ES2280679T3 - Sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar sobre un hornillo de coccion. - Google Patents

Abstract

Un sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar (15) sobre un hornillo de cocción, que comprende al menos un elemento calentador eléctrico (17) y medios de detección (9, 10, 17) cuya impedancia cambia debido a la presencia sobre el hornillo de dicho utensilio de cocinar (15), que se caracteriza porque comprende un circuito electrónico (16) adaptado para impulsar al elemento calentador (17) hacia la saturación magnética.

Description

Sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar sobre un hornillo de cocción.

El invento presente se refiere a un sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar sobre un hornillo de cocinar que comprende medios de detección cuya impedancia cambia debido a la presencia o ausencia de dicho utensilio de cocinar sobre el hornillo. El sistema de acuerdo con el invento es particularmente útil para ser usado en sistemas de detección de utensilios de cocinar sobre un hornillo de cocinar eléctrico de cerámica vitrificada.

El invento se refiere además a un método de compensación de temperatura para métodos de inducción y de inducción combinada para detectar ollas situadas sobre placas eléctricas de cerámica vitrificada.

Los documentos US 2001/00119262 A1 y US 6.424.145 B1 describen un sensor de proximidad, sin hacer contacto, que funciona como un sensor de proximidad de núcleo saturable, un sensor de proximidad de reluctancia variable y un sensor de proximidad de corrientes de Foucault.

Los sistemas de detección conocidos pueden ser divididos en dos categorías: los sistemas inductivos convencionales, tal como se describen en EP-A-0553425, y los sistemas de inducción combinada, como se describe en EP-A-328092 o en EP-A-1206164.

Los métodos inductivos convencionales se basan en una bobina sensora, situada dentro del calentador y conectada a un circuito oscilador electrónico de algún tipo, cuya frecuencia de oscilación o amplitud cambia cuando un utensilio de cocinar de metal es situado sobre el hornillo.

Se muestra en la Figura 1 el modelo eléctrico de dicho sistema conocido, en el que un circuito electrónico 8 está conectado a una bobina captadora 9 situada justo debajo de la placa de cocinar (no mostrada), sobre el calentador. Dicho circuito electrónico detecta variaciones de la impedancia de la bobina captadora. La presencia de un utensilio de cocinar 10 (mostrado en la Figura 1 en forma de un circuito de bucle eléctrico equivalente, que tiene una impedancia Lp y una resistencia Rp) modifica los coeficientes de acoplamiento Kp del transformador equivalente, haciendo que la señal de salida varíe cuando el utensilio de cocinar es situado sobre la placa de cocinar.

Los métodos de inducción combinada se basan en la idea de inyectar una señal de radiofrecuencia a una primera bobina y detectar la señal inducida en una segunda bobina (bobina receptora) situada cerca de la superficie de cocinar. Las variaciones de voltaje detectadas dependen de la variación de la intensidad del acoplamiento causada por la presencia o ausencia del utensilio de cocinar. La EP-A-328092 anteriormente mencionada describe una técnica para un hornillo único en el que tanto la bobina emisora como la bobina receptora son distintas de la bobina calentadora. La EP-A-1206164 describe un método para usar también la misma bobina calentadora como emisora de campo electromagnético y, por esta razón, es particularmente apropiada para detectar utensilios de cocinar sobre un hornillo de cocinar con elementos calentadores distribuidos discretamente, como se describe en la EP-A-1303168.

Ambos dichos métodos conocidos producen una señal de salida que sufre una fuerte variación inducida por la variación de las características magnéticas del elemento calentador que es causada por variaciones de la temperatura. Dicha variación de las características magnéticas puede ser en algunos casos del mismo orden de magnitud que la variación inducida por la presencia o ausencia del utensilio de cocinar, haciendo por tanto que la detección de una sartén sea muy poco fiable.

Es bien conocido que el fenómeno físico principal que causa dicha variación es la temperatura de Curie a lo largo de la aleación del calentador (la temperatura de Curie es la temperatura por encima de la cual la permeabilidad magnética (\mu_{r}) del material disminuye bruscamente desde un valor típico de unas décimas hasta la unidad, como se muestra en la Figura 2 adjunta).

