DE3642182A1 - Anordnung zum messen der temperatur in einem heizsystem aus kochplatte und kochtopf mit kochgut - Google Patents

Description

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 detektierten 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 33 41 234 und der DE-PS 35 38 353 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 detektierte 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 detektierten 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 detektierten 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 Störstrahlung 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.

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 Strahlungsfläche erstreckt. Diese Ringfläche hat einen gleichmäßig hohen Emissionsfaktor von z.B. größer als 0,9 und befindet sich vorzugsweise im Übergangsbereich 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 mit zunehmendem 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 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 (8)

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.