SI26074A - Naprava za detekcijo velikosti posode in relativno spremljanje temperature v procesu kuhanja pri sevalnih grelcih - Google Patents

Abstract

Naprava za detekcijo velikosti posode in relativno spremljanje temperature v procesu kuhanja pri sevalnih grelcih omogoča točno regulacijo energije v procesu kuhanja, omogoča pravilno in pravočasno spremembo dovedene toplotne energije iz kuhalne plošče v posodo za kuhanje. Del naprave, ki spozna premer posode mogoča vključevanje samo potrebnega premera grelca in izklop v primeru, da se umakne posoda. Sama možnost, da se temperature regulira na osnovi temperature omogoča poljubno majhno dovajanje toplotne energije s postavljanjem majhnih razlik temperature med grelcem in dnom posode.

Description

NAPRAVA ZA DETEKCIJO VELIKOSTI POSODE IN RELATIVNO SPREMLJANJE TEMPERATURE V PROCESU KUHANJA PRI SEVALNIH GRELCIH

Tehnični problem, ki ga predložena naprava za detekcijo velikosti posode in relativno spremljanje temperature v procesu kuhanja pri sevalnih grelcih uspešno rešuje, je pravilna in pravočasna sprememba dovedene toplotne energije iz kuhalne plošče na osnovi izmerjene temperature in določene velikosti posode.

Ideja takšne regulacije in spoznavanja posode ni nova in znano je več sistemov in metod za regulacijo energije. Tipičen primer senzorja v grelcu je obdelan v US 2000/0115949 kjer je v sevalno grelo postavljeno na izolacijsko telo z namero, da se toplota, ki prihaja od grelca izolira in da se s tem meri temperatura dna posode in spremembe. Ta primer ni v praksi zaživel, kar je razumljivo. Temperatura v grelcu je okrog 580 stopinj Celzija. Za regulacijo procesa kuhanja je potrebno na dnu posode zaznati temperature v tipičnem področju vrenja vode , kar pa je tudi teoretično težko a pri kuhanju, ko je prisotne še veliko neznank kot je vrsta posode, količina hrane , vrsta hrane in načina priprave je to tudi nemogoče.

Nekateri patenti kot je US /105781 poiskušajo določiti vsaj mejne pogoje, da ugotovijo, ko pride do primera, da zmanjka vode in se temperatura dna zelo dvigne. Takšnih poiskusov je bilo veliko tudi varnosti, ker prihaja do vžiga hrane, ko se temperatura dvigne iznad temperature samovžiga. Druga vrsta poiskusov je z večjim številom senzorjev, kot je EP 2473000 , ki je tudi v praksi zaživel v BSH štedilnikih - indukcijskih kjer se z udaljenostjo od sredine grelca postavi več senzorjev in se po razliki med njimi ocenjuje dogajanej v posodi. Stvar deluje dobro samo pri določeni vrsti posode, ki jo je predpisal proizvajalec in še to samo kot senzorza pečenje, to pomeni da se zazna razliak na področju večjem kot 250 stopinj, kjer plus minus 10 stopinj ne predstavlja neko težavo pri segrevanju posode za pečenje Proizvajalci sevalnih grelcev so poiskušali tudi rešiti spoznavanje posode , kot je to prikazal patent US 7812288, ki v dokaj kompliciran senzor vgradi še elektromagnetični senzor za spoznavanje posode. Izvedba se ni pojavila na štedilnikih, ker je izvedba verjetno predraga.

Danes se na tržišču pri štedilnikih z sevalnimi greli kot nestandardni element pojavlja element za detekcijo posode , ki deluje na indukcijskem principu in je zelo redko uporabljen ker je elektronika za branje senzorja predraga in sam sensor je narejen kot spirala v grelcu in s tem mora biti kvalitetna kovina zaradi visokih temperature.

Rešitev problema kvalitetne regulacije energije pri kuhanju je keramični element opisan v slikah ki ima naparjen senzor in omogoča zajemanje podatkov v porcesu kuhanja.