Todos los sistemas anteriores son similares en el sentido de que se basan en el tratamiento de la cantidad de salida "tal como es", sufriendo por tanto variaciones térmicas, mientras que no toman precauciones para mejorar las condiciones de trabajo del sistema.

El documento US-A-5900174 describe un método para evitar la influencia de la variación inducida por la temperatura en la señal de salida conociendo los tiempos de conmutación del control de alimentación de energía. Dicho método tiene la desventaja de ser aplicable únicamente con métodos de control de alimentación ON/OFF, conexión/no conexión (no aplicables por tanto a controles de alimentación continuos o casi continuos). Además, dicho método conocido puede compensar solamente la variación brusca causada por el cambio de temperatura de Curie y no por las variaciones suaves o "derivas" experimentadas a temperaturas por debajo de esa temperatura.

Es un objetivo de este invento superar o minimizar el problema técnico descrito anteriormente.

Este objetivo y otros adicionales que se harán más evidentes de la detallada descripción que se acompaña, son conseguidos por un sistema y un método de acuerdo con las reivindicaciones que se adjuntan. De acuerdo con el invento presente, se proporcionan circuitos especiales que minimizan la influencia de la temperatura en las señales de detección de una sartén.

De acuerdo con el invento, el sistema comprende un circuito electrónico adaptado a llevar dichos medios de detección a la saturación magnética. Si los medios de detección del sistema detectan la impedancia de una bobina de sondeo situada debajo de la superficie de cocción o del complejo de impedancia combinada entre una bobina emisora y una bobina captadora, se mide preferentemente la impedancia, o la impedancia combinada cuando la aleación del elemento calentador, o cualquier elemento ferromagnético que afecte tal medición, sea saturado magnéticamente por medio de una inyección de corriente lo suficientemente fuerte. De acuerdo con otra característica, el muestreo del voltaje/corriente inducido(a) en la bobina de sondeo se realiza preferentemente de manera sincronizada con la inyección de una corriente de saturación, que se obtiene preferentemente por aplicación directa del voltaje de la red al elemento calentador. De acuerdo con otra característica adicional, se realiza la detección de la sartén cuando la corriente que fluye por el elemento calentador es lo suficientemente elevada para que tenga una permeabilidad relativa inferior a la de la temperatura ambiente.

El invento se comprenderá más fácilmente mediante la descripción detallada de realizaciones preferidas del mismo, dadas a continuación a modo de ejemplos no limitadores y que se ilustran en los dibujos que se acompañan, en los que:

la Figura 1 es el esquema de un circuito de un modelo general conocido para sistemas inductivos de detección de sartenes mostrando un acoplamiento mutuo;

la Figura 2 es un ejemplo típico de un esquema que muestra la permeabilidad relativa de la aleación en función de la temperatura;

la Figura 3 es un esquema que muestra la densidad de flujo B en función del campo aplicado H de una aleación de un elemento calentador típico;

la Figura 4 es un esquema que muestra un ejemplo de la permeabilidad relativa de la aleación en función del campo aplicado H;

la Figura 5 es un modelo de circuito simplificado de un método de inducción mutua de detección de una sartén, en el que la bobina de inyección es otra distinta de la del elemento calentador;

la Figura 6 es una vista simplificada de una cadena de medición de detección de una sartén por inducción mutua;

la Figura 7 es un modelo de circuito simplificado de un método de inducción mutua, en el que la bobina de inyección es también el elemento calentador;

la Figura 8 es un ejemplo del circuito de acoplamiento usado en el modelo de circuito de la Figura 7;

la Figura 9 es un modelo de circuito simplificado de un método de inducción de detección de una sartén; y

la Figura 10 es un esquema que muestra un ejemplo de detección de una sartén en el que se compara la señal de un sistema conocido con la señal obtenida por medio del sistema de acuerdo con el invento.

