ES2283947T3 - Aparato y procedimiento para detectar un aumento anormal de temperatura asociado con una instalacion de cocina. - Google Patents
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Abstract
Aparato para detectar un aumento anormal de temperatura asociado con una combinación de un utensilio de cocina (10) y una superficie de cocina (4) que se encuentra sobre un calentador eléctrico (6), comprendiendo el aparato: un primer dispositivo termosensible (24) adaptado para controlar la temperatura de la superficie de cocina; un segundo dispositivo termosensible (26) adaptado para controlar la temperatura del utensilio de cocina y para proporcionar una salida eléctrica como una función de temperatura del utensilio de cocina; y medios (28) para calcular derivadas primera y segunda (D1, D2) con respecto al tiempo de la temperatura detectada por el segundo dispositivo termosensible sobre un rango de temperaturas de funcionamiento del calentador y para detectar un aumento anormal de temperatura sobre la base de las derivadas primera y segunda, caracterizado porque se proporcionan medios (28) para determinar la estabilización de la primera derivada (D1) dentro de valores límite umbral de estabilización; y se proporcionan medios (28), mientras la primera derivada se encuentra dentro de los valores límite umbral de estabilización, para comparar las derivadas primera y segunda (D1, D2) con valores umbral predeterminados primero y segundo y para detectar un aumento anormal de temperatura cuando se superan los valores umbral predeterminados primero y segundo.
Description
Aparato y procedimiento para detectar un aumento
anormal de temperatura asociado con una instalación de cocina.
Esta invención se refiere a un aparato y a un
procedimiento para detectar un aumento anormal de temperatura
asociado con una combinación de utensilio de cocina y una superficie
de cocina, tal como material vitrocerámico, que se encuentra sobre
un calentador eléctrico. Dicho aumento anormal de temperatura puede,
en particular, ser el resultado de un caso de evaporación en el
utensilio de cocina o un caso en el que un producto alimenticio se
adhiere a una base del utensilio de cocina.
Se conoce proporcionar un calentador eléctrico
dispuesto en el lado inferior de una superficie de cocina, tal como
material vitrocerámico, y en el que el calentador incorpora al menos
un elemento de calentamiento eléctrico separado del lado inferior
de la superficie de cocina. Un utensilio de cocina está dispuesto
para ser apoyado sobre la superficie de cocina en una zona de
cocina que se encuentra sobre el calentador. Se conoce proporcionar
un primer dispositivo termosensible, por ejemplo en una cavidad
entre el al menos un elemento de calentamiento y el lado inferior
de la superficie de cocina, para controlar la temperatura dentro de
la cavidad y de la superficie de cocina y para funcionar con el fin
de desconectar el calentador cuando se detecta una temperatura
máxima permitida, por lo que se evita que se produzca un daño
térmico en la superficie de cocina. Dicho primer dispositivo
termosensible puede estar dispuesto para proporcionar una salida
eléctrica como una función de la temperatura detectada y puede
estar dispuesto para ser conectado eléctricamente a un circuito de
control, que puede estar basado en un microprocesador.
También se conoce proporcionar un segundo
dispositivo termosensible dispuesto en contacto con o adyacente al
lado inferior de la superficie de cocina dentro de la zona de cocina
y que funciona para proporcionar una salida eléctrica para
controlar y un circuito de control como una función de la
temperatura del utensilio de cocina a través de la superficie de
cocina dentro de la zona de cocina. Dicho segundo dispositivo
termosensible puede usarse para controlar estrechamente la
temperatura del utensilio de cocina y para proporcionar un sistema
de control de bucle cerrado en el que el calentador se conecta
adecuadamente para proporcionar un programa de calentamiento
deseado para el utensilio de cocina.
Cuando se produce un caso de evaporación en el
utensilio de cocina, o un producto alimenticio que está siendo
cocinado en el utensilio de cocina se adhiere a la base del mismo,
se produce un aumento de temperatura en el utensilio de cocina,
aumento de temperatura que puede ser detectado a través de la
superficie de cocina. Es deseable poder controlar este aumento de
temperatura por medio del segundo dispositivo termosensible y para
desconectar inmediatamente el calentador y/o proporcionar un aviso
al usuario. Sin embargo, el aumento de temperatura puede ser
pequeño y puede producirse gradualmente en lugar de repentinamente y
es difícil lograr una respuesta lo bastante rápida.
Una solución que se ha intentado dar a este
problema se describe en
US-A-6300606. En este documento,
únicamente se usa un solo sensor de temperatura y se requieren tres
esquemas separados para detectar un caso de secado por ebullición,
dependiendo de lo cercana que esté la temperatura controlada de un
punto de corte. A una temperatura bastante por debajo del punto de
corte, se determinan las derivadas primera y segunda de una curva
de temperatura-tiempo. Se detecta un caso de secado
por ebullición cuando a) la primera derivada es positiva, b) la
segunda derivada es positiva y c) la alimentación al calentador no
ha cambiado durante un tiempo predeterminado para incrementar la
alimentación. Claramente, el requisito para tres esquemas separados
es indeseablemente complejo. Adicionalmente, se ha encontrado que el
esquema anterior es poco fiable, especialmente cuando la
alimentación del calentador ha cambiado con frecuencia.