Naprava in metoda bosta razloženi detaljno s pomočjo slik, ki so:

Slika 1 prikazuje sklop sevalnega grelca v štedilniku

Slika 2 prikazuje sklop senzorja - naprave po izumu

Slika 3 prikazuje presek zkozi sensor

Slika 4 prikazuje keramični nosilec

Slika 5 prikazuje časovni graf realnega kuhanja

Slika 6 prikazuje časovni graf spoznavanja posod

Na sliki 1 je podan presek skozi sevalni grelec 1, kije sestavljen iz kovinskega ohišja 4 toplotne izolacije 5 in grelne spirale 6. Grelec je pritrjen v štedilniku tako, da z določeno silo pritiska na zgornjo stran, kjer je specialno steklo 2. Naprava po izumu 3 je pritrjena na ohišje grelca na poseben način, ki omogoč pravilno rasporeditev sil na steklo.

Na sliki 2 je prikazana ena izvedba naprave, ki je sestavljena iz keramičnega 1mm debele ploščice z hibridnimi vezji narejeni z znanimi debeloslojnimi tehnikami tiska 9, ki je vstavljen v keramični vložek 8 in vse skupaj povezuje kovinski nosilec senzorja 7. Sam sensor je izdelan s pomočjo debeloslojnega tiska uporovne paste, ki spreminja upor z temperaturo. Sama oblika tega nanosa je prilagojena sami izvedbi sevalnega grelca. Uporavno površine so povezane z prevodnimi kovinskimi slojem. Osnova je keramični substrat, ki je odporen na temperature, ki se pojavljajo v grelcu in na koncu proizvodnje je vse zaščiteno z posebnim steklom, ki je pečeno pri 850 stopinj Celzija in ščiti uporovne in prevodne sloje od zunanjih vplivov. Pri senzorjih v atmosferi kot je v sevalnem grelcu je velik problem pitrditve kontaktov senzorja na žice. Pri tako visokih temperaturah se lahko uporablja samo metoda kovičenja ali konektor. Ker vsaka metoda pomeni spremembo oblike je izbrana način , ki ohranja osnovno obliko substrata kvadrata brez posebnega oblikovanja.

Slika 3 prikazuje prerez skozi sensor. Na spodnji strani senzorja 9 je nanesen prevoden sloj, na katerega se naslanjajo kontakti 11. Ti kontakti ležijo v keramičnem nosilcu 8 in so povezani z žicami 12. Nosilec 7 je izdelan iz kovine, ki je elastična in omogoča montažo na sevalni grelec tako, da se enostavno natakne na zunanji kovinski del grelca. Ko se sklop sestavi se skozi odprtino v nosilcu 7 zalije keramično lepilo 10 ki utrdi kontakte in žice na nosilcu in hkrati tudi poveže sensor 9 z nosilcem 8.

Slika 4 prikazuje prerez skozi keramični nosilec, ki je optimalno izdelan z ekstruzijo keramike in rezan na potrebno dolžino.

Slika 5 prikazuje delovanje senzorja. Temperatura v grelcu se v sistemu multisenzorske tehnologije gleda relativno in ne absolutno. Ker senzor ni izoliran se direktno zazna sprememba temperature na njemu. Točnost senzorja ni pomembna saj se kalibracija naredi pri prvem vklopu štedilnika in ponovi kasneje po določenem številu ur. Sama kalibracija se izvede tako da se za začetno temperaturo privzame temperatura okolja za drugo temperaturo pa temperatura isklopa zaščitnega bimetala grelca, ki je najčešče 580 stopinj Celzija. Na grafu so prikazani trije intervali. Prvi je segrevanje grelca na maksimalni stopnji energije, drugi kaže regulacijo s pomočjo določene višje temperature in tretji je interval z nižjo temperaturo. Senzor omogoča temperaturno regulacijo v celotnem delovnem področju z poljubno točnostjo.

Slika 6 prikazuje v časovnem grafu velikost signala S ki je sprememba kapacitivnosti za različne premere posode. A je 18cm posoda, B je 10cm in C je 24 cm premer posode. Kot se vidi iz diagrama je osnovni nivo veliko nižji od prvega spoznavnega nivoja kar pomeni, da imamo zelo kvalitetno razliko med situacijo da je ali da ni posode na grelcu. Sama funkcija spoznavanja posode se izvaja brez dodatne elektronike samo na mikroprocesorskem vhodu za kapacitivno merjenje in ne vpliva na ceno naprave. Z spoznavanjem dodamo štedilniku funkcije:

• Izključi grelec če se umakne posode • Prižgi samo tisto zono na grelcu, ki je pokrita z posodo

S tem dobimo velik prihranek energije in dodatno varnost pri kuhanju.