Es bien conocido por el modelo físico básico de materiales ferromagnéticos, que induciendo en un material un campo magnético H lo suficientemente fuerte, la densidad de flujo B del material alcanza el estado de saturación, esto es, el flujo no aumenta cuando el campo sigue aumentando. En la Figura 3 se muestra este comportamiento general de la aleación de un elemento calentador típico (densidad de flujo B en función del campo aplicado H), en la que las curvas 1 y 2 están referidas al mismo material a dos temperaturas diferentes, 20ºC y 450ºC respectivamente.

Una vez que el metal o la aleación está saturado(a), su permeabilidad incremental relativa, definida como \mu_{r} = \deltaB/\deltaH, se aproxima a la unidad, esto significa que el material pierde sus propiedades magnéticas, comportándose entonces como un material no magnético. Este comportamiento se muestra en la Figura 4.

Obviamente, también desaparece la variación de la permeabilidad relativa \mu_{r} en función de la temperatura, debido a que ya no existe un comportamiento magnético (\mu_{r} se aproxima a la unidad).

El solicitante se ha basado en el comportamiento físico anteriormente mencionado, para minimizar o incluso suprimir las variaciones térmicas inducidas.

El método de acuerdo con el invento consiste en inducir la saturación magnética en la aleación del calentador alimentándolo con una corriente de polarización fuerte. De acuerdo con otras características del invento, un circuito de acoplamiento adecuado desacopla la corriente saturadora de la señal inyectada con objeto de detectar una sartén. La saturación garantiza que tanto a temperaturas bajas como altas, las propiedades magnéticas de la aleación sean casi iguales y la variación inducida por la temperatura se limite a un valor despreciable.

El fenómeno anterior podrá comprenderse mejor considerando las Figuras 2, 3 y 4, en las que se muestra un ejemplo de las características del material. Como se entenderá fácilmente observando la Figura 4, cuando el campo de inyección aplicado no está polarizado, la permeabilidad magnética, y por tanto el voltaje registrado, sufre una gran variación con la temperatura. Cuando se aplica una polarización lo suficientemente fuerte al material, las diferencias se reducen a un nivel despreciable, consiguiendo de esta manera que el voltaje registrado no sea afectado por los efectos térmicos.

Puede obtenerse un sistema magnético de detección de sartenes de acuerdo con el invento con tres realizaciones al menos.

Con referencia a la Figura 5, que representa un modelo simplificado del método de inducción mutua, en el que la bobina de inyección es otra distinta del elemento calentador, la corriente de RF de referencia 8 alimenta a la bobina de inyección 9, que está separada físicamente tanto del elemento calentador 17 como de la bobina receptora 10. El bucle 10 formado de material conductivo está situado por encima de la bobina de inyección 9 para recoger parte del campo magnético generado. El voltaje inducido 11 alimenta a la unidad de acondicionamiento mostrada en la Figura 6. Dicho voltaje inducido es típicamente inferior en presencia de cualquier objeto metálico 15 sobre la superficie de cocción.

Con referencia a la Figura 7, que representa un modelo simplificado de un método de inducción mutua, en el que la bobina de inyección es también el elemento calentador, la corriente de CA de referencia 8 alimenta al elemento calentador 17 a través de un filtro de acoplamiento 18. Tanto en la Figura 7, como en la Figura 9, se indican los componentes idénticos o similares con los mismos números de referencia que en la Figura 5. Dicho elemento calentador 17 es usado también como bobina de inyección 9, teniendo su estructura una geometría adecuada que permite la generación de un campo magnético dirigido hacia la superficie de cocción. El filtro de acoplamiento mencionado anteriormente (véase la Figura 8) proporciona el aislamiento necesario entre la señal de referencia de frecuencia alta y la corriente de polarización. Un bucle 10, similar al bucle de la Figura 5, hecho de material conductivo, está situado encima de la bobina de inyección 9 para recoger parte del campo magnético generado. El voltaje inducido 11 es alimentado a la unidad de acondicionamiento de señal (Figura 6). Dicho voltaje inducido es menor en presencia de cualquier objeto metálico 15 situado sobre la superficie de cocción.

Con referencia ahora a la Figura 9, que representa un modelo simplificado de un método de inducción, la corriente de RF de referencia 8 es alimentada a un bucle 10 hecho de material conductivo que está situado encima del elemento calentador 17.