Por tanto, un objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato y un procedimiento para detectar un aumento
anormal de temperatura asociado con una combinación de un utensilio
de cocina y una superficie de cocina que supera o al menos mejora
las desventajas anteriormente mencionadas.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un aparato para detectar un aumento anormal de
temperatura asociado con una combinación de un utensilio de cocina y
una superficie de cocina que se encuentra sobre un calentador
eléctrico, comprendiendo el aparato un primer dispositivo
termosensible adaptado para controlar la temperatura de la
superficie de cocina; un segundo dispositivo termosensible adaptado
para monitorizar la temperatura del utensilio de cocina y para
proporcionar una salida eléctrica como una función de la temperatura
del utensilio de cocina; y medios para calcular las derivadas
primera y segunda con respecto al tiempo de la temperatura
detectada por el segundo dispositivo termosensible respecto a un
rango de temperaturas de funcionamiento del calentador y para
detectar un aumento anormal de temperatura sobre la base de las
derivadas primera y segunda, en el que se proporcionan medios para
determinar la estabilización de la primera derivada dentro de
valores límite umbral de estabilización; y se proporcionan medios,
mientras que la primera derivada se encuentra dentro de los valores
límite umbral de estabilización, para comparar las derivadas primera
y segunda con valores umbral predeterminados primero y segundo y
para detectar un aumento anormal de temperatura cuando se superan
los valores umbral predeterminados primero y segundo.
Según otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un procedimiento para detectar un aumento anormal de
temperatura asociado con una combinación de un utensilio de cocina y
una superficie de cocina que se encuentra sobre un calentador
eléctrico, que comprende las etapas de: controlar, con un primer
dispositivo termosensible, la temperatura de la superficie de
cocina; controlar, con un segundo dispositivo termosensible, la
temperatura del utensilio de cocina y proporcionar una señal
eléctrica como una función de la temperatura del utensilio de
cocina; y calcular las derivadas primera y segunda con respecto al
tiempo de la temperatura detectada por el segundo dispositivo
termosensible con respecto a un rango de temperaturas de
funcionamiento del calentador y detectar un aumento anormal de
temperatura sobre la base de las derivadas primera y segunda, e
incluyendo las etapas adicionales de determinar la estabilización de
la primera derivada dentro de valores límite umbral de
estabilización; y, mientras que la primera derivada se encuentra
dentro de los valores umbral de estabilización, comparar las
derivadas primera y segunda con valores umbral predeterminados
primero y segundo para detectar un aumento anormal de temperatura
cuando se superan los valores umbral primero y segundo.
El primer y/o segundo dispositivo termosensible
puede proporcionarse dentro del calentador.
El segundo dispositivo termosensible puede
adaptarse para controlar la temperatura del utensilio de cocina a
través de la superficie de cocina.
El primer dispositivo termosensible puede
adaptarse para proporcionar una salida eléctrica como una función
de la temperatura de la superficie de cocina y puede estar
eléctricamente conectado a medios para controlar la temperatura de
la superficie de cocina detectada de este modo con respecto al
tiempo.
Los medios para determinar la estabilización de
la primera derivada dentro de los valores límite umbral de
estabilización pueden comprender un modo de funcionamiento de
estabilización del calentador, que se efectúa hasta que la primera
derivada es estable dentro de los valores límite umbral de
estabilización durante un periodo de tiempo predeterminado, como
aproximadamente 20 segundos, y durante el cual los valores umbral
predeterminados primero y segundo están dispuestos para ser
inoperativos por lo que se evita la detección falsa de un aumento
anormal de temperatura, siendo el modo de funcionamiento de
estabilización seguido por un modo de funcionamiento de ejecución
durante el cual los valores umbral predeterminados primero y segundo
son operativos.
El modo de funcionamiento de ejecución puede
avanzar si la alimentación al calentador permanece sustancialmente
constante y/o si una temperatura de referencia de la superficie de
cocina, determinada por un medio de control para que el calentador
coopere con el primer dispositivo termosensible, permanece constante
dentro de límites predeterminados y/o si la temperatura detectada
por el segundo dispositivo termosensible no disminuye en más de una
cantidad predeterminada según especifican unos valores límite umbral
negativos para las derivadas primera y segunda, o si no se vuelve a
seleccionar el modo de funcionamiento.
El primer dispositivo termosensible puede estar
dispuesto para funcionar para causar la desconexión del al menos un
elemento de calentamiento cuando se detecta una temperatura
permitida máxima predeterminada de la superficie de cocina.
El segundo dispositivo termosensible puede estar
dispuesto para funcionar para causar la desconexión del calentador
cuando se detecta una temperatura máxima permitida del lado inferior
del utensilio de cocina.
En una forma de realización particular: el
segundo dispositivo termosensible controla la temperatura del
utensilio de cocina a intervalos de tiempo predeterminados y los
valores de temperatura son introducidos en una memoria intermedia
de estabilización, donde son promediados; la temperatura media en la
memoria intermedia es calculada e introducida en una memoria
intermedia de primera derivada; el valor medio de la primera memoria
intermedia de derivadas es calculado e introducido en una memoria
intermedia de segunda derivada y las memorias intermedias funcionan
de forma continua de modo que se emite un valor de derivada primera
y segunda en cada uno de los intervalos de tiempo
predeterminados.
Los intervalos de tiempo predeterminados pueden
encontrarse entre 0,1 y 4 segundos, preferentemente entre 0,3 y 1
segundo y adecuadamente en 0,5 segundos aproximadamente.
El dispositivo(s) termosensible(s)
primero y/o segundo puede tener la forma de detector de temperatura
de resistencia eléctrica, como una forma de detector de temperatura
de resistencia de platino.
El segundo dispositivo termosensible puede estar
dispuesto en contacto con o adyacente al lado inferior de la
superficie de cocina.
Un circuito de cálculo y control, de
procesamiento basado en microprocesador, que funciona con algoritmos
de software apropiados, puede proporcionarse para funcionar en
asociación con los dispositivos termosensibles primero y segundo,
el calentador eléctrico y un suministro de alimentación.
La superficie de cocina puede comprender
material vitrocerámico.
El aumento anormal de temperatura asociado con
la combinación del utensilio de cocina y la superficie de cocina
que se encuentra sobre el calentador puede ser resultado de un caso
de evaporación en el utensilio de cocina o un caso en el que un
producto alimenticio se adhiere a una base del utensilio de
cocina.