V izumu predlagana rešitev je cenovno ugodna in omogoča zaradi tega vgradnjo v vsako sevalni grelec že pri osnovnih tipih štedilnikov.

Razlika med klasičnim ročnim kuhanjem in kuhanjem z napravo po izumu je prvenstveno v regulaciji energije, kar bo ilustrirano z enim osnovnim primerom kuhanja. Kljub temu, da se prodaja veliko štedilnikov z funkcijo spoznavanja vrenja je to vedno marketinška in zavajujoča informacija. Posebej to velja za indukcijske štedilnike, kjer z merjenjem tempearture v grelcu proizvajalci lahko predpostavljajo da bo pri cca 95 stopinj verjetno proces vrenja bil približno ulovljen. Pri sevalnih štedilnikih se v reklamnih izjavah o lasznostih navaja funkcija zakuhavanja, ki pomeni, da se na določeni stopnji za določen interval vklopi grelec na 100% moč in potem zmanjša na nivo, ki je nastavljen. V teh slučajih gre samo za spretnost uporabnika da izbere nek način zakuhavanja, ki mu najbolj odgovarja ne pa za kakršnokoli regulacijo energije, ki bi imela kakršnokoli vezo z stanjem v posodi.

Pri vzdrževanju vrenja je potrebno dovajati v posodo nekaj deset Ws energije, ki je ne zmore nikakršna minimalna stopnja regulacije. Pri izumu je možno nastaviti temperaturo grelca za delta T v odnosu na dno posode poljubno male vrednosti in s tem tudi dovajanje poljubno male dovedene energije. Ko temu dodamo še spoznavanje točke vrenja z zvokom in regulacijo energije pri vzdrževanju z sledenjem temperature pokrovki smo dobili najboljši način regulacije pri kuhanju.

Claims (11)

1. Naprava za detekcijo velikosti posode in relativno spremljanje temperature v procesu kuhanja označena s tem, da sensor sestavljen iz kovinskega in keramičnega nosilca, keramične debeloslojno potiskane ploščice in je pritrjen na ohišje sevalnega grelca.

2. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da je sestavljena iz senzorja (9), ki je vstavljen v keramični vložek (8) in vse skupaj povezuje kovinski nosilec senzorja (9).

3. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da je sensor je izdelan s pomočjo debeloslojnega tiska uporovne paste in ima na spodnji strani senzorja (9) je nanešen prevoden sloj, na katerega se naslanjajo kontakti (11).

4. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da kontakti (11) ležijo v keramičnem nosilcu (8) in so povezani z žicami (12).

5. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da je nosilec (7) je izdelan iz kovine, ki je elastična in omogoča montažo na sevalni grelec in ima odprtino v nosilcu (7) skozi katero se zalije keramično lepilo (10) ki utrdi kontakte in žice na nosilcu in hkrati tudi poveže sensor (9) z nosilcem (8).

6. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da je keramični nosilec izdelan z ekstruzijo keramike in se reže na potrebno dolžino iz profila večje dolžine.

7. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da se izmerjeni parametri uporabljajo za relativno določanje temperature v grelcu in se kontinuirano kalibrira v štedilniku.

8. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da senzor omogoča temperaturno regulacijo v celotnem delovnem področju z poljubno točnostjo.

9. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da senzor s pomočjo kapacitivnosti spozna različne premere posode in omogoča da automatika izključi grelec če se umakne posode ali prižge samo tisto zono na grelcu, ki je pokrita z posodo

10. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da je energija kuhanja regulirana s pomočjo dobljenih podatkov iz senzorjev z znanimi metodami, kot so fuzzy logika, PID regulacija in drugimi.

11. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, da omogoča nastavitev minimalne energije v procesu vzdrževanja vrenja s pomočjo znanih razlik v temperaturi med dnom in grelcem.