DK160122B - Fremgangsmaade til styring af opvarmningen af en vaeskeformig last i et kogegrej - Google Patents

Description

i

DK 16 012 2 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til styring af opvarmningen af en væskeformig last i et kogegrej, der er anbragt på en elektrisk opvarmet kogeplade eller et elektrisk opvarmet underlag.

5

Til optimal opvarmning ved hjælp af termostatstyrede elektriske kogeplader eller kogekar, er det ønskværdigt, at den størst mulige effekt er indkoblet så længe som muligt, uden at pladen er varmere end højst nødvendigt, når lasten har nået 10 kogetemperaturen. De kendte termostater fungerer på en sådan måde, at de frakobler effekten, når en målt temperatur har nået en forudindsti1 let værdi. Denne temperatur Tp er en kombination af temperaturen Tp af kogepladen og temperaturen T^ af kogegrejet, idet kombinationsforholdet er stærkt afhæng i gt af 15 kogegrejets anlæg mod kogepladen repræsenteret ved den ter miske modstand Rp^ og lastens størrelse mv (den termiske masse af lasten). Det tidspunkt, hvor effekten frakobles, er således ikke altid optimalt, idet det kan variere - jf. f.eks. tysk fremlæggelsesskrift nr. 1.198.947.

20

Formålet med opfindelsen er at anvise en fremgangsmåde til styring af opvarmningsforløbet af en væskeformig last, hvor de angivne ulemper er elimineret, og hvor effekten i stedet frakobles i så god tid, at den tilbageværende varme i kogepladen 25 er tilstrækkelig til at lasten lige netop når en forudbestemt temperatur, sædvanligvis kogetemperaturen. Under et efterfølgende færdigkogefor løb tilføres en lavere effekt, der også medfører en lavere kogepladetemperatur. Derved opnås, at kogepladetemperaturen falder fra den høje værdi under opvarmnings-30 forløbet til den lavere værdi inden for den tidsperiode, hvor lasten når sin høje temperatur. Derved opnås en jævn forøgelse af temperaturen mod den udvalgte siuttemperatur (f.eks. kogetemperaturen) uden de op- og nedadgående udsving i kogepladetemperaturen, som ofte opstår ved de kendte termostatstyrede 35 kogeplader, idet kogepladetemperaturen har en stabil og til den valgte s 1uttemperatur svarende værdi.

Mik i |PPP|M!pifRflllFn 1.. ;·'

Ml^lll ...

2

DK 160122 B

Dette formål opnås ved hjælp af en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art, der ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der under opvarmningsforløbet ved gentagne måletilfælde opsamles måleværdier svarende til temperaturen af hen-5 holdsvis kogepladen Tp og apparatet T^, og at der ved hvert måletilfælde ved hjælp af de opsamlede måleværdier beregnes en siuttemperatur Tv S]ut af lasten, som skulle opnås, hvis energitilførslen til pladen afbrydes til beregningstidspunktet, og at energitilførslen afbrydes til et tidspunkt, hvor den bereg-10 nede siuttemperatur Tv s-|ut er ^9 med en forudindstillet temperatur.

Foretrukne udførelsesformer for fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremgår af underkravene.

15

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en kogeplade og et kogekar med angivelse af for-20 skellige parameterværdier, fig. 2 en grafisk afbildning af parameterværdierne, fig. 3 et rutediagram til beregning af lastens siuttemperatur 25 Tv slut °9 fig. 4 en iterationsberegning af lastens siuttemperatur Tv slut °9 kogepladens s 1uttemperatur Tp slut* 30 Der er som tidligere nævnt tilstræbt en hurtig opvarmning af en væskeformig last til en forudbestemt temperatur, sædvanligvis lastens kogetemperatur. Opvarmningen skal ske med fuld effekt, og effekten skal reduceres i rette tid for at forhindre overkogning. Hvis opvarmningsforløbet også omfatter en yderli-35 gere kogning, skal denne om muligt forløbe uden mærkbare udsving i kogeintensiteten. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen indebærer, at man ved gentagne målinger af kogepladens tempe- 3

DK '! 6 G12 2 B

ratur Tp og kogekarrets temperatur T|< ved hjælp af beregnede eller skønnede parameterværdier bestemmer en s 1uttemperatur for lasten Tv slut* som skulle kunne opnås, hvis effekten til kogepladen afbrydes i dette øjeblik. Når denne beregnede slut-5 temperatur stemmer overens med lastens forudbestemte temperatur, eksempelvis kogetemperaturen, frakobles effekten, og det er nu kun den akkumulerede varme i kogepladen og kogekarret, som giver den afsluttende bløde opvarmning til kogetemperaturen .