El calentador eléctrico puede incorporar al
menos un elemento de calentador eléctrico seleccionado de entre un
elemento de calentador de resistencia eléctrica radiante y un
elemento de calentador de inducción eléctrica.
En la presente invención, la provisión del modo
de funcionamiento de estabilización da como resultado un sistema
preciso que detecta exactamente y responde rápidamente a un caso de
evaporación o similar asociado con el utensilio de cocina sobre la
superficie de cocina.
Para comprender mejor la presente invención, y
para mostrar más claramente cómo se puede llevar a cabo, ahora se
hará referencia a modo de ejemplo a los dibujos adjuntos, en los
cuales:
La Figura 1 es una vista transversal de un
utensilio de cocina apoyado sobre una zona de cocina de una
superficie de cocina bajo la cual hay un calentador eléctrico,
conectado eléctricamente a unos medios para detectar un aumento
anormal de temperatura en la zona de cocina, según la presente
invención;
La Figura 2 es una representación gráfica de
registros de temperatura respecto al tiempo derivados por
dispositivos termosensibles primero y segundo en la disposición de
la Figura 1 y que muestra registros de derivadas primera y segunda
calculados por el circuito de procesamiento para la detección de
secado por ebullición en un utensilio de cocina y la desconexión de
un calentador de la Figura 1;
La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra
el funcionamiento de la instalación de las Figuras 1 y 2;
La Figura 4 es una ilustración gráfica del
efecto de añadir agua fría al utensilio de cocina durante el
calentamiento de agua en el mismo en la disposición de la presente
invención; y
Las Figuras 5 y 6 son representaciones gráficas
de registros de temperatura respecto al tiempo derivados por
dispositivos termosensibles primero y segundo en modificaciones de
la instalación de las Figuras 1 y 2 y que muestran registros de
derivadas primera y segunda calculadas por el circuito de
procesamiento para la detección de secado por ebullición en el
utensilio de cocina y la desconexión del calentador.
Con referencia a la Figura 1, una disposición de
cocina 2 comprende una superficie de cocina 4, tal como material
vitrocerámico, en un lado inferior del cual está apoyado un
calentador eléctrico 6. Una zona de cocina 8 está provista sobre la
superficie de cocina 4. Un utensilio de cocina 10 que contiene, por
ejemplo, 200 ml de agua que debe calentarse, está situado sobre la
superficie de cocina 4 en la zona de cocina 8.
El calentador 6 comprende un soporte similar a
un plato 14 que contiene una capa base 16 de material de
aislamiento térmico y que soporta al menos un elemento calentador de
resistencia eléctrica radiante 18. En lugar del al menos un
elemento calentador de resistencia eléctrica radiante 18, al menos
podría proporcionarse un elemento calentador de inducción eléctrica
de forma conocida. El al menos un elemento calentador 18 está
separado del lado inferior 20 de la superficie de cocina 4, de modo
que se forma una cavidad 22.
Un primer dispositivo termosensible 24 está
situado dentro de la cavidad 22 y comprende adecuadamente un
detector de temperatura de resistencia eléctrica, como un detector
de temperatura de resistencia de platino, que proporciona una
salida eléctrica como una función de temperatura de la superficie de
cocina 4.
Un segundo dispositivo termosensible 26 se
proporciona, situado en contacto con o adyacente al lado inferior
20 de la superficie de cocina 4, dentro de la zona de cocina 8 y
está adaptado para proporcionar una salida eléctrica como una
función de temperatura del utensilio de cocina 10 a través de la
superficie de cocina 4 dentro de la zona de cocina 8. El segundo
dispositivo termosensible 26 comprende adecuadamente un detector de
temperatura de resistencia eléctrica, como un detector de
temperatura de resistencia de platino.
Un circuito de control y cálculo de
procesamiento basado en microprocesador 28, que funciona con
algoritmos de software apropiados, está eléctricamente conectado al
primer dispositivo termosensible 24 mediante conexiones 30 y está
eléctricamente conectado al segundo dispositivo termosensible 26
mediante conexiones 32. El circuito de control, cálculo y
procesamiento 28 está conectado eléctricamente mediante conexiones
34 al al menos un elemento calentador 18 y está dispuesto para
controlar la activación del al menos un elemento calentador 18
desde un suministro de alimentación 36.
El funcionamiento de la disposición de cocina 2
se describe a continuación haciendo referencia a las Figuras 2 y 3.
El circuito de procesamiento 28, en asociación con el primer
dispositivo termosensible 24, funciona para ajustar la alimentación
del al menos un elemento de calentamiento 18 para mantener una
temperatura de referencia respecto al tiempo según se indica con el
número de referencia 38 en la Figura 2. En el caso de la
realización ilustrada, la temperatura de referencia es
sustancialmente 700 grados Celsius. El circuito de procesamiento 28
puede también funcionar para desconectar el calentador 6 si se
supera una temperatura predeterminada máxima de la superficie de
cocina 4.
El circuito de procesamiento 28, en asociación
con el segundo dispositivo termosensible 26, funciona para
controlar la temperatura del utensilio de cocina 10 a través de la
superficie de cocina 4 dentro de la zona de cocina 8, según se
indica con el número de referencia 40 en la Figura 2. También está
dispuesto para medir la tasa a la que la temperatura del utensilio
de cocina 10 cambia durante todo el tiempo de funcionamiento de la
instalación y por todo el rango de temperaturas de funcionamiento de
la misma. El control de la temperatura del utensilio de cocina 10
se efectúa a intervalos de tiempo predeterminados, que pueden estar
entre 0,1 y 4 segundos, preferentemente entre 0,3 y 1 segundo y
adecuadamente 0,5 segundos aproximadamente.
El circuito de procesamiento 28 está dispuesto
para calcular una primera derivada D1 con respecto al tiempo de la
temperatura detectada por el segundo dispositivo termosensible 26.
