 bzw. 10' weg, so dass auch in der Aufheizphase die zeitlichen Verschiebungen der Temperaturen, die von der Stellung des Kochtopfes 10 bzw. 10' auf der Kochplatte 14 abhängen, eliminiert werden. Die Fig. 2 zeigt mit x und y die Abstände der Mittelpunkte 19 und 20 von der Stellfläche der Kochplatte 14.

Die detektierten Strahlungsflächen 18 und 21 sind im Ausführungsbeispiel praktisch gleich gross, sie nehmen aufgrund der Neigung der Mittelachse 16 des Strahlungsmessfeldes 17 jedoch eine elliptische Form an. Bei sich verjüngendem Strahlungsmessfeld 17 nimmt die detektierte Strahlungsfläche 21 gegenüber der detektierten Strahlungsfläche 18 ab. Mit dem Verjüngungswinkel kann die detektierte Strahlungsfläche 21 und damit das Signal des Strahlungsempfängers StE verändert und auf den Wert abgeglichen werden, der sich bei zentrischer Stellung des Kochtopfes auf der Kochplatte 14 einstellt.

Um den Kochtopf 10 verläuft die Ringfläche 15, die einen gleichmässig hohen Emissionsfaktor aufweist und in ihrer Breite auf die maximale detektierte Strahlungsfläche ausgelegt ist, wobei der Abstand a bis b und der Neigungswinkel der Mittelachse 16 des Strahlungsmessfeldes berücksichtigt werden. Diese Ringfläche 15 wird vorzugsweise in den Übergangsbereich zwischen dem Topfboden und der Topfwand des Kochtopfes 10 gelegt, da in diesem Bereich gerade auch schon in der Aufheizphase die

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 675 659 A5

6

Temperatur der Topfwand der Temperatur des Kochgutes im Kochtopf entspricht.

Mit der Kompensation der Störstrahlung nach der Erfindung wird mit einfachem Strahlungsempfänger das Strahlungsmessfeld so verändert, dass mit zunehmendem Abstand zwischen dem Strahlungsempfänger und der Topfwand des Kochgutes die detektierte Strahlungsfläche nicht mehr quadratisch zunimmt. Der durch die Reduzierung der detektierten Strahlungsfläche auftretende Verlust am Strahlungsempfänger wird durch die auftretende Störstrahlung ausgeglichen, so dass der Strahlungsempfänger unabhängig von der Stellung des Kochtopfes auf der Kochplatte bei konstanter Temperatur auch ein konstantes Messsignal abgibt.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zum Messen der Temperatur in einem Heizsystem aus elektrisch beheizter Kochplatte und darauf abgestelltem Kochtopf mit Kochgut, bei der ein in unterschiedlichem Abstand zur Topfwand des Kochtopfes angeordneter und darauf ausgerichteter Strahlungsempfänger vorgesehen ist, der entsprechend der vom Strahlungsmessfeld des Strahlungsempfängers detektierten Strahlungsfläche der Topfwand, deren Strahlungsintensität mit zunehmendem Abstand quadratisch abnimmt, ein von der Temperatur des Kochgutes im Kochtopf abhängiges Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Kochplatte (14) ausgehende und zum Strahlungsempfänger (StE) gelangende Anteil der Störstrahlung durch Veränderung des Strahlungswinkels eines kreuzungsfreien Strahlungsmessfeldes (17) und damit entsprechenden Reduzierung der mit zunehmendem Abstand detektierten Strahlungsfläche (18,21) kompensiert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsmessfeld (17) annähernd runden Querschnitt aufweist und sich mit zunehmendem Abstand kegelförmig verjüngt bzw. erweitert, wobei der Verjüngungswinkel bzw. Erweiterungswinkel kleiner als 5° ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (16) des Strahlungsmessfeldes (17) des Strahlungsempfängers (StE) in einem Winkel kleiner als 5° zur horizontalen Stellfläche der Kochplatte (14) ausgerichtet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsempfänger (StE) senkrecht zur horizontalen Stellfläche der Kochplatte (14) verstellbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verjüngungswinkel bzw. Erweiterungswinkel des Strahlungsmessfeldes (17) veränderbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Strahlungsempfänger (StE) mit Eingangsoptik (L) und nachgeordnetem Sensor (S) der Verjüngungswinkel bzw. Erweiterungswinkel des Strahlungsmessfeldes (17) durch Verschiebung des Sensors (S) auf der Mittelachse (16) veränderbar ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand des Kochtopfes (10) auf der Aussenseite eine umlaufende Ringfläche (15) mit hohem Emissionsfaktor aufweist, der sich in der Breite zumindest über den Bereich der maximal detektierten Strahlungsfläche (18,20) erstreckt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfläche (15) einen gleichmässig hohen Emissionsfaktor von z.B. grösser als 0,9 aufweist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4