Cuando se necesita una medición de detección de sartén, se alimenta una corriente al elemento calentador 17 para saturar su aleación. Dicha acción es bastante sencilla cuando el elemento calentador 17 está conectado, ya que la corriente calentadora fluye a través del elemento calentador 17, saturando su aleación. Cuando el calentador está desconectado, la corriente de saturación debe suministrarse al elemento calentador justo el tiempo necesario para la medición, no siendo dicha energía empleada para cocinar, sino solamente para conseguir la saturación. En ambos casos, la señal de detección de la sartén debe de ser muestreada cuando la aleación del calentador esté suficientemente saturada.

Las realizaciones anteriores pueden ser aplicadas a un solo hornillo, así como a una placa de cocinar compuesta por una matriz de múltiples elementos calentadores.

En la Figura 10 se muestran los resultados experimentales de un sistema de detección de sartén de acuerdo con el invento comparados con los de un sistema tradicional. La referencia 26 indica cómo cambia la señal de detección de sartén de un sistema conocido al cambiar la energía de un elemento calentador, esto es, cuando cambia su temperatura, sin no hay ningún utensilio de cocinar sobre el hornillo de cocción. La referencia 25 muestra la variación de la señal de detección de sartén del sistema de acuerdo con el invento. Resultará evidente cómo esta última señal es sorprendentemente más estable que la señal del sistema conocido.

Claims (11)

1. Un sistema para detectar la presencia de un utensilio de cocinar (15) sobre un hornillo de cocción, que comprende al menos un elemento calentador eléctrico (17) y medios de detección (9, 10, 17) cuya impedancia cambia debido a la presencia sobre el hornillo de dicho utensilio de cocinar (15), que se caracteriza porque comprende un circuito electrónico (16) adaptado para impulsar al elemento calentador (17) hacia la saturación magnética.

2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los medios de detección (9, 10, 17) detectan la impedancia de una bobina de sondeo (9, 10) situada debajo de la superficie de cocción o del complejo de impedancia combinada entre una bobina emisora (9) y una bobina captadora (10), que se caracteriza porque dicha impedancia es medida cuando la aleación del elemento calentador, o de cualquier objeto ferromagnético que afecte tal medición, es impulsada a saturación magnética por medio de una corriente de polarización lo suficientemente fuerte.

3. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque el muestreo del voltaje/corriente inducido(a) en la bobina de sondeo (9, 10) es realizado sincronizadamente con la inyección de la corriente de saturación.

4. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 3, que se caracteriza porque la corriente de saturación es obtenida por aplicación directa del voltaje de la red eléctrica al elemento calentador (17).

5. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 4, que se caracteriza porque la detección de sartén es realizada solamente cuando la corriente que fluye por el elemento calentador (17) es lo suficientemente fuerte para saturarlo.

6. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque el elemento calentador eléctrico forma parte de los medios de detección.

7. Método para detectar la presencia de un utensilio de cocinar (15) sobre un hornillo para cocinar basado en un cambio de impedancia en un elemento conductivo (15) situado cerca del elemento calentador (17), que se caracteriza porque dicho elemento calentador (17) es sustancialmente saturado magnéticamente por medio de una inyección de corriente lo suficientemente fuerte.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que se detecta la impedancia de la bobina de sondeo (9, 10) situada por debajo de la superficie de cocción o del complejo de impedancia combinada entre una bobina emisora (9) y una bobina captadora (10), que se caracteriza porque dicha impedancia es medida cuando una aleación del elemento calentador, o cualquier objeto ferromagnético que afecte dicha medición, es impulsada hacia la saturación magnética.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, que se caracteriza porque el muestreo del voltaje/corriente inducido(a) en la bobina de sondeo es realizado sincronizadamente con la inyección de una corriente de saturación.

10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, que se caracteriza porque la corriente de saturación se obtiene por aplicación directa del voltaje de la red al elemento calentador (17).

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, que se caracteriza porque la detección de sartén es realizada cuando la corriente que fluye por el elemento calentador (17) es lo suficientemente fuerte para saturarlo.