Esto se muestra con el número de referencia 42 de la Figura 2. El
circuito de procesamiento 28 también está dispuesto para calcular
una segunda derivada D2 con respecto al tiempo de la temperatura
detectada por el segundo dispositivo termosensible 26. Esto se
muestra con el número de referencia 44 de la Figura 2.
Si el utensilio de cocina 10 experimenta una
evaporación de su contenido, según se indica con el número de
referencia 46 en la Figura 2, la tasa de aumento de temperatura del
utensilio, detectada por el segundo dispositivo termosensible 26,
se incrementará y esto va acompañado de un incremento
correspondiente de los valores de las derivadas primera y segunda
D1 y D2. Si los valores de las derivadas primera y segunda D1 y D2
superan niveles predeterminados de desconexión o umbral, el circuito
de procesamiento 28 funciona para desconectar el calentador 6,
según se indica con el número de referencia 48 de la Figura 2, para
evitar daños que resulten del caso de secado por ebullición en el
utensilio de cocina 10. En lugar de, o además de desactivar el
calentador 6, pueden activarse unos medios de señal de aviso, que
pueden ser audibles. En el presente ejemplo, la desactivación del
calentador se ha efectuado dentro de aproximadamente 15 segundos de
que se produzca el secado por ebullición.
Otra medida de seguridad para la instalación 2
se proporciona porque si la temperatura detectada por el segundo
dispositivo termosensible 26 supera un valor máximo predeterminado,
el circuito 28 funciona para desactivar el calentador 6.
Una característica esencial de la presente
invención es el funcionamiento de la instalación en un modo de
estabilización antes del funcionamiento en un modo de ejecución.
Durante el funcionamiento en el modo de estabilización, la primera
derivada D1 se controla con respecto al tiempo. Sólo cuando la
primera derivada D1 ha obtenido un valor estable dentro de valores
límite umbral predeterminados durante un periodo de tiempo
predeterminado, adecuadamente de aproximadamente 20 segundos, se
producirá el avance al modo de ejecución en el que los límites de
desconexión o umbral especificados para D1 y D2 se harán operativos
y se podrá detectar el caso de secado por ebullición. La
estabilización de la primera derivada D1 se indica con la línea 50
en la Figura 2, encontrándose el modo de estabilización a la
izquierda de la línea 50 y encontrándose el modo de ejecución a la
derecha de la línea 50.
En la práctica, puede ser necesario cumplir una
o más de las siguientes provisiones adicionales antes de lograr la
estabilización y de producirse el avance del modo de estabilización
al modo de funcionamiento de ejecución. La alimentación al
calentador 6 puede permanecer sustancialmente constante. Alternativa
o adicionalmente, una temperatura de referencia de la superficie de
cocina 4, determinada por el circuito de control 28 que coopera con
el primer dispositivo termosensible 24, debe permanecer constante
dentro de límites predeterminados, como \pm6 grados Celsius.
Alternativa o adicionalmente además, la temperatura detectada por el
segundo dispositivo termosensible 26 debe no disminuir en más de
una cantidad predeterminada hasta el punto que se superan los
valores límite umbral negativos, especificados para las derivadas
primera y segunda D1 y D2. Tal y como se describirá en mayor
detalle en lo sucesivo, dicha disminución de la temperatura puede
ocurrir si, por ejemplo, en alguna etapa de calentamiento del
utensilio de cocina 10, este es llenado con agua fría. Entonces, la
temperatura disminuiría, seguido por un incremento sustancial a
medida que el agua se calienta de nuevo, lo que podría llevar a una
impresión errónea al circuito de procesamiento de que se ha
producido un caso de secado por ebullición. En consecuencia, si no
se cumplen las anteriores provisiones adicionales, el modo de
funcionamiento de estabilización se dispone para ser seleccionado
de nuevo auto-
máticamente.
máticamente.
El diagrama de flujo de la Figura 3 resume el
funcionamiento de la instalación de la presente invención. La
temperatura detectada por el segundo dispositivo termosensible 26 es
verificada para asegurar que no ha alcanzado un valor máximo
predeterminado establecido en relación con el utensilio de cocina 10
a través de la superficie de cocina 4. Si lo ha hecho, esto indica
un estado de sobrecalentamiento y el calentador 6 se desactiva
automáticamente por motivos de seguridad. Si no lo ha hecho, se
avanza al modo de funcionamiento de estabilización, siendo
controlada la primera derivada D1 hasta que está dentro de sus
límites umbral de estabilización para el periodo de tiempo
predeterminado. El avance al modo de funcionamiento de ejecución se
produce a continuación, siempre que se cumpla algunas de las
provisiones mencionadas anteriormente respecto al mantenimiento de
la temperatura de referencia en la cavidad 22, y/o el mantenimiento
de alimentación constante al calentador, y/o no hay sustancialmente
ninguna disminución de la temperatura detectada por el segundo
dispositivo termosensible 26. Si se especifica cualquiera de estas
provisiones y no se cumplen, el modo de funcionamiento de
estabilización se selecciona de nuevo automáticamente. Se avanza al
modo de ejecución y si las derivadas primera y segunda D1 y D2
superan sus valores de desconexión o umbral predeterminados
respectivos, que indican un caso de secado por ebullición en el
utensilio de cocina 10, el calentador 6 se desactiva y/o se activa
una señal de aviso.
Cuando la instalación 2 está funcionando en el
modo de estabilización, los valores de desconexión o umbral
predeterminados se disponen para ser inoperativos, con el fin de
evitar que el sistema actúe de forma inadvertida como si estuviera
detectando un caso de secado por ebullición, como cuando un
controlador de temperatura se ajusta alto, lo que da como resultado
unos mayores valores de emisión de derivadas primera y segunda. El
sistema puede estar dispuesto para entrar en el modo de
funcionamiento de estabilización siempre que el controlador de
temperatura esté ajustado en más de unos pocos grados, por ejemplo
más de seis grados Celsius.