10

Under henvisning til fig. 1 skal følgende betegnelser indføres :

Det antages, at en af vand bestående last 10 skal opvarmes i 15 en kasserolle 11 anbragt på en kogeplade 12, som opvarmes af varmespiraler 13 sluttet til lysnettet via terminaler 14, 15. Vandet har en termisk masse mv, og denne masse har en temperatur Tv. Kogepladen har en termisk masse mp og en temperatur Tp. Kasserollens 11 temperatur er et mål for lastens tempe-20 ratur. Kogepladen 12, hvis maksimale effekt er Pmax, afgiver under opvarmn i ng ved hjælp af varmespi ralerne 13 til kasserollen 11 varmeeffekten eller varmestrømmen φρ, hvis værdi er bestemt af den termiske modstand Rp^ mellem kogepladen 12 og kasserollen 11. Tabene til omgivelserne udgøres af lastens tab 25 Φν tab (stråling og fordampning) og kogepladens tab φρ tab*

Kogepladen 12 er normalt fastgjort til en overplade, og φρ tap angiver tabene til omgivelserne via fastgørelsen.

Ud fra kogepladens termiske parametre kan man ud fra de målte 30 tidsforløb Tp = f(t) og T|< = f(t) bestemme værdierne af de parametre, som har betydning for at kunne bestemme Tv slut· Temperaturene Tp og T|< måles ved hjælp af følere, som afføler temperaturen af støbegodset i kogepladen og ligger an mod kasserollens bund. Temperaturføleren for Tp skal anbringes såle-35 des, at den afføler kogepladens 12 middeltemperatur. Der må ikke ske nogen transmission fra varmespiralerne 13 til føleren. Temperaturen T^ repræsenterer kasserollebundens ydertemperatur i centrum.

............*........

4

DK 1601 k 2 B

Tv siut bestemmes i praksis ved en iteration, som med fordel kan udføres ved hjælp af en datamat. Principperne for beregningen fremgår af fig. 3, som viser et rutediagram over beregningerne. Beregningsforløbet består i, at der med korte tids-5 intervaller, eksempelvis hvert 10. sek. måles sammenhørende værdier af Tp og Tk, hvorefter der for hvert par af temperatur simuleres et forventet temperaturudligningsforløb, hvis kogepladen udkobles, og kun den akkumulerede energi i kogepladen og kogekarret indvirker. Temperaturudligningsforløbet for Tp og 10 Tv er vist i fig. 4, hvoraf det fremgår, at nye værdier for Tp henholdsvis Tv bestemmes med bestemte tidsintervaller, eksempelvis hvert 30. sek., indtil Tv slut» °9 den modsvarende værdi af Tp siut er opnået. Fig. 3 illustrerer, hvorledes Tv slut °9 Tp slut bestemmes. I den forbindelse skal de sidste bereg-15 ninger forklares.

Som før nævnt foretages der først en måling af Tp henholdsvis Tk, og ud fra disse værdier bestemmes Tv per ud fra formlen R kv 20 Tv bep = Tk- . (Tp - Tk), hvor

Rpk

Rkv er den termiske modstand mellem kogekarret og lasten, som afhænger af Tk ifølge formlen Rkv = k . — , hvor k er en kon- 25 stant. Tk

Rpk - se fig. 1 - bestemmes ud fra formlen TD - Tu

Rpk = -2-- [°C/W] 30 ΦΡ hvor varmestrømmen φρ på sin side bestemmes ud fra formlen dtp Φρ - P - mP - Φρ tab Cw3 dt P er den til kogepladen tilførte effekt, som kan variere mellem en største værdi Pmax og nul. Hvis man vil være nøjagtige- 35 DK 1601228 s re, kan P erstattes af en effekt Pfiit» som er p filtreret med tidskonstanten af pladens varmespiraler.

dTp —, som er Tp's tidsaf1edede, kan bestemmes ved at sammenligne 5 dt to nærliggende værdier af Tp.

Φρ tab er proportional med Tp ifølge formlen 10 Φρ tab = I-Tp, hvor I er en konstant.

Når Tv per er bestemt, opstilles formler for de pågældende varmemængder, under det forudbestemte tidsinterval t, der f.eks. kan gå op til 30 sek. Varmemængderne er 15 AQp tab = Φρ tab * AQp tab = Φν tab * ^t Tp ~ Tv åQpv = ’ At 20 RPk

Ud over de tidligere bestemte størrelser kræves kendskab til, Φν tab* som kan bestemmes ud fra Tv ber ifølge formlen 25 φν tab = m · Tv ber* hvor m er en konstant.