Cuando el segundo dispositivo termosensible 26
mide la temperatura del utensilio de cocina 10 a través de la
superficie de cocina 4 a intervalos de tiempo predeterminados o
periodos de prueba, los valores de temperaturas son introducidos en
una memoria intermedia de estabilización, donde son promediados. La
temperatura media en la memoria intermedia de estabilización es
calculada e introducida en una memoria intermedia de primera
derivada (D1). El valor medio de la memoria intermedia de primera
derivada (D1) es calculado e introducido en una memoria intermedia
de segunda derivada (D2). Las memorias intermedias funcionan
continuamente de modo que un valor de derivada primera (D1) y
segunda (D2) se emite en cada uno de los intervalos de tiempo
predeterminados, adecuadamente cada 0,5 segundos.
La duración de la memoria intermedia de
estabilización puede estar entre 5 y 50 segundos, siendo una
duración preferida entre 5 y 20 segundos.
Las pruebas han mostrado que el tiempo de
estabilización varía significativamente según el tipo y la cantidad
del material 12 que está siendo calentado en el utensilio de cocina
10. Por esta razón, un intervalo de tiempo fijo no será apropiado
para el rango de materiales y cantidades previstos.
Después de medir la temperatura controlada por
el segundo dispositivo termosensible 26 y después de introducirla
en la memoria intermedia de estabilización, donde es promediada, se
calcula el valor de la primera derivada, dT/dt =
k_{1}(T_{rba} - T_{rbap})/t_{s}, y se introduce en la
memoria intermedia variable de primera derivada. (En la ecuación
anterior, t_{s} = periodo de muestreo, T_{rba} = temperatura
media de memoria intermedia variable, T_{rbap} = temperatura media
de memoria intermedia variable para el periodo de muestreo anterior
t_{s}, y K_{1} es una constante). El valor medio dT_{rba}/dt
de la memoria intermedia variable de primera derivada se calcula y
muestra como la primera derivada D1. El valor de segunda derivada,
d^{2}T/dt^{2} = Q_{1} x (dT_{rba}/dt -
dT_{rbap}/dt)/t_{s}, se calcula y sitúa en la memoria
intermedia variable de segunda derivada. (Aquí, dT_{rbap}/dt es la
media de la memoria intermedia variable de primera derivada para el
periodo de muestreo anterior t_{s} y Q_{1} es una constante). El
valor medio d^{2}_{rba}/dt^{2} de la memoria intermedia
variable de segunda derivada se calcula y muestra como la segunda
derivada D2. Cuando tanto las salidas de derivadas primera y segunda
están por encima de sus respectivos niveles de desconexión o
umbral, se interrumpe la alimentación al calentador 6 y/o se activan
unos medios de señal de aviso.
En el modo de funcionamiento de estabilización,
las memorias intermedias de derivada primera y segunda están
adecuadamente dispuestas para durar aproximadamente 10 segundos.
Esto da como resultado unas salidas de derivada primera y segunda
más ruidosas (o más erráticas). Esto evita que el sistema se
estabilice demasiado pronto y, posteriormente, desactive el
calentador cuando no se ha producido de hecho ningún caso de secado
por ebullición. La señal ruidosa significa que el sistema no entrará
en su modo de funcionamiento de ejecución hasta que se encuentre
verdaderamente estable. Por ejemplo, la primera derivada D1 debería
estar dispuesta para permanecer entre menos 10 y más 10 durante un
periodo no inferior a 20 segundos.
En el modo de funcionamiento de ejecución,
algunos ejemplos de condiciones que pueden disponerse para
cumplirse con el fin de detectar un caso de secado por ebullición y
responder a él son:
- 1.
- La temperatura detectada por el primer dispositivo termosensible 24 es superior a 100 grados Celsius;
- 2.
- La temperatura detectada por el segundo dispositivo termosensible 26 es superior a 50 grados Celsius;
- 3.
- La primera derivada D1 se encuentra entre 1 y 50 y preferentemente entre 2 y 10;
- 4.
- La segunda derivada D2 se encuentra entre 1 y 50 y preferentemente entre 1 y 10.
La instalación de la presente invención funciona
bien para detectar rápidamente casos de secado por ebullición para
utensilios de cocina 10 que contienen un líquido, como agua, y
también para utensilios de cocina que contienen agua y materiales,
como verduras, que no tienden a adherirse a la base del utensilio.
Sin embargo, los materiales alimenticios almidonados cocinados en
leche o agua comienzan a menudo a adherirse a la base del utensilio
de cocina mientras que aún hay un volumen sustancial de líquido
restante, lo cual es insatisfactorio y necesario de detectar. Una
película almidonada que se adhiere a la base del utensilio de
cocina da como resultado un aumento de temperatura que se puede
detectar mediante el segundo dispositivo termosensible 26. Aunque
este aumento de temperatura es muy gradual, es suficiente para
producir picos en las derivadas primera y segunda D1 y D2, por lo
que permite que esta condición sea detectada antes de que se queme
el alimento o se dañe el utensilio de cocina. Esta instalación
funciona particularmente bien al cocer arroz en agua. Cuando tiene
lugar la detección y la desactivación del calentador, una ligera
película almidonada aparece en la base del utensilio, con el arroz
cocinándose y humedad pero no líquido excesivo en el utensilio. La
película almidonada puede ser removida fácilmente en el arroz sin
causar perjuicios.
Tal y como se mencionó anteriormente, puede
producirse una situación en la cual, durante el calentamiento de un
líquido, como agua, en el utensilio de cocina 10, el utensilio de
cocina puede ser llenado con líquido frío adicional. Esto da como
resultado una disminución temporal de la temperatura del utensilio
de cocina 10, seguido por un aumento de temperatura a medida que
tiene lugar un calentamiento adicional. La instalación de la
presente invención está adaptada para tratar con dicha situación,
que podría de lo contrario ser interpretada por el circuito
electrónico como un caso de secado por ebullición. Esto se ilustra
en la Figura 4. El utensilio de cocina 10 en la instalación de la
Figura 1 es provisto de 500 ml de agua y calentado. El circuito de
procesamiento 28, en asociación con el segundo dispositivo
termosensible 26, funciona para controlar la temperatura del
utensilio de cocina 10, dentro de la zona de cocina 8, respecto al
tiempo, según se indica con el número de referencia 40. Las
derivadas primera y segunda D1 y D2 son calculadas, siendo indicado
un gráfico de la primera derivada D1 con el número de referencia 42
y siendo indicado un gráfico de la segunda derivada D2 con el número
de referencia 44. El sistema funciona en el modo de estabilización
hasta que la primera derivada D1 (número de referencia 42) es
estable y permanece así durante un periodo de tiempo predeterminado.
El modo de funcionamiento de ejecución es a continuación provocado.
Sin embargo, durante el modo de operación de ejecución se añaden
250 ml de agua fría al utensilio de cocina 10. Esta acción tiene
como resultado una disminución de la temperatura, detectada por el
segundo dispositivo termosensible 26 (y mostrada en la curva 40 de
la Figura 4) seguido de un aumento de temperatura a medida que el
agua se vuelve a calentar. Las derivadas primera y segunda D1 y D2
siguen esta disminución y posterior aumento de temperatura, según lo
indican sus gráficos (números de referencia 42 y 44,
respectivamente) dentro de la región rodeada por un círculo 52 en la
Figura 4. Las derivadas primera y segunda asumen valores
decrecientes (negativos) seguidos por valores en aumento, en esta
región 52. Si el sistema continuara en el modo de ejecución, se
produciría una falsa impresión por los valores en aumento de las
derivadas primera y segunda de que se está produciendo un caso de
secado por ebullición en el utensilio de cocina 10. Para evitarlo,
el sistema está adaptado para que, cuando se añade agua fría y la
temperatura disminuye, entonces, si las derivadas primera y segunda
D1 y D2 asumen valores negativos superiores a ciertos valores
límite predeterminados, el sistema vuelve inmediatamente a su modo
de funcionamiento de estabilización, hasta que la primera derivada
D1 es de nuevo estable y permanece así dentro de sus valores límite
umbral predeterminados. Un valor límite negativo adecuado para las
derivadas primera y segunda puede, por ejemplo, estar en
aproximadamente -2. El modo de ejecución se pone de nuevo en
funcionamiento, lo que lleva a la detección satisfactoria de un
caso de secado por ebullición en el utensilio de cocina 10 (punto 46
en la Figura 4) y la desconexión correcta del calentador 6.
Una modificación de la instalación de las
Figuras 1 y 2 se ilustra en la Figura 5. Aquí, el utensilio de
cocina 10, que contiene 500 ml de agua, es calentado a una
temperatura de referencia de 700 grados Celsius durante 6 minutos.
A continuación, se baja a una temperatura de referencia de 400
grados Celsius durante 3 minutos y a continuación se sube a una
temperatura de referencia de 600 grados Celsius durante 3 minutos.
A continuación, se baja a una temperatura de referencia de 500
grados durante 5 minutos y finalmente se vuelve a subir a 700
grados Celsius hasta que se produce el secado por ebullición.
Al igual que en la Figura 2, las oscilaciones
controladas de la temperatura de referencia respecto al tiempo se
indican con el número de referencia 38. La temperatura del utensilio
de cocina 10, según es controlada con respecto al tiempo por el
segundo dispositivo termosensible 26, se indica con el número de
referencia 40. El gráfico de la primera derivada D1 se indica con
el número de referencia 42, y el gráfico de la segunda derivada D2
se indica con el número de referencia 44. Un caso de secado por
ebullición se produce en el punto 46 y la desconexión o
desactivación del calentador 6 se producen unos 20 segundos después
en el punto 48. Se aprecia que para cada etapa diferente de
temperatura de referencia, la instalación funciona en su modo de
estabilización hasta que la primera derivada D1 (número de
referencia 42) es estable y permanece así, dentro de sus límites
predeterminados, durante el tiempo predeterminado. El caso de secado
por ebullición es detectado en el modo de funcionamiento de
ejecución final cuando los valores de las derivadas primera y
segunda D1 y D2 superan niveles umbral predeterminados.
La Figura 6 ilustra otra modificación de la
instalación de las Figuras 1 y 2. Aquí, el utensilio de cocina 10
que contiene 750 gramos de patatas en trozos de 45 a 55 gramos, 250
ml de agua y una cucharada de sal, se calienta a una temperatura de
referencia de 700 grados Celsius hasta que se produce el secado por
ebullición. Al igual que en la Figura 2, el gráfico de la
temperatura de referencia respecto al tiempo se indica con el
número de referencia 38. La temperatura del utensilio de cocina 10,
según es controlada respecto al tiempo por el segundo dispositivo
termosensible 26, es indicada con el número de referencia 40. El
gráfico de la primera derivada D1 se indica con el número de
referencia 42 y el gráfico de la segunda derivada D2 se indica con
el número de referencia 44. Un caso de secado por ebullición se
produce en el punto 46 y la desconexión o desactivación del
calentador 6 se produce unos 37 segundos después en el punto 48. Una
vez más, la instalación funciona en su modo de estabilización hasta
que la primera derivada D1 (número de referencia 42) es estable y
permanece así, dentro de sus límites predeterminados, durante el
tiempo predeterminado. El caso de secado por ebullición es
detectado en el posterior modo de funcionamiento de ejecución cuando
los valores de las derivadas primera y segunda D1 y D2 superan
niveles umbral predeterminados.