Næste trin i beregningsforløbet indebærer, at nye værdier af Tp og Tv beregnes efter tiden Δ t ifølge formlerne 30 Tp (T + At)=Tp(t)-(A Qpv+AQptab)/mp

Ty (t + At)=TV(t) + (Δ QPv"AQv tab)/mv hvor t angiver tidspunktet for den forudgående måling af Tp henholdsvis T^. Kogepladens termiske masse mp har en bestemt 35 værdi udtrykt i J/°C. Lastens størrelse udtrykt ved den termiske masse mv angives ved formlen s*»»·.· 6

DK 160122B

mv = -fi- [J/°C] dTv

dt d T

z hvor —)L er den tidsafledede af lastens temperatur og kan andt dT k ses for stemme overens med - med tilstrækkelig nøjagtighed.

dt 10 I næste trin i rutediagrammet sammenlignes TV(T+At) med Tv(t)f og så længe den første værdi er større end den senere, afvikles programmet efter det i fig. 3 viste forløb med de således beregnede værdier Tp og Tv som nye indgangsværdier for opnåelse af nye værdier efter tiden At.

15 Når Tv efter et antal beregninger har tendens til at falde, og Tv (t + At) således bliver mindre end Tv(t), indikerer dette, at Tv slut °9 den modsvarende værdi Tp siut er opnået.

20 Den beskrevne iteration gentages under opvarmni ngsfor løbet, eksempelvis hvert 10. sek. Diagrammet i fig. 4 angiver et sådant beregningsforløb. Det antages, at energitilførslen til kogepladen afbrydes til tiden t. Kogepladens temperatur synker derefter kontinuerligt ved, at pladen for hvert tidsinterval 25 At afgiver varmemængden AQp taP til omgivelserne og varmemængden AQpv til lasten. Disse varmemængder fastslås ifølge de ovennævnte formler ved hver af de med kryds markerede punkter i diagrammet. På samme måde stiger lastens temperatur Tv ved, at der tilføres varmemængden AQpv - AQV tab. Efter et antal 30 tidsintervaller At er temperaturerne Tp s-]ut °9 Tv s-|Ut opnået, hvilket som før nævnt sker, når Tv s]ut har tendens til at falde.

Den iterative beregning af Tv s-|Ut i fig- 3 sker ca. hvert 10.

35 sek., og hver af værdierne sammenlignes med den forudbestemte siuttemperatur, sædvanligvis lastens kogetemperatur. Når Tv slut stemmer overens med den forudbestemte temperatur, frakob- 7

DK 16 ij 1 / 2 B

les kogepladen, og det virkelige temperaturudligningsforløb påbegyndes. Under dette forløb fortsætter målingen af Tp og som tidligere. Når Tp falder, aftager fejlkilderne i beregn i n-gerne, og Tv s-|ut vil successivt kunne beregnes med en stadig 5 større nøjagtighed. Efterfølgende korrektioner kan udføres under udligningsforløbet indtil ligevægt ved, at der i givet fald tilføres ekstra effektimpulser til kogepladen. Når ligevægt er indtrådt, og Tv har opnået den forudbestemte temperatur, indkobles kogepladen på ny, men nu med en lavere effekt i 10 et færdigkogningsforløb. Dette styres på sædvanlig måde ved at holde kogekarrets temperatur konstant.

I fig. 2 gengives resultaterne af et forsøg, hvor 1 liter vand koges i en 2-1 iters kasserolle uden låg. Opkogningsforløbet 15 efterfølges af et termostatstyret viderekogningsforløb, som kan være passende i tilfælde af, at man har en last, som skal færdigkoges ved lav kogeintensitet. Diagrammet i figuren har en øvre del og en nedre del. I den øvre del opgives temperaturerne Tp, T |ς, Tv, Tv ber og Tv s -j u t, ligesom indkoblingseffek-20 ten P. I den nedre del angives kurver over mv, φρ og Rp|<.

Kogepladen, som har en maksimal effekt på 1500 W og en diameter på 180 mm, indkobles til tiden t=0 og er indkoblet indtil Tv slut opnår en temperatur på 100eC, til hvilket tidspunkt 25 effekten frakobles. Dette sker efter ca. 6 min. Under opvarmningsforløbet stiger Tp eksponentielt til ca. 300eC for derefter under temperaturudligningsforløbet at falde til ca. 170eC, som er passende for det efterfølgende færdigkogeforløb. Som det fremgår af diagrammet, vil Tv følge kurven for Tv siut og 30 efter ca. 7 min. nå kogetemperaturen på 100°C. Kurven over Tv nærmer sig temperatur 1 ini en for kogetemperaturen uden at der opstår indsvingningsforløb. Også tidsforløbet for den indkob-lede effekt P er indtegnet. P er her udtrykt i % af fuld effekt. Sidstnævnte frakobles efter ca. 6 min., men indkobles på 35 ny, når kogepladetemperaturen efter ca. 9 min. er faldet til færdigkogningsniveauet.