Claims (28)
1. Aparato para detectar un aumento anormal de
temperatura asociado con una combinación de un utensilio de cocina
(10) y una superficie de cocina (4) que se encuentra sobre un
calentador eléctrico (6), comprendiendo el aparato: un primer
dispositivo termosensible (24) adaptado para controlar la
temperatura de la superficie de cocina; un segundo dispositivo
termosensible (26) adaptado para controlar la temperatura del
utensilio de cocina y para proporcionar una salida eléctrica como
una función de temperatura del utensilio de cocina; y medios (28)
para calcular derivadas primera y segunda (D1, D2) con respecto al
tiempo de la temperatura detectada por el segundo dispositivo
termosensible sobre un rango de temperaturas de funcionamiento del
calentador y para detectar un aumento anormal de temperatura sobre
la base de las derivadas primera y segunda, caracterizado
porque se proporcionan medios (28) para determinar la estabilización
de la primera derivada (D1) dentro de valores límite umbral de
estabilización; y se proporcionan medios (28), mientras la primera
derivada se encuentra dentro de los valores límite umbral de
estabilización, para comparar las derivadas primera y segunda (D1,
D2) con valores umbral predeterminados primero y segundo y para
detectar un aumento anormal de temperatura cuando se superan los
valores umbral predeterminados primero y segundo.
2. Aparato según se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque el primer dispositivo
termosensible (24) está adaptado para proporcionar una salida como
una función de la temperatura de la superficie de cocina (4),
estando el primer dispositivo termosensible opcionalmente conectado
eléctricamente a medios (28) para controlar la temperatura de la
superficie de cocina detectada de este modo con respecto al
tiempo.
3. Aparato según se reivindica en las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los medios (28)
para determinar la estabilización de la primera derivada (D1)
dentro de los valores límite umbral de estabilización comprenden un
modo de funcionamiento de estabilización del calentador (6), que se
efectúa hasta que la primera derivada es estable dentro de los
valores límite umbral de estabilización durante un periodo
predeterminado de tiempo, por ejemplo aproximadamente 20 segundos,
y durante el cual los valores umbral predeterminados primero y
segundo están dispuestos para ser inoperativos, por lo que se evita
una detección falsa de un aumento anormal de temperatura, siendo
seguido el modo de funcionamiento de estabilización por un modo de
funcionamiento de ejecución durante el cual los valores umbral
predeterminados primero y segundo son operativos.
4. Aparato según se reivindica en la
reivindicación 3, caracterizado porque el modo de
funcionamiento de ejecución avanza si la alimentación al calentador
(6) permanece sustancialmente constante y/o si una temperatura de
referencia de la superficie de cocina (4), determinada por unos
medios de control (28) para el calentador que cooperan con el
primer dispositivo termosensible (24), permanece constante dentro de
límites predeterminados y/o si la temperatura detectada por el
segundo dispositivo termosensible (26) no disminuye en más de una
cantidad predeterminada según se especifica por valores límite
umbral negativos para las derivadas primera y segunda (D1, D2), de
lo contrario el modo de funcionamiento de estabilización se vuelve a
seleccionar.
5. Aparato según se reivindica en una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
primer dispositivo termosensible (24) está dispuesto para funcionar
para causar la desactivación del al menos un elemento de
calentamiento (6) cuando detecta una temperatura permitida máxima
predeterminada de la superficie de cocina (4).
6. Aparato según se reivindica en una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
segundo dispositivo termosensible (26) está dispuesto para funcionar
para causar la desactivación del calentador (6) cuando detecta una
temperatura permitida máxima predeterminada del utensilio de cocina
(4).
7. Aparato según se reivindica en una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
segundo dispositivo termosensible (26) controla la temperatura del
utensilio de cocina (10) a intervalos de tiempo predeterminados y
los valores de temperatura son introducidos en una memoria
intermedia de estabilización, donde son promediados; la temperatura
media de la memoria intermedia de estabilización es calculada e
introducida en una memoria intermedia de primera derivada; el valor
medio de la memoria intermedia de primera derivada es calculado e
introducido en una memoria intermedia de segunda derivada y las
memorias funcionan continuamente de forma que un valor de derivada
primera y segunda (D1, D2) es emitido en cada uno de los intervalos
de tiempo predeterminados.
8. Aparato según se reivindica en la
reivindicación 7, caracterizado porque los intervalos de
tiempo predeterminados están entre 0,1 y 4 segundos,
preferentemente entre 0,3 y 1 segundo, y más preferentemente
aproximadamente 0,5 segundos.
9. Aparato según se reivindica en una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
dispositivo termosensible primero y/o segundo (24, 26) tiene o
tienen forma de detector de temperatura de resistencia eléctrica,
como una forma de detector de temperatura de resistencia de
platino.
10. Aparato según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el segundo dispositivo termosensible (26) está dispuesto en
contacto con o adyacente al lado inferior de la superficie de cocina
(4).
\newpage
11. Aparato según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque un circuito de control y cálculo de procesamiento basado en
microprocesador (28), que funciona con algoritmos de software
apropiados, se proporciona para funcionar en asociación con los
dispositivos termosensibles primero y segundo (24, 26), el
calentador eléctrico (6) y un suministro de alimentación (36).
12. Aparato según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque la superficie de cocina (4) comprende material
vitrocerámico.
13. Aparato según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el aumento anormal de temperatura asociado con la
combinación del utensilio de cocina (10) y la superficie de cocina
(4) que se encuentra encima del calentador (6) es resultado de un
caso de secado por ebullición en el utensilio de cocina o un caso
en el que un producto alimenticio se adhiere a una base del
utensilio de cocina.
14. Aparato según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el calentador eléctrico (6) incorpora al menos un elemento
de calentamiento eléctrico seleccionado de entre un elemento de
calentamiento de resistencia eléctrica radiante y un elemento de
calentamiento por inducción eléctrica.