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til styring af opvarmningen af en væskefor mig last i et kogegrej, der er anbragt på en elektrisk opvarmet kogeplade eller et elektrisk opvarmet underlag, k e n - DK 16° ® detegnet ved, at der under opvarmningsforløbet ved gentagne måletilfalde opsamles måleværdier, svarende til temperaturen af henholdsvis kogepladen Tp og apparatet T|<, og at der ved hvert måletilfælde ved hjælp af de opsamlede målevær-5 dier beregnes en siuttemperatur Tv slut lasten, som skulle opnås, hvis energitilførslen til pladen blev afbrudt til beregningstidspunktet, og at energitilførslen afbrydes til et tidspunkt, hvor den beregnede temperatur Tv siut er Tig med en forud indsti 11 et temperatur. 10

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at siuttemperaturen Tv slut af lasten beregnes under hensyntagen til temperaturen af kogepladen Tp, den beregnede temperatur af lasten Tv ber* der termiske modstand Rp|< mellem koge- 15 pladen og kogegrejet, den termiske masse mv af lasten og tab i kogepladen φρ, ligesom tab i belastningen φν tab*

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, k e n d e t e g n e t ved, at den beregnede temperatur af lasten Tv ber beregnes efter 20 formlen ^v ber = Tk “ Rkv/Rpk ' (Tp " Tk) hvor Tk er kogegrejets temperatur, 25 Rkv er en skønnet værdi af den termiske modstand mellem kogegrejet og lasten ifølge formlen Rkv “ a * , °S 30 Rpk er den termiske modstand mellem kogepladen og kogegrejet, og Tp er kogepladens temperatur.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den termiske modstand Rpk mellem kogepladen og kogegrejet beregnes efter formlen DK 160122B Rpk=(Tp “ τΙ<)/Φρ» hvor φρ er den til kogegrejet afgivne effekt, som beregnes efter formlen 5 dtp Φρ = pmax " · mP - Φρ tab dt 10 pmax er den maksimale effekt af kogepladen, Φρ tab = b · Tp er kogepladens tabseffekt til omgivelserne og dTn —^ · mp repræsenterer den til kogepladens egensopvarmning nød-15 dt vendige effekt, hvorhos mp er kogepladens termiske masse, og d T p —t er den tidsafledede af kogepladens temperatur, dt

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at lastens termiske masse mv beregnes efter formlen Φρ u dtk . mv = , hvor - er den dT|< dt 2. dt tidsafledede af temperaturen af kogegrejet.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, 30 at lastens s 1uttemperatur Tv slut bestemmes ved en iteration, ifølge hvilken der for hvert par af målte værdier T^, Tp simuleres et temperaturudjævningsforløb på en sådan måde, at for det første lastens temperatur Tv per bestemmes ud fra de målte temperaturer T|<, Tp, hvorefter en tilsvarende beregning fore-35 tages efter tidsintervallerne At, 2Δ, 3At osv. ud fra værdierne af kogepladens temperatur Tp og lastens temperatur Tper bestemt ved det umiddelbart forudgående tidspunkt for en be- DK 160122B regning, hvorhos hver af de beregnede værdier af lastens temperatur T v ber sammenlignes med den forudgående værdi, og si uttemperaturen af lasten Tv s-|ut bestemmes til at være den første værdi af lastens temperatur Tv beP, der 1i99er under 5 den umiddelbart foregående værdi.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at lastens temperatur Tv ber bestemmes for hvert par af målte værdier T^, Tp, og at man danner varmemængderne 10 AQp tab = Φρ tab * Δΐ Δ(3ρ tab = Φν tab * Tp " τν AQpv = - ' At

15 Rpk hvor φν tab = m Tv ber og m er en konstant, idet varmemængderne udnyttes til bestemmelse af nye værdier af kogepladetemperaturen Tp henholdsvis lasttemperaturen Tv ber ifølge form-20 1 en Tp (T + At)=Tp(t) — -9—+ ÅQP tab mp +åQpv - Δ^ν tab Ty ber (t + At)=Tv ber^t) , 25 hvorefter Tv ber (t + At) sammenlignes med Tv ber(t) for bestemmelse af lastens s 1uttemperatur Tv siut·

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at værdien af kogepladetemperaturen Tv siutr der svarer til siuttemperaturen Tv slut af lasten bestemmes og anvendes som styretemperatur for den efterfølgende indkobling af en lavere varmeeffekt i et klarkogningsforløb. 35

9. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at lastens s 1uttemperatur også be- DK 160122 B regnes efter, at energitilførslen til kogepladen er afbrudt, og at der korrigeres ved hjælp af ekstra energi impulser, hvis den beregnede temperatur ligger under den forudindsti1 lede temperatur. 5

10. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at den forud indsti 11ede temperatur er lastens kogetemperatur. i Λ _ »jr 20 25 λ r\ v* u 35