15. Un procedimiento para detectar un aumento
anormal de temperatura asociado con una combinación de un utensilio
de cocina (10) y una superficie de cocina (4) que se encuentra
encima de un calentador eléctrico (6), que comprende las etapas de:
controlar, con un primer dispositivo termosensible (24), la
temperatura de la superficie de cocina; controlar, con un segundo
dispositivo termosensible (24), la temperatura del utensilio de
cocina y proporcionar una señal eléctrica como una función de la
temperatura del utensilio de cocina; y calcular las derivadas
primera y segunda (D1, D2) con respecto al tiempo de la temperatura
detectada por el segundo dispositivo termosensible a lo largo de un
rango de temperaturas de funcionamiento del calentador y detectar
un aumento anormal de temperatura sobre la base de las derivadas
primera y segunda, caracterizado por las etapas adicionales
de determinar la estabilización de la primera derivada (D1) dentro
de valores umbral límite de estabilización; y, mientras que la
primera derivada se encuentra dentro de los valores límite umbral
de estabilización, comparar las derivadas primera y segunda (D1, D2)
con valores umbral predeterminados primero y segundo para detectar
un aumento anormal de temperatura cuando se superan los valores
umbral primero y segundo.
16. Un procedimiento según se reivindica en la
reivindicación 15, caracterizado porque el primer dispositivo
termosensible (24) está dispuesto para proporcionar una salida como
una función de la temperatura de la superficie de cocina (4),
estando el primer dispositivo termosensible opcionalmente conectado
eléctricamente a medios (28) para controlar la temperatura de la
superficie de cocina detectada de este modo respecto al tiempo.
17. Un procedimiento según se reivindica en las
reivindicaciones 15 ó 16, caracterizado porque la etapa de
determinar la estabilización de la primera derivada (D1) dentro de
los valores límite umbral de estabilización comprende establecer un
modo de funcionamiento de estabilización del calentador (6), que es
efectuado hasta que la primera derivada es estable dentro de los
valores límite umbral de estabilización durante un periodo de
tiempo predeterminado, por ejemplo aproximadamente 20 segundos, y
durante el cual los valores umbral predeterminados primero y
segundo están dispuestos para ser inoperativos, por lo que se evita
la detección falsa de un aumento anormal de temperatura, siendo
seguido el modo de funcionamiento de estabilización por un modo de
funcionamiento de ejecución durante el cual los valores umbral
predeterminados primero y segundo son operativos.
18. Un procedimiento según se reivindica en la
reivindicación 17, caracterizado porque el modo de
funcionamiento de ejecución avanza si la alimentación al calentador
(6) permanece sustancialmente constante y/o si una temperatura de
referencia de la superficie de cocina (4) es constante dentro de
límites predeterminados y/o si la temperatura detectada por el
segundo dispositivo termosensible (26) no disminuye en más de una
cantidad predeterminada según se especifica por valores límite
umbral negativos para las derivadas primera y segunda (D1, D2), de
lo contrario el modo de funcionamiento de estabilización se vuelve a
seleccionar.
19. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado
porque el primer dispositivo termosensible (24) está dispuesto para
funcionar para causar la desactivación del al menos un elemento de
calentamiento (6) cuando detecta una temperatura permitida máxima
predeterminada de la superficie de cocina (4).
20. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado
porque el segundo dispositivo termosensible (26) está dispuesto para
funcionar para causar la desactivación del calentador (6) cuando
detecta una temperatura permitida máxima predeterminada del
utensilio de cocina (10).
21. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado
porque: el control de la temperatura del utensilio de cocina (10) se
efectúa a intervalos de tiempo predeterminados y los valores de
temperatura son introducidos en una memoria intermedia de
estabilización, donde son promediados; la temperatura media en la
memoria intermedia de estabilización es calculada e introducida en
una memoria intermedia de primera derivada; el valor medio de la
memoria intermedia de primera derivada es calculado e introducido
en una memoria intermedia de segunda derivada y las memorias
intermedias funcionan continuamente de modo que un valor de primera
y segunda derivada (D1, D2) es emitido en cada uno de los intervalos
de tiempo predeterminados.
22. Un procedimiento según se reivindica en la
reivindicación 21, caracterizado porque los intervalos de
tiempo predeterminados están entre 0,1 y 4 segundos, preferentemente
entre 0,3 y 1 segundo, y más preferentemente aproximadamente 0,5
segundos.
23. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, caracterizado
porque el dispositivo(s) termosensible primero y/o segundo
(24, 26) tiene o tienen forma de detector de temperatura de
resistencia eléctrica, como una forma de detector de temperatura de
resistencia de platino.
24. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23, caracterizado
porque el segundo dispositivo termosensible (26) está dispuesto en
contacto con o adyacente al lado inferior de la superficie de cocina
(4).
25. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 24, caracterizado
porque un circuito de control y cálculo de procesamiento basado en
microprocesador (28), que funciona con algoritmos de software
apropiados, se proporciona para funcionar en asociación con los
dispositivos termosensibles primero y segundo (24, 26), el
calentador eléctrico (6) y un suministro de alimentación (36).
26. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 25, caracterizado
porque la superficie de cocina (4) comprende material
vitrocerámico.
27. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 26, caracterizado
porque el aumento anormal de temperatura asociado con la combinación
del utensilio de cocina (10) y la superficie de cocina (4) que se
encuentra encima del calentador (6) es resultado de un caso de
secado por ebullición en el utensilio de cocina o un caso en el que
un producto alimenticio se adhiere a una base del utensilio de
cocina.
28. Un procedimiento según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 27, caracterizado
porque el calentador eléctrico (6) incorpora al menos un elemento de
calentamiento eléctrico seleccionado de entre un elemento de
calentamiento de resistencia eléctrica radiante y un elemento de
calentamiento de inducción eléctrica.
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